(57)【要約】【課題】蓄電装置に組込まれていた二次電池を取り出して、再度、蓄電装置に組込む二次電池の再利用方法において、組込まれた二次電池内において、リチウムが析出などの弊害が生じることが抑制された二次電池の再利用方法を提供する。【解決手段】二次電池の再利用方法は、拘束された複数の二次電池を含む第１蓄電装置を準備する工程Ｓ１と、二次電池の拘束状態を解除する工程Ｓ２と、拘束状態が解除された二次電池に圧力を加える工程Ｓ３と、圧力から二次電池を開放する工程Ｓ４と、圧力から開放された二次電池を第２蓄電装置に組み付ける工程Ｓ５とを備える。【選択図】図３
2020113479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拘束された複数の二次電池を含む第１蓄電装置を準備する工程と、
前記二次電池の拘束状態を解除する工程と、
前記拘束状態が解除された前記二次電池に圧力を加える工程と、
前記圧力から前記二次電池を開放する工程と、
前記圧力から開放された前記二次電池を第２蓄電装置に組み付ける工程と、
を備えた、二次電池の再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、二次電池の再利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蓄電装置は、一方向に配列する複数の二次電池と、配列した複数の二次電池を拘束する拘束具とを備える。
【０００３】
蓄電装置が長期間使用されると、二次電池内にガスが溜まり、内圧が高くなる場合がある。そのため、使用済の蓄電装置の二次電池を再利用するために、拘束具を取り外すと、二次電池が膨張する場合がある。その結果、二次電池の電池性能は再利用可能な程度の性能であったとしても、二次電池が膨張することで、二次電池のケースが損傷する場合がある。その結果、当該二次電池を再利用することができないおそれがある。
【０００４】
そこで、特開２０１６−１３１０７６号公報に記載された二次電池の検査方法においては、蓄電装置に設けられた拘束具が二次電池に加える拘束荷重を測定し、拘束荷重が所定値よりも小さいときに、再利用バッテリとして採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１３１０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二次電池は、充放電がなされると発熱して電極体が膨張するように変形し、充放電がなされなくとなると、温度が次第に常温にまで低下する。
【０００７】
その一方で、蓄電装置に二次電池が搭載された状態においては、１つの二次電池のうち、外表面に露出している部分においては、放熱性が高く、外部に露出していない部分の放熱性は低い。このため、放熱性の高い部分においては、温度は高くなり難く、放熱性の低い部分では、高温になり易い。
【０００８】
そのため、電極体において、膨張や収縮変形しやすい部分と変形し難い部分とが生じ、その結果、長期間、二次電池が充放電を繰り返すと、電極体が撓むように変形するように内部応力が蓄積される。
【０００９】
その一方で、二次電池が蓄電装置に組込まれている状態では、二次電池の収容ケースには、拘束具から大きな荷重が加えられているため、収容ケース内において、電極体が変形するためのスペースが生じ難い。その結果、電極体が変形することが抑制されている。
【００１０】
しかし、二次電池を再利用するために、蓄電装置から二次電池を取り出し、所定期間の間、二次電池を保管しておくと、収容ケースは、雰囲気温度の変化に応じて膨張または収縮変形する。これに伴い、電極体と収容ケースとの間に隙間が生じ、時間の経過と共に、電極体が二次電池内で変形する場合がある。
【００１１】
電極体が変形すると、正極シートの正極合材層と、負極シートの負極合材層との間の距離が大きくなる離間部分が生じる。
【００１２】
このように離間部分が生じた電極体を含む二次電池を蓄電装置に再度組込んで使用したとすると、離間部分では電気的抵抗が高くなる。その一方で、負極合材層および正極合材層の距離が正常な正常部分のうち、離間部分の近傍に位置する近傍部分において、電流が集中する。
【００１３】
その結果、近接部分において、負極合材層にリチウムイオンが入りきらずに、負極合材層において、リチウムが析出しやすくなる。
【００１４】
また、離間部分に電解液が入り込みやすく、離間部分の近傍には多くのリチウムイオンが存在しやすくなり、上記の近傍部分において、リチウムが析出しやすくなる。
【００１５】
