JP2012028044A

JP2012028044A - リチウムイオン電池

Info

Publication number: JP2012028044A
Application number: JP2010163341A
Authority: JP
Inventors: Masaru Takagi; 優高木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】使用時に発生する電池劣化を回復させることができるリチウムイオン電池の提供。
【解決手段】正極部１３と、電池ケース１１と、この電池ケースの壁面に担持されるリチウム含有化合物６１，６２と、前記正極部と前記電池ケースとを接続する導線４１と、前記導線に設けられるスイッチ４３と、前記スイッチの開閉を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、該リチウムイオン電池１の容量劣化度が閾値以上になると、前記スイッチを閉じて、前記リチウム含有化合物と前記正極部とを短絡させることを特徴とするリチウムイオン電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電可能なリチウムイオン電池に関する。

車両の走行用モータとして、充放電可能なリチウムイオン電池が知られている。リチウムイオン電池は、充放電を繰り返すことにより劣化する。特許文献１は、リチウムイオン化合物を電槽内に配置し、初充電時に負極にリチウムイオンをドープするリチウムイオン電池を開示する。

特開２００８−１９２５４０号公報特開２０１０−０４９８８２号公報特開２０００−２９９１３７号公報

特許文献１のリチウムイオン電池は、初充電における充電容量と、その次の放電における放電容量の容量差（不可逆容量）を低減することを目的としている。そのため、使用時に発生する電池劣化を回復させることについては考慮されていない。そこで、本願発明は、使用時に発生する電池劣化を回復させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明は、正極部と、電池ケースと、この電池ケースの壁面に担持されるリチウム含有化合物と、前記正極部と前記電池ケースとを接続する導線と、前記導線に設けられるスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、該リチウムイオン電池の容量劣化度が閾値以上になると、前記スイッチを閉じて、前記リチウム含有化合物と前記正極部とを短絡させることを特徴とするリチウムイオン電池である。

本願発明によれば、劣化したリチウムイオン電池の電池容量を回復させることができる。

リチウムイオン電池の断面図である。リチウムイオン電池の回復方法を示すフローチャートである。正極及び負極の電位差を模式的に示す模式図である。

図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、リチウムイオン電池の断面図である。リチウムイオン電池１は、電池ケース１０、発電要素２０、第１リチウムイオン供給体６１、第２リチウムイオン供給体６２、および電解液３０を備える。電池ケース１０は、電池ケース本体１１および封口蓋１２を備える。

電池ケース本体１１はステンレス鋼製であり、その内部には、内側露出面である第１内側面１１ａおよび第２内側面１１ｂを、その外部には４つの外側面および底面からなる外側露出面１１ｃを有する。封口蓋１２はステンレス鋼製であり、電池ケース本体１１の開口部を閉塞する。正極端子部材１３および負極端子部材１４はそれぞれ封口蓋１２の上面に貫通突出しており、封口蓋１２との間には絶縁部材１６がそれぞれ介在する。また、封口蓋１２の上面には安全弁１５も配置されている。

発電要素２０は、正極部材２１および負極部材２４が、ポリエチレンからなるセパレータ２７を介して捲回されている。この正極部材２１は、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄からなる正極活物質２２がアルミニウム箔の表面に塗工されたものである。一方、負極部材２４は、導電性炭素材からなる負極活物質２５が、銅箔２６の表面に塗工されたものである。負極部材２４の銅箔２６は、セパレータ２７の外部側で互いに重ねられ、捲回体の長円形状のおおよそ半分をつぶすように、負極集電部材２９にかしめられ溶接されている。正極部材２１のアルミニウム箔も同様に、負極集電部材２９とは反対側のセパレータ２７の外部側で互いに重ねられ、金属製の正極集電部材２８にかしめられ溶接されている。

電解液３０は、ＥＣ（エチレンカーボネート）、ＥＭＣ（エチルメチルカーボネート）、およびＤＭＣ（ジメチルカーボネート）を調整した混合有機溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ6を添加した有機電解液であってもよい。

第１リチウムイオン供給体６１および第２リチウムイオン供給体６２は、共にＬｉＦｅＰＯ₄からなる。そして、第１リチウムイオン供給体６１は、電池ケース本体１１の第１内側面１１ａの第１担持部位Ｐ１１ａに接して担持されている。第２リチウムイオン供給体６２は、第２内側面１１ｂの第２担持部位Ｐ１１ｂに接して担持されている。

