JP2023090118A - Charging method of lithium ion secondary battery, method for controlling charging of the lithium ion secondary battery and control device for charging the lithium ion secondary battery - Google Patents

Charging method of lithium ion secondary battery, method for controlling charging of the lithium ion secondary battery and control device for charging the lithium ion secondary battery Download PDF

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一也 佐藤
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Abstract

To provide a charging method enabling improvement of a cycle characteristic of a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A charging method of a lithium ion secondary battery, performs charging including: at least a step A of performing a charging of a predetermined voltage Va; and a step B of performing a constant voltage changing while gradually reducing a charging current in such a manner that the predetermined voltage Va is maintained after the voltage of the lithium ion secondary battery reaches the predetermined voltage Va. A cathode active material layer of the lithium ion secondary battery, includes at least: a lithium manganese iron phosphate as a first cathode active material; and transition metal lithium having layered structure as a second cathode active material. In the step of performing the charging up to a predetermined voltage, a charging current is increased when a ratio R/Rmin which is a ratio of a current resistance value R obtained by a current value and a voltage value which are successively detected to the minimum value Rmin of a current resistance value in the above step reaches a preset predetermined value or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の充電方法、リチウムイオン二次電池の充電を制御する方法、ならびにリチウムイオン二次電池の充電を制御する装置に関する。 The present invention relates to a method of charging a lithium ion secondary battery, a method of controlling charging of a lithium ion secondary battery, and an apparatus for controlling charging of a lithium ion secondary battery.

近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ等の携帯型コードレス製品は益々小型化、ポータブル化が進んでいる。また、大気汚染や二酸化炭素の増加等の環境問題の観点から、ハイブリッド自動車、電気自動車、電動船舶や、ドローンをはじめとする小型飛行体等の電動移動体の開発がすすめられ、実用化の段階となっている。これら電子機器や電気自動車などには、高効率、高出力、高エネルギー密度、軽量等の特徴を有する優れた二次電池が求められている。このような特性を有する二次電池の開発、研究が盛んに行われ、リチウム電池やリチウムイオン電池等の二次電池が種々実用化されている。そして、このような二次電池の充電には、充電を短時間で行うために、充電終止電圧まで電流密度の高い定電流充電(CC充電)を行うことを組み合わせた、定電流定電圧充電(CCCV充電)が行われることが一般的である。 2. Description of the Related Art In recent years, mobile cordless products such as mobile phones, notebook personal computers, and video cameras are becoming more and more compact and portable. In addition, from the viewpoint of environmental problems such as air pollution and increased carbon dioxide, the development of electric vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, electric ships, and small aircraft such as drones is being promoted, and is at the stage of practical use. It has become. These electronic devices, electric vehicles, and the like require excellent secondary batteries having characteristics such as high efficiency, high output, high energy density, and light weight. Development and research on secondary batteries having such characteristics have been actively carried out, and various secondary batteries such as lithium batteries and lithium ion batteries have been put to practical use. In order to charge such a secondary battery in a short time, constant-current and constant-voltage charging (CC charging) combined with constant-current charging (CC charging) with high current density up to the charging end voltage is used. CCCV charging) is generally performed.

従来、リチウムイオン二次電池の負極活物質として、リチウムイオンを層間にインターカレートするグラファイトや、リチウムイオンと反応して合金を形成するケイ素、スズ等の活物質が好んで用いられている。このような負極活物質に電流を印加すると、発熱量が大きくなったり、負極上への金属リチウムの析出が発生したりすることがあり、リチウムイオン二次電池の寿命が短くなることがあった。特に、リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化を目指して正極活物質として層状構造を有するニッケル、コバルト、マンガン等とのリチウム複合酸化物を用いる場合には、所望の容量を得るために充電終止電圧を4.2V以上に設定する必要があるが、層状構造を有するリチウム複合酸化物の特性上、CC充電の時間が長くなるため、リチウムイオン二次電池の短命化が顕在化するという問題があった。 Conventionally, active materials such as graphite that intercalates lithium ions between layers and silicon and tin that react with lithium ions to form alloys have been favorably used as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries. When a current is applied to such a negative electrode active material, the amount of heat generated may increase and deposition of metallic lithium may occur on the negative electrode, which may shorten the life of the lithium ion secondary battery. . In particular, when using a lithium composite oxide with a layered structure such as nickel, cobalt, manganese, etc. as a positive electrode active material with the aim of increasing the energy density of a lithium ion secondary battery, charge termination is required to obtain a desired capacity. It is necessary to set the voltage to 4.2 V or more, but due to the characteristics of the lithium composite oxide having a layered structure, the CC charging time is long, so there is a problem that the life of the lithium ion secondary battery is shortened. there were.

一方、正極、負極を含む電極と、電解液とを、少なくとも含むリチウムイオン二次電池において、安定性に優れ、かつ資源的に豊富な元素で構成されたリン酸マンガンリチウム(LMP)やリン酸鉄リチウム(LFP)を正極活物質に使用する試みがなされている。特にLMPを構成するマンガン元素の一部を鉄元素で置き換えたリン酸マンガン鉄リチウム(LMFP)はリチウムイオン伝導性や電子伝導性が高く、安定性に優れているため、過充電・過放電に強く、サイクル寿命の長いリチウムイオン二次電池を提供することができる。そこで、LMFP正極活物質または、LMFPと従来から正極活物質として用いられている層状リチウム遷移金属酸化物とを混合した混合正極活物質を使用する取り組みが数多くなされている。 On the other hand, in a lithium ion secondary battery containing at least an electrode including a positive electrode and a negative electrode and an electrolytic solution, lithium manganese phosphate (LMP) and phosphoric acid, which are composed of elements that are excellent in stability and abundant in terms of resources, Attempts have been made to use lithium iron (LFP) as a positive electrode active material. In particular, lithium manganese iron phosphate (LMFP), in which part of the manganese element that constitutes LMP is replaced with iron element, has high lithium ion conductivity and electronic conductivity, and is excellent in stability, so it is resistant to overcharge and overdischarge. A strong lithium-ion secondary battery with a long cycle life can be provided. Therefore, many efforts have been made to use LMFP positive electrode active materials or mixed positive electrode active materials in which LMFP is mixed with layered lithium transition metal oxides that have been conventionally used as positive electrode active materials.

特許文献1には、層状構造のリチウム遷移金属酸化物とオリビン構造のリチウム酸化物(リン酸鉄リチウム等)とをブレンドした混合正極活物質において、鉄原子の一部をマンガン原子等の他の元素に置き換えたリン酸マンガン鉄リチウムを用い、層状構造のリチウム遷移金属酸化物との作動電圧の差を縮めることによりトランジェント領域での出力の減少を最小化する試みが行われている。 In Patent Document 1, in a mixed positive electrode active material obtained by blending a lithium transition metal oxide with a layered structure and a lithium oxide with an olivine structure (lithium iron phosphate, etc.), some of the iron atoms are replaced with other atoms such as manganese atoms. Attempts have been made to minimize the reduction in output in the transient region by using elementally substituted lithium manganese iron phosphate to reduce the operating voltage difference with the layered structure lithium transition metal oxide.

一方、特許文献2は、リチウム含有複合酸化物を活物質として含む正極と、合金系負極活物質を含む負極と、非水電解質とを具備する非水電解質二次電池の充電方法及び充電装置電池を開示している。特許文献2に開示された二次電池の充電方法は、二次電池の電圧を検出し、検出値が所定電圧x未満であれば、比較的小さな電流値Bで充電し、検出値が所定電圧x以上z未満であれば、比較的大きな電流値Aで充電し、検出値が所定電圧z以上y未満であれば、比較的小さな電流値Cで充電し、検出値が所定電圧y以上であれば、定電圧で充電するか充電を停止する(ここでB<A、C<A、およびx<z<yである。)ことを特徴とする。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a method and apparatus for charging a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode containing an alloy-based negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte. is disclosed. The secondary battery charging method disclosed in Patent Document 2 detects the voltage of the secondary battery, and if the detected value is less than a predetermined voltage x, charges with a relatively small current value B, If the detected value is greater than or equal to x and less than z, the battery is charged with a relatively large current value A. If the detected value is greater than or equal to the predetermined voltage z and less than y, the battery is charged with a relatively small current value C. If the detected value is greater than or equal to the predetermined voltage y. For example, it is characterized by charging at a constant voltage or stopping charging (where B<A, C<A, and x<z<y).

特表2015-519005号公報Special table 2015-519005 国際公開第2011/033704号WO2011/033704

混合正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を充電する際には、電池の残容量(または充電度、以下「SOC」と称する。)が高くなると電池全体の直流抵抗が急激に増加し、負極活物質への負荷が大きくなり、充電終止電圧にすぐに到達してしまうという問題があるが、特許文献1は、このような課題には気づいていない。 When charging a lithium-ion secondary battery using a mixed positive electrode active material, as the remaining capacity (or degree of charge, hereinafter referred to as "SOC") of the battery increases, the direct current resistance of the entire battery increases sharply. Although there is a problem that the load on the negative electrode active material increases and the end-of-charge voltage is quickly reached, Patent Document 1 does not notice such a problem.

特許文献2には、二次電池の内部抵抗が大きい充電初期には、比較的小さな電流値Bで充電し、二次電池の内部抵抗が小さくなってから比較的大きな電流値Aで充電することにより、充電分極の大きな変動を抑えることが可能となることが開示されており、これは要するに、電池のSOCが低いときは低電流で充電し、SOCが中間的なときは高電流で充電し、SOCが高いときは再び低電流で充電する方法である。 In Patent Document 2, charging is performed with a relatively small current value B at the initial stage of charging when the internal resistance of the secondary battery is large, and charging is performed with a relatively large current value A after the internal resistance of the secondary battery has decreased. It is disclosed that it is possible to suppress large fluctuations in charge polarization, which means that when the SOC of the battery is low, it is charged at a low current, and when the SOC is intermediate, it is charged at a high current. , when the SOC is high, the battery is charged again with a low current.

本発明者らは、リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを少なくとも含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を充電する際に、層状構造の遷移金属リチウム酸化物のみを用いたリチウムイオン二次電池を充電するのに比べて、CC充電の時間が短くなること、そして、一定のSOC状態になると、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値が急激に増加する特性に着目した。リチウムイオン二次電池のSOCが一定の状態になって直流抵抗値が急激に増加したタイミングで、一度充電電流密度、すなわち充電レートを高めて早めに充電終止電圧に到達させ、次いでCC充電からCV充電に移行することにより、リチウムイオン二次電池からの発熱量を抑制することができ、また負極上への金属リチウムの析出も抑えられることを見出し、本発明を完成させるに至った。そこで本発明は、リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを少なくとも含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を充電する際に、合金系負極活物質に限らず炭素系負極活物質や金属リチウム等を含むあらゆる負極活物質に対しても負荷を軽減することができ、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができる充電方法を提供することを目的とする。 The present inventors found that when charging a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing at least lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide with a layered structure, only a transition metal lithium oxide with a layered structure Compared to charging a lithium-ion secondary battery using I paid attention. At the timing when the SOC of the lithium ion secondary battery becomes constant and the DC resistance value suddenly increases, the charging current density, that is, the charging rate is increased once to reach the charging end voltage early, and then CC charging to CV The inventors have found that the amount of heat generated from the lithium-ion secondary battery can be suppressed and the deposition of metallic lithium on the negative electrode can also be suppressed by shifting to charging, and have completed the present invention. Therefore, when charging a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing at least lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide with a layered structure, the present invention is not limited to an alloy-based negative electrode active material but a carbon-based It is an object of the present invention to provide a charging method capable of reducing the load on all negative electrode active materials including negative electrode active materials and metallic lithium and improving the cycle characteristics of lithium ion secondary batteries.

