專利名稱：鋰離子蓄電裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用合金類負(fù)極的鋰離子蓄電裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在汽車(EV)及移動(dòng)型信息通信相關(guān)設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域中，使用鋰離子二次電池等鋰離子蓄電裝置。作為這種鋰離子蓄電裝置的一種，在使用了作為負(fù)極活性物質(zhì)而含有硅等金屬材料的合金類負(fù)極的鋰離子蓄電裝置中，由于通過充放電，硅等與鋰金屬形成合金，所以發(fā)生膨脹/收縮。已知因?yàn)樵撆蛎?收縮而導(dǎo)致負(fù)極劣化，所以循環(huán)特性較差。針對這種課題，例如在專利文獻(xiàn)I中公開了下述技術(shù)，即，以O(shè). 005 O. 03C的低充電速率對組裝好的蓄電裝置進(jìn)行初次充電，從而在負(fù)極中使鋰離子均勻化。
專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-24371
發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述專利文獻(xiàn)I記載的蓄電裝置中，雖然未發(fā)現(xiàn)循環(huán)特性顯著降低，但是因?yàn)橐笠缘统潆娝俾蔬M(jìn)行初次充電，所以直至充電完成需要非常長的時(shí)間。這種初次充電時(shí)間的長時(shí)間化，在利用生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行初次充電的情況下，導(dǎo)致制造成本增加，另一方面，在由用戶側(cè)進(jìn)行初次充電的情況下，導(dǎo)致用戶側(cè)的便利性降低。因此，本發(fā)明的目的在于，在將硅等金屬材料用作負(fù)極活性物質(zhì)的蓄電裝置中，實(shí)現(xiàn)在維持高循環(huán)特性的同時(shí)，以短時(shí)間完成初次充電。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明涉及的鋰離子蓄電裝置的制造方法用于制造具有正極、負(fù)極及鋰離子供給源的鋰離子蓄電裝置，該負(fù)極具有合金類負(fù)極活性物質(zhì)，其中，該鋰離子供給源用于向負(fù)極預(yù)嵌入鋰離子，該制造方法的特征在于，具有下述工序，即預(yù)嵌入工序，在該工序中，以低充電速率進(jìn)行向負(fù)極的預(yù)嵌入；以及初次充電工序，在該工序中，在所述預(yù)嵌入工序之后，以比預(yù)嵌入時(shí)更高的充電速率進(jìn)行初次充電。此外，在本發(fā)明中，“預(yù)嵌入”是指在初次充電之前從鋰離子供給源進(jìn)行的充電。另夕卜，在預(yù)嵌入時(shí)的“低充電速率”是指，比初次充電時(shí)的充電速率低的充電速率。另一方面，初次充電時(shí)的“高充電速率”是指，比預(yù)嵌入時(shí)的充電速率高的充電速率。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)下述情況，S卩，通過在蓄電裝置的制造過程中，僅在向負(fù)極預(yù)嵌入時(shí)使充電速率相對較低，然后，即使以高充電速率進(jìn)行初次充電，也可以維持循環(huán)特性，不會(huì)產(chǎn)生劣化。在上述預(yù)嵌入工序中的預(yù)嵌入時(shí)的充電速率，優(yōu)選為O. 01 O. 1C，特別優(yōu)選為O. 02 O. 1C，更優(yōu)選為O. 02 O. 05C。通過以這種低充電速率進(jìn)行預(yù)嵌入，可以使負(fù)極內(nèi)的鋰分布均勻，由于充放電而使鋰析出的可能性降低，使循環(huán)特性良好。此外，在預(yù)嵌入的充電速率小于0.0 IC的情況下，預(yù)嵌入時(shí)間變長，如果大于O. 1C，則有可能使負(fù)極內(nèi)的鋰分布的均勻性被破壞，循環(huán)特性降低。另外，優(yōu)選預(yù)嵌入在小于或等于40°C的環(huán)境下進(jìn)行。由此，由于可以避免在預(yù)嵌入時(shí)從電解液產(chǎn)生氣體、以及形成SEI覆膜(固體電解質(zhì)覆膜)，所以可以在負(fù)極中均勻地進(jìn)行預(yù)嵌入。另外，優(yōu)選初次充電的充電速率大于或等于1C。通過以上述高充電速率進(jìn)行預(yù)嵌入，可以縮短初次充電的時(shí)間。此外，在本發(fā)明中，因?yàn)樵陬A(yù)嵌入工序中已經(jīng)使鋰的分布均勻化，所以即使進(jìn)行比較快速的充電，循環(huán)特性也不會(huì)降低。另外，優(yōu)選負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域?yàn)檎w容量的5% 80%。此外，負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域是指，為了從組裝有正負(fù)極的電芯中取出能量而進(jìn)行的充電末端和放電末端之間的S0C(State Of Charge)區(qū)域，初次充電容量對應(yīng)于該區(qū)域。