DE102016118964A1 - Sekundärbatterievorrichtung - Google Patents

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Yuta SHIMONISHI
Yoshinori Satou
Shigeki Komine
Yoshikazu KUSANO
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Abstract

Eine Sekundärbatterie weist eine positive Elektrode und eine negative Elektrode auf und wird geladen und entladen. Eine Lade-Entlade-Steuerungseinheit steuert ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie und umfasst eine Speichereinheit, eine Berechnungseinheit und eine Steuerungsverarbeitungseinheit. Die Speichereinheit speichert in sich Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der Sekundärbatterie. Die Berechnungseinheit berechnet eine Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien, die in der Speichereinheit gespeichert sind. Die Steuerungsverarbeitungseinheit lädt und entlädt die Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung. Die Speichereinheit speichert in sich Modelldaten einer Verschlechterung. Die Berechnungseinheit vergleicht die Modelldaten einer Verschlechterung mit Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts, wenn die Sekundärbatterie geladen und entladen wird, berechnet Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der positiven Elektrode und Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. Kennlinien der negativen Elektrode und bestimmt die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien.

Description

  • HINTERGRUND
  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sekundärbatterievorrichtung, die eine Ladung-Entladungs-Einheit umfasst, die ein Aufladen und Entladen einer Sekundärbatterie steuert.
  • [Verwandter Stand der Technik]
  • Als Begleiterscheinung der Verbreitung von Laptop-Computern, Mobiltelefonen, digitalen Kameras und dergleichen gibt es einen wachsenden Bedarf an Akkumulatoren bzw. Sekundärbatterien, die verwendet werden, um derartige kompakte elektronische Geräte anzutreiben. Die Verwendung von Sekundärbatterien mit wasserfreiem Elektrolyt (insbesondere Lithium-Ionen-Sekundärbatterien) wird für diese elektronischen Geräte immer verbreiteter, da eine höhere Kapazität erreicht werden kann.
  • Zusätzlich zu einer Verwendung in kompakten elektronischen Geräten befindet sich die Anwendung von Sekundärbatterien mit wasserfreiem Elektrolyt für Zwecke, die große Leistungsmengen erfordern, wie bspw. in Fahrzeugen (elektrische Fahrzeuge [EVs], Hybridfahrzeuge [HVs] und Plug-in-Hybridfahrzeuge [PHVs]) und Haushaltleistungsversorgungen (Heimenergieverwaltungssysteme [HEMSs]), in der Diskussion. In diesem Fall kann eine große Leistungsmenge durch Mittel, wie bspw. eine Vergrößerung der Größe einer Elektrodenplatte in der Batterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, ein Ausbilden einer Elektrodenbaugruppe durch Schichten mehrerer Elektrodenplatten oder ein Konfigurieren eines Batteriepacks (auch als eine montierte Batterie bezeichnet) durch ein Kombinieren mehrerer Batteriezellen (oder Sekundärbatterien), erhalten werden.
  • In den letzten Jahren ist das Montieren von Sekundärbatterien mit nichtwässrigem Elektrolyt in Fahrzeugen im Lichte von Umweltfragen vorangetrieben worden. Hinsichtlich der Sicherheit, Qualität, Steuerung und Haltbarkeit muss die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, die bei einem Fahrzeug montiert wird, innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs aufgeladen und entladen werden. Beispielsweise besteht die Neigung, dass, wenn eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie übermäßig aufgeladen wird (im Allgemeinen als Überladen bezeichnet), eine Oxidation einer elektrolytischen Lösung und ein Zusammenbruch der Kristallstruktur eines Positivelektroden-Aktivmaterials auf der Positivelektrodenseite auftritt. Es besteht die Neigung, dass eine Abscheidung von Lithiummetall auf der Negativelektrodenseite auftritt. Dementsprechend schreitet eine Verschlechterung der Sekundärbatterie voran. Um derartige Probleme zu verhindern, muss die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (oder die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt) in einer Art und Weise gehandhabt werden, die ein Überladen und ein übermäßiges Entladen verhindert, und derart gesteuert werden (Ladungs-Entladungs-Steuerung), dass das Voranschreiten einer Verschlechterung unterdrückt wird und eine Dauernutzung ermöglicht wird.
  • In Reaktion auf dieses Problem wird zum Zwecke eines Verhinderns eines Überladens und eines übermäßigen Entladens eine Maßnahme in Betracht gezogen, die eine geeignete Bestimmung des Verschlechterungszustands der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt und eine Steuerung einer Entladeschlussspannung auf der Grundlage des Zustands umfasst.
  • Eine Verschlechterung der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt variiert jedoch in breitem Umfang in Abhängigkeit von Verwendungsbedingungen (wie bspw. einer Umgebungstemperatur, einer Elektrodentemperatur, eines Ladungszustandsbereichs (SOC-Bereich), über dem ein Aufladen und Entladen ausgeführt werden, und einer Lade-Entlade-Rate). Zusätzlich variiert eine Verschlechterung ebenso in Abhängigkeit von Herstellungsbedingungen (wie bspw. eine Feuchtigkeitskontamination während eines Mischens in der Vorbereitungsverarbeitung der Batterie, Wärmeerzeugungsbedingungen und Lade-Entlade-Bedingungen vor einem Versenden der Batterie) der Sekundärbatterie. Folglich ist es schwierig, den Zustand (Verschlechterungsgrad) der Sekundärbatterie mit wasserfreiem Elektrolyt mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Außerdem wird das vorstehend beschriebene Problem noch deutlicher, wenn eine Atomisierung bzw. Zerstäubung eines Aktivmaterials ausgeführt wird, um eine ausreichende Batterieleistungsfähigkeit sicherzustellen, und wenn ein Positivelektroden-Aktivmaterial, das Ni2+ beinhaltet, verwendet wird, um die Kapazität des Aktivmaterials zu vergrößern.
  • In Bezug auf dieses Problem beschreibt die JP 2013-81332 A , Daten über Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien auf der Grundlage des Verschlechterungsgrades eines Batteriemoduls von einer Datenbank zu erlangen, die im Voraus auf der Grundlage von Herstellungsüberprüfungen und Betriebsergebnissen gespeichert wird, und eine Lade-Entlade-Steuerung auszuführen, um ein Betriebsmuster auf der Grundlage der erlangten Daten zu bestimmen.
  • In dem herkömmlichen Steuerungsverfahren tritt jedoch ein Problem dahingehend auf, dass eine genaue Bestimmung bzgl. der Verschlechterung der Sekundärbatterie nicht gemacht werden kann. Spezifisch sind in dem herkömmlichen Steuerungsverfahren die Daten, die im Voraus in der Datenbank auf der Grundlage von Herstellungsüberprüfungen und Betriebsergebnissen gespeichert werden, Daten, die in einem Zustand erhalten werden, in dem die Sekundärbatterie zusammengebaut wird. Eine Elektrodenreaktion der positiven Elektrode bzw. Positivelektrode und eine Elektrodenreaktion der negativen Elektrode bzw. Negativelektrode treten in der Sekundärbatterie gleichzeitig auf. Folglich ist, auch wenn eine der Elektroden verschlechtert ist (spezifisch die Rate irgendeiner Elektrodenreaktion begrenzt ist), eine genaue Bestimmung der Verschlechterung schwierig. Des Weiteren kann, wenn eine Verschlechterung einer Elektrode voranschreitet, ohne erfasst zu werden, indem die Sekundärbatterie alleine überwacht wird, eine Verschlechterung, die plötzlich nach einem wiederholten Laden und Entladen auftaucht, ebenso auftreten. Es ist schwierig, einen derartigen Typ einer Verschlechterung genau zu erfassen.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG
  • Es wird somit gewünscht, eine Sekundärbatterievorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine hohe Lade-Entlade-Leistungsfähigkeit zu erreichen, auch wenn eine Verschlechterung einer Sekundärbatterie auftritt.
  • Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten haben die Erfinder der vorliegenden Offenbarung die vorliegende Offenbarung vervollständigt, indem die Sekundärbatterievorrichtung wiederholt untersucht worden ist.
  • Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung stellt eine Sekundärbatterievorrichtung bereit, die umfasst: eine Sekundärbatterie, die eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweist und geladen und entladen wird; und eine Lade-Entlade-Steuerungseinheit, die ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie steuert. In der Sekundärbatterievorrichtung umfasst die Lade-Entlade-Steuerungseinheit: eine Speichereinheit, die in sich eine Lade-Entlade-Kennlinie der Sekundärbatterie speichert; eine Berechnungseinheit, die eine Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Kennlinie, die in der Speichereinheit gespeichert ist, berechnet; und eine Steuerungsverarbeitungseinheit, die die Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung lädt und entlädt. Die Speichereinheit speichert in sich Modelldaten einer Verschlechterung der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und der Sekundärbatterie. Die Berechnungseinheit vergleicht die Modelldaten mit Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts, wenn die Sekundärbatterie geladen und entladen wird, berechnet die Lade-Entlade-Kennlinie der positiven Elektrode und die Lade-Entlade-Kennlinie der negativen Elektrode und bestimmt die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Kennlinie.
  • In der Sekundärbatterievorrichtung der vorliegenden Offenbarung vergleicht die Lade-Entlade-Steuerungseinheit, die ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie steuert, die Modelldaten mit den Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts, wenn die Sekundärbatterie geladen und entladen wird. Die Lade-Entlade-Steuerungseinheit berechnet die Lade-Entlade-Kennlinie der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Sekundärbatterie. Die Lade-Entlade-Steuerungseinheit führt dann ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Kennlinie aus. Als Ergebnis können ein Laden und Entladen, die mit den Verschlechterungsgraden der Positivelektrode und der Negativelektrode (d.h. einer Verringerung in einer Leistungsfähigkeit der Elektroden) übereinstimmen, ausgeführt werden. Eine Verringerung in der Leistungsfähigkeit der gesamten Sekundärbatterie kann unterdrückt werden. Als Ergebnis kann eine hohe Batterieleistungsfähigkeit erreicht werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Es zeigen:
  • 1 ein Diagramm einer Konfiguration einer Sekundärbatterievorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 ein Diagramm einer Konfiguration einer Sekundärbatterie, die in dem Ausführungsbeispiel verwendet wird; und
  • 3 ein Flussdiagramm eines Betriebs, der durch die Sekundärbatterievorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend ausführlich entsprechend einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Spezifisch wird die vorliegende Offenbarung auf der Grundlage einer Sekundärbatterievorrichtung beschrieben, die eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet.
  • [Ausführungsbeispiel]
  • Eine Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie als eine Sekundärbatterie. Die Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 2 und eine Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 auf. 1 zeigt schematisch eine Konfiguration der Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • [Lithium-Ionen-Sekundärbatterie]
  • Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 2 (nachstehend als eine Sekundärbatterie 2 bezeichnet) weist eine positive Elektrode bzw. Positivelektrode 20 und eine negative Elektrode bzw. Negativelektrode 21 auf. Die Sekundärbatterie 2 wird durch die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 geladen und entladen. Die Konfiguration der Sekundärbatterie 2 ist nicht begrenzt. Die Sekundärbatterie 2 kann eine Konfiguration aufweisen, die ähnlich zu der einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist. Zusätzlich kann die Sekundärbatterie 2 eine einzelne Batterie oder ein Batteriepack sein, der eine Vielzahl von Sekundärbatterien 2 kombiniert. Wenn der Batteriepack gebildet wird, kann die Vielzahl von Sekundärbatterien 2 durch eine Reihenschaltung, eine Parallelschaltung oder eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen kombiniert werden.
  • Die Sekundärbatterie 2 weist die positive Elektrode 20, die negative Elektrode 21 und ein nichtwässriges Elektrolyt 22 auf. 2 zeigt die Konfiguration der Sekundärbatterie 2.
  • [Positive Elektrode]
  • Die positive Elektrode 20 weist eine Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 201 auf einer Oberfläche eines Positivelektrodenkollektors 200 auf. Die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 201 beinhaltet ein Positivelektroden-Aktivmaterial. Die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 201 wird durch ein Positivelektrodengemisch gebildet, das auf die Oberfläche des Positivelektrodenkollektors 200 aufgebracht wird und getrocknet wird (durch Beschichten gebildet). Das Positivelektrodengemisch wird erhalten, indem das Positivelektroden-Aktivmaterial, ein leitfähiges Material und ein Bindematerial gemischt werden. Das leitfähige Material und das Bindematerial sind beliebig und können optional nicht mit dem Positivelektroden-Aktivmaterial vermischt werden. Das Positivelektrodengemisch liegt in der Form einer Paste (wässrige Masse) durch die Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels vor.
  • [Positivelektroden-Aktivmaterial]
  • Das Positivelektroden-Aktivmaterial ist nicht begrenzt, außer dass es in der Lage sein muss, Lithiumionen zu absorbieren und frei zu geben. Beispielsweise kann das Positivelektroden-Aktivmaterial verschiedene Oxide, Sulfide, Lithium beinhaltende Oxide und leitfähige Polymere umfassen. Ein Lithiumübergangsmetallkomplexoxid wird vorzugsweise als das Positivelektroden-Aktivmaterial verwendet.
  • Das Lithiumübergangsmetallkomplexoxid wird vorzugsweise als das Positivelektroden-Aktivmaterial verwendet, das vorstehend beschrieben ist. Weiter bevorzugt wird ein komplexes Oxid, das einen geschichteten Aufbau aufweist, ein komplexes Oxid, das einen Spinellaufbau aufweist, oder ein komplexes Oxid, das einen polyanionischen Aufbau aufweist, verwendet. Vom Standpunkt einer Vergrößerung der Kapazität ist ein komplexes Oxid, das Ni2+ beinhaltet, noch mehr als das Positivelektroden-Aktivmaterial zu bevorzugen, da eine Oxidationsreduktionsreaktion von Ni2+ und Ni4+ verwendet werden kann. Ein komplexes Oxid, das einen geschichteten Steinsalztyp-Kristallaufbau aufweist, ist am meisten zu bevorzugen.
  • Das komplexe Oxid, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, umfasst LiM1-xAxO2 (wobei x < 1,0 gilt; M stellt zumindest einen Typ eines Metallelements dar, das aus Mn, Fe, Co, Ni und Cu ausgewählt wird; und A stellt zumindest einen Typ eines Elements dar, das aus Al, Si, P, Ti, Mg, Na, Sn, Ga, Ge, B und Nb ausgewählt wird). Das komplexe Oxid, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, beinhaltet noch mehr bevorzugt Ni2+ (weist eine Konfiguration auf, in der M der vorstehend beschriebenen Zusammensetzungsformel zumindest Ni beinhaltet).