本発明の形態は、以下の工程:(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、を少なくとも含む充電により、リチウムイオン二次電池を充電する方法である。ここで当該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、を少なくとも含み、該工程(A)において、逐次検出される電流値と電圧値とから求められる直流抵抗値Rの、該工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させることを特徴とする。 The embodiment of the present invention includes the following steps: (A) charging to a predetermined voltage Va ; and (B) maintaining the predetermined voltage Va after reaching the predetermined voltage Va . and a step of performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current. Here, the lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution, The positive electrode active material layer includes at least lithium manganese iron phosphate as a first positive electrode active material and a transition metal lithium oxide having a layered structure as a second positive electrode active material, and the step (A) In step (A), the ratio R/R min of the DC resistance value R obtained from the successively detected current value and voltage value to the minimum value R min of the DC resistance value in step (A) is equal to or greater than a predetermined value. It is characterized by increasing the charging current when it reaches.

本発明の別の形態は、以下の工程:(A)所定の電圧Vまでは所定の充電電流で充電を行う工程と、(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、を少なくとも含む定電流定電圧充電により、リチウムイオン二次電池を充電する方法である。ここで当該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、を少なくとも含み、該工程(A)において、充電電流値に対する電圧値の変化量が、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させることを特徴とする。 Another aspect of the present invention comprises the following steps: (A) charging with a predetermined charging current up to a predetermined voltage Va ; and a step of performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the voltage Va of . Here, the lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution, The positive electrode active material layer includes at least lithium manganese iron phosphate as a first positive electrode active material and a transition metal lithium oxide having a layered structure as a second positive electrode active material, and the step (A) 3, the charging current is increased when the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value reaches a predetermined value or more.

本発明の別の形態は、以下の工程:(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vaを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、を少なくとも含む充電により、リチウムイオン二次電池を充電する方法である。ここで当該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、を少なくとも含み、該工程(A)において、逐次検出される電圧値Vの、該工程(A)における電圧値の最小値Vminに対する割合V/Vminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is the following steps: (A) charging to a predetermined voltage Va ; and (B) maintaining the predetermined voltage Va after reaching the predetermined voltage Va. a step of performing constant-voltage charging while gradually decreasing the charging current as above. Here, the lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution, The positive electrode active material layer includes at least lithium manganese iron phosphate as a first positive electrode active material and a transition metal lithium oxide having a layered structure as a second positive electrode active material, and the step (A) In step (A), when the ratio V/V min of the sequentially detected voltage value V to the minimum value V min of the voltage value in step (A) reaches a predetermined value or more, the charging current is increased. characterized by

本発明の別の形態は、リチウムイオン二次電池の充電を制御する方法である。当該充電を制御する方法において、該充電が、(A)定電流充電工程と、(B)定電圧充電工程と、を含む、充電であり、該充電を通じて、逐次充電電流値と電圧値とを検出し、該逐次検出される充電電流値と電圧値とから直流抵抗値Rと、該充電での直流抵抗値の最小値Rminとを記憶し、該工程(A)は、所定の充電電流Ia1で充電する工程と、該所定の充電電流Ia1よりも大きい充電電流Ia2で充電する工程と、を含み、該工程(A)において、該充電電流Ia1で定電流充電を開始し、該工程(A)において、該直流抵抗値Rと、直流抵抗値の最小値Rminとの比R/Rminの値があらかじめ定めた所定値以上に達したときに、該充電電流Ia2に切り替え、該電圧が所定の電圧Vに達するまで充電し、該電圧が、該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら、工程(B)を行うことを特徴とする。 Another aspect of the invention is a method of controlling charging of a lithium-ion secondary battery. In the method of controlling the charging, the charging includes (A) a constant current charging process and (B) a constant voltage charging process, and the charging current value and the voltage value are sequentially changed through the charging. and storing the DC resistance value R and the minimum value Rmin of the DC resistance value in the charging from the charging current value and the voltage value that are successively detected, and the step (A) stores a predetermined charging current charging with Ia1 ; and charging with a charging current Ia2 larger than the predetermined charging current Ia1 , wherein in the step (A), constant current charging is started with the charging current Ia1 . , in the step (A), when the ratio R/ Rmin of the DC resistance value R and the minimum DC resistance value Rmin reaches a predetermined value or more, the charging current Ia2 and charge until the voltage reaches a predetermined voltage Va , and after the voltage reaches the predetermined voltage Va , the charging current is gradually decreased so as to maintain the predetermined voltage Va . while performing the step (B).

本発明の別の形態は、電流値と電圧値とを検出する検出部と、検出された電圧値に基づき、充電電流の大きさを変化させる制御部と、を少なくとも備える、リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置である。ここで該リチウムイオン二次電池の充電が、以下の工程:(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、を少なくとも含む充電であり、該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、を少なくとも含み、該工程(A)において、逐次検出される電圧値Vの、該工程(A)における電圧値の最小値Vminに対する割合V/Vminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該制御部が該充電電流を増加させることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a lithium ion secondary battery comprising at least a detection unit that detects a current value and a voltage value, and a control unit that changes the magnitude of the charging current based on the detected voltage value. It is a control device for charging the battery. Here, the charging of the lithium ion secondary battery includes the following steps: (A) charging to a predetermined voltage Va , and (B) after reaching the predetermined voltage Va , the predetermined voltage and performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain Va , wherein the lithium ion secondary battery has a positive electrode active material layer formed on a current collector. At least a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution are included, and the positive electrode active material layer includes lithium manganese iron phosphate as a first positive electrode active material, and a second positive electrode active material. a transition metal lithium oxide having a layered structure, which is a positive electrode active material; The controller increases the charging current when the ratio V/V min to min reaches a predetermined value or more.

本発明の別の形態は、電流値と電圧値とを検出する検出部と、検出した各値から直流抵抗値を算出する算出部と、算出された直流抵抗値の変化に基づき、充電電流の大きさを変化させる制御部と、を少なくとも備える、リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置である。ここで該リチウムイオン二次電池の充電が、以下の工程:(A)所定の電圧Vまでは所定の充電電流で充電を行う工程と、(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、を少なくとも含む充電であり、該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、を少なくとも含み、該工程(A)において、該検出部で逐次検出される電流値と電圧値とから、該算出部で直流抵抗値Rを算出し、該工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該制御部が該充電電流を増加させることを特徴とする。 Another aspect of the present invention includes a detection unit that detects a current value and a voltage value, a calculation unit that calculates a DC resistance value from the detected values, and a charging current based on a change in the calculated DC resistance value. A controller for charging a lithium-ion secondary battery, comprising at least a controller for changing the size. Here, the charging of the lithium ion secondary battery includes the following steps: (A) a step of charging with a predetermined charging current up to a predetermined voltage Va , and (B) after reaching the predetermined voltage Va is charging including at least the step of performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va , wherein the lithium ion secondary battery has a positive electrode active on a current collector. At least a positive electrode having a material layer formed thereon, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution, wherein the positive electrode active material layer contains phosphoric acid as a first positive electrode active material. containing at least lithium manganese iron and a layered structure transition metal lithium oxide, which is a second positive electrode active material; , the calculation unit calculates the DC resistance value R, and when the ratio R/R min to the minimum value R min of the DC resistance value in the step (A) reaches a predetermined value or more, the control unit It is characterized by increasing the charging current.

本発明にかかるリチウムイオン二次電池の充電方法によれば、リン酸マンガン鉄リチウムと、層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを少なくとも含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の充電中に負極活物質にかかりうる負荷を低減することができるため、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させ、電池寿命を伸ばすことが可能となる。 According to the lithium ion secondary battery charging method of the present invention, during charging of a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing at least lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide having a layered structure, Since the load that can be applied to the negative electrode active material can be reduced, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved and the battery life can be extended.

リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を定電流充電したときの、電池のSOC(横軸)と直流抵抗値(縦軸)との関係を表したものである。When a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide with a layered structure is charged at constant current, the SOC (horizontal axis) and the DC resistance value (vertical axis) of the battery ).

本発明の実施形態は、リチウムイオン二次電池の充電方法、リチウムイオン二次電池の充電を制御する方法、ならびにリチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置である。まず本発明のすべての実施形態におけるリチウムイオン二次電池について以下に説明する。 Embodiments of the present invention are a method of charging a lithium ion secondary battery, a method of controlling charging of a lithium ion secondary battery, and a control device for charging a lithium ion secondary battery. First, lithium ion secondary batteries in all embodiments of the present invention will be described below.

実施形態の二次電池とは、充放電可能な化学電池のことを云う。本発明の実施形態はリチウムイオン二次電池である。実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極ならびに負極を含む電極と、電解液とを少なくとも構成要素として含む。リチウムイオン二次電池の放電の際に、電位の高い方の電極が正極、電位の低い方の電極が負極である。実施形態において、電極は、電極集電体の表面に電極活物質を含む電極活物質層が形成されてなる。ここで電極集電体は、通常、金属板または金属箔から構成され、電極活物質をその表面に保持し、電流を電極活物質に供給する、あるいは電極活物質から電流が供給される役割を果たす。また、電極活物質とは、化学反応を起こしてエネルギーを放出する物質であり、特にリチウムイオン二次電池内において電池反応を起こして外部に電気エネルギーを放出することができる物質のことである。電極活物質層は、先述の電極活物質のほか、導電助剤やバインダを必要に応じて含む電極活物質混合物(電極合剤)を堆積させた層である。導電助剤を互いに結着して電極活物質層を構成するためのものである。電極活物質層は、電池反応の場を提供する。ここで導電助剤とは、電極活物質質層中の電子移動を補助するためのものである。一方、バインダとは、上述の電極活物質、および場合により導電助剤を互いに結着して電極活物質層を構成するためのものである。 A secondary battery of the embodiment refers to a chargeable/dischargeable chemical battery. An embodiment of the present invention is a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery of an embodiment includes at least an electrode including a positive electrode and a negative electrode, and an electrolytic solution as constituent elements. When the lithium ion secondary battery is discharged, the electrode with the higher potential is the positive electrode and the electrode with the lower potential is the negative electrode. In an embodiment, the electrode is formed by forming an electrode active material layer containing an electrode active material on the surface of an electrode current collector. Here, the electrode current collector is usually composed of a metal plate or metal foil, holds the electrode active material on its surface, and plays a role of supplying current to the electrode active material or receiving current from the electrode active material. Fulfill. Further, the electrode active material is a substance that causes a chemical reaction to release energy, particularly a substance that can cause a battery reaction in a lithium ion secondary battery to release electrical energy to the outside. The electrode active material layer is a layer obtained by depositing an electrode active material mixture (electrode mixture) containing the aforementioned electrode active material and optionally a conductive aid and a binder. It is for forming an electrode active material layer by binding conductive aids to each other. The electrode active material layer provides a field for cell reactions. Here, the conductive aid is for assisting electron transfer in the electrode active material layer. On the other hand, the binder is for forming the electrode active material layer by binding the above-described electrode active material and, in some cases, the conductive aid.