負(fù)極活性物質(zhì)的整體容量是指可以充放電的最大容量，是指從0%至100%的SOC區(qū)域。通過使負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域?yàn)檎w容量的5% 80%，從而使負(fù)極的循環(huán)特性穩(wěn)定。另外，作為鋰離子供給源，使其被包含在正極中、或者使用正極及負(fù)極之外的鋰電極。如果鋰離子供給源包含在正極中，則通過對從正極向負(fù)極流動(dòng)的電流進(jìn)行控制，可以控 制充電速率。另一方面，在鋰離子供給源包含在正極及負(fù)極之外的鋰電極中的情況下，通過對從鋰電極向負(fù)極流動(dòng)的電流進(jìn)行控制，可以控制充電速率。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以在降低預(yù)嵌入時(shí)的充電速率而實(shí)現(xiàn)循環(huán)特性的提高的同時(shí)，通過提高初次充電時(shí)的充電速率而實(shí)現(xiàn)初次充電完成時(shí)間的縮短。


圖I是示意地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中的鋰離子蓄電裝置內(nèi)部的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面，對本發(fā)明涉及的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖I是示意地表示本實(shí)施方式涉及的鋰離子蓄電裝置10的內(nèi)部的圖。本實(shí)施方式涉及的鋰離子蓄電裝置10具有正極18，其具有可以使鋰離子嵌入·脫嵌的正極活性物質(zhì)；負(fù)極12，其具有可以使鋰離子嵌入·脫嵌的負(fù)極活性物質(zhì)；以及非水電解液(未圖示)，其充滿正極18和負(fù)極12之間，該裝置利用正極18和負(fù)極12之間的鋰離子的移動(dòng)而進(jìn)行充放電，可以在放電時(shí)取出電流。正極18和負(fù)極12隔著薄膜狀的隔板25層疊，隔板25中浸透非水電解液。在具有多個(gè)正極和負(fù)極的情況下，正極18和負(fù)極12交替層疊。另外，對于以平板狀層疊的層疊型電極單元及將層疊好的電極卷繞而成的卷繞型電極單元，均可以應(yīng)用本實(shí)施方式。在這里，所謂“嵌入”是在吸收 插入之外還包括吸附 承載等的概念，所謂“脫嵌”是與其相反的概念。例如，作為鋰離子蓄電裝置，包括鋰離子二次電池及鋰離子電容器等。在本實(shí)施方式中，負(fù)極12由下述部分構(gòu)成，即集電體14,其由Cu箔等金屬基板構(gòu)成，設(shè)置有用于與外部電路連接的引線24 ;以及負(fù)極活性物質(zhì)層16，其設(shè)置于集電體14的單面或兩面上。負(fù)極活性物質(zhì)層16是利用NMP等溶劑將負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、及導(dǎo)電助劑形成漿料，并進(jìn)行涂覆·干燥而形成的。負(fù)極活性物質(zhì)是可以使鋰離子嵌入 脫嵌的物質(zhì)，使用金屬材料、其它可以吸收鋰離子的碳材料、金屬材料、合金材料、氧化物、或它們的混合物。優(yōu)選負(fù)極活性物質(zhì)的粒徑為
O.I 30μηι。作為金屬材料,例如可以舉出娃或錫。作為合金材料，例如可以舉出娃合金或錫合金。作為氧化物，例如可以舉出氧化硅、氧化錫、氧化鈦。作為碳材料，例如可以舉出石墨、難石墨化碳、易石墨化碳、多并苯類有機(jī)半導(dǎo)體等。也可以將這些材料混合使用。在本實(shí)施方式中，對具有含有硅元素或錫元素等的合金類負(fù)極的蓄電裝置特別有效。在本實(shí)施方式中，正極18由下述部分構(gòu)成，即集電體20，其由Al箔等金屬基板構(gòu)成，設(shè)置有用于與外部電路連接的引線26 ;以及正極活性物質(zhì)層22，其設(shè)置在集電體20的單面或兩面上。正極活性物質(zhì)層22是利用NMP等溶劑將正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、及導(dǎo)電助劑形成漿料，并進(jìn)行涂覆·干燥而形成的。作為正極活性物質(zhì)，是可以使鋰離子嵌入·脫嵌的含鋰化合物，可以使用氧化物、磷酸鹽、氮化物、有機(jī)物、硫化物(包括有機(jī)硫、無機(jī)硫)、金屬絡(luò)合物、導(dǎo)電性高分子、金屬等。特別地，優(yōu)選鋰釋放量大的正極活性物質(zhì)，例如可以使用LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4,LiFePO4等過渡金屬氧化物或磷酸鹽、醇化物材料、酚鹽材料、聚吡咯材料、蒽材料、聚苯胺材料、硫醚材料、噻吩材料、硫醇材料、sulfurane材料、persulfurane材料、硫醇鹽(thiolate)材料、二噻唑材料、二硫化物材料、聚噻吩材料等有機(jī)化合物、硫化物或?qū)щ娦愿叻肿?，或者預(yù)先添加了鋰的無機(jī)硫等。優(yōu)選正極活性物質(zhì)的粒徑為O. I 30 μ m。