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電装置に組込まれていた二次電池を取り出して、再度、蓄電装置に組込む二次電池の再利用方法において、組込まれた二次電池内において、リチウムが析出などの弊害が生じることが抑制された二次電池の再利用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本開示に係る二次電池の再利用方法は、拘束された複数の二次電池を含む第１蓄電装置を準備する工程と、二次電池の拘束状態を解除する工程と、拘束状態が解除された二次電池に圧力を加える工程と、圧力から二次電池を開放する工程と、圧力から開放された二次電池を第２蓄電装置に組み付ける工程と、を備える。
【００１７】
上記の二次電池の再利用方法によれば、第１蓄電装置から取り出した二次電池を保管する際に、二次電池に圧力を加えている。そのため、二次電池内の電極体が変形し難くなり、電極体内に隙間が形成されることを抑制することができる。これにより、第２蓄電装置に当該二次電池を組み込んだとしても、リチウム析出などの弊害が生じることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本開示に係る二次電池の再利用方法によれば、蓄電装置に組込まれていた二次電池を取り出して、再度、別の蓄電装置に再度組込んだ場合において、再度組込まれた二次電池内において、リチウムが析出などの弊害が生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係る蓄電装置１を模式的に示す平面図である。
【図２】二次電池２を示す斜視図である。
【図３】二次電池２の再利用方法の各工程を模式的に示す模式図である。
【図４】保管装置４０および正極シート２０を示す斜視図である。
【図５】比較例に係る二次電池２Ｂの再利用方法を模式的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１から図５を用いて、本実施の形態に係る二次電池の再利用方法について説明する。図１から図５に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る蓄電装置１を模式的に示す平面図である。蓄電装置１は、複数の二次電池２と、拘束具３と、複数のバスバー４とを含む。
【００２２】
複数の二次電池２は、配列方向Ｄ１に配列するように設けられている。なお、各二次電池２の間には、樹脂製の板状部材などが配置されている。
【００２３】
図２は、二次電池２を示す斜視図である。本実施の形態においては、二次電池２として、リチウムイオン電池を採用した例について説明するが、二次電池２としては、ニッケル水素電池であってもよい。
【００２４】
二次電池２は、収容ケース１０と、電極体１１と、正極端子１２と、負極端子１３と、電解液１４とを含む。
【００２５】
収容ケース１０は、主面１７Ａ，１７Ｂと、側面１８Ａ，１８Ｂと、上面１９Ａと、底面１９Ｂとを含む。収容ケース１０は、扁平形状に形成されており、配列方向Ｄ１に薄く形成されている。
【００２６】
主面１７Ａおよび主面１７Ｂは、配列方向Ｄ１に配列しており、側面１８Ａおよび側面１８Ｂは、幅方向Ｗに配列している。
【００２７】
収容ケース１０は、ケース本体１５と、蓋１６とを含む。ケース本体１５および蓋１６は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料によって形成されている。
【００２８】
ケース本体１５は、上方に向けて開口するように形成されている。蓋１６は、ケース本体１５の開口部を閉塞するように設けられている。
【００２９】
電極体１１および電解液１４は、収容ケース１０内に収容されている。電極体１１は、正極シート２０と、セパレータ２１と、負極シート２２とを含む。この図２に示す例においては、正極シート２０と、セパレータ２１と、負極シート２２とを重ね合わせた状態で巻回した巻回型の電極体であり、電極体１１の一端には、正極２３が形成されており、他端には負極２４が形成されている。なお、正極シート２０および負極シート２２の間には、セパレータ２１が配置されている。
【００３０】
正極シート２０は、板状に形成された集電体と、この集電体に形成された正極合材層とを含む。正極シート２０の集電体は、アルミニウムなどによって形成されている。
【００３１】
正極合材層は、集電体の表裏面の少なくとも一方に形成されており、正極合材層は、正極活物質と、導電材と、バインダなどを含む。正極活物質は、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムおよびリン酸鉄リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００３２】
セパレータ２１は、不織布などのように多孔質膜である。