  • Als Ergebnis einer optimalen Auswahl des Elements, das durch A in der vorstehend genannten Zusammensetzungsformel dargestellt wird, ist das komplexe Oxid, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, in der Lage, eine Sicherheit und Haltbarkeit des Positivelektroden-Aktivmaterials zu verbessern. Das heißt, eine Sekundärbatterie 2 mit hoher Kapazität und hoher Spannung, die eine hervorragende Batterieleistungsfähigkeit aufweist, kann erreicht werden.
  • Das komplexe Oxid, das den geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, beinhaltet vorzugsweise zumindest eines der Elemente Sn und Ge. Sn und Ge sind in der Form von Ionen, wie bspw. Sn4+ und Ge4+, beinhaltet. Eine Substanzgruppe eines geschichteten Steinsalztyp-Kristallaufbaus oder dergleichen, die diese Ionen beinhaltet, ist konfiguriert, in dem Kristall beinhaltet zu sein, da die Valenz des Übergangsmetalls, das darin beinhaltet ist, relativ niedrig ist. Das heißt, wenn das komplexe Oxid, das den geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, Ni beinhaltet, kann Ni2+ leichter stabil gehalten werden. Anders ausgedrückt können die vorstehend beschriebenen Effekte leichter erreicht werden. Des Weiteren bilden diese Elemente starke kovalente Bindungen mit Sauerstoff. Als Ergebnis kann eine Verbesserung in der Haltbarkeit und Sicherheit erwartet werden.
  • Das komplexe Oxid, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, weist vorzugsweise eine Kristallitgröße von 100 nm oder weniger auf. Als Ergebnis der Kristallitgröße, die in diesem Bereich liegt, können die vorstehend beschriebenen Effekte zuverlässig erreicht werden. Wenn die Kristallitgröße derart zunimmt, um 100 nm zu überschreiten, nimmt eine Reaktivität ab. Die Kristallitgröße ist mehr bevorzugt 80 nm oder weniger. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Positivelektroden-Aktivmaterial bspw. eine Kristallitgröße von 60 nm oder weniger auf.
  • Das Positivelektroden-Aktivmaterial ist vorzugsweise das komplexe Oxid, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist. Zusätzlich zu dem komplexen Oxid, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, kann das Positivelektroden-Aktivmaterial jedoch ein Gemisch des komplexen Oxids, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, und eines Positivelektroden-Aktivmaterials sein, das herkömmlicherweise allgemein bekannt gewesen ist. In diesem Fall ist das Mischungsverhältnis des Gemisches nicht begrenzt. Vom Standpunkt einer Vergrößerung der Kapazität ist jedoch die Masse des komplexen Oxids, das einen geschichteten Steinsalzaufbau aufweist, vorzugsweise bspw. 50 Massenprozent oder mehr, wenn die Gesamtmasse des Positivelektroden-Aktivmaterials 100 Massenprozent ist.
  • Das Positivelektroden-Aktivmaterial, das in der Vergangenheit herkömmlicherweise allgemein bekannt gewesen ist, umfasst das vorstehend beschriebene komplexe Oxid, das einen Spinellaufbau aufweist, und ein komplexes Oxid, das einen polyanionischen Aufbau aufweist.
  • Beispielsweise umfasst das komplexe Oxid, das einen Spinellaufbau aufweist, Li-NixMyMnzO4 (wobei M zumindest einen Typ eines Metallelements darstellt, das aus Übergangsmetallen ausgewählt wird, wobei Ni und Mn ausgeschlossen sind, und in beliebiger Weise zumindest einen Typ eines Elements beinhalten kann, das aus Al, Mg, Ca, Ge, und Sn ausgewählt wird; x + y + z = 2 gilt; und 0 ≤ x, y, z ≤ 2 gilt).
  • Das komplexe Oxid, das einen polyanionischen Aufbau aufweist, umfasst LixMnyM1-yXzO4-z (wobei M zumindest einen Typ eines Metallelements darstellt, das aus Übergangsmetallen ausgewählt wird, wobei Mn ausgeschlossen ist; X zumindest einen Typ eines Elements darstellt, das aus P, As, Si und Mo ausgewählt wird, und in beliebiger Weise zumindest einen Typ eines Elements beinhalten kann, das aus Al, Mg, Ca, Zn und Ti ausgewählt wird; 0 < x < 1.0 gilt; 0 ≤ y < 1.0 gilt; und 1 ≤ z ≤ 1.5 gilt).
  • Das Herstellungsverfahren des Positivelektroden-Aktivmaterials ist nicht begrenzt. Das Positivelektroden-Aktivmaterial kann unter Verwendung eines Herstellungsverfahrens hergestellt werden, das herkömmlich allgemein bekannt ist. Das Positivelektroden-Aktivmaterial kann sekundäre Partikel bilden, die eine Zusammenballung von primären Partikeln sind. Die Form der primären Partikel ist nicht begrenzt und kann eine Schuppenform, eine Kugelform und eine kartoffelartige Form (oder eine unregelmäßige Form) umfassen. Vom Standpunkt einer Reaktivität ist der kürzere Durchmesser des primären Partikels vorzugsweise 1 µm oder weniger, und weiter bevorzugt 0,5 µm (500 nm) oder weniger. Das primäre Partikel ist weiter bevorzugt ein im Wesentlichen kugelförmiges Partikel, das eine Partikelgröße (bspw. ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser D50) von 1 µm oder weniger aufweist. Noch weiter bevorzugt ist die Partikelgröße des primären Partikels 0,5 µm (500 nm) oder weniger.
  • [Leitfähiges Material, Bindematerial, Positivelektrodengemisch und Positivelektrodenkollektor]
  • Ein leitfähiges Material spendet und empfängt Elektronen, die von dem Positivelektroden-Aktivmaterial erzeugt werden. Ein Material mit einer Leitfähigkeit wird als das leitfähige Material verwendet. Beispielsweise umfasst das leitfähige Material Kohlenstoffmaterialien und leitfähige Polymermaterialien. Als das Kohlenstoffmaterial kann Ketjenblack (registrierte Handelsmarke), Azetylenruß, Kohlenstoffruß, Graphit, eine Kohlenstoffnanoröhre, amorpher Kohlenstoff oder dergleichen verwendet werden. Als das leitfähige Polymermaterial kann Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen, Polyazetylen oder Polyacene verwendet werden. Wenn das leitfähige Polymermaterial als das leitfähige Material verwendet wird, erreicht das leitfähige Material die Wirkungen des Bindematerials zusätzlich zu den Wirkungen des leitfähigen Materials.
  • Das Bindematerial bindet Bestandteile, wie bspw. das Positivelektroden-Aktivmaterial, und formt die positive Elektrode 20. Verschiedene Polymermaterialien können als das Bindematerial verwendet werden. Polymermaterialien, die eine hohe chemische und physikalische Stabilität aufweisen, werden bevorzugt. Beispielsweise umfasst das Polymermaterial Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-(EPDM-)Kautschuk, Styren-Butadien-Kautschuk (SBR), Nitrilkautschuk (NBR), Fluorkautschuk und Acrylbindemittel.
  • Ein organisches Lösungsmittel, das das Bindematerial auflöst, wird typischerweise als das Lösungsmittel in dem Positivelektrodengemisch verwendet. Beispielsweise umfasst das organische Lösungsmittel N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylazetat, Methylacrylat, Diethylentriamin, N,N-Dimethylaminopropylamin, Ethylenoxid und Tetraphydrofuran. Das organische Lösungsmittel ist jedoch nicht hierauf begrenzt. Zusätzlich kann in einigen Fällen das Positivelektroden-Aktivmaterial in eine wässrige Masse durch PTFE oder dergleichen durch einen Zusatz eines Dispersionsmittels, eines Verdickers oder dergleichen zu Wasser ausgebildet werden.