從即使在高電壓下也不產(chǎn)生電解這一點(diǎn)、鋰離子可以穩(wěn)定存在這一點(diǎn)出發(fā)，本實(shí)施方式所使用的電解液為非水電解液，使用將普通鋰鹽作為電解質(zhì)而溶解在溶劑中得到的電解液。對電解質(zhì)及溶劑并不做特別限制，例如，作為電解質(zhì)，可以使用LiC104、LiAsF6,LiBF4、LiPF6、LiB (C6H5) 4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(C2F5SO2)2NLi' (CF3SO2)2NLi 等以及它們的混合物。上述電解質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以幾種并用。在本實(shí)施方式中，特別優(yōu)選使用LiPF6或LiBF4。而且，作為非水電解液的溶劑，可以使用碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(MEC)等鏈狀碳酸酯、碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸亞乙烯酯(VC)等環(huán)狀碳酸酯、乙腈(AN)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、四氫呋喃(THF)、1，3-二氧戊環(huán)(D0XL)、二甲基亞砜(DMS0)、環(huán)丁砜(SL)、丙腈(PN)等分子量比較小的溶劑，或者它們的混合物。優(yōu)選本實(shí)施方式的電解液中的溶劑為鏈狀碳酸酯和環(huán)狀碳酸酯的混合物。也可以是使用了大于或等于2種鏈狀碳酸酯或者大于或等于2種環(huán)狀碳酸酯的混合物。另夕卜，也可以根據(jù)需要而在溶劑中添加氟代碳酸乙烯酯(FEC)等。在本實(shí)施方式中，初次充電是指按照作為蓄電裝置而在充放電中使用的SOC區(qū)域進(jìn)行的初次充電。在本實(shí)施方式中，在負(fù)極的S0C5%至SOC 80%的范圍內(nèi)進(jìn)行充電。在本實(shí)施方式中，預(yù)嵌入表示預(yù)先使鋰離子嵌入。其目的之一為，通過從負(fù)極外部按負(fù)極的不可逆容量進(jìn)行嵌入以作補(bǔ)充，但也可以按可逆容量進(jìn)行嵌入。負(fù)極外部是指后述的鋰離子供給源。將在初次充電之前從鋰離子供給源進(jìn)行的充電稱為預(yù)嵌入。在本實(shí)施方式中，優(yōu)選以使負(fù)極的SOC大于或等于5%的方式進(jìn)行預(yù)嵌入。在本實(shí)施方式中，作為鋰離子供給源，例如使用在正極18的正極活性物質(zhì)層22中，除了正極活性物質(zhì)之外，還設(shè)有可以向負(fù)極12預(yù)嵌入鋰離子的氧化物、磷酸鹽、氮化物、有機(jī)物、硫化物等含鋰化合物。在向負(fù)極12進(jìn)行預(yù)嵌入的情況下，通過在正極18和負(fù)極12之間連接外部電路，從正極18向負(fù)極12流過電流，從而可以將鋰離子向負(fù)極嵌入(充電)。通過使用外部電路控制電流，可以控制充電速率。另外，作為鋰離子供給源，例如也可以使用在由Cu箔等金屬基板構(gòu)成的集電體上設(shè)置鋰金屬而成的鋰電極(未圖示)。在向負(fù)極12進(jìn)行預(yù)嵌入的情況下，在鋰電極和負(fù)極、12之間連接外部電路，并從鋰電極向負(fù)極12流過電流。這樣，使鋰離子向負(fù)極12嵌入(充電)。通過使用外部電路控制電流，可以控制充電速率。在如上所述使用鋰金屬進(jìn)行預(yù)嵌入的情況下，優(yōu)選在正極集電體20和負(fù)極集電體14上設(shè)置通孔。通過設(shè)置通孔，可以順暢地從鋰電極向負(fù)極12預(yù)嵌入鋰離子。本實(shí)施方式中的預(yù)嵌入工序以低充電速率進(jìn)行。低充電速率是指比初次充電時(shí)的充電速率低的充電速率。作為低充電速率，優(yōu)選例如O. OlC O. 1C。通過以低充電速率進(jìn)行預(yù)嵌入，可以使負(fù)極12內(nèi)的鋰分布均勻，由于充放電導(dǎo)致鋰析出的可能性降低，循環(huán)特性良好。此外，在小于O. OlC時(shí)，預(yù)嵌入需要較長時(shí)間。如果比O. IC大，則有可能使負(fù)極12內(nèi)的鋰分布的均勻性破壞，循環(huán)特性降低。
另外，優(yōu)選預(yù)嵌入工序在小于或等于40°C的環(huán)境下進(jìn)行。在小于或等于40°C這一低溫環(huán)境下，可以避免在預(yù)嵌入時(shí)從電解液產(chǎn)生氣體、以及形成SEI覆膜(固體電解質(zhì)覆膜)。這樣，可以均勻地進(jìn)行預(yù)嵌入。本實(shí)施方式中的初次充電工序以高充電速率進(jìn)行。高充電速率是指比預(yù)嵌入時(shí)的充電速率高的充電速率。作為高充電速率，優(yōu)選例如大于或等于1C。通過以高充電速率進(jìn)行初次充電，可以縮短初次充電時(shí)間。因?yàn)樵陬A(yù)嵌入工序中，鋰的分布已經(jīng)均勻化，所以即使進(jìn)行比較快速的充電，循環(huán)特性也不會(huì)降低。因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)完成初次充電，所以從生產(chǎn)率方面來說，可以獲得優(yōu)異的效果。