JP2009043736A

JP2009043736A - 構成電池

Info

Publication number: JP2009043736A
Application number: JP2008271719A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokoyama; 敬士横山; Ichiro Matsuhisa; 一朗松久; Yuzuru Kawai; 譲河井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】非水電解液二次電池の充電率、開路電圧のバラツキ、特に長期保存時の開路電圧のバラツキを低減し、複数個の電池を直列構成した際のセルバランスの崩れを抑制することを目的とする。
【解決手段】電池出荷時の最終充電方法が、電流密度１．２ｍＡ／ｃｍ²以下の定電流充電で、且つ一定電圧に達した時点で電流をカットして充電を終了する方法で開路電圧を揃えることにより、構成電池各セルの充電率の最大値と最小値との差を２％以下にする。
【選択図】なし

Description

本発明は、複数個の非水電解液二次電池を直列接続した構成電池に関するものである。

近年、携帯電話やノートパソコン等のポータブル機器やコードレス機器の普及により、その電源である電池の需要が高まっている。特に、小型，軽量でエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。このような電池として非水電解液二次電池、特に正極にコバルト酸リチウム等のリチウム含有複合酸化物、負極に炭素材料等を用いたリチウムイオン二次電池の研究，開発が活発に行われている。

この種の二次電池は、組電池を構成した構成電池としてノートパソコン等の機器に使用されるのが一般的である。

しかしながら、複数個の電池で直列に接続した組電池を構成した後、各セルの開路電圧に差が生じると、各セルのバランスが崩れ、構成電池の使用期間が短くなることがあった。

これまでの電池出荷時の最終充電方法としては、定電流充電の時間カット方式で一定電気量を充電する方法が一般的であった。この方法では、各セルの充電電気量は比較的統一されるが、各セルの充電率すなわち電池容量に対する充電容量の率としては最大値と最小値との差が１０％程度となり、開路電圧のバラツキも生じていた。この充電率のバラツキは、長期保存時の保存劣化率に差が生じることになり、開路電圧のバラツキをさらに誘発するという問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、各セルの出荷時の充電率を縮小し、各セルの特に長期保存時の開路電圧のバラツキを低減した信頼性の高い構成電池を得ることを目的とする。

この目的を達成するために本発明の構成電池は、電池を出荷する際の最終充電方法として、電流密度１．２ｍＡ／ｃｍ²以下の定電流充電で、一定電圧に達した時点で電流を停止して充電を終了し、開路電圧を揃える非水電解液二次電池の製造方法により製造した非水電解液二次電池を複数個直列接続して構成したものである。揃えた開路電圧は、その最大値と最小値との差が６ｍＶ以内であり、充電率は、その最大値と最小値との差が２％以下であることが好ましい。

また、本発明の構成電池は、充電率の最大値と最小値との差が２％以下であり、充電直後の開路電圧の最大値と最小値との差が６ｍＶ以内である非水電解液二次電池を複数個直列接続して構成したものである。さらには、充電してから６ヶ月放置後の開路電圧の最大値と最小値との差が８ｍＶ以内であることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば電池出荷時の最終充電方法が電流密度１．２ｍＡ／ｃｍ²以下の定電流充電で、一定電圧カットで電圧を揃え各セルの充電率の
最大値と最小値との差を縮小することで、特に保存後の各セルの開路電圧のバラツキを低減し、直列構成してもセルバランスが崩れない長期において信頼性の高い構成電池を得ることができる。

これらの手段によれば、本発明の構成電池は、各セルの充電率の最大値と最小値との差を２％以下にすることが可能となるので、開路電圧のバラツキ、特に長期保存時のバラツキを低減できる。

本発明の好適な実施の形態を以下の実施例により説明する。

本実施例における非水電解液二次電池は、正極にコバルト酸リチウムを用い、負極にリチウムを吸蔵したり放出することができる黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池を用いた。電池規定容量が１２００ｍＡｈの円筒形リチウムイオン二次電池を評価した。