  • Ein herkömmlicher Kollektor kann als der Positivelektrodenkollektor 200 verwendet werden. Ein bearbeitetes Metall, wie bspw. Aluminium, kann verwendet werden. Das heißt, es kann bspw. eine Metallfolie, ein Metallnetz, ein gestanztes Metall oder ein geschäumtes Metall, das in eine Plattform bzw. Blechform bearbeitet ist, verwendet werden. Der Positivelektrodenkollektor 200 ist jedoch nicht hierauf begrenzt.
  • Die Dicke des Positivelektrodenkollektors 200 ist nicht begrenzt. Der Positivelektrodenkollektor 200 kann eine Dicke aufweisen, die ähnlich zu der eines bekannten Positivelektrodenkollektors ist. Die Dicke des Positivelektrodenkollektors 200 ist vorzugsweise 20 µm oder weniger. Beispielsweise wird vorzugsweise eine Folie verwendet, die eine Dicke von etwa 15 µm aufweist.
  • Die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 201 der positiven Elektrode 20 kann einen beliebig geschichteten Aufbau aufweisen, der aus einer einzelnen Schicht oder zwei oder mehr Schichten gebildet wird. Wenn die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 201 einen geschichteten Aufbau aufweist, der aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut ist, kann die Konfiguration jeder Schicht die gleiche sein oder unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine Konfiguration verwendet werden, in der eine Schicht, die nur aus dem leitfähigen Material zusammengesetzt ist, verwendet werden, wobei das Bindematerial als eine erste Schicht ausgebildet ist, wobei eine Schicht, die das vorstehend beschriebene Positivelektroden-Aktivmaterial beinhaltet, als eine zweite Schicht ausgebildet wird.
  • [Negative Elektrode]
  • Die negative Elektrode 21 beinhaltet ein Negativelektroden-Aktivmaterial. Die negative Elektrode 21 weist eine Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 211 auf einer Oberfläche eines Negativelektrodenkollektors 210 auf. Die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 211 wird durch ein Negativelektrodengemisch gebildet, das auf die Oberfläche des Negativelektrodenkollektors 210 aufgebracht wird, und getrocknet wird (durch Beschichten ausgebildet). Das Negativelektrodengemisch wird erhalten, indem das Negativelektroden-Aktivmaterial und ein Bindematerial vermischt werden. Das Negativelektrodengemisch ist in der Form einer Paste (wässrige Masse) durch eine Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels.
  • [Negativelektroden-Aktivmaterial]
  • Ein herkömmliches Negativelektroden-Aktivmaterial kann als das Negativelektroden-Aktivmaterial der Negativelektrode 21 verwendet werden. Beispielsweise umfasst das Negativelektroden-Aktivmaterial ein solches, das zumindest ein Element aus Sn, Si, Sb, Ge, C und Ti beinhaltet. Unter derartigen Negativelektroden-Aktivmaterialien ist das Negativelektroden-Aktivmaterial, das C beinhaltet, vorzugsweise ein Kohlenstoffmaterial, das in der Lage ist, Elektrolytionen der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu absorbieren und freizugeben (eine Li-Absorptionsfähigkeit aufweist). Das Negativelektroden-Aktivmaterial, das C beinhaltet, ist weiter bevorzugt Graphit.
  • Zusätzlich sind unter derartigen Negativelektroden-Aktivmaterialien die Negativelektroden-Aktivmaterialien, die insbesondere Sn, Sb oder Ge beinhalten, Metalllegierungen, die eine deutliche volumetrische Änderung zeigen. Diese Negativelektroden-Aktivmaterialien können Legierungen mit anderen Metallen bilden, wie bspw. Ag-Sn, Sn-Sb und Cu-Sn.
  • [Leitfähiges Material, Bindematerial, Negativelektrodengemisch und Negativelektrodenkollektor]
  • Kohlenstoffmaterialien, Metallpulver, leitfähige Polymere und dergleichen können als das leitfähige Material der Negativelektrode 21 verwendet werden. Vom Standpunkt einer Leitfähigkeit und Stabilität wird ein Kohlenstoffmaterial, wie bspw. Azetylenruß, Ketjenblack (registrierte Handelsmarke) oder Kohlenstoffruß, vorzugsweise verwendet.
  • Das Bindematerial der Negativelektrode 21 umfasst Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Fluorplastikcopolymer (fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer oder Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer), Styren-Butadien-Kautschuk (SBR), Acrylkautschuk, Fluorkautschuk, Polyvinylalkohol (PVA), Styrenmaleinharz, Polyacrylat, Carboxymethylzellulose (CMC), und dergleichen.
  • Das Lösungsmittel in dem Negativelektrodengemisch der negativen Elektrode 21 umfasst organische Lösungsmittel, wie bspw. N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Wasser und dergleichen.
  • Ein herkömmlicher Kollektor kann als der Negativelektrodenkollektor 210 verwendet werden. Ein bearbeitetes Metall, wie bspw. Kupfer, Edelstahl, Titan oder Nickel kann verwendet werden. Das heißt, es kann bspw. eine Metallfolie, ein Metallnetz, ein gestanztes Metall oder ein geschäumtes Metall, das in eine Plattform bzw. Blechform bearbeitet ist, verwendet werden. Der Negativelektrodenkollektor 210 ist jedoch nicht hierauf begrenzt.
  • Die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 211 der negativen Elektrode 21 kann einen beliebig geschichteten Aufbau aufweisen, der aus einer einzelnen Schicht oder zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist. Wenn die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 211 einen geschichteten Aufbau aufweist, der aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist, kann die Konfiguration jeder Schicht die gleiche sein oder sie kann unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine Konfiguration verwendet werden, in der eine Schicht, die nur aus dem leitfähigen Material und dem Bindematerial zusammengesetzt ist, als eine erste Schicht ausgebildet ist und eine Schicht, die das vorstehend beschriebene Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet, als eine zweite Schicht ausgebildet ist.
  • [Wasserfreies Elektrolyt]
  • Das wasserfreie Elektrolyt 22 ist ein Medium, das Ladungsträger, wie bspw. Elektrolytionen, zwischen der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 transportiert. Obwohl es nicht spezifisch begrenzt ist, ist das wasserfreie Elektrolyt 22 vorzugsweise physikalisch, chemisch und elektrisch unter einer Atmosphäre (Umgebung) stabil, in der die Sekundärbatterie 2 verwendet wird.
  • Ein herkömmliches wasserfreies Elektrolyt kann als das wasserfreie Elektrolyt 22 verwendet werden. Das wasserfreie Elektrolyt 22 umfasst ein solches, in dem ein Grundelektrolyt in einem wasserfreien Lösungsmittel aufgelöst ist. Ein herkömmliches Additiv bzw. Zusatzmittel kann hinzugefügt sein.
  • Das Grundelektrolyt ist nicht begrenzt, mit der Ausnahme, dass es Lithium beinhalten musst. Beispielsweise ist das Grundelektrolyt vorzugsweise zumindest ein Typ aus einem anorganischen Salz, das LiPF6, LiBF4, LiClO4, und LiAsF6 ausgewählt wird, ein Derivat dieser anorganischen Salze, ein organisches Salz, das aus LiSO3CF3, LiC(SO3CF3)3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2 und LiN(SO2CF3)(SO2C4F9) ausgewählt wird, und ein Derivat dieser organischen Salze. Diese Grundelektrolyten können ferner eine Batterieleistungsfähigkeit verbessern und eine höhere Batterieleistungsfähigkeit auch in Temperaturbereichen aufrecht erhalten, die zu der Raumtemperatur unterschiedlich sind. Die Konzentration des Grundelektrolyts ist nicht spezifisch begrenzt, wobei sie vorzugsweise so ausgewählt ist, dass sie dazu geeignet ist, den Typ des Grundelektrolyts und den Typ des organischen Lösungsmittels zu berücksichtigen.