另外，通過在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行充電處理，從而使電解液向電極的浸潰也可以均勻地進(jìn)行，向負(fù)極12析出鋰金屬的可能性也減小。即，因?yàn)樵诙虝r(shí)間的充電中，抑制了由于產(chǎn)生氣體而使電極內(nèi)生成氣泡，所以可以均勻地進(jìn)行電解液的浸潰。通過進(jìn)行電解液的均勻的浸潰，從而消除電極內(nèi)的電阻的波動(dòng)，抑制局部的金屬鋰析出。此外，如果以小于IC進(jìn)行初次充電，則無法在短時(shí)間內(nèi)完成初次充電，難以得到生產(chǎn)率方面的效果。在本實(shí)施方式中，優(yōu)選負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域?yàn)檎w容量的5 80%。負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域是指，為了從組裝有正負(fù)極的電芯取出能量而進(jìn)行的充電末端和放電末端之間的SOC區(qū)域，初次充電容量對應(yīng)于該區(qū)域。負(fù)極活性物質(zhì)的整體容量是指可以充放電的最大容量，是從0%至100%的SOC區(qū)域。負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域可以利用預(yù)嵌入容量和正極18的可逆容量進(jìn)行控制。即，可以利用預(yù)嵌入容量規(guī)定負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域的下限值，在此基礎(chǔ)上，可以利用正極18的可逆容量規(guī)定負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域的上限值。如果負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域?yàn)檎w容量的5 80%，則負(fù)極12的循環(huán)特性穩(wěn)定。小于5%或超過80%都會(huì)使循環(huán)特性劣化。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，通過在以低充電速率進(jìn)行預(yù)嵌入之后，以高充電速率進(jìn)行初次充電，從而可以在實(shí)現(xiàn)循環(huán)特性的提高的同時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)完成初次充電。實(shí)施例下面，利用實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。但是，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施例。(實(shí)施例I)(I)正極的制作作為正極活性物質(zhì)而稱量90重量份的LiCoO2,作為粘結(jié)劑而稱量5重量份的PVdF,作為導(dǎo)電助劑而稱量5重量份的炭黑，使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP) 100重量份而調(diào)制正極漿料。在Al箔集電體(涂覆部分為26X40mm、厚度為10 μ m、具有用于連接引線的凸?fàn)疃?上，利用刮刀法涂覆正極漿料并使其干燥后，通過沖壓而形成厚度為ΙΟΟμπι的正極活性物質(zhì)層。正極活性物質(zhì)層的單位面積重量為20mg/cm2。(2)負(fù)極的制作作為負(fù)極活性物質(zhì)而稱量70重量份的將硅(“ 7 > K ') ”子社”制的硅粉)粉碎為粒徑小于或等于5 μ m后得到的硅粉，作為粘結(jié)劑而稱量15重量份的的聚酰亞胺，作為導(dǎo)電助劑而稱量5重量份的炭黑，使用130重量份的NMP而調(diào)制負(fù)極漿料。在Cu箔集電體(涂覆部分為24X38mm、厚度為10 μ m、具有用于連接引線的凸?fàn)疃?上，利用刮刀法涂覆負(fù)極漿料并使其干燥后，通過沖壓而形成厚度為30μπι的負(fù)極活性物質(zhì)層。負(fù)極活性物質(zhì)層的單位面積重量為10mg/cm2。(3)電芯的制作 將負(fù)極和正極以彼此的活性物質(zhì)層相對的方式隔著聚乙烯隔板(厚度為25 μ m)層疊。在正極集電體的耳部上焊接鋁制的引線，在負(fù)極集電體的耳部上焊接鎳制的引線。使用鋁層壓封裝材料，使得各引線向外部露出且保留電解液注入口而對該由正極、負(fù)極構(gòu)成的層疊體進(jìn)行密封熔接。從電解液注入口注入電解液，然后將鋁層壓封裝材料完全密封，其中，在該電解液中，作為鋰鹽而溶解有I. 2M的LiPF6，使用EC/DMC/FEC為70 25 5的混合溶劑。(4)預(yù)嵌入工序?qū)⑷缟纤鲋圃斓碾娦镜恼龢O和負(fù)極的各自的引線與充放電實(shí)驗(yàn)裝置(“ 7 7力電子社”制)的相應(yīng)端子連接，以O(shè). 02C的充電速率，從正極向負(fù)極進(jìn)行預(yù)嵌入直至達(dá)到SOC10%。S卩，直至預(yù)嵌入(PD)容量為10%為止，向負(fù)極嵌入鋰離子。達(dá)到SOC 10%為止需要5個(gè)小時(shí)。