正極端子部材１３及び電池ケース本体１１は、導線４１を介して電気的に接続されている。導線４１には、抵抗４２が設けられている。導線４１には、開閉スイッチ４３が設けられている。導線４１には、電流計４４が設けられている。開閉スイッチ４３を閉じ状態に設定すると、正極端子部材１３及び電池ケース本体１１に担持される第２リチウムイオン供給体６２は、短絡する。

次に、図２のフローチャートを参照して、リチウムイオン電池の容量を回復するための回復方法について説明する。図２のフローチャートは、図示しないコントローラが実行する。Ｓ１０１において、コントローラは、リチウムイオン電池１の電池容量を推定する。

Ｓ１０２において、コントローラは、リチウムイオン電池１が容量不足であるか否かを判別する。Ｓ１０３において、リチウムイオン電池１が容量不足である場合には、容量回復処理を行う。容量回復処理の内容は以下の通りである。

Ｓ１０４において、正極端子部材１３及び負極端子部材１４の容量ズレ量を検出する。図３は、正極端子部材１３及び負極端子部材１４の容量ズレを模式的に示す電圧とセル容量との関係図である。Ｓ１０５において、リチウムイオン電池１を２．７〜３Ｖの電圧で放電する。Ｓ１０６において、コントローラは、導線４１の開閉スイッチ４３を閉じ状態に設定する。導線４１の開閉スイッチ４３が閉じ状態に設定されると、正極端子部材１３及び第２リチウムイオン供給体６２が短絡し、正極端子部材１３にリチウムイオンが供給される。正極端子部材１３にリチウムイオンが供給されると、正極端子部材１３及び負極端子部材１４の容量ズレ量が徐々に少なくなり、リチウムイオン電池１は回復に向かう。正極端子１３及び第２リチウムイオン供給体６２を短絡させる前に、リチウムイオン電池１を放電する理由は、容量ズレの回復が過剰に行われるのを抑止するためである。

正極端子部材１３及び第２リチウムイオン供給体６２を短絡させた際に、正極端子部材１３及び負極端子部材１４の容量ズレ量を推定し、そこから短絡時間を決定する。ここで、「短絡時間」は、正極端子部材１３及び第２リチウムイオン供給体６２を短絡した後に、前記容量ズレ量が０になるまでに要する時間に対応している。容量ズレ量の推定には、ＳＯＨ（State Of Health）を用いることができる。ＳＯＨは、電池の健康状態を示すものであり、劣化無しの新品の満充電状態の電池の放電容量に対して、劣化して健康状態が低下した電池を満充電した後の放電容量をパーセント表示したものであってもよい。ＳＯＨは、電池の内部抵抗の変化により決定してもよい。

Ｓ１０７において、コントローラは、容量ズレ量が０になったか（つまり、Ｓ１０４において決定された短絡時間が経過したか）判断する。ここで、Ｓ１０７において、コントローラが、電流計４４により測定される短絡電流の値が閾値に達したか否かを判断する構成であってもよい。Ｓ１０７において、容量ズレ量が０になると（或いは、短絡電流が閾値に達すると）、コントローラは、Ｓ１０８において、導線１４の開閉スイッチ４３を閉じ状態から開き状態に切り替える。

上述の構成によれば、正極及び負極間の容量ズレにより低下したリチウムイオン電池１の容量を回復することができる。電気（ＥＶ）自動車、プラグインハイブリッド（ＰＨＶ）自動車においては、充電スタンドで充電を行う際に、電池容量を診断し、上記フローチャートの制御を実行することができる。

１予備ドープ前リチウムイオン電池１１電池ケース本体１３正極部材１４負極部材
１５安全弁１６絶縁部材４１導線４２抵抗４３開閉スイッチ４４電流計
６２リチウムイオン供給体

Claims

正極部と、
電池ケースと、
この電池ケースの壁面に担持されるリチウム含有化合物と、
前記正極部と前記電池ケースとを接続する導線と、
前記導線に設けられるスイッチと、
前記スイッチの開閉を制御するコントローラとを有し、
前記コントローラは、該リチウムイオン電池の容量劣化度が閾値以上になると、前記スイッチを閉じて、前記リチウム含有化合物と前記正極部とを短絡させることを特徴とするリチウムイオン電池。
負極部を有し、
前記コントローラは、前記正極部及び前記負極部の容量ズレ量を推定し、この推定結果に基づき、前記スイッチを閉じることにより短絡時間を決定することを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。