JP2007141493A - Charging method for secondary battery and charging device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負極活物質の析出および溶解を利用した二次電池の充電方法、およびそれに用いる充電装置に関する。 The present invention relates to a secondary battery charging method using precipitation and dissolution of a negative electrode active material, and a charging device used therefor.
従来より、電子機器用の二次電池としては、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池あるいは鉛電池などが使用されている。しかし、近年、電子技術の進歩に伴い、電子機器の高性能化、小型化、ポータブル化が進み、電子機器用の二次電池を高エネルギー密度化することへの要求が強まっている。そこで、放電電圧が高く、自己放電が少なく、かつサイクル寿命の長い二次電池として、負極にリチウムイオンを吸蔵および放出可能な炭素材料を用い、正極にリチウムコバルト複合酸化物などを用いたいわゆるリチウムイオン二次電池が研究開発されている。 Conventionally, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, lead batteries, and the like have been used as secondary batteries for electronic devices. However, in recent years, with the advancement of electronic technology, electronic devices have become more sophisticated, smaller, and more portable, and the demand for higher energy density of secondary batteries for electronic devices has increased. Therefore, as a secondary battery with a high discharge voltage, low self-discharge, and a long cycle life, a so-called lithium battery using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions for the negative electrode and a lithium cobalt composite oxide or the like for the positive electrode. Ion secondary batteries are being researched and developed.
ところが、負極に黒鉛などの炭素材料を用いた場合には、372mAh/gという理論容量があり、これよりもエネルギー密度を向上させることは難しい。そこで、負極に金属リチウムあるいはリチウム合金を用い、リチウム(Li)の析出・溶解を利用したいわゆる金属リチウム二次電池の研究開発が進められている。しかし、金属リチウム二次電池は、充放電サイクル効率が低く、繰り返し充電を行うと放電容量が得られなくなるという問題があった。 However, when a carbon material such as graphite is used for the negative electrode, there is a theoretical capacity of 372 mAh / g, and it is difficult to improve the energy density. Therefore, research and development of a so-called metal lithium secondary battery using metal lithium or a lithium alloy for the negative electrode and utilizing precipitation (dissolution) of lithium (Li) is underway. However, the metal lithium secondary battery has a problem that the charge / discharge cycle efficiency is low and the discharge capacity cannot be obtained when repeated charging is performed.
そこで、充電方法を変えることにより充放電サイクル効率を向上させることが検討されている。例えば、特許文献1には、充電過程を充電電流値の異なる複数の段階に分け、充電開始時の充電段階における電流値を相対的に小さくし、それ以降の各充電段階における電流値を充電開始時の電流値よりも大きくする充電方法が記載されている。特許文献1では、コイン型二次電池を用い、2段階に充電電流値を変えて検討がされており、充電開始時における充電電気量を電池容量の17%〜80%としている。また、充電開始時の充電電流値を0.4mA(0.05C)以下とし、それ以降の充電電流値を充電開始時の充電電流値の2〜5倍としている。
しかしながら、特許文献1に記載されている充電方法では、例えば1000mAhの充放電容量を有する二次電池を2段階で定電流充電する場合、充電開始時の充電電流値を50mA(0.05C)とすると、最初の段階の充電時間には最低3.4時間が必要となり、次の段階の充電電流値を充電開始時の5倍である250mAとしても、次の段階の充電時間には3.3時間が必要である。つまり、最低でも定電流充電に6.7時間程度必要であり、充電に時間がかかるという問題があった。 However, in the charging method described in Patent Document 1, for example, when a secondary battery having a charge / discharge capacity of 1000 mAh is charged at a constant current in two stages, the charge current value at the start of charging is 50 mA (0.05 C). Then, at least 3.4 hours are required for the charging time of the first stage, and even if the charging current value of the next stage is 250 mA, which is five times that at the start of charging, the charging time of the next stage is 3.3. I need time. That is, there is a problem that constant current charging requires about 6.7 hours at the minimum, and charging takes time.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、負極において負極活物質の析出および溶解を利用する二次電池について、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、充電時間を短くすることができる充電方法および充電装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to improve the charge / discharge cycle characteristics of a secondary battery that uses precipitation and dissolution of the negative electrode active material in the negative electrode and to reduce the charging time. An object of the present invention is to provide a charging method and a charging device that can be shortened.
本発明による第1の二次電池の充電方法は、負極において負極活物質の析出および溶解を利用する二次電池を充電するものであって、充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電過程を有し、この電流制御充電過程は、充電電流値が異なる5以上の段階を含み、この各段階における充電電気量を、二次電池の電池容量の67.6%以下とするものである。 A first secondary battery charging method according to the present invention is a method of charging a secondary battery using deposition and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode, and charging by controlling a charging current value. The current control charging process includes five or more stages having different charging current values, and the amount of charge in each stage is set to 67.6% or less of the battery capacity of the secondary battery. .