此外，這些操作在室溫25 °C的環(huán)境下進(jìn)行。(5)初次充電工序然后，以IC的充電速率進(jìn)行SOC 60%量的快速充電。即，從正極嵌入了負(fù)極的SOC 60%量的鋰離子，直到負(fù)極的整體容量達(dá)到70%為止。即，負(fù)極的使用容量(ASOC)為60%。SOC從10%達(dá)到70%花費(fèi)O. 6個(gè)小時(shí)。S卩，SOC從0%達(dá)到70%花費(fèi)5. 6個(gè)小時(shí)?？梢砸韵鄬Χ痰臅r(shí)間完成初次充電。(6)循環(huán)實(shí)驗(yàn)然后，以使得負(fù)極的SOC成為從10%至70%、即充放電容量為負(fù)極的整體容量的60%的方式，反復(fù)進(jìn)行50次循環(huán)的正負(fù)極間的充放電。容量維持率為100%，示出非常良好的循環(huán)特性。(實(shí)施例2)除了在預(yù)嵌入工序中，以O(shè). 05C的充電速率，直至SOC 5%為止進(jìn)行預(yù)嵌入之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 5%需要的時(shí)間是I個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC5%達(dá)到SOC 65%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC 0%達(dá)到65%需要的時(shí)間是
I.6個(gè)小時(shí)?？梢栽诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)完成初次充電。另外，容量維持率為97%，示出非常良好的循環(huán)特性。(實(shí)施例3)
除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. 05C的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是2個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到70%需要的時(shí)間是2. 6個(gè)小時(shí)?？梢栽诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)完成初次充電。另外，容量維持率為97%，示出非常良好的循環(huán)特性。(實(shí)施例4)
除了在預(yù)嵌入工序中，以O(shè). 05C的充電速率，直至SOC 20%為止進(jìn)行預(yù)嵌入之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 20%需要的時(shí)間是4個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中從SOC20%達(dá)到SOC 80%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到80%需要的時(shí)間是4.6個(gè)小時(shí)?？梢栽诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)完成初次充電。另外，容量維持率為100%，示出非常良好的循環(huán)特性。(實(shí)施例5)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. IC的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是I個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到70%需要的時(shí)間是I. 6個(gè)小時(shí)?？梢栽诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)完成初次充電。另外，容量維持率為92%，示出非常良好的循環(huán)特性。(實(shí)施例6)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. 05C的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為2C的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是2個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是O. 3個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到70%需要的時(shí)間是2. 3個(gè)小時(shí)?？梢栽诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)完成初次充電。另外，容量維持率為95%，示出非常良好的循環(huán)特性。