  • Das wasserfreie Lösungsmittel löst das Grundelektrolyt auf. Das wasserfreie Lösungsmittel ist nicht begrenzt, mit der Ausnahme, dass es das Grundelektrolyt auflösen muss. Beispielsweise können Karbonate, halogenhaltige Kohlenwasserstoffe, Ether, Ketone, Nitrile, Laktone und Ethylenoxidverbindungen verwendet werden. Insbesondere ist Propylenkarbonat, Ethylenkarbonat (EC), 1,2-Dimethoxyethan, Dimethylkarbonat (DMC), Diethylkarbonat (DEC), Ethylmethylkarbonat (EMC), Vinylenkarbonat (VC) oder ein gemischtes Lösungsmittel hiervon zu bevorzugen. Eine Verwendung eines wasserfreien Lösungsmittels, das ein Typ oder mehrere Typen ist, der/die aus einer Gruppe ausgewählt wird/werden, die Karbonate und Ether umfasst, insbesondere aus organischen Lösungsmitteln, wird bevorzugt. Ein Grund hierfür ist, dass eine Löslichkeit, eine Dielektrizitätskonstante und eine Viskosität des Grundelektrolyts hervorragend sind, wobei sich eine Lade-Entlade-Leistungsfähigkeit der Sekundärbatterie 2 verbessert.
  • Das herkömmliche Zusatzmittel zersetzt sich an der Oberfläche einer Elektrode (positive Elektrode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) und bildet eine filmartige Schicht (wie bspw. eine solide filmartige Elektrolytinterphasen-[SEI-]Schicht) auf der Oberfläche der Elektrode (d.h. die positive Elektrode, insbesondere das Positivelektroden-Aktivmaterial), wenn die Batterie zusammengebaut ist. Die filmartige Schicht, die auf der Oberfläche der Elektrode (positive Elektrode) gebildet wird, zeigt eine hohe Stabilität. Auch wenn das elektrische Potenzial bei der positiven Elektrode hoch wird (bspw. wenn eine Ladungsreaktion bei einem hohen Potenzial voranschreitet), bedeckt die filmartige Schicht die Oberfläche der Elektrode (d.h. die positive Elektrode), ohne sich zu zersetzten. Als Ergebnis wird eine Verkleinerung in der Kapazität der Elektrode (d.h. der positiven Elektrode) durch die filmartige Schicht unterdrückt.
  • Zusätzlich umfasst das wasserfreie Elektrolyt 22 feste Elektrolyte. Das feste Elektrolyt, das als das wasserfreie Elektrolyt 22 verwendet werden kann, umfasst ein Festkörperelektrolytmaterial, in dem ein Polyethylenoxidlithiumbis (Trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) oder dergleichen beinhaltet ist, und zumindest ein anorganisches Festkörperelektrolytmaterial, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, das einen Perovskittyp, einen superionischen Natriumleiter-(NASICON-)Typ, einen superionischen Lithiumleiter-(LISICON-)Typ, einen Thio-LISCON-Typ, einen γ-Li3PO4-Typ, einen Garnettyp und einen Lithiumphosphoroxynitrid-(LIPON-)Typ umfasst.
  • [Andere Konfigurationen]
  • In der Sekundärbatterie 2 sind die positive Elektrode 20 und die negative Elektrode 21 innerhalb eines Batteriegehäuses 24 über eine Trenneinrichtung 23 zusammen mit dem wasserfreien Elektrolyt 22 in einem Zustand beherbergt, in dem sich die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 201 und die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 211 einander gegenüberliegen.
  • [Trenneinrichtung]
  • Die Trenneinrichtung 23 stellt eine elektrische Isolierung zwischen der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 bereit. Die Trenneinrichtung 23 gewährt ebenso eine Ionenleitfähigkeit. Die Trenneinrichtung 23 dient in der Rolle einer Halterung des wasserfreien Elektrolyts 22. Beispielsweise wird vorzugsweise eine poröse synthetische filmartige Harzschicht, insbesondere eine poröse filmartige Schicht, ein Faservlies oder dergleichen, die aus einem Polyolefinpolymer (Polyethylen oder Polypropylen), Cellulose oder Glasfasern zusammengesetzt sind, als die Trenneinrichtung 23 verwendet.
  • Wenn ein festes Elektrolyt als das wasserfreie Elektrolyt 22 in der Sekundärbatterie 2 verwendet wird, wird vorzugsweise ein festes Elektrolyt, das sowohl eine elektrische Isolierung als auch eine Ionenleitfähigkeit erreicht, zwischen der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 verwendet. Als das feste Elektrolyt wird ein festes Polymerelektrolyt, das eine Matrix aufweist, die aus einem Polyethylenoxid gebildet wird, oder ein Li2S-P2S-basiertes anorganisches festes Elektrolyt oder dergleichen verwendet. Außerdem können bspw. ein gelartiges festes Elektrolyt und die vorstehende beschriebene Trenneinrichtung in Kombination verwendet werden.
  • [Batteriegehäuse]
  • In dem Batteriegehäuse 24 sind die positive Elektrode 20 und die negative Elektrode 22 über die Trenneinrichtung 23 zusammen mit dem wasserfreien Elektrolyt 22 beherbergt (eingekapselt). Das Batteriegehäuse 24 ist aus einem Material zusammengesetzt, das ein Durchlassen von Feuchtigkeit zwischen dem Innenraum und dem Außenraum verhindert. Ein derartiges Material kann ein Material umfassen, dass eine Metallschicht aufweist. Das Material, das eine Metallschicht aufweist, kann das Metall selbst sowie eine geschichtete filmartige Schicht umfassen.
  • Wenn die positive Elektrode 20 und die negative Elektrode 21 in dem Batteriegehäuse 24 beherbergt sind, weist die Sekundärbatterie 2 Elektrodenanschlüsse auf, die die positive Elektrode 20 und die negative Elektrode 21 innerhalb des Batteriegehäuses 24 mit der Außenseite elektrisch verbinden.
  • [Lade-Entlade-Steuerungseinheit]
  • Die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 steuert ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie 2. Die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 umfasst eine Speichereinheit 30, eine Berechnungseinheit 31 und eine Steuerungsverarbeitungseinheit 32. Die Speichereinheit 30 speichert in sich Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. Kennlinien der Sekundärbatterie 2. Die Berechnungseinheit 31 berechnet eine Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der Lade-Entlade-Kennlinien, die in der Speichereinheit 30 gespeichert sind. Die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 lädt und entlädt die Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung. Die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 entspricht einer Lade-Entlade-Steuerungseinheit.
  • Zusätzlich weist die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 eine Erfassungseinheit auf, die das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 2 erfasst. Die Erfassungseinheit ist nicht gezeigt. Die Erfassungseinheit erfasst die Spannung und den Strom der Sekundärbatterie 2. Die Erfassungsergebnisse werden dann für eine Berechnung des SOC der Sekundärbatterie 2 und dergleichen verwendet.