負極シート２２は、板状に形成された集電体と、集電体に形成された負極合材層とを含む。負極シート２２の集電体は、たとえば、銅である。負極合材層は、負極活物質と、バインダなどを含む。負極活物質は、たとえば、黒鉛である。
【００３３】
なお、電極体１１としては、複数の正極シート２０と、複数のセパレータ２１と、複数の負極シート２２とを積層した積層体型の電極体であってもよい。
【００３４】
電解液１４は、支持塩と、溶媒とを含む。支持塩は、たとえば、ＬｉＰＦ6である。等倍は、ＥＣと、ＤＭＣと、ＥＭＣとを含む。なお、「ＥＣ」はエチレンカーボネートを示す。「ＤＭＣ」はジメチルカーボネートを示す。「ＥＭＣ」はエチルメチルカーボネートを示す。
【００３５】
正極端子１２および負極端子１３は、蓋１６の上面に設けられている。なお、正極端子１２は、電極体１１の正極２３に電気的に接続されており、負極端子１３は、電極体１１の負極２４に電気的に接続されている。
【００３６】
図１に戻って、拘束具３は、エンドプレート３０，３１と、拘束バンド３２とを含む。エンドプレート３０は、配列方向Ｄ１における蓄電装置１の一端側に設けられており、エンドプレート３１は、蓄電装置１の他端側に設けられている。拘束バンド３２は、エンドプレート３０およびエンドプレート３１を連結するように設けられている。
【００３７】
複数の二次電池２は、エンドプレート３０およびエンドプレート３１の間に設けられている。そして、エンドプレート３０，３１を連結する拘束バンド３２によって、複数の二次電池２に拘束力が加えられており、複数の二次電池２がエンドプレート３０およびエンドプレート３１の間に固定されている。バスバー４は、配列方向Ｄ１に隣り合う二次電池２を電気的に直列に接続している。
【００３８】
上記のように構成された蓄電装置１は、たとえば、ハイブリッド車両や電気自動車などの電動車両に搭載される。そして、電動車両に搭載された蓄電装置１は、繰り返し充放電を行い、各二次電池２においても、繰り返し充放電が行われる。
【００３９】
図２において、二次電池２が充放電すると、電極体１１の温度が上昇する。電極体１１の温度が上昇すると、電極体１１が膨張するように変形する。この際、幅方向Ｗにおける電極体１１の両端側は、収容ケース１０の側面１８Ａ，１８Ｂを通して外部に熱が放熱され易い。その一方で、収容ケース１０の主面１７Ａ，１７Ｂは、配列方向Ｄ１に隣り合う絶縁板に接触しているため、幅方向Ｗにおける電極体１１の中央部分では、熱が外部に放熱され難く、温度が上昇しやすい。
【００４０】
そのため、幅方向Ｗにおける電極体１１の中央部分では、電極体１１の両端側よりも、大きな変形が繰り返されることになる。
【００４１】
その結果、長期間、電極体１１が充放電を繰り返すことで、電極体１１が収容ケース１０内で変形しようとする内部応力が生じる。そのため、電極体１１が自然状態に置かれると、電極体１１は当該内部応力によって変形しようとする。
【００４２】
その一方で、各収容ケース１０は、エンドプレート３０，３１から加えられる拘束力によって押さえつけられているため、収容ケース１０と電極体１１との間に電極体１１が変形するための隙間が形成され難い。その結果、二次電池２が蓄電装置１に組み付けられている状態においては、電極体１１が変形することが抑制されている。
【００４３】
ここで、たとえば、拘束具３による拘束状態を解除して、二次電池２を所定期間の間、保管したとする。保管中において、収容ケース１０は、周囲の雰囲気温度によって膨張するように変形する場合がある。この際、収容ケース１０および電極体１１の間に隙間が形成され、電極体１１が上記の内部応力によって変形する。そして、保管期間中において、収容ケース１０が雰囲気温度に応じて膨張するように変形することを繰り返すことで、収容ケース１０内において電極体１１が徐々に変形する。
【００４４】
電極体１１が変形すると、電極体１１内に隙間が生じやすくなる。電極体１１内に隙間が生じると、当該隙間部分においては、正極シート２０の正極合材層と、負極シート２２の負極合材層との間の距離が長くなる。
【００４５】
次に、上記のように構成された蓄電装置１から二次電池２を取り出して、再度、別の蓄電装置１Ａに取り出した二次電池２を組み込んで、二次電池２を再利用する方法について説明する。
【００４６】
図３は、二次電池２の再利用方法の各工程を模式的に示す模式図である。二次電池２の再利用方法は、準備工程Ｓ１と、分離工程Ｓ２と、保管工程Ｓ３と、解除工程Ｓ４と、組付工程Ｓ５とを含む。
【００４７】
準備工程Ｓ１は、蓄電装置１を準備する工程である。たとえば、電動車両に搭載され、長期間使用された蓄電装置１を電動車両から取り出す工程である。
【００４８】
分離工程Ｓ２は、蓄電装置１から二次電池２を取り出す工程である。具体的には、拘束具３を蓄電装置１から取り外す工程と、複数の二次電池２の拘束状態を解除する工程と、各二次電池２を蓄電装置１から取り出す工程とを含む。