本発明による第2の二次電池の充電方法は、負極において負極活物質の析出および溶解を利用する二次電池を充電するものであって、充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電過程を有し、この電流制御充電過程は、充電電流値を連続的に大きくする過程を含むものである。 A second secondary battery charging method according to the present invention charges a secondary battery that utilizes precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode, and controls the charging current value to perform charging. The current control charging process includes a process of continuously increasing the charging current value.
本発明による第1の二次電池の充電装置は、負極において負極活物質の析出および溶解を利用する二次電池を充電するものであって、二次電池に対して、充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電部を備え、この電流制御充電部は、充電電流値の異なる5以上の段階を含むように充電電流を制御すると共に、この各段階における充電電気量が二次電池の電池容量の67.6%以下となるように充電電気量を制御する充電電流制御部を有するものである。 A charging device for a first secondary battery according to the present invention charges a secondary battery using precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode, and controls a charging current value for the secondary battery. The current control charging unit controls the charging current so as to include five or more stages having different charging current values, and the amount of charge in each stage is determined by the secondary battery. It has a charging current control part which controls the amount of charge electricity so that it may become 67.6% or less of battery capacity.
本発明による第2の二次電池の充電装置は、負極において負極活物質の析出および溶解を利用する二次電池を充電するものであって、二次電池に対して、充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電部を備え、この電流制御充電部は、充電電流値が連続的に大きくなる過程を含むように制御する充電電流制御部を有するものである。 A charging device for a second secondary battery according to the present invention charges a secondary battery that uses precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode, and controls a charging current value for the secondary battery. The current control charging unit includes a charging current control unit that performs control so as to include a process in which the charging current value continuously increases.
本発明の二次電池の充電方法および充電装置によれば、充電電流値が異なる5以上の段階を含み、各段階における充電電気量を二次電池の電池容量の67.6%以下とするようにしたので、または、充電電流値を連続的に大きくする過程を含むようにしたので、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、充電時間を短くすることができる。 According to the charging method and the charging device of the secondary battery of the present invention, the charging electric quantity in each stage is set to 67.6% or less of the battery capacity of the secondary battery including five or more stages having different charging current values. Since the process includes a process of continuously increasing the charging current value, the charge / discharge cycle characteristics can be improved and the charging time can be shortened.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る充電方法および充電装置を用いるのに適した二次電池10の一構成例を分解して表すものである。この二次電池10は、負極活物質としてリチウムを用いたものであり、巻回電極体10Aをフィルム状の外装部材10Bの内部に封入した構成を有している。巻回電極体10Aには、正極リード11および負極リード12が取り付けられており、外装部材10Bの外部に導出されている。外装部材10Bは、例えば、アルミニウム箔を合成樹脂フィルムで挟んだラミネートフィルムにより構成されている。なお、外装部材は、図示しないが、フィルム状のものに限らず、円筒状または角状などの缶により構成されていてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an exploded configuration example of a
図2は図1に示した巻回電極体10Aの断面構造の一部を拡大して表すものである。巻回電極体10Aは、正極13と負極14とを電解液が含浸されたセパレータ15を介して積層し、複数巻回したものであり、最外周には保護テープ16が巻かれている。すなわち、正極13と負極14とは巻回中心側から巻回外周側に向かって複数積層されている。正極13は、例えば、正極集電体13Aの両面に正極活物質層13Bが設けられた構造を有している。正極活物質層13Bは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料を含んでおり、必要に応じて、導電材および結着材などの他の材料を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、あるいはリチウム硫化物などのリチウム含有化合物が挙げられる。具体的には、リチウムと、コバルト(Co),ニッケル(Ni),マンガン(Mn),鉄(Fe),アルミニウム(Al),バナジウム(V)およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1種とを含む複合酸化物、またはこれらを含むリン酸化合物が好ましい。
FIG. 2 shows an enlarged part of the cross-sectional structure of the spirally wound electrode body 10A shown in FIG. The wound electrode body 10A is formed by laminating a