  • Die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 ist aus einem Computer (oder einer Mikrosteuerungseinheit [MCU]) aufgebaut und umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), eine Eingabe/Ausgabe (I/O) und dergleichen. Die CPU ist in der Lage, ein Programm, das in dem ROM gespeichert ist, und dergleichen in geeigneter Weise ablaufen zu lassen. Als Ergebnis können eine optimale SOC-Erfassung und Steuerung in einem System ausgeführt werden.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Speichereinheit 30 eine Datenbank 33, die in sich die Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der Sekundärbatterie 2 speichert. Die Lade-Entlade-Kennlinien umfassen Modelldaten 330 über die Verschlechterung der positiven Elektrode 20, der negativen Elektrode 21 und der Sekundärbatterie 2.
  • Die Modelldaten 330 können Daten sein, die von anfänglichen Lade-Entlade-Daten bestimmt werden, und Lade-Entlade-Daten nach einer Verschlechterung sein. Die anfänglichen Lade-Entlade-Daten werden bei einem Konditionierungsschritt erhalten, bei dem ein Laden und Entladen unmittelbar nach einem Zusammenbau der Sekundärbatterie 2 ausgeführt werden. Die Lade-Entlade-Daten nach einer Verschlechterung werden erhalten, nachdem die Sekundärbatterie 2 betrieben worden ist. Hierbei umfasst ein Betrieb der Sekundärbatterie 2, dass die Sekundärbatterie 2 über eine lange Zeitdauer stehen gelassen wird. Das heißt, die Lade-Entlade-Daten nach einer Verschlechterung umfassen Lade-Entlade-Daten nach einer Verschlechterung aufgrund einer zeitlichen bedingten Verschlechterung, wenn die Sekundärbatterie 2 über eine lange Zeitdauer stehen gelassen wird.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, speichert die Datenbank 33 der Speichereinheit 30 in sich als die Modelldaten 330 zumindest eines aus einem Muster einer SOC-Kurve der positiven Elektrode 20 (d.h. ein Positivelektroden-SOC-Kurvenmuster 331), einem Muster einer Leerlaufspannungs-(OCV-)Kurve der positiven Elektrode 20 (d.h. ein Positivelektroden-OCV-Kurvenmuster 332), einem Muster einer SOC-Kurve der negativen Elektrode 21 (d.h. ein Negativelektroden-OCV-Kurvenmuster 333) und einem Muster einer OCV-Kurve der negativen Elektrode 21 (d.h. ein Negativelektroden-OCV-Kurvenmuster 334) vor einer Verschlechterung und in jedem Verschlechterungszustand.
  • Die Muster 331 bis 334 für die Elektroden 20 und 21 werden durch eine Messung des SOC-Kurvenmusters und des OCV-Kurvenmusters, nachdem die Sekundärbatterie 2 in eine Halbzelle zusammengebaut worden ist, erhalten. Die Halbzellendaten der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21, die in der Speichereinheit 30 gespeichert sind, können nach einem Betrieb der Sekundärbatterie 2 überschrieben werden. Die Halbzelle bezieht sich auf eine Batteriezelle (Sekundärbatterie), in der eine Gegenelektrode eine Referenzelektrode ist. Beispielsweise ist die Halbzelle eine Batteriezelle, deren Gegenelektrode ein Lithiummetall ist. Die Muster der Eigenschaften bzw. Kennlinien der Elektroden 20 und 21 werden in der Speichereinheit 30 als die Modelldaten gespeichert. Als Ergebnis kann eine optimale Lade-Entlade-Bedingung für jede der Elektrode 20 und 21 bestimmt werden.
  • Auf ähnliche Weise speichert die Datenbank 33 der Speichereinheit 30 ebenso in sich Modelldaten (d.h. Herstellungsverarbeitungsdaten 336), die auf Unterschieden in Herstellungsschritten basieren, als die Modelldaten 330. Eine Batterieleistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie wird bekanntermaßen durch die Herstellungsschritte beeinflusst. Spezifisch treten Variationen in der Batterieleistungsfähigkeit als ein Ergebnis der Effekte der Atmosphäre (Feuchtigkeit in der Atmosphäre) während einer Herstellung auf. Als Ergebnis der Modelldaten (d.h. der Herstellungsverarbeitungsdaten 336), die auf Unterschieden in Herstellungsschritten beruhen, die ebenso gespeichert werden, kann eine geeignetere Lade-Entlade-Bedingung bestimmt werden.
  • Des Weiteren speichert die Datenbank 33 der Speichereinheit 30 in sich Betriebsergebnisdaten 335. Die Betriebsergebnisdaten 335 umfassen Erfassungsergebnisse von der Erfassungseinheit, SOC-Berechnungsergebnisse und dergleichen, wenn ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie 2 in einer tatsächlichen Verwendung wiederholt werden.
  • Zusätzlich speichert die Datenbank 33 der Speichereinheit 30 in sich Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337, die den Lade-Entlade-Kennlinien (Lade-Entlade-Kennlinien, die durch die Berechnungseinheit 30 berechnet werden, was nachstehend beschrieben ist) der Sekundärbatterie 2 entsprechen. Eine Vielzahl von Teilen von Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337 wird gespeichert. Die Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337 können auf der Grundlage der Lade-Entlade-Kennlinien bestimmt werden.
  • Die Berechnungseinheit 31 vergleicht die Modelldaten 330 mit den Lade-Entlade-Daten von einem Zeitpunkt, wenn die Sekundärbatterie 2 geladen und entladen wird. Die Berechnungseinheit 31 berechnet dann die Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode 20 und die Lade-Entlade-Kennlinien der negativen Elektrode 21. Die Berechnungseinheit 31 bestimmt die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Kennlinien.
  • Die Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21, die durch die Berechnungseinheit 31 berechnet werden, sind Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien über die Zeitdauer, in der die Berechnungseinheit 31 eine Berechnung ausführt. Die Lade-Entlade-Kennlinien sind Batteriekennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21, die eine Verschlechterung umfassen, die durch den Betrieb verursacht wird, der bis zu dem Punkt unmittelbar vor der Berechnung ausgeführt wird. Die Batteriekennlinien umfassen eine nachfolgende Verschlechterung, die aus dem Betrieb resultiert (d.h. eine nachfolgende Verschlechterung in einer Leistungsfähigkeit, die aus dem Betrieb resultiert). Das heißt, die Berechnungseinheit 31 berechnet als die Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 eine zukünftige Verschlechterung (d.h. eine Verringerung in der Leistungsfähigkeit) der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 (d.h. sie sagt eine Verschlechterung voraus).
  • Das Verfahren, durch das die Berechnungseinheit 31 die Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 berechnet, ist nicht begrenzt. Ein Verfahren, in dem die Berechnungseinheit 31 einen einzelnen Elektrodenzustand der positiven Elektrode aus einer SOC-(Ladungszustand-) OCV-(Leerlaufspannung-)Kurve schätzt und den geschätzten einzelnen Elektrodenzustand in einer Ober-/Untergrenzenspannungssteuerung reflektiert, kann verwendet werden.
  • Das Verfahren zur Bestimmung der Lade-Entlade-Kennlinien, das auf der SOC-OCV-Kurve beruht, ist nicht begrenzt. Verfahren, die typischerweise verwendet werden, können verwendet werden. Beispielsweise können die Lade-Entlade-Kennlinien aus einem Standort eines Ausdrucks eines Plateaubereichs, der von einer Stufenstruktur von Grafit in dem Negativelektroden-Aktivmaterial hergeleitet wird, einer Plateaubereichslänge und dergleichen geschätzt werden. Alternativ hierzu können die Lade-Entlade-Kennlinien durch eine direkte oder indirekte Verwendung der SOC/OCV-Kurve einer einzelnen Elektrode, die eine Halbzelle verwendet, bestimmt werden.