【００４９】
保管工程Ｓ３は、保管装置４０を用いて、二次電池２を保管する工程である。一般に、蓄電装置１から取り外された二次電池２を他の蓄電装置に組込むまで相当の期間を要することが多い。たとえば、取り出された二次電池２の電池性能を検査したり、また、二次電池２の収容ケース１０の欠損の有無などを確認する場合があるためである。さらに、新たに組み込む蓄電装置が選定されていない状況があり得るためである。
【００５０】
本実施の形態の保管工程Ｓ３においては、保管装置４０を用いて、二次電池２を保管する。図４は、保管装置４０および正極シート２０を示す斜視図である。
【００５１】
保管装置４０は、複数の拘束板４１と、複数のボルト４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、複数のナット４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄとを含む。拘束板４１は、板状に形成されており、たとえば、鉄などの金属によって形成されている。各拘束板４１は、各拘束板４１の主面が互いに対向するように配列方向Ｄ２に配列するように形成されている。
【００５２】
なお、この図４に示す例においてては、拘束板４１は、長方形形状に形成されている。拘束板４１には、複数の貫通孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが形成されており、各貫通孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、拘束板４１の角部付近に形成されている。そして、配列方向Ｄ２に隣り合う拘束板４１に形成された貫通孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、配列方向Ｄ２に配列している。
【００５３】
ボルト４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、ヘッド４４と、軸４５とを含む。軸４５は、配列方向Ｄ２に配列する複数の貫通孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを通るように挿入されている。ナット４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、各ボルト４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの軸４５の下端部に装着されている。
【００５４】
上記のように構成された保管装置４０において、蓄電装置１から取り外された二次電池２は、拘束板４１の間に配置される。そして、各ナット４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを締めることで、二次電池２を拘束板４１で挟み込む。これにより、二次電池２の主面１７Ａおよび主面１７Ｂが、拘束板４１によって押圧される。
【００５５】
このように、主面１７Ａおよび主面１７Ｂが押圧されることで、二次電池２内の電極体１１にも圧力が加えられ、電極体１１が変形することが抑制される。具体的には、収容ケース１０と電極体１１との間に隙間が形成されることが抑制され、電極体１１が変形することを抑制することができる。
【００５６】
なお、分離工程Ｓ２において、二次電池２を取り出した後、直ぐに、保管装置４０で二次電池２に圧力を加えるのが好ましい。たとえば、数時間以内に二次電池２を保管装置４０で拘束するのが好ましい。
【００５７】
また、保管装置４０で二次電池２を拘束した状態で保管する期間には、特に、限定する期間はないが、たとえば、数週間〜数か月の間、保管する。
【００５８】
図３に戻って、保管工程Ｓ３後の解除工程Ｓ４においては、保管装置４０による二次電池２への加圧状態を解除する。具体的には、図４において、ナット４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを緩めて、拘束板４１による二次電池２への加圧状態を解除する。
【００５９】
組付工程Ｓ５は、保管装置４０から取り外した二次電池２を蓄電装置１とは、別の蓄電装置１Ａに組込む工程である。なお、保管装置４０から取り外した二次電池２は、数時間内に蓄電装置１Ａに組込むようにするのが好ましい。
【００６０】
上記の二次電池２の再利用方法によれば、保管工程Ｓ３において、電極体１１内に隙間が形成されることを抑制することができる。
【００６１】
次に、比較例に係る二次電池の再利用方法について説明し、本実施の形態に係る二次電池２の再利用方法と比較する。
【００６２】