負極14は、例えば、負極集電体14Aの両面に負極活物質層14Bが設けられた構成を有している。負極活物質層14Bは、金属リチウムまたはリチウム合金により構成されており、充放電により金属リチウムが析出および溶解を繰り返すようになっている。なお、負極活物質層14Bは充電時にのみ析出して存在し、放電時には全て溶解して存在していなくてもよい。
The
電解液は、例えば、溶媒と電解質塩とを含有している。溶媒としては、例えば、炭酸エチレン(1,3−ジオキソラン−2−オン)、炭酸プロピレン(4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、あるいは炭酸ブチレンなどの環式炭酸エステル、または4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−ジフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどのハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体、または炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸ジ(i−プロピル)、炭酸ジ(n−プロピル)、炭酸ジ(n−ブチル)あるいは炭酸ジ(tert−ブチル)などの鎖式炭酸エステル、またはγ−ブチロラクトンあるいはγ−バレロラクトンなどのラクトン、または酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、プロピオン酸メチルあるいはプロピオン酸エチルなどの鎖式カルボン酸エステル、またはテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキサンあるいは1,3−ベンゾジオキソールなどの環式エーテル、または1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジグライム、トリグライムあるいはジエチルエーテルなどの鎖式エーテル、またはエチレンサルファイト,プロパンスルトン, プロペンスルトン、スルホラン,メチルスルホランあるいはジエチルスルフィンなどの硫黄化合物、またはアセトニトリルあるいはプロピオニトリルなどのニトリル類、またはN,N−ジメチルカルバミン酸メチル、N,N−ジエチルカルバミン酸メチルなどの鎖式カルバミン酸エステル、または1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジフェニル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−ビニル−1, 3−ジオキソラン−2−オン、炭酸アリルメチルあるいは炭酸ジアリルなどの不飽和結合を有する炭酸エステルが挙げられる。 The electrolytic solution contains, for example, a solvent and an electrolyte salt. Examples of the solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (1,3-dioxolan-2-one), propylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxolan-2-one), butylene carbonate, or 4 -Fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-difluoro -1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one Cyclic carbonate derivatives having halogen atoms such as 4-fluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one or 4-difluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one Or a chain carbonate such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, di (i-propyl) carbonate, di (n-propyl) carbonate, di (n-butyl) carbonate or di (tert-butyl) carbonate, Or a lactone such as γ-butyrolactone or γ-valerolactone, or a chain carboxylic acid ester such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl trimethyl acetate, ethyl trimethyl acetate, methyl propionate or ethyl propionate, or tetrahydrofuran, 2 -Rings such as methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxane or 1,3-benzodioxole Formula ether or 1,2-dimethoxy Chain ethers such as ethane, 1,2-diethoxyethane, diglyme, triglyme or diethyl ether, or sulfur compounds such as ethylene sulfite, propane sultone, propene sultone, sulfolane, methyl sulfolane or diethyl sulfine, or acetonitrile or propio Nitriles such as nitriles, chain carbamates such as methyl N, N-dimethylcarbamate, methyl N, N-diethylcarbamate, or 1,3-dioxol-2-one, 4,5-diphenyl-1 , 3-dioxol-2-one, 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, carbonates having an unsaturated bond, such as allylmethyl carbonate or diallyl carbonate.
電解質塩としては、例えば、LiPF6 ,LiBF4 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,LiSbF6 ,CF3 SO3 Li,(CF3 SO2 )3 CLi,LiCl,LiBr,LiI,LiPF4 (CF3 )2 ,LiPF3 (C2 F5 )3 ,LiPF3 (CF3 )3 ,LiPF3 (iso−C3 F7 )3 ,LiPF5 (iso−C3 F7 ),リチウムビスオキサラトボレート(LiB(C2 O4 )2 ),リチウムオキサラトジフルオロボレート,LiB(C6 H5 )4 ,LiN(CF3 SO2 )2 あるいはLiN(C2 F5 SO2 )2 などのリチウム塩が挙げられる。 As the electrolyte salt, e.g., LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiSbF 6, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 3 CLi, LiCl, LiBr, LiI, LiPF 4 (CF 3) 2 LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ), lithium bisoxalatoborate (LiB ( Examples thereof include lithium salts such as C 2 O 4 ) 2 ), lithium oxalate difluoroborate, LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2, or LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 .