  • Die Berechnungseinheit 31 bestimmt die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie 2 aus den berechneten Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21. Das Verfahren zum Bestimmen der Lade-Entlade-Bedingung umfasst ein Bestimmen der Lade-Entlade-Bedingung, die für die Sekundärbatterie 2 optimal ist, aus den berechneten Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21. Beispielsweise wird, wenn eine Verschlechterung der positiven Elektrode 20 aus den berechneten Lade-Entlade-Kennlinien vorausgesagt wird, eine Bedingung, die eine Verschlechterung der positiven Elektrode 20 unterdrückt, als die Lade-Entlade-Bedingung eingestellt.
  • Die Lade-Entlade-Bedingung wird bestimmt, indem sie aus den Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337 der Datenbank 33 ausgewählt wird, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist. Das Betriebsmuster für ein Laden und Entladen wird auf der Grundlage der Auswahl bestimmt, die von den Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337 ausgeführt wird.
  • Die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 lädt und entlädt die Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung (d.h. der Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337). Die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 stellt die Ober- und Untergrenzenspannungen auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung (d.h. der Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337) ein und erlangt die Lade-Entlade-Kennliniendaten auf der Grundlage der Verschlechterung der Sekundärbatterie 2 von der Datenbank 33, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist. Zusätzlich führt die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 eine Lade-Entlade-Steuerung aus, um das Betriebsmuster auf der Grundlage des geschätzten Zustands der positiven Elektrode 20 und/oder der negativen Elektrode 21 zu bestimmen.
  • [Betrieb der Sekundärbatterievorrichtung]
  • Ein Betrieb der Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ausführlich beschrieben, wobei eine Lade-Entlade-Steuerung als ein Beispiel verwendet wird. 3 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebs der Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, speichert die Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorbestimmte Datenteile in der Speichereinheit 30 der Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3. Die Sekundärbatterievorrichtung 1 wiederholt ein Laden und Entladen unter einer Bedingung, die im Voraus bestimmt wird. Dann tritt, wenn ein Laden und Entladen wiederholt werden, eine Verschlechterung in der positiven Elektrode 20 der Sekundärbatterie 2 auf.
  • Dann beginnt die Sekundärbatterie 1, einen Ladungsspannungssteuerungswert auf der Grundlage der Verschlechterung der Sekundärbatterie 2 zu ändern. Spezifisch beginnt, wie es in 3 gezeigt ist, die Sekundärbatterievorrichtung 1 einen Befehl auszugeben, um den Ladungsspannungswert zu ändern (Schritt S1).
  • Als Nächstes wird das Erfassungsergebnis von der Erfassungseinheit der Berechnungseinheit 31 eingegeben. Spezifisch erfasst, wie es in 3 gezeigt ist, die Berechnungseinheit 31 ein Laden-Entladen der Sekundärbatterie 2 (Schritt S2).
  • Als Nächstes erlangt die Berechnungseinheit 31 die Lade-Entlade-Kennliniendaten (d.h. Modelldaten 330 für ein Laden-Entladen) auf der Grundlage der Verschlechterung der Sekundärbatterie 2 von der Datenbank 33, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist. Spezifisch erlangt, wie es in 3 gezeigt ist, die Berechnungseinheit 31 Lade-Entlade-Kennliniendaten auf der Grundlage einer Verschlechterung der Sekundärbatterie 2 von der Datenbank 33 (Schritt S3).
  • Als Nächstes vergleicht die Berechnungseinheit 31 das eingegebene Erfassungsergebnis mit den Lade-Entlade-Kennliniendaten, die von der Speichereinheit 30 erlangt werden, und schätzt den Verschlechterungszustand der Sekundärbatterie 2 ab. Spezifisch schätzt, wie es in 3 gezeigt ist, die Berechnungseinheit 31 den Verschlechterungszustand der Sekundärbatterie 2 ab (Schritt S4).
  • Als Nächstes erlangt die Berechnungseinheit 31 die Muster der OCV-SOC-Kurven der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 von der Datenbank 33, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist (d.h. Modelldaten 330 der Kennlinien jeder Elektrode). Spezifisch erlangt, wie es in 3 gezeigt ist, die Berechnungseinheit 31 Muster 331 bis 334 von OCV-SOC-Kurven der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 von der Datenbank 33 (Schritt S5).
  • Als Nächstes schätzt die Berechnungseinheit 31 die Verschlechterungszustände der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 auf der Grundlage der Muster 331 bis 334 der OCV-SOC-Kurven ab, die von der Datenbank 33 erlangt werden, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist. Spezifisch schätzt, wie es in 3 gezeigt ist, die Berechnungseinheit 31 Verschlechterungszustände der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 ab (Schritt S6).
  • Als Nächstes bestimmt die Berechnungseinheit 31 die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der Verschlechterungszustände der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21. Spezifisch wählt, wie es in 3 gezeigt ist, die Berechnungseinheit 31 eine Verschlechterungsunterdrückungsbedingung für die Batteriezelle der Sekundärbatterie 2 und der einzelnen Elektrode der positiven Elektrode 20 aus, bspw. eine Bedingung, die die positive Elektrode 20 nicht verschlechtert (Schritt S7).
  • Als Nächstes erlangt die Berechnungseinheit 31 durch eine Auswahl die Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337, die der bestimmten Lade-Entlade-Bedingung entsprechen, von der Datenbank 33, die in der Speichereinheit 30 gespeichert ist.
  • Als Nächstes lädt und entlädt in der Sekundärbatterievorrichtung 1 die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 die Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der ausgewählten Lade-Entlade-Bedingungsdaten 337. Spezifisch führt, wie es in 3 gezeigt ist, die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 eine Änderung des Spannungssteuerungswerts aus (Schritt S8).
  • (Erster Effekt)
  • Die Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Speichereinheit 30, die Berechnungseinheit 31 und die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 auf. Die Sekundärbatterievorrichtung 1 vergleicht die Modelldaten 330 mit den Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts, wenn die Sekundärbatterie 2 geladen und entladen wird, und berechnet die Lade-Entlade-Kennlinien bzw. -Eigenschaften der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 der Sekundärbatterie. Die Sekundärbatterievorrichtung 1 führt dann ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie 2 auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Kennlinien aus.
  • Als Ergebnis dieser Konfiguration kann eine Lade-Entlade-Steuerung auf der Grundlage des Grades einer Verschlechterung der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 ausgeführt werden. Eine Abnahme in einer Leistungsfähigkeit der gesamten Sekundärbatterie 2 kann unterdrückt werden. Als Ergebnis kann die Sekundärbatterievorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hohe Batterieleistungsfähigkeit erreichen.
  • (Zweiter Effekt)
  • Die Modelldaten 330 werden von anfänglichen Lade-Entlade-Daten, die bei dem Konditionierungsschritt erhalten werden, und den Lade-Entlade-Daten nach einer Verschlechterung bestimmt. Als Ergebnis dieser Konfiguration sind die Modelldaten 330 die einer Verschlechterung, die unmittelbar nach einem Zusammenbau der Sekundärbatterie 2 beginnt. Die Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 der Sekundärbatterie 2 können genauer berechnet werden.
  • (Dritter Effekt)
  • Die Speichereinheit 30 speichert in sich zumindest eines des Musters 331 der SOC-Kurve der positiven Elektrode 20, des Musters 332 der OCV-Kurve der positiven Elektrode 20, des Musters 333 der SOC-Kurve der negativen Elektrode 21 und des Musters 334 der OCV-Kurve der negativen Elektrode 21. Als Ergebnis dieser Konfiguration kann die optimale Lade-Entlade-Bedingung für jede der Elektroden 20 und 21 bestimmt werden.