実施形態において、正極は、正極集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層が形成されたものである。正極集電体は、金属板または金属箔、特にアルミニウム板またはアルミニウム箔から構成され、正極活物質をその表面に保持し、電流を正極活物質に供給する、あるいは正極活物質から電流が供給される役割を果たす。ここで正極活物質として用いられる材料としては、特に限定されないが、リチウムイオンを充放電時に吸蔵、放出できる金属酸化物や金属硫化物が好ましい。このような金属酸化物や金属硫化物として、バナジウムの酸化物、バナジウムの硫化物、モリブデンの酸化物、モリブデンの硫化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、チタンの硫化物及びこれらの複合酸化物、複合硫化物等が挙げられる。このような化合物としては、たとえばCr38、V25、V518、VO2、Cr25、MnO2、TiO2、MoV28、TiS225MoS2、MoS3VS2、Cr0.250.752、Cr0.50.52が挙げられる。また、LiMY2(Mは、Co、Ni等の遷移金属、YはO、S等のカルコゲン化合物)、LiM24(MはMn、YはO)、WO3等の酸化物、CuS、Fe0.250.752、Na0.1CrS2等の硫化物、NiPS8,FePS8等のリン、硫黄化合物等を用いることもできる。また、マンガン酸化物、スピネル構造を有するリチウム・マンガン複合酸化物も好ましいものである。 In an embodiment, the positive electrode is obtained by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on the surface of a positive electrode current collector. The positive electrode current collector is composed of a metal plate or metal foil, particularly an aluminum plate or aluminum foil, which holds the positive electrode active material on its surface and supplies current to or from the positive electrode active material. play a role in Although the material used as the positive electrode active material is not particularly limited, metal oxides and metal sulfides capable of intercalating and deintercalating lithium ions during charging and discharging are preferable. Such as metal oxides and metal sulfides, vanadium oxides, vanadium sulfides, molybdenum oxides, molybdenum sulfides, manganese oxides, chromium oxides, titanium oxides, titanium sulfides and their composite oxides and composite sulfides. Examples of such compounds include Cr3O8 , V2O5 , V5O18 , VO2 , Cr2O5 , MnO2 , TiO2 , MoV2O8 , TiS2V2S5MoS2 . , MoS3VS2 , Cr0.25V0.75S2 and Cr0.5V0.5S2 . _ LiMY 2 (M is a transition metal such as Co or Ni; Y is a chalcogen compound such as O or S); LiM 2 Y 4 (M is Mn; Y is O); oxides such as WO 3 ; Sulfides such as Fe 0.25 V 0.75 S 2 and Na 0.1 CrS 2 , phosphorus and sulfur compounds such as NiPS 8 and FePS 8 can also be used. Manganese oxides and lithium-manganese composite oxides having a spinel structure are also preferred.

特に、第1正極活物質としてリン酸マンガン鉄リチウム(以下、「LMFP」と称することがある。)と、第2正極活物質として層状構造の遷移金属リチウム酸化物、具体的には、LiCoO2、LiMnO、LiNiMnyz、LiNiCoAl、Li6FeO4等を少なくとも含むことが好ましい。 In particular, lithium manganese iron phosphate (hereinafter sometimes referred to as “LMFP”) as the first positive electrode active material and a transition metal lithium oxide having a layered structure, specifically LiCoO 2 , as the second positive electrode active material. , LiMnO 2 , LiNixMnyzO 2 , LiNixCoyAlzO 2 , Li 6 FeO 4 and the like.

実施形態において、正極活物質層は、先述の正極活物質のほか、導電助剤やバインダを必要に応じて含む正極活物質混合物(正極合剤)を堆積させた層である。正極活物質層は、電池反応(正極反応)の場を提供する。ここで導電助剤とは、正極活物質層中の電子移動を補助するためのものである。導電助剤として、カーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、黒鉛、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料を用いることができる。一方、バインダとは、上述の正極活物質、場合により導電助剤を互いに結着して正極活物質層を構成するためのものである。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピロール類等の導電性ポリマー、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ブタジエンラバー(BR)、クロロプレンラバー(CR)、イソプレンラバー(IR)、アクリロニトリルブタジエンラバー(NBR)等の合成ゴム、あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガム、グアーガム、ペクチン等の多糖類を用いることができる。その他、正極活物質層には、増粘剤、分散剤、安定剤等の、電極形成のために一般的に用いられる電極添加剤を適宜使用してもよい。 In the embodiment, the positive electrode active material layer is a layer in which a positive electrode active material mixture (positive electrode mixture) containing the above-described positive electrode active material and optionally a conductive aid and a binder is deposited. The positive electrode active material layer provides a place for battery reaction (positive electrode reaction). Here, the conductive aid is for assisting electron transfer in the positive electrode active material layer. As the conductive aid, carbon fibers such as carbon nanofibers, carbon blacks such as acetylene black and Ketjen black, carbon materials such as activated carbon, graphite, mesoporous carbon, fullerenes, and carbon nanotubes can be used. On the other hand, the binder is for forming the positive electrode active material layer by binding the above positive electrode active material and optionally the conductive aid to each other. Fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinyl fluoride (PVF) as binders, conductive polymers such as polyanilines, polythiophenes, polyacetylenes and polypyrroles, styrene butadiene rubber (SBR) ), synthetic rubber such as butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), or polysaccharides such as carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, guar gum, and pectin. can be done. In addition, electrode additives generally used for electrode formation, such as thickeners, dispersants, and stabilizers, may be appropriately used in the positive electrode active material layer.

正極は、正極活物質、導電助剤、バインダを含む正極合剤を適切な溶媒に分散させたスラリを、概して平面状の正極集電体の少なくとも1つの表面に塗布し、溶媒を蒸発させて正極活物質層を形成することにより得ることができる。 The positive electrode is prepared by applying a slurry obtained by dispersing a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive aid, and a binder in an appropriate solvent onto at least one surface of a generally planar positive electrode current collector, and evaporating the solvent. It can be obtained by forming a positive electrode active material layer.

一方、実施形態において、負極は、負極集電体の表面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されたものである。負極集電体は、金属板または金属箔、特に銅板または銅箔から構成され、負極活物質をその表面に保持し、電流を負極活物質に供給する、あるいは負極活物質から電流が供給される役割を果たす。負極集電体として銅または銅合金にリチウムを点在させたものや、銅または銅合金に他の金属種(たとえば、スズ、インジウム)をめっきや蒸着により成膜したものを用いることもできる。負極集電体の厚さは、好ましくは5μm~20μmである。ここで負極活物質として用いられる材料としては、特に限定されないが、炭素材料、特に黒鉛を挙げることができる。黒鉛は、六方晶系六角板状結晶の炭素材料であり、石墨、グラファイト等と称されることがある。黒鉛は粒子の形態であることが好ましい。黒鉛には、天然黒鉛と人造黒鉛がある。天然黒鉛は安価に大量に入手することができ、構造が安定し耐久性に優れている。人造黒鉛とは人工的に生産された黒鉛のことであり、純度が高い(同素体等の不純物がほとんど含まれていない)ため電気抵抗が小さい。実施形態における負極活物質として、天然黒鉛、人造黒鉛とも好適に用いることができる。非晶質炭素による被覆を有する天然黒鉛、あるいは非晶質炭素による被覆を有する人造黒鉛を用いることもできる。非晶質炭素とは、部分的に黒鉛に類似するような構造を有していてもよい、微結晶がランダムにネットワークした構造をとった、全体として非晶質である炭素材料のことである。非晶質炭素として、カーボンブラック、コークス、活性炭、カーボンファイバー、ハードカーボン、ソフトカーボン、メゾポーラスカーボン等が挙げられる。これらの負極活物質は場合により混合して用いてもよい。また、非晶質炭素で被覆された黒鉛を用いることもできる。 On the other hand, in the embodiments, the negative electrode is obtained by forming a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material on the surface of a negative electrode current collector. The negative electrode current collector is composed of a metal plate or metal foil, particularly a copper plate or copper foil, which holds the negative electrode active material on its surface and supplies current to the negative electrode active material or receives current from the negative electrode active material. play a role. As the negative electrode current collector, a copper or copper alloy with lithium interspersed therein, or a copper or copper alloy with other metals (for example, tin or indium) deposited by plating or vapor deposition can also be used. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 μm to 20 μm. The material used as the negative electrode active material is not particularly limited, but carbon materials, particularly graphite, can be mentioned. Graphite is a carbon material with hexagonal hexagonal plate crystals, and is sometimes called graphite, graphite, or the like. Preferably, the graphite is in the form of particles. Graphite includes natural graphite and artificial graphite. Natural graphite can be obtained in large quantities at low cost, and has a stable structure and excellent durability. Artificial graphite is graphite that is artificially produced, and has a high purity (almost no impurities such as allotropes are included), and thus has a low electrical resistance. Both natural graphite and artificial graphite can be suitably used as the negative electrode active material in the embodiments. Natural graphite with an amorphous carbon coating or artificial graphite with an amorphous carbon coating can also be used. Amorphous carbon is a carbon material that is amorphous as a whole and has a structure in which microcrystals are randomly networked, which may partially have a structure similar to graphite. . Examples of amorphous carbon include carbon black, coke, activated carbon, carbon fiber, hard carbon, soft carbon, and mesoporous carbon. These negative electrode active materials may optionally be mixed and used. Graphite coated with amorphous carbon can also be used.

実施形態において、負極活物質層は、先述の負極活物質のほか、導電助剤やバインダを必要に応じて含む負極活物質混合物(負極合剤)を堆積させた層である。負極活物質層は、電池反応(負極反応)の場を提供する。ここで導電助剤とは、負極活物質層中の電子移動を補助するためのものである。導電助剤として、カーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、黒鉛、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料を用いることができる。一方、バインダとは、上述の負極活物質、場合により導電助剤を互いに結着して負極活物質層を構成するためのものである。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピロール類等の導電性ポリマー、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ブタジエンラバー(BR)、クロロプレンラバー(CR)、イソプレンラバー(IR)、アクリロニトリルブタジエンラバー(NBR)等の合成ゴム、あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガム、グアーガム、ペクチン等の多糖類を用いることができる。その他、負極活物質層には、増粘剤、分散剤、安定剤等の、電極形成のために一般的に用いられる電極添加剤物を適宜使用してもよい。 In the embodiment, the negative electrode active material layer is a layer formed by depositing a negative electrode active material mixture (negative electrode mixture) containing the aforementioned negative electrode active material and optionally a conductive aid and a binder. The negative electrode active material layer provides a place for battery reaction (negative electrode reaction). Here, the conductive aid is for assisting electron transfer in the negative electrode active material layer. As the conductive aid, carbon fibers such as carbon nanofibers, carbon blacks such as acetylene black and Ketjen black, carbon materials such as activated carbon, graphite, mesoporous carbon, fullerenes, and carbon nanotubes can be used. On the other hand, the binder is for forming the negative electrode active material layer by binding the above-described negative electrode active material and, in some cases, the conductive aid. Fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinyl fluoride (PVF) as binders, conductive polymers such as polyanilines, polythiophenes, polyacetylenes and polypyrroles, styrene butadiene rubber (SBR) ), synthetic rubber such as butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), or polysaccharides such as carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, guar gum, and pectin. can be done. In addition, electrode additives generally used for electrode formation, such as thickeners, dispersants, and stabilizers, may be appropriately used in the negative electrode active material layer.

負極は、負極活物質、導電助剤、バインダを含む正極合剤を適切な溶媒に分散させたスラリを、概して平面状の負極集電体の少なくとも1つの表面に塗布し、溶媒を蒸発させて負極活物質層を形成することにより得ることができる。 The negative electrode is formed by applying a slurry obtained by dispersing a positive electrode mixture containing a negative electrode active material, a conductive aid, and a binder in an appropriate solvent onto at least one surface of a generally planar negative electrode current collector, and evaporating the solvent. It can be obtained by forming a negative electrode active material layer.