なお、電解液をそのままセパレータ15に含浸させてもよいが、高分子化合物に電解液を保持させて用いるようにしてもよい。高分子化合物としては、例えば、アクリロニトリル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンオキサイド、あるいはプロピレンオキサイドなどの重合体及び共重合体が挙げられる。
The
図3は本発明の第1の実施の形態に係る充電装置20の概要構成を表すものであり、図4は充電装置20における充電電流値の制御状態を示すものである。この充電装置20は、例えば、電源回路部21と、二次電池10に対して充電電流値を制御しながら充電を行う電流制御充電部22と、二次電池10に対して充電電圧を制御しながら充電を行う電圧制御充電部23とを備えている。電源回路部21は、例えば、電源30から供給される電源電圧を所定の直流電圧に変換し、その電圧を安定的に電流制御充電部22または電圧制御充電部23に供給するものであり、いわゆるAC−DCコンバータにより構成されている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the
電流制御充電部22は、例えば図4に示したように、二次電池10に対して、充電電流値の異なる5以上のn段階に分けて充電開始電圧から充電終了電圧に向けて定電流充電を行うものであり、例えば、充電電流制御部221と、タイマ222と、電池電圧検出部223とを備えている。充電電流制御部221は、電源回路部21,タイマ222および電池電圧検出部223とそれぞれ接続されており、タイマ222および電池電圧検出部223からの情報に基づき充電電流値を制御するようになっている。例えば、充電電流制御部221では、各段階における充電電流値と充電電気量とが設定されており、タイマ222からの情報に基づいて各段階における充電電気量を算出し、その充電電気量が設定値に達すると、次の段階に移行するようになっている。その際、各段階における充電電気量は、二次電池10の電池容量の67.6%以下の範囲内で設定されている。これにより、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、電流制御充電部22による充電時間を例えば5.1時間以内と短くすることができるからである。
For example, as shown in FIG. 4, the current
また、充電電流値は、各段階のうち2段階目以降の少なくとも一部について、前段階の充電電流値よりも大きくなるように設定されていることが好ましく、各段階の充電電流値が順に大きくなるように設定されていればより好ましい。より高い効果を得ることができるからである。但し、充電電流値を前段階よりも小さくした段階が一部に挿入されていても構わない。 In addition, the charging current value is preferably set to be larger than the charging current value in the previous stage for at least a part of the second and subsequent stages in each stage, and the charging current value in each stage increases in order. It is more preferable if it is set to be. This is because a higher effect can be obtained. However, a stage where the charging current value is smaller than the previous stage may be inserted in part.
なお、充電電流制御部221は、タイマ222からの情報に基づいて充電電気量を算出し、算出した充電電気量を設定値と比較するのではなく、各段階における充電電気量が上記範囲内となるように充電電流値との関係から時間が設定されており、時間が設定値に達したら次の段階に移行するようにしてもよい。
Note that the charging
電圧制御充電部23は、二次電池10に対して定電圧充電を行うものであり、充電電圧制御部231と、電流値検出部232とを備えている。充電電圧制御部231は、電源回路部21,電池電圧検出部223および電流値検出部232とそれぞれ接続されており、電池電圧検出部223および電流値検出部232からの情報に基づき充電電圧値を制御するようになっている。例えば、充電電圧制御部231では、電池電圧検出部223により電池電圧が所定の充電終了電圧に達したことが検出されると、充電電圧をその充電終了電圧値に制御して充電を開始し、電流値検出部232により充電電流値が所定の終了値以下となったことが検出されると充電を終了するようになっている。なお、電圧制御充電部23は、電流値検出部232に代えてタイマを備え、充電時間が所定の設定値に達した時点で充電を終了させるようにしてもよい。
The voltage
図5は図3に示した充電装置20を用いて二次電池10を充電する方法を表すものである。まず、充電電流制御部221により、充電電流値を1段階目の設定値に制御して1段階目の電流制御充電過程を行う(ステップS101)。また、例えば、タイマ222により時間を測定し、それに基づいて充電電流制御部221により充電電気量を算出する。充電電流制御部221は、例えば、算出した充電電気量が、二次電池10の電池容量の67.6%以下の設定値に達した時点で(ステップS102;Y,N)、1段階目を終了させ、2段階目の電流制御充電過程を行う(ステップS103)。
FIG. 5 shows a method of charging the
2段階目の電流制御充電過程も、1段階目と同じように、設定された充電電流値に制御し、充電電気量が設定値に達するまで行う。次いで、同様に3段階目、4段階目と5段階以上に充電電流値を分けて設定した電流制御充電過程を順に行う。その際、少なくとも一部の段階の充電電流値は、前段階の充電電流値よりも大きくなるように設定することが好ましく、各段階の充電電流値を順に大きくなるように設定すればより好ましい。このようにして設定された最後のn段階目の電流制御充電過程を行い(ステップS104)、充電電気量が設定値に達した時点で(ステップS105;Y,N)、必要に応じて二次電池10の電池電圧を電池電圧検出部223により検出し、電池電圧が4.2Vなどの所定の充電終了電圧値に達していれば(ステップS106;Y,N)、充電電流制御部221は電流制御充電過程を終了させる。
Similarly to the first stage, the second-stage current-controlled charging process is also controlled until the set charging current value reaches the set value. Next, similarly, the current control charging process in which the charging current values are set separately in the third stage, the fourth stage, and the fifth stage or more is sequentially performed. In that case, it is preferable to set the charging current value of at least a part of the stage to be larger than the charging current value of the previous stage, and it is more preferable to set the charging current value of each stage to be sequentially larger. The last n-th stage current-controlled charging process set in this way is performed (step S104), and when the amount of charge reaches a set value (step S105; Y, N), a secondary is performed as necessary. When the battery voltage of the
続いて、充電電圧制御部231により、充電電圧を充電終了電圧値に制御して電圧制御充電過程を行う(ステップS107)。その際、例えば充電電流値を電流値検出部232により検出し、充電電流値が所定の終了値以下となった時点で(ステップS108;Y,N)、充電電圧制御部231は電圧制御充電過程を終了させる。
Subsequently, the charging
なお、図4,5には示していないが、上述した電流制御充電過程および電圧制御充電過程に加えて、他の充電過程を行うようにしてもよく、放電を行うようにしてもよい。また、上述したように、電流制御充電過程では、充電電気量が設定値に達した時点で次の段階に移行するのではなく、充電時間が設定値に達した時点で次の段階に移行するようにしてもよく、電圧制御充電過程では、充電電流値が終了値以下となった時点で充電を終了させるのではなく、充電時間が設定値に達した時点で充電を終了させるようにしてもよい。 Although not shown in FIGS. 4 and 5, in addition to the above-described current-controlled charging process and voltage-controlled charging process, other charging processes may be performed, or discharging may be performed. In addition, as described above, in the current control charging process, the process proceeds to the next stage when the charging time reaches the set value, instead of proceeding to the next stage when the charge electricity amount reaches the set value. In the voltage-controlled charging process, charging is not terminated when the charging current value becomes equal to or lower than the end value, but charging is terminated when the charging time reaches the set value. Good.
