JP2005158285A - リチウムイオン二次電池の充電方法、充電装置および電力供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リチウムイオン二次電池の充電方法は、金属成分としてLi、Mn及びNiを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質としてリチウムイオン二次電池を使用し、(2C≦電流≦60C)の定電流充電工程とその後の定電圧充電工程を含む。また、充電装置は、リチウムイオン二次電池に対して電力を供給する電源部と、充電の際に、電源部を制御し、リチウムイオン二次電池の充電率を調節する充電制御部とを少なくとも備えている。また、電力供給装置は、リチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を充電するための充電装置とを少なくとも備えている。
【選択図】 図3
Description
金属成分としてLi、Mn及びNiを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極と、負極と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池を使用し、
下記式(1)で表される条件を満たす1つの設定値nCに相当する設定充電電流値I1で定電流充電を行う定電流充電工程を含むことを特徴とする。
2C≦nC≦60C …(1)
[式(1)中、Cは前記リチウムイオン二次電池の定格容量値を示し、nは2〜60の数値を示す。]
LixMnyNizCo(1−y−z)O2 …(I)
0.85≦X≦1.1 …(II)
0.1≦Y≦0.5 …(III)
0.2≦Z≦0.8 …(IV)
[式(I)中、X、Y、及びZは、式(II)〜(IV)の条件を同時に満たす数値を示す。]
2C≦nC≦30C …(2)
[式(2)中、Cは前記一般式(1)に記載のCと同義であり、nは前記一般式(1)に記載のCと同義である。]
5C≦nC≦30C …(7)
[式(7)中、Cは前記一般式(1)に記載のCと同義であり、nは前記一般式(1)に記載のnと同義である。]
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が、+4.3V〜+5.0Vの範囲にある設定電圧値ΔE1に到達するまで定電流充電を行うことを特徴としていてもよい。このように電圧をモニタすることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が、+2.8V〜+3.5Vの範囲にある設定電圧値ΔE1に到達するまで定電流充電を行うことを特徴としていてもよい。このように電圧をモニタすることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が+4.2Vに到達するまで定電流充電を行い、
定電流充電工程の後、電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴としていてもよい。このような充電条件を満たす定電圧充電工程を更に設けることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が+2.7Vに到達するまで定電流充電を行い、
定電流充電工程の後、電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴としていてもよい。このような充電条件を満たす定電圧充電工程を更に設けることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
10≦α≦60 …(3)
1≦β≦20 …(4)
30≦γ≦85 …(5)
α+β+γ=100 …(6)
LixMnyNizCo1−y−zO2 …(I)
0.85≦X≦1.1 …(II)
0.1≦Y≦0.5 …(III)
0.2≦Z≦0.8 …(IV)
[式(I)中、X、Y、及びZは、式(II)〜(IV)の条件を同時に満たす数値を示す。]
10≦α≦60 …(3)
1≦β≦20 …(4)
30≦γ≦85 …(5)
α+β+γ=100 …(6)
2C≦nC≦60C …(1)
式(1)中、Cはリチウムイオン二次電池の定格容量値を示し、nは2〜60の数値を示す。
負極の作製を行った。先ず、負極活物質として人造黒鉛(90質量部)、導電助剤としてカーボンブラック(2質量部)、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(8質量部)をプラネタリーミキサーで混合し、溶剤として適量のN−メチル−ピロリドン(NMP)を加えて粘度調整して、スラリーを得た。得られたスラリーを、負極活物質担持量が14.5mg/cm2となるように、集電体である電解銅箔(16μm)にドクターブレード法により塗布し、110℃で20分乾燥させ、負極活物質含有層を形成した。乾燥後、作製した負極の空孔率が30%になるようにカレンダーロールにより圧延を行い、17.5mm×32.5mmの大きさに打ち抜いて負極を得た。
正極活物質担持量を8.0mg/cm2、負極活物質担持量を4.5mg/cm2とした以外は実施例1と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
正極活物質担持量を5.5mg/cm2、負極活物質担持量を3.5mg/cm2とした以外は実施例1と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例3と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例2と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例3と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
正極活物質としてLiMn1/3Ni1/3Co1/3O2の替わりにLiMn0.3Ni0.55Co0.15O2を用いたこと以外は実施例1と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
正極活物質としてLiMn1/3Ni1/3Co1/3O2の替わりにLiMn0.42Ni0.42Co0.16O2を用いたこと以外は実施例1と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
負極活物質として人造黒鉛の替わりにチタン酸リチウムを用い、負極活物質担持量を5.5mg/cm2とした以外は実施例3と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例3と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例1と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例2と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例3と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