実施形態のリチウムイオン二次電池は、電解液を含む。実施形態において電解液は、非水溶媒と、電解質と、ゼオライトとを含むことが好ましい。非水溶媒として、アセトニトリル(AN)、γ-ブチロラクトン(BL)、γ-バレロラクトン(VL)、γ-オクタノイックラクトン(OL)、ジエチルエーテル(DEE)、1,2-ジメトキシエタン(DME)、1,2-ジエトキシエタン(DEE)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3-ジオキソラン(DOL)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ギ酸メチル(MF)、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン(MTHF)、3-メチル-1,3-オキサジリジン-2-オン(MOX)、スルホラン(S)、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等が好ましく用いられ、これらは単独でまたは二種類以上の混合物として用いることができる。 A lithium-ion secondary battery of an embodiment includes an electrolytic solution. In an embodiment, the electrolytic solution preferably contains a non-aqueous solvent, an electrolyte, and zeolite. As non-aqueous solvents, acetonitrile (AN), γ-butyrolactone (BL), γ-valerolactone (VL), γ-octanoic lactone (OL), diethyl ether (DEE), 1,2-dimethoxyethane (DME) , 1,2-diethoxyethane (DEE), dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane (DOL), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) , ethyl methyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate (MF), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (MTHF), 3-methyl-1,3-oxaziridine- 2-one (MOX), sulfolane (S), diglyme, triglyme, tetraglyme and the like are preferably used, and these can be used alone or as a mixture of two or more.

また、実施形態で用いられる電解液に含まれる電解質としては、リチウム塩を含むことが好ましい。リチウム塩として、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiB(C、LiN(SOF)(LiFSI)、LiN(SOCF、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、LiC49SO3等が挙げられ、これらの1種または2種以上が0.5~2.0M程度の濃度で上記の非水溶媒に溶解されて用いられる。 Further, the electrolyte contained in the electrolytic solution used in the embodiment preferably contains a lithium salt. Lithium salts such as LiPF6 , LiAsF6, LiClO4 , LiBF4 , LiB( C2O4 ) 2 , LiN( SO2F ) 2 ( LiFSI ), LiN ( SO2CF3 ) 2 , LiCF3SO3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 and the like, and one or more of these may be dissolved in the above non-aqueous solvent at a concentration of about 0.5 to 2.0 M. Used.

実施形態の二次電池には、セパレータを使用することができる。セパレータは、正極と負極との間に積層され、正極と負極を分離して短絡を防止することや、電池反応に必要な電解質を保持して高いイオン導電性を確保すること、電池反応阻害物質の通過防止、安全性確保のための電流遮断特性を有することを目的として使用される部材である。セパレータとして、ポリオレフィンフィルムを用いることができる。ポリオレフィンとは、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、へキセン等のα-オレフィンを重合または共重合させて得られる化合物のことであり、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリペンテン、ポリヘキセンのほか、これらの共重合体を挙げることができる。このほか、ポリイミド樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリパラフェニレンベンズビスチアゾール樹脂等を用いても良い。樹脂が低融点あるいは低軟化点である場合、二次電池の温度が上昇するとセパレータが熱溶融し収縮しやすい。セパレータの熱収縮が起こると電極間での短絡を起こすという問題が生じることから、樹脂としては、融点あるいは軟化点が高いもの、たとえば、140℃以上の融点あるいは軟化点を有するものが好ましい。 A separator can be used in the secondary battery of the embodiment. A separator is laminated between the positive electrode and the negative electrode, and separates the positive electrode from the negative electrode to prevent short circuits. It is a member used for the purpose of having a current-blocking characteristic for preventing the passage of electricity and ensuring safety. A polyolefin film can be used as the separator. Polyolefins are compounds obtained by polymerizing or copolymerizing α-olefins such as ethylene, propylene, butene, pentene, and hexene. Copolymers may be mentioned. In addition, polyimide resin, polyamide resin such as nylon, polyester resin such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyurethane resin, polyoxymethylene resin, fluorine resin such as polytetrafluoroethylene, poly Paraphenylene benzbis thiazole resin or the like may also be used. If the resin has a low melting point or a low softening point, the separator tends to melt and shrink when the temperature of the secondary battery rises. Since heat shrinkage of the separator causes a short circuit between the electrodes, the resin preferably has a high melting point or softening point, for example, a melting point or softening point of 140° C. or higher.

実施形態で使用するセパレータとしてポリオレフィンフィルムを用いる場合、電池温度上昇時に閉塞される空孔を有する構造、すなわち多孔質あるいは微多孔質のポリオレフィンフィルムであると好都合である。また、セパレータとして架橋されたポリオレフィンフィルムを用いることができる。なお、セパレータの片面または両面に耐熱性微粒子層を有していてもよい。耐熱性の無機微粒子として、シリカ、アルミナ(α-アルミナ、β-アルミナ、θ-アルミナ)、酸化鉄、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウム等の無機酸化物;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、スピネル、マイカ、ムライト等の鉱物を挙げることができる。 When a polyolefin film is used as the separator used in the embodiment, it is advantageous if the structure has pores that are closed when the battery temperature rises, that is, a porous or microporous polyolefin film. Also, a crosslinked polyolefin film can be used as the separator. A heat-resistant fine particle layer may be provided on one side or both sides of the separator. Examples of heat-resistant inorganic fine particles include inorganic oxides such as silica, alumina (α-alumina, β-alumina, θ-alumina), iron oxide, titanium oxide, barium titanate, and zirconium oxide; boehmite, zeolite, apatite, kaolin, Minerals such as spinel, mica, and mullite can be mentioned.

セパレータとして、三次元的に空孔が連通孔により互いに連通された多孔質樹脂膜(本明細書では、このような構造を「3DOM構造」と称するものとする。)を用いることも好ましい。このような「3DOM構造」のセパレータを用いることにより、二次電池(特にリチウム二次電池、またはリチウムイオン二次電池)中のリチウムイオンの電流分布を均一化し、リチウムデンドライトを生成することなく安全に二次電池の充放電を行うことが可能となる。リチウムイオンの拡散が均一化され、これにより拡散律速反応の場合においても、イオン電流密度が均一化されるため、リチウムの電析反応が均一に制御される。また、3DOM構造がイオン電流密度を均一化する効果によって、電流密度の高い充放電条件においても、リチウムの電析反応が均一に制御され、金属リチウム負極を用いた二次電池のサイクル特性を向上させることができる。 As a separator, it is also preferable to use a porous resin film in which pores are three-dimensionally communicated with each other through communicating pores (such a structure is referred to herein as a “3DOM structure”). By using such a "3DOM structure" separator, the current distribution of lithium ions in a secondary battery (especially a lithium secondary battery or a lithium ion secondary battery) is made uniform, and it is safe without generating lithium dendrites. It is possible to charge and discharge the secondary battery in a short period of time. The diffusion of lithium ions is made uniform, and as a result, the ion current density is made uniform even in the case of a diffusion-controlled reaction, so that the lithium electrodeposition reaction is uniformly controlled. In addition, due to the effect that the 3DOM structure makes the ion current density uniform, the lithium electrodeposition reaction is uniformly controlled even under high current density charging/discharging conditions, improving the cycle characteristics of secondary batteries using metallic lithium anodes. can be made

上記の正極と、負極とを、必要に応じてセパレータを介して重ね合わせ、発電素子を形成することができる。正極と負極と、場合によりセパレータは、それぞれ1以上積層することができる。かかる発電素子に、正極タブおよび負極タブ等の、電流を取り出すための部材を適宜設け、その他の電池構成要素であるガスケット、集電体、封口板、セルケース等必要な部材を適宜加え、金属製のコインセルやアルミニウムラミネートフィルム等の外装体に封入し、非水電解液を注入してリチウムイオン二次電池を得ることができる。電池の形状はラミネート型のほか、筒型、角型、コイン型等、従来知られた形状を含むどのような形状であってもよく、特に限定されるものではない。リチウムイオン二次電池が、たとえばコイン型等の電池である場合、通常、セル床板上に負極板を乗せ、その上に電解液とセパレータを、さらに負極と対向するように正極を乗せ、ガスケット、封口板と共にかしめてリチウムイオン二次電池とされる。またリチウムイオン二次電池がたとえばラミネート型の電池である場合、発電素子に正極タブ、負極タブ等の端子を付け、これを金属ラミネートフィルムで作製したバッグに挿入し、電解液を注入した後、ラミネートフィルムを封止してリチウムイオン二次電池とすることができる。リチウムイオン二次電池の構造あるいは作製方法がこれらに限定されるものではない。 A power generating element can be formed by stacking the positive electrode and the negative electrode, if necessary, with a separator interposed therebetween. One or more positive electrodes, negative electrodes, and optionally separators can be laminated. Such a power generating element is appropriately provided with members for extracting current, such as a positive electrode tab and a negative electrode tab, and other necessary members such as a gasket, a current collector, a sealing plate, and a cell case, which are other battery components, are added as appropriate. A lithium-ion secondary battery can be obtained by encapsulating in an outer package such as a coin cell or an aluminum laminate film manufactured by the manufacturer and injecting a non-aqueous electrolyte. The shape of the battery is not particularly limited, and may be any shape including conventionally known shapes such as cylindrical, square, coin, etc., in addition to the laminate type. When the lithium ion secondary battery is, for example, a coin-type battery, the negative electrode plate is usually placed on the cell floor plate, the electrolytic solution and the separator are placed thereon, and the positive electrode is placed so as to face the negative electrode. A lithium ion secondary battery is formed by crimping together with the sealing plate. Also, when the lithium ion secondary battery is, for example, a laminate type battery, terminals such as a positive electrode tab and a negative electrode tab are attached to the power generating element, inserted into a bag made of a metal laminate film, and an electrolytic solution is injected. A lithium ion secondary battery can be obtained by sealing the laminate film. The structure or manufacturing method of the lithium ion secondary battery is not limited to these.

一の実施形態は、上記のリチウムイオン二次電池の充電方法である。充電方法は、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む。リチウムイオン二次電池の充電を開始して(すなわち工程(A)を行い)、リチウムイオン二次電池の電圧が所定の値Vになるまで工程(A)を行い、次いで、所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う。ここで、工程(A)において、逐次検出される電流値と電圧値とから直流抵抗値Rを求め、当該直流抵抗値Rの、工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合(R/Rmin)が、あらかじめ定めた所定値以上に達したときに、充電電流を増加させる。たとえば工程(A)の充電を定電流(Ia1)で開始し、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rと工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminとの比(R/Rmin)が所定値に達したときに、充電電流をIa2に上昇させる。工程(A)のある時点で、充電電流をIa1からIa2に上昇させることにより、Ia1の定電流のまま充電するのに比べて、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまでの時間が短くなる。充電電流をIa1からIa2に上昇させるタイミングとして、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rを用いることができる。リチウムイオン二次電池の充電を開始すると、通常、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値は下降してその後上昇し、次いで急激に下降して工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminを呈し、その後上昇に転じる。その後、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rと工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminとの比(R/Rmin)が所定値に達したときに充電電流を切り替えることができる。本実施形態においてリチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rが、上記のような挙動をとる(すなわち、充電開始から一度下降し、上昇し、次いで急激に下降して直流抵抗値の最小値を記録し、その後上昇に転じる)のは、実施形態の充電方法を用いるリチウムイオン二次電池の正極活物質が第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、第二の正極活物質である層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを含むことに起因すると考えられる。
One embodiment is a charging method for the above lithium ion secondary battery. The charging method is the following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
including at least Start charging the lithium ion secondary battery (that is, perform step (A)), perform step (A) until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , and then perform the predetermined voltage V Constant voltage charging is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain a . Here, in step (A), the DC resistance value R is obtained from the successively detected current value and voltage value, and the ratio of the DC resistance value R to the minimum value R min of the DC resistance value in step (A) ( R/R min ) reaches a predetermined value or more, the charging current is increased. For example, charging in step (A) is started at a constant current ( I a1 ), and the ratio (R/R min ) reaches a predetermined value, the charging current is raised to Ia2 . At a certain point in step (A), the charging current is increased from Ia1 to Ia2 , so that the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va compared to charging with the constant current of Ia1 . shorter time to reach. As the timing for increasing the charging current from Ia1 to Ia2 , the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery can be used. When charging of the lithium ion secondary battery is started, the DC resistance value of the lithium ion secondary battery usually drops, then rises, and then drops sharply to reach the minimum DC resistance value Rmin in step (A). and then start to rise. Thereafter, the charging current can be switched when the ratio (R/R min ) between the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery and the minimum DC resistance value R min in step (A) reaches a predetermined value. . In the present embodiment, the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery behaves as described above (that is, it drops once from the start of charging, rises, and then drops sharply to record the minimum DC resistance value. and then rises) is that the positive electrode active materials of the lithium-ion secondary battery using the charging method of the embodiment are lithium manganese iron phosphate, which is the first positive electrode active material, and the second positive electrode active material. It is thought that this is caused by containing a transition metal lithium oxide having a layered structure.