このように本実施の形態では、充電電流値が異なる5以上の段階を含む電流制御充電過程を有し、各段階における充電電気量を二次電池10の電池容量の67.6%以下とするようにしたので、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、電流制御充電過程を5.1時間以内と短くすることができる。
As described above, the present embodiment has a current control charging process including five or more stages having different charging current values, and the amount of charge in each stage is set to 67.6% or less of the battery capacity of the
特に、各段階のうち2段階目以降の少なくとも一部について、充電電流値を前段階の充電電流値よりも大きくするようにすれば、更に、各段階の充電電流値を順に大きくするようにすれば、より高い効果を得ることができる。 In particular, if the charging current value is set to be larger than the charging current value of the previous stage for at least a part of the second and subsequent stages of each stage, the charging current value of each stage is further increased in order. Therefore, a higher effect can be obtained.
(第2の実施の形態)
図6は本発明の第2の実施の形態に係る充電装置40の概要構成を表すものであり、図7は充電装置40における充電電流値の制御状態を示すものである。この充電装置40は、例えば第1の実施の形態と同様に二次電池10に対して充電を行うものであり、電流制御充電部42の構成が異なることを除き、他は第1の実施の形態と同様の構成を有している。よって、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a schematic configuration of the charging
電流制御充電部42は、二次電池10に対して、例えば図7に示したように充電電流値を連続的に大きくしながら、充電開始電圧から充電終了電圧に向けて充電を行うものであり、例えば、充電電流制御部421と、第1の実施の形態と同様の電池電圧検出部223とを備えている。充電電流制御部421は、電源回路部21および電池電圧検出部223とそれぞれ接続されており、電池電圧検出部223により電池電圧が所定の充電終了電圧に達したことが検出されるまで、充電電流値を制御して充電を行うようになっている。これにより、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、電流制御充電部22による充電時間を例えば5.1時間以内と短くすることができるからである。充電電流値は、例えば図7に示したように直線的に変化させてもよいが、曲線的に変化させてもよい。
The current
図8は図6に示した充電装置40を用いて二次電池10を充電する方法を表すものである。まず、充電電流制御部421により、充電電流値を連続的に大きくしながら電流制御充電過程を行う(ステップS201)。その際、二次電池10の電池電圧を電池電圧検出部223により検出し、電池電圧が4.2Vなどの所定の充電終了電圧値に達した時点で(ステップS202;Y,N)、充電電流制御部421は電流制御充電過程を終了させる。次いで、第1の実施の形態と同様にして、充電電圧制御部231により電圧制御充電過程を行い(ステップS203)、充電電流値が所定の終了値以下となった時点で電圧制御充電過程を終了させる(ステップS204;Y,N)。
FIG. 8 shows a method of charging the
なお、本実施の形態においても、電流制御充電過程および電圧制御充電過程に加えて、他の充電過程を行うようにしてもよく、放電を行うようにしてもよい。また、第1の実施の形態において説明した電流制御充電過程と組み合わせてもよい。すなわち、電流制御充電過程の一部に充電電流値を連続的に大きくする過程を含むようにしてもよい。 Also in this embodiment, in addition to the current controlled charging process and the voltage controlled charging process, other charging processes may be performed, or discharging may be performed. Moreover, you may combine with the electric current control charging process demonstrated in 1st Embodiment. In other words, a part of the current control charging process may include a process of continuously increasing the charging current value.