  • (Vierter Effekt)
  • Die Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien, die durch die Berechnungseinheit 31 bestimmt werden, sind zumindest ein Parameter des elektrischen Potentials und der Kapazität jeder Elektrode. Als Ergebnis dieser Konfiguration können die Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 21 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Muster 331 bis 334 berechnet werden.
  • (Fünfter Effekt)
  • Die positive Elektrode 20 beinhaltet das Positivelektroden-Aktivmaterial, das den geschichteten Steinsalztyp-Kristallaufbau aufweist und Ni2+ beinhaltet. Das Positivelektroden-Aktivmaterial beinhaltet zumindest eines der Elemente Sn und Ge. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Positivelektroden-Aktivmaterial bspw. eine Kristallitgröße von 60 nm oder weniger auf. Als Ergebnis dieser Konfigurationen können die Sicherheit und Haltbarkeit der positiven Elektrode 20 und des Positivelektroden-Aktivmaterials verbessert werden. Als Ergebnis können die Sekundärbatterie 2 und die positive Elektrode 20 mit einer hohen Kapazität und einer hohen Spannung hergestellt werden, wobei sie eine hervorragende Batterieleistungsfähigkeit aufweisen.
  • Die vorliegende Offenbarung ist in keinerlei Weise durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Die vorliegende Offenbarung kann entsprechend verschiedener Ausführungsbeispiele ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der Patentansprüche abzuweichen.
  • Beispielsweise kann die Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 (die die Speichereinheit 30, die Berechnungseinheit 31 und die Steuerungsverarbeitungseinheit 32 umfasst) durch einen Computer (bspw. ein Mikrocomputer oder eine Mikrosteuerungseinheit) konfiguriert sein, der einen Prozessor (bspw. eine zentrale Verarbeitungseinheit) und ein computerlesbares Speichermedium (bspw. einen Nur-Lese-Speicher) umfasst, das ein Programm speichert, das es dem Computer ermöglicht, die vorstehend genannten Funktionen der Lade-Entlade-Steuerungseinheit 3 auszuführen, die bspw. durch Schritte S1 bis S8 gemäß 3 ausgedrückt werden.
  • Eine Sekundärbatterie weist eine positive Elektrode und eine negative Elektrode auf und wird geladen und entladen. Eine Lade-Entlade-Steuerungseinheit steuert ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie und umfasst eine Speichereinheit, eine Berechnungseinheit und eine Steuerungsverarbeitungseinheit. Die Speichereinheit speichert in sich Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der Sekundärbatterie. Die Berechnungseinheit berechnet eine Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien, die in der Speichereinheit gespeichert sind. Die Steuerungsverarbeitungseinheit lädt und entlädt die Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung. Die Speichereinheit speichert in sich Modelldaten einer Verschlechterung. Die Berechnungseinheit vergleicht die Modelldaten einer Verschlechterung mit Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts, wenn die Sekundärbatterie geladen und entladen wird, berechnet Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien der positiven Elektrode und Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. Kennlinien der negativen Elektrode und bestimmt die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Eigenschaften bzw. -Kennlinien.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013-81332 A [0007]

Claims (8)

  1. Sekundärbatterievorrichtung (1) mit: einer Sekundärbatterie (2), die eine positive Elektrode (20) und eine negative Elektrode (21) aufweist und geladen und entladen wird; und einer Lade-Entlade-Steuerungseinheit (3), die ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie (2) steuert, wobei die Lade-Entlade-Steuerungseinheit (3) umfasst: eine Speichereinheit (30), die in sich Lade-Entlade-Kennlinien der Sekundärbatterie (2) speichert; eine Berechnungseinheit (31) die eine Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie (2) auf der Grundlage der Lade-Entlade-Kennlinien berechnet, die in der Speichereinheit (30) gespeichert sind; und eine Steuerungsverarbeitungseinheit (32), die die Sekundärbatterie (2) auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung lädt und entlädt, die Speichereinheit (30) in sich Modelldaten (330) einer Verschlechterung der positiven Elektrode (20), der negativen Elektrode (21) und der Sekundärbatterie (2) speichert und die Berechnungseinheit (31) die Modelldaten (330) mit Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts vergleicht, wenn die Sekundärbatterie (2) geladen und entladen wird, Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode (20) und Lade-Entlade-Kennlinien der negativen Elektrode (21) berechnet und die Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie (2) auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Kennlinien bestimmt.
  2. Sekundärbatterievorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Modelldaten (330) von anfänglichen Lade-Entlade-Daten, die bei einem Konditionierungsschritt erhalten werden, bei dem ein Laden und Entladen unmittelbar nach einem Zusammenbau der Sekundärbatterie (2) ausgeführt werden, und Lade-Entlade-Daten nach einer Verschlechterung, die erhalten werden, nachdem die Sekundärbatterie (2) betrieben worden ist, bestimmt werden.
  3. Sekundärbatterievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Speichereinheit (30) in sich zumindest eines eines Musters (331) einer Ladungszustandskurve der positiven Elektrode (20), eines Musters (332) einer Leerlaufspannungskurve der positiven Elektrode (20), eines Musters (333) einer Ladungszustandskurve der negativen Elektrode (21) und eines Musters (334) einer Leerlaufspannungskurve der negativen Elektrode (21) speichert.
  4. Sekundärbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Lade-Entlade-Kennlinien, die durch die Berechnungseinheit (31) bestimmt werden, zumindest ein Parameter eines elektrischen Potenzials und einer Kapazität jeder Elektrode (20, 21) sind.
  5. Sekundärbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die positive Elektrode (20) ein Positivelektroden-Aktivmaterial beinhaltet, das einen geschichteten Steinsalztyp-Kristallaufbau aufweist und Ni2+ beinhaltet.
  6. Sekundärbatterievorrichtung nach Anspruch 5, wobei: das Positivelektroden-Aktivmaterial zumindest eines von Elementen Sn und Ge beinhaltet.
  7. Sekundärbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: das Positivelektroden-Aktivmaterial eine Kristallitgröße von 100 nm oder weniger aufweist.
  8. Verfahren zum Steuern eines Ladens und Entladens einer Sekundärbatterie, die eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfasst, wobei das Verfahren umfasst: ein Speichern von Lade-Entlade-Kennlinien der Sekundärbatterie in einer Speichereinheit; ein Berechnen durch eine Lade-Entlade-Steuerungseinheit einer Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Kennlinien, die in der Speichereinheit gespeichert sind; ein Steuern durch die Lade-Entlade-Steuerungseinheit eines Ladens und Entladens der Sekundärbatterie auf der Grundlage der Lade-Entlade-Bedingung; ein Speichern in der Speichereinheit von Modelldaten einer Verschlechterung der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und der Sekundärbatterie; ein Berechnen durch die Lade-Entlade-Steuerungseinheit von Lade-Entlade-Kennlinien der positiven Elektrode und Lade-Entlade-Kennlinien der negativen Elektrode durch ein Vergleichen der Modelldaten, die in der Speichereinheit gespeichert sind, mit Lade-Entlade-Daten eines Zeitpunkts, wenn die Sekundärbatterie geladen und entladen wird; und ein Bestimmen durch die Lade-Entlade-Steuerungseinheit der Lade-Entlade-Bedingung der Sekundärbatterie auf der Grundlage der berechneten Lade-Entlade-Kennlinien.
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