このように、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替え、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したら、当該所定値Vを維持するように充電電流を徐々に減少させながら定電圧充電を行い、所定の時点で充電を終了する。本実施形態の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電することにより、CC充電からCV充電に早めに切り替えることが可能となる。このように、工程(A)において、一時的にあえて高充電電流密度での充電に切り替えて充電するのは、CC充電よりもCV充電の電流密度が小さくなるためである。充電時の電流密度が小さい方が負極に対する負荷電圧が小さくなるため、負極上への金属リチウムの析出が抑制されると考えられる。工程(A)における高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが遅いと、負極上への金属リチウムの析出が起こりやすくなりうる。また高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが早いと、発熱量が多くなりうる。工程(A)において、高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングは、リチウムイオン二次電池のSOCが約78~85%となる時点とするのが適切である。このようなリチウムイオン二次電池のSOCの目安として、上記のR/Rminの値を用いることができる。実施形態では、R/Rminの値が1.9以上となる時点で高充電電流密度での充電に切り替えることができる。工程(A)では、このように高充電電流密度での充電に切り替えてからリチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまで充電を続ける。ここで所定値Vは、4.0V以上、好ましくは4.1V以上、さらに好ましくは4.2V以上の値である。リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したところで、当該電圧所定値Vを維持するようにCV充電を行う工程(B)を遂行することができる。 In this way, at a certain point in step (A), the charging is switched to a high charging current density, and when the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , the charging current is adjusted so as to maintain the predetermined value Va . is gradually decreased, and the charging is terminated at a predetermined time. By charging the lithium ion secondary battery with the charging method of the present embodiment, it is possible to quickly switch from CC charging to CV charging. In this way, in the step (A), the reason why the charging is temporarily switched to charging at a high charging current density is that the current density of the CV charging is smaller than that of the CC charging. Since the load voltage to the negative electrode becomes smaller when the current density during charging is smaller, it is considered that deposition of metallic lithium on the negative electrode is suppressed. If the timing of switching to charging at a high charging current density in step (A) is delayed, deposition of metallic lithium on the negative electrode may easily occur. Also, if the timing of switching to charging at a high charging current density is early, the amount of heat generated may increase. In step (A), it is appropriate to switch to charging at a high charging current density when the SOC of the lithium ion secondary battery reaches approximately 78 to 85%. As a measure of the SOC of such a lithium ion secondary battery, the above R/R min value can be used. In embodiments, charging can be switched to high charging current density when the value of R/R min is greater than or equal to 1.9. In step (A), charging is continued until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va after switching to charging at a high charging current density. Here, the predetermined value V a is 4.0 V or higher, preferably 4.1 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. When the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , step (B) of performing CV charging so as to maintain the voltage predetermined value Va can be performed.

二の実施形態は、上記のリチウムイオン二次電池の充電方法である。充電方法は、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む。リチウムイオン二次電池の充電を開始して(すなわち工程(A)を行い)、リチウムイオン二次電池の電圧が所定の値Vになるまで工程(A)を行い、次いで、所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う。ここで、工程(A)において、充電電流値に対する電圧値の変化量が、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させる。たとえば工程(A)の充電を定電流(Ia1)で開始し、リチウムイオン二次電池の充電電流値に対する電圧値の変化量が所定値に達したときに、充電電流をIa2に上昇させる。工程(A)のある時点で、充電電流をIa1からIa2に上昇させることにより、Ia1の定電流のまま充電するのに比べて、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまでの時間が短くなる。充電電流をIa1からIa2に上昇させるタイミングとして、リチウムイオン二次電池の充電電流値に対する電圧値の変化量を用いることができる。リチウムイオン二次電池の充電を開始すると、通常、リチウムイオン二次電池の充電電流値に対する電圧値の変化量は上昇し、その後、リチウムイオン二次電池の充電電流値に対する電圧値の変化量が所定値に達したときに充電電流を切り替えることができる。
A second embodiment is a method for charging the lithium-ion secondary battery described above. The charging method is the following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
including at least Start charging the lithium ion secondary battery (that is, perform step (A)), perform step (A) until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , and then perform the predetermined voltage V Constant voltage charging is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain a . Here, in step (A), when the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value reaches a predetermined value or more, the charging current is increased. For example, the charging in step (A) is started at a constant current (I a1 ), and when the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value, the charging current is increased to I a2 . . At a certain point in step (A), the charging current is increased from Ia1 to Ia2 , so that the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va compared to charging with the constant current of Ia1 . shorter time to reach. As the timing for increasing the charging current from Ia1 to Ia2 , the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value of the lithium-ion secondary battery can be used. When charging of the lithium ion secondary battery is started, the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value of the lithium ion secondary battery usually increases, and then the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value of the lithium ion secondary battery increases. The charging current can be switched when a predetermined value is reached.

このように、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替え、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したら、当該所定値Vを維持するように充電電流を徐々に減少させながら定電圧充電を行い、所定の時点で充電を終了する。本実施形態の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電することにより、CC充電からCV充電に早めに切り替えることが可能となる。このように、工程(A)において、一時的にあえて高充電電流密度での充電に切り替えて充電するのは、CC充電よりもCV充電の電流密度が小さくなるためである。充電時の電流密度が小さい方が負極に対する負荷電圧が小さくなるため、負極上への金属リチウムの析出が抑制されると考えられる。工程(A)における高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが遅いと、負極上への金属リチウムの析出が起こりやすくなりうる。また高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが早いと、発熱量が多くなりうる。工程(A)において、高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングは、リチウムイオン二次電池のSOCが約78~85%となる時点とするのが適切である。このようなリチウムイオン二次電池のSOCの目安として、上記の充電電流値に対する電圧値の変化量の値を用いることができる。実施形態では、充電電流値に対する電圧値の変化量の値が0.25mV/A以上、好ましくは0.30mV/A以上、さらに好ましくは0.35mV/A以上となる時点で高充電電流密度での充電に切り替えることができる。工程(A)では、このように高充電電流密度での充電に切り替えてからリチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまで充電を続ける。ここで所定値Vは、4.0V以上、好ましくは4.1V以上、さらに好ましくは4.2V以上の値である。リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したところで、当該電圧所定値Vを維持するようにCV充電を行う工程(B)を遂行することができる。 In this way, at a certain point in step (A), the charging is switched to a high charging current density, and when the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , the charging current is adjusted so as to maintain the predetermined value Va . is gradually decreased, and the charging is terminated at a predetermined time. By charging the lithium ion secondary battery with the charging method of the present embodiment, it is possible to quickly switch from CC charging to CV charging. In this way, in the step (A), the reason why the charging is temporarily switched to charging at a high charging current density is that the current density of the CV charging is smaller than that of the CC charging. Since the load voltage to the negative electrode becomes smaller when the current density during charging is smaller, it is considered that deposition of metallic lithium on the negative electrode is suppressed. If the timing of switching to charging at a high charging current density in step (A) is delayed, deposition of metallic lithium on the negative electrode may easily occur. Also, if the timing of switching to charging at a high charging current density is early, the amount of heat generated may increase. In step (A), it is appropriate to switch to charging at a high charging current density when the SOC of the lithium ion secondary battery reaches approximately 78 to 85%. As a measure of the SOC of such a lithium ion secondary battery, the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value can be used. In the embodiment, when the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value is 0.25 mV/A or more, preferably 0.30 mV/A or more, and more preferably 0.35 mV/A or more, the charging current density is high. can be switched to charging. In step (A), charging is continued until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va after switching to charging at a high charging current density. Here, the predetermined value V a is 4.0 V or higher, preferably 4.1 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. When the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , step (B) of performing CV charging so as to maintain the voltage predetermined value Va can be performed.

三の実施形態は、上記のリチウムイオン二次電池の充電方法である。充電方法は、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む、定電流定電圧充電である。リチウムイオン二次電池の充電を開始して(すなわち工程(A)を行い)、リチウムイオン二次電池の電圧が所定の値Vになるまで工程(A)を行い、次いで、所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う。ここで、工程(A)において、逐次検出される電圧値Vの、該工程(A)における電圧値の最小値Vminに対する割合V/Vminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させる。たとえば工程(A)の充電を定電流(Ia1)で開始し、リチウムイオン二次電池の電圧値Vの、工程(A)における電圧値の最小値Vminとの比(V/Vmin)が所定値に達したときに、充電電流をIa2に上昇させる。工程(A)のある時点で、充電電流をIa1からIa2に上昇させることにより、Ia1の定電流のまま充電するのに比べて、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまでの時間が短くなる。充電電流をIa1からIa2に上昇させるタイミングとして、上記のV/Vminの値を用いることができる。リチウムイオン二次電池の充電を開始すると、通常、V/Vminの値は上昇しその後、V/Vminの値が所定値に達したときに充電電流を切り替えることができる。
A third embodiment is a method for charging the lithium-ion secondary battery described above. The charging method is the following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
Constant current and constant voltage charging including at least Start charging the lithium ion secondary battery (that is, perform step (A)), perform step (A) until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , and then perform the predetermined voltage V Constant voltage charging is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain a . Here, in step (A), when the ratio V/V min of the sequentially detected voltage value V to the minimum voltage value V min in step (A) reaches a predetermined value or more, Increase the charging current. For example, charging in step (A) is started at a constant current (I a1 ), and the ratio of the voltage value V of the lithium ion secondary battery to the minimum voltage value V min in step (A) (V/V min ) reaches a predetermined value, the charging current is raised to Ia2 . At a certain point in step (A), the charging current is increased from Ia1 to Ia2 , so that the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va compared to charging with the constant current of Ia1 . shorter time to reach. The above V/V min value can be used as the timing for increasing the charging current from Ia1 to Ia2 . When charging of a lithium-ion secondary battery is started, the value of V/V min usually increases, and then the charging current can be switched when the value of V/V min reaches a predetermined value.

