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公開番号2025016173
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2023119277
出願日2023-07-21
発明の名称二次電池の製造方法、二次電池、電池パック、及び車両
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H01M 10/058 20100101AFI20250124BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】出力性能および耐久性が高い二次電池が得られる二次電池の製造方法、出力性能および耐久性が高い二次電池および電池パック、並びにこの電池パックを搭載した車両を提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、正極と、負極と、電解質とを具備する二次前駆体を準備する工程と、負極の負極電位をリチウムの酸化還元電位を基準に0.6 V以上1.5 V未満の範囲内に調整することにより処理電位調整状態を得る工程と、処理電位調整状態を60℃を超え82℃以下の温度で保持する工程とを含む、二次電池の製造方法が提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極と、負極と、電解質とを具備する二次電池前駆体を準備する工程と、
前記負極の負極電位をリチウムの酸化還元電位を基準に0.6 V以上1.5 V未満の範囲内に調整することにより処理電位調整状態を得る工程と、
前記処理電位調整状態を６０℃を超え８２℃以下の範囲内の温度で保持する工程と
を含む、二次電池の製造方法。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記処理電位調整状態を保持する工程は、３時間以上行う、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記負極は、スチレンブタジェンゴム、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースの塩、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の重合体、及びアクリルゴムからなる群より選択される１以上を結着剤として含む、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記負極は、単斜晶型ニオブチタン酸化物、直方晶構造のチタンニオブ酸化物、及びニオブ複合酸化物からなる群より選択される１以上のニオブ含有酸化物を負極活物質として含む、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記処理電位調整状態では、前記正極の正極電位がリチウムの酸化還元電位を基準に3.9 Vを超える範囲に調整されている、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項６】
前記正極は、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄、及びリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物からなる群より選択される１以上を正極活物質として含む、請求項５に記載の二次電池の製造方法。
【請求項７】
前記処理電位調整状態を保持する工程の前後で電圧差が100 mV以上300 mV以下である、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項８】
前記電解質は、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウムジフルオロホスフェート、リチウムジフルオロオキサレートボラート、リチウムビスオキサレートボラート及びリチウムトリフラートからなる群より選択される１以上を更に含む、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の製造方法によって製造された二次電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の二次電池を具備する電池パック。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二次電池の製造方法、二次電池、電池パック、及び車両に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、高エネルギー密度電池として、リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池などの二次電池の研究開発が盛んに進められている。非水電解質二次電池などの二次電池は、ハイブリッド電気自動車や電気自動車等の車両用、携帯電話基地局の無停電電源用などの電源として期待されている。そのため、二次電池は、高エネルギー密度に加えて、急速充放電性能、長期信頼性のような他の性能にも優れていることも要求されている。例えば、急速充放電が可能な二次電池は、充電時間が大幅に短縮されるだけでなく、ハイブリッド電気自動車等の車両の動力性能の向上や動力の回生エネルギーの効率的な回収も可能である。
【０００３】
急速充放電を可能にするためには、電子及びリチウムイオンが正極と負極との間を速やかに移動できることが必要である。しかしながら、カーボン系負極を用いた電池は、急速充放電を繰り返すと、電極上に金属リチウムのデンドライト析出が生じ、内部短絡による発熱や発火の虞があった。
【０００４】
そこで、炭素質物の代わりに金属複合酸化物を負極に用いた電池が開発された。酸化物負極は、その高動作電位によるリチウム析出の完全な抑制によって、非常に高い安全性を担保している。中でも、チタン酸化物を負極に用いた電池は、安定的な急速充放電が可能であり、カーボン系負極を用いた場合に比べて寿命も長いという特性を有する。
【０００５】
例えば、Ｌｉ
4
Ｔｉ
5
Ｏ
12
（TLO）のようなスピネル型リチウムチタン酸化物は、リチウムの挿入－脱離反応における体積膨張収縮がない無歪材料として知られている。しかしTLOの理論容量は１８０ｍＡｈ／ｇ程度であり、エネルギー密度が低い。
【０００６】
Nb
2
TiO
7
（TNO）等のニオブチタン酸化物は、TLOと比較して高い充放電容量を有し、入力性能（充電性能）もTLOと比べて高い。しかし、出力性能についてはTNOはTLOと同等かやや劣る傾向にある。また、TNOは充放電中のリチウムの挿入および脱離に伴って体積変化を示すことから、サイクル寿命性能についてはTLOの方が優位になる。詳細には、体積変化によってTNOを含む活物質粒子の割れが生じ、それによって負極内の電子伝導パスが切れ、負極のうち充放電に参加する部分の割合が減少する。また、割れによって活物質粒子の活性表面が増加するため、活物質と電解質との副反応が促進される。そして電解質の分解によるリチウムイオンの移動を阻害する被膜の負極上の生成が加速し、内部抵抗が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１５－９２４７８号公報
特開２０２２－１６９２０５号公報
特開２０２２－１６９２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
出力性能および耐久性が高い二次電池が得られる二次電池の製造方法、出力性能および耐久性が高い二次電池および電池パック、並びにこの電池パックを搭載した車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、正極と、負極と、電解質とを具備する二次電池前駆体を準備する工程と、負極の負極電位をリチウムの酸化還元電位を基準に0.6 V以上1.5 V未満の範囲内に調整することにより処理電位調整状態を得る工程と、処理電位調整状態を６０℃を超え８２℃以下範囲内の温度で保持する工程とを含む、二次電池の製造方法が提供される。
【００１０】
他の実施形態によれば、上記実施形態に係る製造方法で製造された二次電池が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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