(對比例I)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. OlC的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為O. OlC的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是10個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是60個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到70%需要的時(shí)間是70個(gè)小時(shí)。雖然容量維持率為100%，示出非常良好的循環(huán)特性，但為了完成初次充電而需要非常長的時(shí)間。(對比例2)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. 05C的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為O. 05C的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是2個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是12個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC 0%達(dá)到70%需要的時(shí)間是14個(gè)小時(shí)。雖然容量維持率為100%，示出非常良好的循環(huán)特性，但為了完成初次充電而需要很長時(shí)間。
(對比例3)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. IC的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為O. IC的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是I個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC 0%達(dá)到70%需要的時(shí)間是7個(gè)小時(shí)。雖然容量維持率為88%，未發(fā)生大的循環(huán)劣化，但為了完成初次充電而需要很長時(shí)間。(對比例4)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. 5C的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為O. 5C的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是O. 2個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從 SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是I. 2個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC 0%達(dá)到70%需要的時(shí)間是I. 4個(gè)小時(shí)。雖然可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成初次充電，但容量維持率為74%，產(chǎn)生大幅的循環(huán)劣化。(對比例5)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為IC的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是O. I個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到70%需要的時(shí)間是O. 7個(gè)小時(shí)。雖然可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成初次充電，但容量維持率為48%，產(chǎn)生大幅的循環(huán)劣化。(對比例6)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為2C的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為2C的充電速率之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 10%需要的時(shí)間是O. 05個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 10%達(dá)到SOC 70%需要的時(shí)間是O. 3個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC 0%達(dá)到70%需要的時(shí)間是O. 35個(gè)小時(shí)。雖然可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成初次充電，但容量維持率為45%，產(chǎn)生大幅的循環(huán)劣化。(對比例7)除了省略了預(yù)嵌入工序之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在初次充電工序中，從SOC 0%達(dá)到SOC 60%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)。