このように、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替え、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したら、当該所定値Vを維持するように充電電流を徐々に減少させながら定電圧充電を行い、所定の時点で充電を終了する。本実施形態の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電することにより、CC充電からCV充電に早めに切り替えることが可能となる。このように、工程(A)において、一時的にあえて高充電電流密度での充電に切り替えて充電するのは、CC充電よりもCV充電の電流密度が小さくなるためである。充電時の電流密度が小さい方が負極に対する負荷電圧が小さくなるため、負極上への金属リチウムの析出が抑制されると考えられる。工程(A)における高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが遅いと、負極上への金属リチウムの析出が起こりやすくなりうる。また高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが早いと、発熱量が多くなりうる。工程(A)において、高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングは、リチウムイオン二次電池のSOCが約78~85%となる時点とするのが適切である。このようなリチウムイオン二次電池のSOCの目安として、上記の充電電流値に対する電圧値の変化量の値を用いることができる。実施形態では、V/Vminの値が1.9以上となる時点で高充電電流密度での充電に切り替えることができる。工程(A)では、このように高充電電流密度での充電に切り替えてからリチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまで充電を続ける。ここで所定値Vは、4.0V以上、好ましくは4.1V以上、さらに好ましくは4.2V以上の値である。リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したところで、当該電圧所定値Vを維持するようにCV充電を行う工程(B)を遂行することができる。 In this way, at a certain point in step (A), the charging is switched to a high charging current density, and when the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , the charging current is adjusted so as to maintain the predetermined value Va . is gradually decreased, and the charging is terminated at a predetermined time. By charging the lithium ion secondary battery with the charging method of the present embodiment, it is possible to quickly switch from CC charging to CV charging. In this way, in the step (A), the reason why the charging is temporarily switched to charging at a high charging current density is that the current density of the CV charging is smaller than that of the CC charging. Since the load voltage to the negative electrode becomes smaller when the current density during charging is smaller, it is considered that deposition of metallic lithium on the negative electrode is suppressed. If the timing of switching to charging at a high charging current density in step (A) is delayed, deposition of metallic lithium on the negative electrode may easily occur. Also, if the timing of switching to charging at a high charging current density is early, the amount of heat generated may increase. In step (A), it is appropriate to switch to charging at a high charging current density when the SOC of the lithium ion secondary battery reaches approximately 78 to 85%. As a measure of the SOC of such a lithium ion secondary battery, the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value can be used. In embodiments, charging can be switched to high charging current density when the value of V/V min is 1.9 or greater. In step (A), charging is continued until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va after switching to charging at a high charging current density. Here, the predetermined value V a is 4.0 V or higher, preferably 4.1 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. When the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , step (B) of performing CV charging so as to maintain the voltage predetermined value Va can be performed.

四の実施形態は、上記のリチウムイオン二次電池の充電を制御する方法である。制御方法は、充電が、
(A)定電流充電工程と、
(B)定電圧充電工程と、
を含む、充電であり、該充電を通じて、逐次充電電流値と電圧値とを検出し、該逐次検出される充電電流値と電圧値とから直流抵抗値Rと、該充電での直流抵抗値の最小値Rminとを記憶し、
該工程(A)は、
所定の充電電流Ia1で充電する工程と、
該所定の充電電流Ia1よりも大きい充電電流Ia2で充電する工程と、
を少なくとも含む。リチウムイオン二次電池の充電を開始して(すなわち工程(A)を行い)、リチウムイオン二次電池の電圧が所定の値Vになるまで工程(A)を行い、次いで、所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う。ここで、工程(A)において、逐次検出される電流値と電圧値とから直流抵抗値Rを求め、当該直流抵抗値Rの、工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合(R/Rmin)が、あらかじめ定めた所定値以上に達したときに、充電電流を増加させる。たとえば工程(A)の充電を定電流(Ia1)で開始し、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rと工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminとの比(R/Rmin)が所定値に達したときに、充電電流をIa2に上昇させる。工程(A)のある時点で、充電電流をIa1からIa2に上昇させることにより、Ia1の定電流のまま充電するのに比べて、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまでの時間が短くなる。充電電流をIa1からIa2に上昇させるタイミングとして、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rを用いることができる。リチウムイオン二次電池の充電を開始すると、通常、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値は下降し、工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminを呈し、その後上昇に転じる。その後、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rと工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminとの比(R/Rmin)が所定値に達したときに充電電流を切り替えることができる。
A fourth embodiment is a method of controlling charging of the above lithium ion secondary battery. The control method is that charging
(A) a constant current charging step;
(B) a constant voltage charging step;
Through the charging, the charging current value and the voltage value are successively detected, and from the successively detected charging current value and voltage value, the DC resistance value R and the DC resistance value in the charging store the minimum value R min and
The step (A) is
charging with a predetermined charging current Ia1 ;
charging with a charging current Ia2 greater than the predetermined charging current Ia1 ;
including at least Start charging the lithium ion secondary battery (that is, perform step (A)), perform step (A) until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , and then perform the predetermined voltage V Constant voltage charging is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain a . Here, in step (A), the DC resistance value R is obtained from the successively detected current value and voltage value, and the ratio of the DC resistance value R to the minimum value R min of the DC resistance value in step (A) ( R/R min ) reaches a predetermined value or more, the charging current is increased. For example, charging in step (A) is started at a constant current ( I a1 ), and the ratio (R/R min ) reaches a predetermined value, the charging current is raised to Ia2 . At a certain point in step (A), the charging current is increased from Ia1 to Ia2 , so that the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va compared to charging with the constant current of Ia1 . shorter time to reach. As the timing for increasing the charging current from Ia1 to Ia2 , the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery can be used. When charging of the lithium ion secondary battery is started, the DC resistance value of the lithium ion secondary battery usually decreases, reaches the minimum DC resistance value R min in step (A), and then increases. Thereafter, the charging current can be switched when the ratio (R/R min ) between the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery and the minimum DC resistance value R min in step (A) reaches a predetermined value. .

このように、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替え、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したら、当該所定値Vを維持するように充電電流を徐々に減少させながら定電圧充電を行い、所定の時点で充電を終了する。本実施形態の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電することにより、CC充電からCV充電に早めに切り替えることが可能となる。このように、工程(A)において、一時的にあえて高充電電流密度での充電に切り替えて充電するのは、CC充電よりもCV充電の電流密度が小さくなるためである。充電時の電流密度が小さい方が負極に対する負荷電圧が小さくなるため、負極上への金属リチウムの析出が抑制されると考えられる。工程(A)における高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが遅いと、負極上への金属リチウムの析出が起こりやすくなりうる。また高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが早いと、発熱量が多くなりうる。工程(A)において、高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングは、リチウムイオン二次電池のSOCが約78~85%となる時点とするのが適切である。このようなリチウムイオン二次電池のSOCの目安として、上記のR/Rminの値を用いることができる。実施形態では、R/Rminの値が1.9以上となる時点で高充電電流密度での充電に切り替えることができる。工程(A)では、このように高充電電流密度での充電に切り替えてからリチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまで充電を続ける。ここで所定値Vは、4.0V以上、好ましくは4.1V以上、さらに好ましくは4.2V以上の値である。リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したところで、当該電圧所定値Vを維持するようにCV充電を行う工程(B)を遂行することができる。 In this way, at a certain point in step (A), the charging is switched to a high charging current density, and when the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , the charging current is adjusted so as to maintain the predetermined value Va . is gradually decreased, and the charging is terminated at a predetermined time. By charging the lithium ion secondary battery with the charging method of the present embodiment, it is possible to quickly switch from CC charging to CV charging. In this way, in the step (A), the reason why the charging is temporarily switched to charging at a high charging current density is that the current density of the CV charging is smaller than that of the CC charging. Since the load voltage to the negative electrode becomes smaller when the current density during charging is smaller, it is considered that deposition of metallic lithium on the negative electrode is suppressed. If the timing of switching to charging at a high charging current density in step (A) is delayed, deposition of metallic lithium on the negative electrode may easily occur. Also, if the timing of switching to charging at a high charging current density is early, the amount of heat generated may increase. In step (A), it is appropriate to switch to charging at a high charging current density when the SOC of the lithium ion secondary battery reaches approximately 78 to 85%. As a measure of the SOC of such a lithium ion secondary battery, the above R/R min value can be used. In embodiments, charging can be switched to high charging current density when the value of R/R min is greater than or equal to 1.9. In step (A), charging is continued until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va after switching to charging at a high charging current density. Here, the predetermined value V a is 4.0 V or higher, preferably 4.1 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. When the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , step (B) of performing CV charging so as to maintain the voltage predetermined value Va can be performed.

五の実施形態は、電流値と電圧値とを検出する検出部と、
検出された電圧値に基づき、充電電流の大きさを変化させる制御部と、
を少なくとも備える、リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置である。制御装置は、上記のリチウムイオン二次電池の充電の制御のために用いられ、充電は、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む。リチウムイオン二次電池の充電を開始して(すなわち工程(A)を行い)、リチウムイオン二次電池の電圧が所定の値Vになるまで工程(A)を行い、次いで、所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う。ここで、工程(A)において、逐次検出される電圧値Vの、該工程(A)における電圧値の最小値Vminに対する割合V/Vminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させる。たとえば工程(A)の充電を定電流(Ia1)で開始し、リチウムイオン二次電池の電圧値Vの、工程(A)における電圧値の最小値Vminとの比(V/Vmin)が所定値に達したときに、充電電流をIa2に上昇させる。工程(A)のある時点で、充電電流をIa1からIa2に上昇させることにより、Ia1の定電流のまま充電するのに比べて、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまでの時間が短くなる。充電電流をIa1からIa2に上昇させるタイミングとして、上記のV/Vminの値を用いることができる。リチウムイオン二次電池の充電を開始すると、通常、V/Vminの値は上昇し、その後、V/Vminの値が所定値に達したときに充電電流を切り替えることができる。
A fifth embodiment includes a detection unit that detects a current value and a voltage value,
a control unit that changes the magnitude of the charging current based on the detected voltage value;
A control device for charging a lithium ion secondary battery, comprising at least The control device is used for controlling the charging of the above lithium ion secondary battery, and the charging is performed by the following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
including at least Start charging the lithium ion secondary battery (that is, perform step (A)), perform step (A) until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , and then perform the predetermined voltage V Constant voltage charging is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain a . Here, in step (A), when the ratio V/V min of the sequentially detected voltage value V to the minimum voltage value V min in step (A) reaches a predetermined value or more, Increase the charging current. For example, charging in step (A) is started at a constant current (I a1 ), and the ratio of the voltage value V of the lithium ion secondary battery to the minimum voltage value V min in step (A) (V/V min ) reaches a predetermined value, the charging current is raised to Ia2 . At a certain point in step (A), the charging current is increased from Ia1 to Ia2 , so that the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va compared to charging with the constant current of Ia1 . shorter time to reach. The above V/V min value can be used as the timing for increasing the charging current from Ia1 to Ia2 . When charging of a lithium-ion secondary battery is started, the value of V/V min usually increases, and then the charging current can be switched when the value of V/V min reaches a predetermined value.

このように、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替え、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したら、当該所定値Vを維持するように充電電流を徐々に減少させながら定電圧充電を行い、所定の時点で充電を終了する。本実施形態の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電することにより、CC充電からCV充電に早めに切り替えることが可能となる。このように、工程(A)において、一時的にあえて高い充電電流密度での充電に切り替えて充電するのは、CC充電よりもCV充電の電流密度が小さくなるためである。充電時の電流密度が小さい方が負極に対する負荷電圧が小さくなるため、負極上への金属リチウムの析出が抑制されると考えられる。工程(A)における高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが遅いと、負極上への金属リチウムの析出が起こりやすくなりうる。また高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが早いと、発熱量が多くなりうる。工程(A)において、高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングは、リチウムイオン二次電池のSOCが約78~85%となる時点とするのが適切である。このようなリチウムイオン二次電池のSOCの目安として、上記の充電電流値に対する電圧値の変化量の値を用いることができる。実施形態では、V/Vminの値が1.9以上となる時点で高充電電流密度での充電に切り替えることができる。工程(A)では、このように高充電電流密度での充電に切り替えてからリチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまで充電を続ける。ここで所定値Vは、4.0V以上、好ましくは4.1V以上、さらに好ましくは4.2V以上の値である。リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したところで、当該電圧所定値Vを維持するようにCV充電を行う工程(B)を遂行することができる。 In this way, at a certain point in step (A), the charging is switched to a high charging current density, and when the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , the charging current is adjusted so as to maintain the predetermined value Va . is gradually decreased, and the charging is terminated at a predetermined time. By charging the lithium ion secondary battery with the charging method of the present embodiment, it is possible to quickly switch from CC charging to CV charging. In this way, in the step (A), the reason why the charging is temporarily switched to charging at a high charging current density is that the current density of the CV charging is smaller than that of the CC charging. Since the load voltage to the negative electrode becomes smaller when the current density during charging is smaller, it is considered that deposition of metallic lithium on the negative electrode is suppressed. If the timing of switching to charging at a high charging current density in step (A) is delayed, deposition of metallic lithium on the negative electrode may easily occur. Also, if the timing of switching to charging at a high charging current density is early, the amount of heat generated may increase. In step (A), it is appropriate to switch to charging at a high charging current density when the SOC of the lithium ion secondary battery reaches approximately 78 to 85%. As a measure of the SOC of such a lithium ion secondary battery, the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value can be used. In embodiments, charging can be switched to high charging current density when the value of V/V min is 1.9 or greater. In step (A), charging is continued until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va after switching to charging at a high charging current density. Here, the predetermined value V a is 4.0 V or higher, preferably 4.1 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. When the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , step (B) of performing CV charging so as to maintain the voltage predetermined value Va can be performed.