このように本実施の形態では、充電電流値を連続的に大きくする過程を有するようにしたので、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、電流制御充電過程を5.1時間以内と短くすることができる。 As described above, in the present embodiment, the process of continuously increasing the charging current value is provided, so that the charge / discharge cycle characteristics can be improved and the current control charging process is shortened to within 5.1 hours. can do.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1〜17)
図1,2に示した二次電池10を作製した。まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を用い、このリチウムコバルト複合酸化物粉末95質量%と炭酸リチウム粉末5質量%との混合物91質量%と、導電材である鱗片状黒鉛6質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合したのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリーとした。次いで、このスラリーを、厚み12μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体13Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、圧縮成型することにより正極活物質層13Bを形成し、正極13を作製した。続いて、正極集電体13Aにアルミニウム製の正極リード11を溶接した。
(Examples 1-17)
The
また、厚み30μmの金属リチウム箔を厚み8μmの銅箔よりなる負極集電体14Aの両面に圧着することにより負極活物質層14Bを形成し、負極14を作製した。次いで、負極集電体12Aにニッケル製の負極リード12を溶接した。
Further, a negative electrode
そののち、作製した正極13と負極14とを微多孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータ15を介して積層しから多数回巻回し、最外周を保護テープ16により固定することにより巻回電極体10Aを作製した。次いで、巻回電極体10Aをアルミラミネートフィルムよりなる外装部材10Bの間に挟み込み、一辺を除く外縁部を熱融着して袋状としたのち、電解液を注入し、残りの一辺を熱融着して密閉した。電解液には、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジメチルとを1:1の質量比で混合した溶媒に、LiPF6 を1mol/lの濃度で溶解させたものを用いた。これにより、充電容量が1000mAhの二次電池10を得た。
After that, the produced
次いで、作製した二次電池10について、23℃の環境下において充電条件を変化させて充放電サイクル試験を行い、放電容量が1サイクル目の放電容量の70%以下となるまでのサイクル数を調べた。充電は、電流制御充電過程を電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、電圧制御充電過程を電流値が1.5mAに達するまで行い、放電は、165mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで行った。
Next, with respect to the produced
その際、実施例1〜10では、電流制御充電過程を10段階に分け、各段階における充電電流値、充電時間および充電電気量を表1に示したように変化させた。実施例11〜14では、電流制御充電過程を5段階に分け、各段階における充電電流値、充電時間および充電電気量を表2に示したように変化させた。実施例15,16では、電流制御充電過程を30段階に分け、各段階における充電電流値、充電時間および充電電気量を表2に示したように変化させた。実施例17では、充電電流値を連続的に大きくしながら電流制御充電過程を行った。なお、実施例1〜17では、いずれも電流制御充電過程が5.1時間以内となるように設定した。また、実施例1〜16では、いずれも各段階における充電電流値が順に大きくなるようにし、各段階における充電電気量を二次電池10の電池容量の67.6%以下とした。
At that time, in Examples 1 to 10, the current-controlled charging process was divided into 10 stages, and the charging current value, the charging time, and the charge electricity amount at each stage were changed as shown in Table 1. In Examples 11 to 14, the current-controlled charging process was divided into five stages, and the charging current value, the charging time, and the charge electricity amount at each stage were changed as shown in Table 2. In Examples 15 and 16, the current-controlled charging process was divided into 30 stages, and the charging current value, the charging time, and the amount of charged electricity at each stage were changed as shown in Table 2. In Example 17, the current control charging process was performed while continuously increasing the charging current value. In each of Examples 1 to 17, the current control charging process was set to be within 5.1 hours. In each of Examples 1 to 16, the charging current value at each stage was increased in order, and the amount of charge at each stage was set to 67.6% or less of the battery capacity of the
実施例1〜17に対する比較例1〜8として、電流制御充電過程の条件を表3に示したように変えたことを除き、他は実施例1〜17と同様にして、放電容量が1サイクル目の放電容量の70%以下となるまでのサイクル数を調べた。比較例1は、電流制御充電過程を1段階とし、電流制御充電過程が5時間となるように充電電流値を設定したものである。比較例2は、電流制御充電過程を2段階として電流制御充電過程が5時間となるように充電電流値を設定し、2段階目の充電電気量を電池容量の67.6%よりも大きくしたものである。比較例3,4は、電流制御充電過程を2段階とし、各段階における充電電気量を電池容量の67.6%以下として、電流制御充電過程が5.1時間を超えるものである。比較例5は、電流制御充電過程を2段階とし、各段階における充電電気量を電池容量の67.6%以下として、電流制御充電過程が5時間となるように設定したものである。比較例6〜8は、電流制御充電過程を10段階、5段階または30段階として電流制御充電過程が5時間となるように充電電流値を設定し、最後の段階の充電電気量を電池容量の67.6%よりも大きくしたものである。 As Comparative Examples 1 to 8 with respect to Examples 1 to 17, except that the conditions of the current control charging process were changed as shown in Table 3, other than that, the discharge capacity was 1 cycle. The number of cycles until 70% or less of the eye discharge capacity was examined. In Comparative Example 1, the current control charging process is one stage, and the charging current value is set so that the current control charging process is 5 hours. In Comparative Example 2, the current control charging process is set to two stages, the charging current value is set so that the current control charging process is 5 hours, and the amount of charge in the second stage is set to be larger than 67.6% of the battery capacity. Is. In Comparative Examples 3 and 4, the current control charging process has two stages, the amount of charge in each stage is 67.6% or less of the battery capacity, and the current control charging process exceeds 5.1 hours. In Comparative Example 5, the current control charging process is set to two stages, the amount of charge in each stage is set to 67.6% or less of the battery capacity, and the current control charging process is set to 5 hours. In Comparative Examples 6 to 8, the current control charging process is set to 10 steps, 5 steps, or 30 steps, the charging current value is set so that the current control charging process is 5 hours, and the amount of charge in the last step is set to the battery capacity. It is larger than 67.6%.