図５は、比較例に係る二次電池２Ｂの再利用方法を模式的に示す模式図である。比較例に係る二次電池２Ｂの再利用方法は、準備工程Ｓ１と、分離工程Ｓ２と、保管工程Ｓ３Ａと、組付工程Ｓ５Ａとを含む。比較例においては、解除工程Ｓ４はない。
【００６３】
比較例においても、準備工程Ｓ１において、蓄電装置１Ｂを準備する。そして、分離工程Ｓ２において、二次電池２Ｂを蓄電装置１Ｂから取り出す。
【００６４】
次に、保管工程Ｓ３Ａにおいては、二次電池２Ｂに外力を加えずに保管する。そして、たとえば、保管工程Ｓ３Ａにおいて、たとえば、数週間〜数か月の間、保管する。
【００６５】
ここで、蓄電装置１Ｂの拘束具３による拘束状態が解除されているため、保管中において、二次電池２Ｂは自然状態で保管されている。そのため、蓄電装置１Ｂの収容ケース１０Ｂは、周囲の雰囲気温度によって膨張するように変形して、収容ケース１０Ｂおよび二次電池２Ｂの間に隙間が形成されるときがある。
【００６６】
この際、長期間、充放電が繰り返された二次電池２Ｂにおいては、放熱され易い部分と、放熱され難い部分との存在によって、二次電池２Ｂ内に内部応力が蓄積されている。そのため、二次電池２を自然状態で保管すると、収容ケース１０Ｂおよび電極体１１Ｂの間に隙間が形成され、電極体１１Ｂが上記の内部応力によって変形する。そして、保管期間中において、収容ケース１０Ｂが雰囲気温度に応じて膨張するように変形することを繰り返すことで、収容ケース１０Ｂ内において電極体１１Ｂが徐々に変形する。
【００６７】
このように電極体１１Ｂが変形すると、電極体１１Ｂ内に隙間が生じやすくなる。電極体１１Ｂ内に隙間が生じると、当該隙間部分においては、正極シートの正極合材層と、負極シートの負極合材層との間の距離が長くなる。
【００６８】
組付工程Ｓ５Ａにおいては、解除工程Ｓ４Ａにおいて保管した二次電池２Ｂを蓄電装置１Ｃに組込む。具体的には、蓄電装置１Ｃの拘束具３で二次電池２Ｂを拘束する。
【００６９】
この際、拘束具３で二次電池２Ｂを拘束したとしても、電極体１１Ｂ内に形成された隙間が残留する場合がある。
【００７０】
電極体１１Ｂ内に隙間が残留すると、正極シート２０の正極合材層および負極シート２２の負極合材層の間の広い離間部分が生じ、当該離間部分には電解液が入り込む。
【００７１】
なお、当該離間部分の周囲には、正極合材層および負極合材層の間の距離が正常な正常部分が位置している。
【００７２】
上記のような電極体１１Ｂを含む二次電池２Ｂが蓄電装置１Ｃに組込まれて、充放電を繰り返したとする。
【００７３】
この際、離間部分の電気抵抗が高いため、離間部分では電流が流れにくい一方で、離間部分の周囲に位置する正常部分に電流が集中する。そのため、離間部分の周囲に位置する正常部分においては、負極合材層がリチウムイオンを受け入れきれずに、リチウムが析出する場合がある。
【００７４】
特に、離間部分には電解液が入り込むため、離間部分の周囲に位置する正常部分の周囲には、多くのリチウムイオンが存在しており、当該正常部分においてリチウムイオンが析出しやすくなっている。
【００７５】
なお、二次電池２Ｂ内でリチウムが析出した場合において、リチウムが針状に析出する場合がある。その結果、針状に析出したリチウムがセパレータ２１を貫通して、正極合材層および負極合材層を短絡させる場合がある。
【００７６】
その一方で、本実施の形態に係る二次電池２の再利用方法によれば、蓄電装置１Ａに組込まれる二次電池２においては、電極体１１内に隙間が形成されることが抑制されているため、比較例のような弊害が生じることが抑制されている。
【００７７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  蓄電装置、２，２Ｂ  二次電池、３，３Ｃ  拘束具、４  バスバー、１０  収容ケース、１１，１１Ｂ  電極体、１２  正極端子、１３  負極端子、１４  電解液、１５  ケース本体、１６  蓋、１７Ａ，１７Ｂ  主面、１８Ａ，１８Ｂ  側面、１９Ａ  上面、１９Ｂ  底面、２０  正極シート、２１  セパレータ、２２  負極シート、２３  正極、２４  負極、３０，３１  エンドプレート、３２  拘束バンド、４０  保管装置、４１  拘束板、４２  ボルト、４３  ナット、４４  ヘッド、４５  軸、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ  貫通孔、Ｄ１，Ｄ２  配列方向、Ｓ１  準備工程、Ｓ２  分離工程、Ｓ３Ａ，Ｓ３  保管工程、Ｓ４Ａ，Ｓ４  解除工程、Ｓ５Ａ，Ｓ５  組付工程、Ｗ  幅方向。
【図１】
2020113479.tif 000003
【図２】
2020113479.tif 000004
【図３】
2020113479.tif 000005
【図４】
2020113479.tif 000006
【図５】
2020113479.tif 000007