六の実施形態は、電流値と電圧値とを検出する検出部と、
検出した各値から直流抵抗値を算出する算出部と、
算出された直流抵抗値の変化に基づき、充電電流の大きさを変化させる制御部と、
を少なくとも備える、リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置である。制御装置は、上記のリチウムイオン二次電池の充電の制御のために用いられ、充電は、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまでは所定の充電電流で充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む。リチウムイオン二次電池の充電を開始して(すなわち工程(A)を行い)、リチウムイオン二次電池の電圧が所定の値Vになるまで工程(A)を行い、次いで、所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う。ここで、工程(A)において、逐次検出される電流値と電圧値とから直流抵抗値Rを求め、当該直流抵抗値Rの、工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合(R/Rmin)が、あらかじめ定めた所定値以上に達したときに、充電電流を増加させる。たとえば工程(A)の充電を定電流(Ia1)で開始し、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rと工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminとの比(R/Rmin)が所定値に達したときに、充電電流をIa2に上昇させる。工程(A)のある時点で、充電電流をIa1からIa2に上昇させることにより、Ia1の定電流のまま充電するのに比べて、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまでの時間が短くなる。充電電流をIa1からIa2に上昇させるタイミングとして、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rを用いることができる。リチウムイオン二次電池の充電を開始すると、通常、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値は下降し、工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminを呈し、その後上昇に転じる。その後、リチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rと工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminとの比(R/Rmin)が所定値に達したときに充電電流を切り替えることができる。
A sixth embodiment includes a detection unit that detects a current value and a voltage value,
a calculation unit that calculates a DC resistance value from each detected value;
a control unit that changes the magnitude of the charging current based on the calculated change in the DC resistance;
A control device for charging a lithium ion secondary battery, comprising at least The control device is used for controlling the charging of the above lithium ion secondary battery, and the charging is performed by the following steps:
(A) charging with a predetermined charging current up to a predetermined voltage Va;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
including at least Start charging the lithium ion secondary battery (that is, perform step (A)), perform step (A) until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , and then perform the predetermined voltage V Constant voltage charging is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain a . Here, in step (A), the DC resistance value R is obtained from the successively detected current value and voltage value, and the ratio of the DC resistance value R to the minimum value R min of the DC resistance value in step (A) ( R/R min ) reaches a predetermined value or more, the charging current is increased. For example, charging in step (A) is started at a constant current ( I a1 ), and the ratio (R/R min ) reaches a predetermined value, the charging current is raised to Ia2 . At a certain point in step (A), the charging current is increased from Ia1 to Ia2 , so that the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va compared to charging with the constant current of Ia1 . shorter time to reach. As the timing for increasing the charging current from Ia1 to Ia2 , the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery can be used. When charging of the lithium ion secondary battery is started, the DC resistance value of the lithium ion secondary battery usually decreases, reaches the minimum DC resistance value R min in step (A), and then increases. Thereafter, the charging current can be switched when the ratio (R/R min ) between the DC resistance value R of the lithium ion secondary battery and the minimum DC resistance value R min in step (A) reaches a predetermined value. .

このように、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替え、リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したら、当該所定値Vを維持するように充電電流を徐々に減少させながら定電圧充電を行い、所定の時点で充電を終了する。本実施形態の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電することにより、CC充電からCV充電に早めに切り替えることが可能となる。このように、工程(A)において、一時的にあえて高い充電電流密度での充電に切り替えて充電するのは、CC充電よりもCV充電の電流密度が小さくなるためである。充電時の電流密度が小さい方が負極に対する負荷電圧が小さくなるため、負極上への金属リチウムの析出が抑制されると考えられる。工程(A)における高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが遅いと、負極上への金属リチウムの析出が起こりやすくなりうる。また高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングが早いと、発熱量が多くなりうる。工程(A)において、高充電電流密度での充電に切り替えるタイミングは、リチウムイオン二次電池のSOCが約78~85%となる時点とするのが適切である。このようなリチウムイオン二次電池のSOCの目安として、上記のR/Rminの値を用いることができる。実施形態では、R/Rminの値が1.9以上となる時点で高充電電流密度での充電に切り替えることができる。工程(A)では、このように高充電電流密度での充電に切り替えてからリチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達するまで充電を続ける。ここで所定値Vは、4.0V以上、好ましくは4.1V以上、さらに好ましくは4.2V以上の値である。リチウムイオン二次電池の電圧が所定値Vに達したところで、当該電圧所定値Vを維持するようにCV充電を行う工程(B)を遂行することができる。 In this way, at a certain point in step (A), the charging is switched to a high charging current density, and when the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , the charging current is adjusted so as to maintain the predetermined value Va . is gradually decreased, and the charging is terminated at a predetermined time. By charging the lithium ion secondary battery with the charging method of the present embodiment, it is possible to quickly switch from CC charging to CV charging. In this way, in the step (A), the reason why the charging is temporarily switched to charging at a high charging current density is that the current density of the CV charging is smaller than that of the CC charging. Since the load voltage to the negative electrode becomes smaller when the current density during charging is smaller, it is considered that deposition of metallic lithium on the negative electrode is suppressed. If the timing of switching to charging at a high charging current density in step (A) is delayed, deposition of metallic lithium on the negative electrode may easily occur. Also, if the timing of switching to charging at a high charging current density is early, the amount of heat generated may increase. In step (A), it is appropriate to switch to charging at a high charging current density when the SOC of the lithium ion secondary battery reaches approximately 78 to 85%. As a measure of the SOC of such a lithium ion secondary battery, the above R/R min value can be used. In embodiments, charging can be switched to high charging current density when the value of R/R min is greater than or equal to 1.9. In step (A), charging is continued until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va after switching to charging at a high charging current density. Here, the predetermined value V a is 4.0 V or higher, preferably 4.1 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. When the voltage of the lithium ion secondary battery reaches a predetermined value Va , step (B) of performing CV charging so as to maintain the voltage predetermined value Va can be performed.

実施形態の充電方法ならびに制御方法において、工程(A)のある時点で高充電電流密度での充電に切り替えることにより、CC充電からCV充電への切り替えを早めに行うよう制御することの意義を以下に説明する。図1は、リン酸マンガン鉄リチウム(LMFP)と層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを少なくとも含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を充電レート1C(図1の場合、充電電流密度は2.7mA/cm)で定電流充電したときの電池のSOC(横軸)と直流抵抗値(縦軸)との関係を表したものである。リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを少なくとも含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の充電をたとえば充電レート1Cにて開始すると、直流抵抗値Rが徐々に減少し(SOC30%程度まで)、次いで増加する。その後直流抵抗値Rが一気に減少し、SOC約60%の時点で直流抵抗値の最小値Rminを記録する。リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを少なくとも含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の直流抵抗値Rが上記のような挙動をとるのは、リン酸マンガン鉄リチウムの酸化還元反応が2段階になっている、すなわち、低電位側で鉄(Fe)、高電位側でマンガン(Mn)の3価/2価の酸化還元反応が起こるからである。このまま1CレートでのCC充電を続け、直流抵抗値Rと直流抵抗値の最小値Rminの比がR/Rminが所定の値になったときに、充電レート(充電電流密度)を増加する(たとえば2C)に切り替える。図1では、SOCが約78~85%となる範囲に高充電電流密度充電に切り替えることが好ましい。高充電電流密度充電に切り替えてそのままCC充電を続け、電池電圧が所定の値(たとえば4.3V)になった時点でCV充電に切り替え、電池電圧を維持しながら充電し、所定の時点で充電を終了する。このように電池のSOCが78~85となったときにCC充電のレートを引き上げ、CC充電の時間を短くすることが重要である。これによりリチウムイオン二次電池の発熱量を抑制し、負極への金属リチウムの析出を防ぐことができる。SOCが上記の範囲%に達する前に高充電電流密度充電に切り替えると、リチウムイオン二次電池の発熱量が大きくなるおそれがある。またSOCが上記の範囲78~85%を超えてから高充電電流密度充電に切り替えると、金属リチウムの析出を効果的に防止できない。そこでCC充電中の高充電電流密度充電への切り替えは、電池のSOCが78~85%である間に行うのが良い。 In the charging method and control method of the embodiment, the significance of controlling early switching from CC charging to CV charging by switching to charging at a high charging current density at a certain point in step (A) is as follows. to explain. FIG. 1 shows a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing at least lithium manganese iron phosphate (LMFP) and a transition metal lithium oxide with a layered structure at a charge rate of 1C (in the case of FIG. 1, the charge current density is 2.7 mA/cm 2 ) shows the relationship between the SOC (horizontal axis) and the DC resistance value (vertical axis) of the battery when it is charged at a constant current. When charging of a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing at least lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide having a layered structure is started at a charge rate of 1 C, for example, the DC resistance value R gradually decreases. (up to about 30% SOC) and then increase. After that, the DC resistance value R suddenly decreases, and the minimum value R min of the DC resistance value is recorded when the SOC reaches about 60%. The DC resistance value R of a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing at least lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide with a layered structure behaves as described above because lithium manganese iron phosphate This is because the oxidation-reduction reaction of is in two stages, that is, a trivalent/divalent oxidation-reduction reaction of iron (Fe) occurs on the low potential side and manganese (Mn) occurs on the high potential side. CC charging is continued at the 1C rate, and the charging rate (charging current density) is increased when the ratio R/ Rmin of the DC resistance value R to the minimum DC resistance value Rmin reaches a predetermined value. (eg 2C). In FIG. 1, it is preferable to switch to high charge current density charging in the range where the SOC is about 78-85%. Switch to high current density charging and continue CC charging as it is, switch to CV charging when the battery voltage reaches a predetermined value (for example, 4.3 V), charge while maintaining the battery voltage, and charge at a predetermined time exit. Thus, it is important to increase the CC charging rate and shorten the CC charging time when the SOC of the battery reaches 78-85. As a result, the amount of heat generated by the lithium ion secondary battery can be suppressed, and deposition of metallic lithium on the negative electrode can be prevented. If the charging is switched to the high charging current density charging before the SOC reaches the above % range, the lithium ion secondary battery may generate a large amount of heat. Also, if the SOC exceeds the above range of 78 to 85% and the charging is switched to the high charging current density charging, the deposition of metallic lithium cannot be effectively prevented. Therefore, switching to high current density charging during CC charging should be performed while the SOC of the battery is 78 to 85%.