実施例の出荷時の最終充電条件を表１のＡ，Ｂ，Ｃに示す。

この表１のＡ，Ｂ，Ｃに示したように定電流充電を行い、その電流密度は、Ａ；０．３ｍＡ／ｃｍ²，Ｂ；０．６ｍＡ／ｃｍ²，Ｃ；１．２ｍＡ／ｃｍ²の三通りで評価した。

充電の終止は、ある電圧値に達すると電流を停止する方法で行った。その際のカット電圧値は、充電率すなわち充電容量÷電池規定容量×１００が５０％に相当する約６００ｍＡｈになるように設定した。

（比較例）
比較例の出荷時の最終充電条件を表１のＤに示す。

この表１のＤに示したように、電流密度０．６ｍＡ／ｃｍ²で定電流充電を行い、実施例と異なるのは、ある一定時間カットで充電を終止する点である。カット時間は、電池規定容量すなわち１２００ｍＡｈに対する充電率が、５０％に相当する６００ｍＡｈになるように設定した。

試験数はいずれも５０個とした。

各々の電池の実際の充電率の結果を表２に示す。

この表２より明らかなように、Ａ，Ｂ，Ｃの充電率は４９〜５１％であり、充電率の最大値と最小値との差は２％であるが、比較例Ｄの充電率は４５〜５５％となり、充電率の最大値と最小値との差は１０％である。

次に本実施例の電池Ａ，Ｂ，Ｃと比較例の電池Ｄの開路電圧を測定し、さらに室温下に６ケ月間放置し、各５０ケを再測定した。

測定した開路電圧の最大値と最小値の差を表３に示す。

この表３より明らかなように、本実施例の電池Ａ，Ｂ，Ｃでは、開路電圧の最大値と最小値の差は、放置前で５〜６ｍＶ、放置後で７〜８ｍＶであるが、比較例の電池Ｄでは、放置前が２０ｍＶ、放置後で３０ｍＶである。

比較例電池の放置前の開路電圧の最大値と最小値の差が、実施例電池と比べて著しく大きいのは、各セルの充電率のバラツキ、充電率の最大値と最小値との差が比較例電池の方が大きいためと推定される。比較例電池の放置後の開路電圧の最大値と最小値との差が顕著に拡がっているのは、各セルの充電率の違いによる劣化率の差の影響と推定される。

尚、以上の説明では、充電率５０％にした例で説明したが、充電率が３０〜５０％についても同様に実施可能であった。

また、複数個の電池を直列に構成した時の開路電圧差が３０〜７０ｍＶに達すると、セルバランス崩れによる使用期間短縮の可能性があることが判っている。

本発明にかかる構成電池は、一定電圧カットで電圧を揃え各セルの充電率の最大値と最小値との差を縮小することで、特に保存後の各セルの開路電圧のバラツキを低減し、直列構成してもセルバランスが崩れない効果を有し、携帯電話やノートパソコン等のポータブル機器やコードレス機器等の用途に有用である。

Claims

電池を出荷する際の最終充電方法として、電流密度１．２ｍＡ／ｃｍ²以下の定電流充電で、一定電圧に達した時点で電流を停止して充電を終了し、開路電圧を揃える非水電解液二次電池の製造方法により製造した非水電解液二次電池が複数個直列接続して構成されている構成電池。
揃えた開路電圧の最大値と最小値との差が６ｍＶ以内であり、充電率の最大値と最小値との差が２％以下である非水電解液二次電池が複数個直列接続して構成されている請求項１に記載の構成電池。
充電率の最大値と最小値との差が２％以下であり、充電直後の開路電圧の最大値と最小値との差が６ｍＶ以内である非水電解液二次電池が複数個直列接続して構成されている構成電池。
充電してから６ヶ月放置後の開路電圧の最大値と最小値との差が８ｍＶ以内である非水電解液二次電池が複数個直列接続して構成されている請求項３に記載の構成電池。
非水電解液二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項１〜４の何れかに記載の構成電池。