雖然可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成初次充電，但容量維持率為2 I%，產(chǎn)生很嚴(yán)重的循環(huán)劣化。通過在從SOC 0%至5%的區(qū)域中進(jìn)行充放電循環(huán)，可以推測出負(fù)極發(fā)生了循環(huán)劣化。(對比例8)除了在預(yù)嵌入工序中設(shè)為O. 05C的充電速率，在初次充電工序中設(shè)為IC的充電速率，并且直至SOC 30%為止進(jìn)行預(yù)嵌入之外，與實(shí)施例I相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在預(yù)嵌入工序中，達(dá)到SOC 30%需要的時(shí)間是6個(gè)小時(shí)，在初次充電工序中，從SOC 30%達(dá)到SOC 90%需要的時(shí)間是O. 6個(gè)小時(shí)，其結(jié)果為，從SOC O %達(dá)到90%需要的時(shí)間是6. 6個(gè)小時(shí)。雖然直至完成初次充電為止不需要很多時(shí)間，但容量維持率為29%，產(chǎn)生很嚴(yán)重的循環(huán)劣化。通過在超過SOC 80%的區(qū)域中進(jìn)行充放電循環(huán)，可以推測出負(fù)極發(fā)生了循環(huán)劣化。在表I中示出實(shí)施例I 6中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在表2中示出對比例I 8中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表I
權(quán)利要求
1.一種鋰離子蓄電裝置的制造方法，其制造具有正極、負(fù)極、以及用于向該負(fù)極預(yù)嵌入鋰離子的鋰離子供給源的鋰離子蓄電裝置，該負(fù)極具有合金類負(fù)極活性物質(zhì)， 其特征在于，具有下述エ序，即: 預(yù)嵌入エ序，在該エ序中，以低充電速率進(jìn)行向所述負(fù)極的預(yù)嵌入；以及初次充電エ序，在該エ序中，在所述預(yù)嵌入エ序之后，以比所述預(yù)嵌入時(shí)高的充電速率進(jìn)行初次充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子蓄電裝置的制造方法，其特征在干， 在所述預(yù)嵌入エ序中，以O(shè). Ol O. IC的充電速率進(jìn)行所述預(yù)嵌入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋰離子蓄電裝置的制造方法，其特征在干， 在所述預(yù)嵌入エ序中，在小于或等于40°C的環(huán)境下進(jìn)行所述預(yù)嵌入。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋰離子蓄電裝置的制造方法，其特征在干， 以大于或等于IC的充電速率進(jìn)行所述初次充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋰離子蓄電裝置的制造方法，其特征在干， 所述負(fù)極活性物質(zhì)的使用區(qū)域?yàn)檎w容量的5% 80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋰離子蓄電裝置的制造方法，其特征在干， 所述鋰離子供給源包含在所述正極中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋰離子蓄電裝置的制造方法，其特征在干， 所述鋰離子供給源是由所述正極和所述負(fù)極之外的電極構(gòu)成的鋰電扱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋰離子蓄電裝置的制造方法，其在將硅等金屬材料用作負(fù)極活性物質(zhì)的蓄電裝置中，在維持高循環(huán)特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)以短時(shí)間完成初次充電。該鋰離子蓄電裝置的制造方法用于制造具有正極、合金類負(fù)極、以及用于向所述負(fù)極預(yù)嵌入鋰離子的鋰離子供給源的鋰離子蓄電裝置，其具有下述工序，即預(yù)嵌入工序，在該工序中，以低充電速率進(jìn)行向所述負(fù)極的預(yù)嵌入；以及初次充電工序，在該工序中，在所述預(yù)嵌入工序之后，以比所述預(yù)嵌入時(shí)更高的充電速率進(jìn)行初次充電。通過在預(yù)嵌入后以高充電速率進(jìn)行初次充電，實(shí)現(xiàn)循環(huán)特性的提高，與此同時(shí)，通過以高充電速率進(jìn)行初次充電，從而可以實(shí)現(xiàn)初次充電完成時(shí)間的縮短。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102738514SQ20121009314
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者宇都宮隆 申請人:富士重工業(yè)株式會(huì)社