表4に、実施例1〜17および比較例1〜8の電流制御充電過程の条件および充放電サイクル数の結果をまとめて示す。 Table 4 summarizes the conditions of the current control charging process and the results of the number of charge / discharge cycles in Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 8.
表4に示したように、充電電流値が異なる5以上の段階に分け、各段階における充電電気量を電池容量の67.6%以下とした実施例1〜16、および充電電流値を連続的に大きくした実施例17によれば、充放電サイクル数を150回以上に向上させることができた。これに対して、電流制御充電過程を1段階とした比較例1、および各段階の中に充電電気量が電池容量の67.6%を超えるものを設けた比較例2,5〜8では、125回以下の充放電サイクル数しか得られなかった。また、電流制御充電過程を2段階に分け、各段階における充電電気量を電池容量の67.6%以下とした比較例3,4では、電流制御充電過程が5.1時間を超えてしまい、充電に時間がかかってしまった。更に、電流制御充電過程を2段階に分け、各段階における充電電気量を電池容量の67.6%以下とし、1段階目の充電電流値を比較例3,4よりも大きくすることにより充電時間を短くした比較例5では、充放電サイクル数が121回と少なかった。 As shown in Table 4, Examples 1 to 16 were divided into 5 or more stages with different charging current values, and the amount of charge at each stage was 67.6% or less of the battery capacity, and the charging current values were continuously According to Example 17, which was greatly increased, the number of charge / discharge cycles could be improved to 150 times or more. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the current-controlled charging process is one stage, and Comparative Examples 2, 5 to 8 in which each stage has a charge electricity amount exceeding 67.6% of the battery capacity, Only the number of charge / discharge cycles of 125 times or less was obtained. In addition, in Comparative Examples 3 and 4 in which the current control charging process is divided into two stages and the amount of charge at each stage is 67.6% or less of the battery capacity, the current control charging process exceeds 5.1 hours, It took a long time to charge. Further, the current-controlled charging process is divided into two stages, the amount of charge in each stage is 67.6% or less of the battery capacity, and the charging current value in the first stage is made larger than those in Comparative Examples 3 and 4, thereby charging time. In Comparative Example 5 in which the length was shortened, the number of charge / discharge cycles was as small as 121 times.
すなわち、電流制御充電過程を充電電流値が異なる5以上の段階に分け、各段階における充電電気量を電池容量の67.6%以下とすれば、または、電流制御充電過程において充電電流値を連続的に大きくするようにすれば、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、電流制御充電過程を5.1時間以内と短くすることができることが分かった。 That is, if the current-controlled charging process is divided into five or more stages having different charging current values, and the amount of charge in each stage is 67.6% or less of the battery capacity, or the charging current value is continuous in the current-controlled charging process. It was found that the charging / discharging cycle characteristics can be improved and the current-controlled charging process can be shortened to 5.1 hours or less by making it larger.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合について説明し、更に上記実施の形態では、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、または他の無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte is described. In the above-described embodiment, the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound is used is also described. Other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolytic solution, or a mixture of another inorganic compound and an electrolytic solution. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記実施の形態および実施例では、正極13と負極14とを積層して巻回した巻回電極体10Aを備える場合について説明したが、一対の正極と負極とを積層した電極体を備える場合、および正極と負極とを複数積層した電極体を備える場合についても、同様に本発明を適用することができる。更に、上記実施の形態および実施例では、フィルム状外装部材10Bを用いる場合について説明したが、外装部材に缶を用いる場合についても、同様に本発明を適用することができ、形状も円筒型,角型,コイン型,ボタン型あるいはシート型などどのようなものでもよい。
Moreover, although the said embodiment and Example demonstrated the case where 10 A of winding electrode bodies which laminated | stacked and wound the
加えて、上記実施の形態および実施例では、負極活物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。 In addition, in the above embodiments and examples, a battery using lithium as a negative electrode active material has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium or calcium (Ca), or the like are used. The present invention can also be applied to the case of using an alkaline earth metal or another light metal such as aluminum.