正極活物質としてLiMn1/3Ni1/3Co1/3O2の替わりにLiCoO2を用いたこと以外は実施例3と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
実施例9と同様にリチウムイオン二次電池(定格容量:100mAh)を作製した。
Claims (15)
- 金属成分としてLi、Mn及びNiを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極と、負極と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池を使用し、
下記式(1)で表される条件を満たす1つの設定値nCに相当する設定充電電流値I1で定電流充電を行う定電流充電工程を含むこと、
を特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
2C≦nC≦60C …(1)
[式(1)中、Cは前記リチウムイオン二次電池の定格容量値を示し、nは2〜60の数値を示す。] - 前記複合金属酸化物が、下記一般式(I)〜(IV)で表される条件を同時に満たすことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
LixMnyNizCo(1−y−z)O2 …(I)
0.85≦X≦1.1 …(II)
0.1≦Y≦0.5 …(III)
0.2≦Z≦0.8 …(IV)
[式(I)中、X、Y、及びZは、式(II)〜(IV)の条件を同時に満たす数値を示す。] - 前記設定充電電流値I1が、下記式(2)で表される条件を満たす1つの設定値nCに相当する充電電流値であることを特徴とする請求項1又2に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
2C≦nC≦30C …(2)
[式(2)中、Cは前記一般式(1)に記載のCと同義であり、nは前記一般式(1)に記載のCと同義である。] - 前記定電流充電工程において、陽極の電位[Vvs.SHE]をモニタした場合に、該電位が、+1.3V〜+2.0Vの範囲にある設定電位E1に到達するまで定電流充電を行うことを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 前記定電流充電工程の後、前記設定電位E1が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、
前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記負極には、導電性の炭素材料が負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が、+4.3V〜+5.0Vの範囲にある設定電圧値ΔE1に到達するまで定電流充電を行うことを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記定電流充電工程の後、前記設定電圧値ΔE1が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、
前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項6に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記負極には、チタン酸リチウムが負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が、+2.8V〜+3.5Vの範囲にある設定電圧値ΔE1に到達するまで定電流充電を行うことを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記定電流充電工程の後、前記設定電圧値ΔE1が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、
前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項8に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記定電流充電工程において、陽極の電位[Vvs.SHE]をモニタしておき、該電位が、+1.2Vに到達するまで定電流充電を行い、
前記定電流充電工程の後、前記電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記負極には、導電性の炭素材料が負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が+4.2Vに到達するまで定電流充電を行い、
前記定電流充電工程の後、前記電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記負極には、チタン酸リチウムが負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が+2.7Vに到達するまで定電流充電を行い、
前記定電流充電工程の後、前記電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値I2に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記非水電解質溶液に含まれる溶媒の構成成分が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートであり、
前記溶媒中の前記プロピレンカーボネートの含有率α[体積%]、前記エチレンカーボネートの含有率β[体積%]、及び、前記ジエチルカーボネートの含有率γ[体積%]が下記式(3)〜(6)で表される条件を同時に満たしていることを特徴とする請求項1〜12のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
10≦α≦60 …(3)
1≦β≦20 …(4)
30≦γ≦85 …(5)
α+β+γ=100 …(6) - 充電すべきリチウムイオン二次電池を充電するための充電装置であって、
前記リチウムイオン二次電池に対して電力を供給する電源部と、
充電の際に、請求項1〜13のうちのいずれか一項に記載の充電方法に基づいて、前記電源部を制御し、前記リチウムイオン二次電池の充電率を調節する充電制御部と、
を少なくとも備えていること、
を特徴とする充電装置。 - リチウムイオン二次電池と、
前記リチウムイオン二次電池を充電するための請求項14に記載の充電装置と、
を少なくとも備えていること、
を特徴とする電力供給装置。
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