10…二次電池、10A…巻回電極体、10B…外装部材、11…正極リード、12…負極リード、13…正極、13A…正極集電体、13B…正極活物質層、14…負極、14A…負極集電体、14B…負極活物質層、15…セパレータ、16…保護テープ、20,40…充電装置、21…電源回路部、22,42…電流制御充電部、221,421…充電電流制御部、222…タイマ、223…電池電圧検出部、23…電圧制御充電部、231…充電電圧制御部、232…電流値検出部。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電過程を有し、
この電流制御充電過程は、充電電流値が異なる5以上の段階を含み、この各段階における充電電気量を、前記二次電池の電池容量の67.6%以下とする
ことを特徴とする二次電池の充電方法。 A method for charging a secondary battery using precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode,
It has a current control charging process that controls charging current value to perform charging,
The current-controlled charging process includes five or more stages with different charging current values, and the amount of charge in each stage is 67.6% or less of the battery capacity of the secondary battery. How to charge the battery.
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電方法。 The charging method of the secondary battery according to claim 1, wherein the charging current value is set to be larger than the charging current value of the previous stage for at least a part of the second and subsequent stages.
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電方法。 The charging method of the secondary battery according to claim 1, wherein the charging current value at each stage is increased in order.
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電方法。 The method of charging a secondary battery according to claim 1, wherein a time of the current control charging process is within 5.1 hours.
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電方法。 The method for charging a secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material is lithium.
充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電過程を有し、
この電流制御充電過程は、充電電流値を連続的に大きくする過程を含む
ことを特徴とする二次電池の充電方法。 A method for charging a secondary battery using precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode,
It has a current control charging process that controls charging current value to perform charging,
The current control charging process includes a process of continuously increasing a charging current value.
ことを特徴とする請求項6記載の二次電池の充電方法。 The method of charging a secondary battery according to claim 6, wherein a time of the current control charging process is within 5.1 hours.
ことを特徴とする請求項6記載の二次電池の充電方法。 The method for charging a secondary battery according to claim 6, wherein the negative electrode active material is lithium.
前記二次電池に対して、充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電部を備え、
この電流制御充電部は、充電電流値の異なる5以上の段階を含むように充電電流を制御すると共に、この各段階における充電電気量が前記二次電池の電池容量の67.6%以下となるように充電電気量を制御する充電電流制御部を有する
ことを特徴とする二次電池の充電装置。 A charging device for a secondary battery that utilizes precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode,
For the secondary battery, comprising a current control charging unit that performs charging by controlling the charging current value,
The current control charging unit controls the charging current so as to include five or more stages having different charging current values, and the amount of charge in each stage is 67.6% or less of the battery capacity of the secondary battery. A charging device for a secondary battery, comprising: a charging current control unit that controls the amount of charged electricity.
ことを特徴とする請求項9記載の二次電池の充電装置。 The charging of the secondary battery according to claim 9, wherein the charging current control unit controls the charging current value to be larger than the charging current value of the previous stage for at least a part of the second stage and thereafter. apparatus.
ことを特徴とする請求項9記載の二次電池の充電装置。 The charging device for a secondary battery according to claim 9, wherein the charging current control unit controls the charging current value at each stage to increase in order.
ことを特徴とする請求項9記載の二次電池の充電装置。 The charging device for a secondary battery according to claim 9, wherein a time for charging performed by the current control charging unit is within 5.1 hours.
ことを特徴とする請求項9記載の二次電池の充電装置。 The secondary battery charging device according to claim 9, wherein the negative electrode active material is lithium.
前記二次電池に対して、充電電流値を制御して充電を行う電流制御充電部を備え、
この電流制御充電部は、充電電流値が連続的に大きくなる過程を含むように制御する充電電流制御部を有する
ことを特徴とする二次電池の充電装置。 A charging device for a secondary battery that utilizes precipitation and dissolution of a negative electrode active material in a negative electrode,
For the secondary battery, comprising a current control charging unit that performs charging by controlling the charging current value,
The current control charging unit includes a charging current control unit that performs control so as to include a process in which a charging current value is continuously increased.
ことを特徴とする請求項14記載の二次電池の充電装置。 The charging device for a secondary battery according to claim 14, wherein a time for charging performed by the current control charging unit is within 5.1 hours.
ことを特徴とする請求項14記載の二次電池の充電装置。
The secondary battery charging device according to claim 14, wherein the negative electrode active material is lithium.
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