なお、リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを含む正極活物質において、リン酸マンガン鉄リチウムの混合割合を多くした場合、やや低いSOCで高充電電流密度充電に切り替えることが好ましい。これは、LMFPの混合比が多い方が、全体に対するLMFPのMnプラトーの反応領域割合が多くなり、低SOCで高電圧に到達するためである。低SOCで高充電電流密度充電に切り替えない場合は、高電圧でのCC充電時間が長くなりリチウム析出による劣化が増大する。たとえば、リン酸マンガン鉄リチウムと層状構造の遷移金属リチウム酸化物とを含む正極活物質において、リン酸マンガン鉄リチウムの混合比を20質量%とした正極を用いたリチウムイオン二次電池を充電する場合、高充電電流密度充電に移行するタイミングは、電池のSOCが78~85%となった時点であるが、リン酸マンガン鉄リチウムの混合比を20質量%よりも多くした正極を用いたリチウムイオン二次電池を充電する場合、高充電電流密度充電に移行するタイミングは、電池のSOCが上記範囲よりも低い時点となる。リチウムイオン二次電池の充電中に電池のSOCが上記範囲になったことを検知するために、たとえば、逐次検出される電流値と電圧値とから求められる直流抵抗値Rと、直流抵抗値の最小値Rminの比R/Rmin、充電電流値に対する電圧値の変化量、逐次検出される電圧値Vと電圧値の最小値Vminとの比V/Vminの値を用いることができる。これらの値を用いて、実施形態の充電方法における工程(A)にて、適切なタイミングで高充電電流密度充電に切り替えることにより、リチウムイオン二次電池のCV充電の時間を短くし、これにより電池の発熱量を抑制することができ、金属リチウムの析出も防止することができるため、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させ寿命を伸ばすことが可能となる。 In the positive electrode active material containing lithium manganese iron phosphate and a layered structure transition metal lithium oxide, when the mixing ratio of lithium manganese iron phosphate is increased, it is possible to switch to high charging current density charging at a slightly lower SOC. preferable. This is because the higher the mixing ratio of LMFP, the higher the ratio of the reaction region of the Mn plateau of LMFP to the whole, and the higher voltage is reached at a low SOC. If the charging is not switched to the high charging current density charging at a low SOC, the CC charging time at a high voltage becomes longer and the deterioration due to lithium deposition increases. For example, in a positive electrode active material containing lithium manganese iron phosphate and a transition metal lithium oxide with a layered structure, a lithium ion secondary battery using a positive electrode with a mixture ratio of 20% by mass of lithium manganese iron phosphate is charged. In this case, the timing of shifting to high charging current density charging is when the SOC of the battery reaches 78 to 85%. When charging an ion secondary battery, the timing of shifting to high charging current density charging is when the SOC of the battery is lower than the above range. In order to detect that the SOC of the lithium ion secondary battery has reached the above range during charging, for example, a DC resistance value R obtained from the successively detected current value and voltage value, and the DC resistance value The ratio R/ Rmin of the minimum value Rmin , the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value, and the ratio V/ Vmin between the sequentially detected voltage value V and the minimum voltage value Vmin can be used. . Using these values, in step (A) in the charging method of the embodiment, by switching to high charging current density charging at an appropriate timing, the time for CV charging of the lithium ion secondary battery is shortened, thereby Since the amount of heat generated by the battery can be suppressed and the deposition of metallic lithium can also be prevented, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved and the life can be extended.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited by these.

<二次電池の作製>
正極活物質であるリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2、「NMC532」)と、リン酸マンガン鉄リチウム(LiMn0.7Fe0.3PO、「LMFP」、太平洋セメント株式会社社)とを80:20の割合で混合し、これに導電助剤としてカーボンナノチューブ0.6重量%、バインダとしてポリビニリデンフルオライド(PVDF)(クレハ株式会社)2.0重量%を混合した正極合剤を得た。この正極合剤をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に分散させたスラリを厚さ16μmのアルミニウム箔上に塗布して乾燥してプレスし、目付19mg/cm、片面あたりの塗工厚さ55μmとなるように正極活物質層を形成した正極を得た。リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物とリン酸マンガン鉄リチウムとの混合比を以下の表1に示すように変えて、異なる正極を作製した。
一方、黒鉛と、バインダとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)2.5重量%、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)2.5重量%を混合して得た負極合剤を得た。この負極合剤を水(HO)に分散させたスラリを厚さ8μmの銅箔上に塗布して乾燥してプレスし、目付10mg/cm、片面あたりの塗工厚さ72μmとなるように負極活物質層を形成した負極を得た。
セパレータは、片側の面をアルミナ粒子でコーティングしたポリプロピレン多孔質膜(全体の厚さ24μm)を用いた。
電解液として、非水溶媒であるエチレンカーボネート(EC):ジメチルカーボネート(DMC):エチルメチルカーボネート(EMC)=1:1:1(体積比)に、電解質であるヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1Mの濃度で溶解させたものを用いた。
<Production of secondary battery>
A lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , “NMC532”), which is a positive electrode active material, and lithium manganese iron phosphate (LiMn 0.7 Fe 0.7 Fe 0.2 O 2 ). 3 PO 4 , "LMFP", Taiheiyo Cement Co., Ltd.) at a ratio of 80:20, and 0.6% by weight of carbon nanotubes as a conductive agent and polyvinylidene fluoride (PVDF) (Kureha Co., Ltd.) was mixed with 2.0% by weight to obtain a positive electrode mixture. A slurry obtained by dispersing this positive electrode mixture in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was applied to an aluminum foil having a thickness of 16 μm, dried and pressed to obtain a basis weight of 19 mg/cm 2 and a coating thickness per side. A positive electrode was obtained in which a positive electrode active material layer was formed to have a thickness of 55 μm. Different positive electrodes were produced by changing the mixing ratio of the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide and the lithium manganese iron phosphate as shown in Table 1 below.
On the other hand, a negative electrode mixture was obtained by mixing graphite with 2.5% by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder and 2.5% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener. A slurry obtained by dispersing this negative electrode mixture in water (H 2 O) is coated on a copper foil with a thickness of 8 μm, dried and pressed to obtain a basis weight of 10 mg/cm 3 and a coating thickness of 72 μm per side. Thus, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed thereon was obtained.
The separator used was a polypropylene porous membrane (overall thickness: 24 μm) coated with alumina particles on one side.
As an electrolytic solution, non-aqueous solvent ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 1:1:1 (volume ratio), electrolyte lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ) was dissolved at a concentration of 1M.

上記の各正極(4×3cm)と、セパレータ(4.5×3.5cm)と、負極(4.2×3.2cm)とを重ね合わせ、電池素子を作製し、これに正極タブと負極タブを設けた。正極の空孔体積とセパレータの空孔体積(各々の単位:ミリリットル)の合計の2倍の体積の上記電解液と共に、タブを設けた電池素子をアルミニウムラミネートフィルム(厚さ:110μm)(大日本印刷株式会社)の外装体内に組み込み、外装体の周囲を封止して、セル容量40mAhのラミネート型のセル(二次電池)を得た。 Each of the above positive electrodes (4 × 3 cm), a separator (4.5 × 3.5 cm), and a negative electrode (4.2 × 3.2 cm) are superimposed to prepare a battery element, which is attached to the positive electrode tab and the negative electrode. Created a tab. Together with the electrolytic solution having a volume twice the sum of the pore volume of the positive electrode and the pore volume of the separator (each unit: milliliters), the battery element provided with a tab was covered with an aluminum laminate film (thickness: 110 μm) (Dainippon Printing Co., Ltd.) and sealed around the exterior to obtain a laminated cell (secondary battery) with a cell capacity of 40 mAh.

<二次電池の充放電>
[初回充放電]
上記の通り作製したラミネート型セルの初回充放電を行った。初回充放電は、雰囲気温度25℃で、0.2C電流、上限電圧4.2V、0.05Cカットオフでの定電流定電圧(CC-CV)充電を行い、その後、2.8Vまで0.2C電流での定電流(CC)放電を行った。
<Charge/discharge of secondary battery>
[Initial charge/discharge]
Initial charge/discharge of the laminate type cell produced as described above was performed. In the initial charge and discharge, constant current and constant voltage (CC-CV) charging was performed at an ambient temperature of 25°C, a current of 0.2C, an upper limit voltage of 4.2V, and a cutoff of 0.05C. A constant current (CC) discharge at 2C current was performed.

[2サイクル目以降の充電条件]
上記のように初回充放電したラミネート型セルに、充放電を行った。まず、各ラミネート型セルの充電条件は、それぞれ表1に示すように異なるものとした。
実施例1は、正極活物質中のLMFPの混合比:20質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:1C、高充電電流密度充電時の充電レート:2C(高充電電流密度充電への移行タイミングは、ラミネート型セルのSOCが78%、直流抵抗値Rの充電工程における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rmin(表1には「抵抗相対値」と記載)1.9、で充電を行った。
実施例2は、正極活物質中のLMFPの混合比:20質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:1C、高充電電流密度充電時の充電レート:2C(高充電電流密度充電への移行タイミングは、ラミネート型セルのSOCが80%、直流抵抗値Rの充電工程における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rmin(表1には「抵抗相対値」と記載)2.0、で充電を行った。
また実施例3は、正極活物質中のLMFPの混合比:20質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:1C、高充電電流密度充電時の充電レート:2C(高充電電流密度充電への移行タイミングは、ラミネート型セルのSOCが85%、直流抵抗値Rの充電工程における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rmin(表1には「抵抗相対値」と記載)2.2、で充電を行った。
[Charging conditions after the second cycle]
Charge/discharge was performed on the laminate type cell that had been charged/discharged for the first time as described above. First, charging conditions for each laminate type cell were different as shown in Table 1.
In Example 1, the mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material: 20 parts by mass of the battery was charged under the following charging conditions: set temperature: 25 ° C., charging rate at the start of charging: 1 C, charging during high charging current density charging. Rate: 2C (The transition timing to high charging current density charging is the ratio R/R min of the DC resistance value R to the minimum value R min in the charging process when the SOC of the laminated cell is 78% (see Table 1 was described as "resistance relative value") and was charged at 1.9.
In Example 2, the mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material: 20 parts by mass of the battery was charged under the following charging conditions: set temperature: 25 ° C., charging rate at the start of charging: 1 C, charging during high charging current density charging. Rate: 2C (The timing of transition to high charging current density charging is when the SOC of the laminated cell is 80% and the ratio R/R min of the DC resistance value R to the minimum value R min in the charging process of the DC resistance value R (see Table 1 was described as "resistance relative value") and was charged at 2.0.
In addition, in Example 3, the following charging conditions were set for a battery having a mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material of 20 parts by mass; Charging rate: 2C (The timing of transition to high charging current density charging is when the SOC of the laminated cell is 85% and the ratio R/R min of the DC resistance value R to the minimum value R min of the DC resistance value in the charging process in the charging process R/R min (Table 1 described as "resistance relative value") 2.2, charging was performed.

一方、比較例1は、正極活物質中のLMFPの混合比:20質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:1Cで充電を行った(充電電流密度の切替なし)。
比較例2は、正極活物質中のLMFPの混合比:20質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:2Cで充電を行った(充電電流密度の切替なし)。
比較例3は、正極活物質中のLMFPの混合比:20質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:1C、高充電電流密度充電時の充電レート:2C(高充電電流密度充電への移行タイミングは、ラミネート型セルのSOCが75%、直流抵抗値Rの充電工程における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rmin(表1には「抵抗相対値」と記載)1.2、で充電を行った。
さらに比較例4は、正極活物質中のLMFPの混合比:0質量部の電池について、以下の充電条件;設定温度:25℃、充電開始時の充電レート:1Cで充電を行った(充電電流密度の切替なし)。
On the other hand, in Comparative Example 1, a battery with a mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material: 20 parts by mass was charged under the following charging conditions: set temperature: 25 ° C., charging rate at the start of charging: 1 C (charging no current density switching).
In Comparative Example 2, a battery having a mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material of 20 parts by mass was charged under the following charging conditions: set temperature: 25°C, charging rate at the start of charging: 2C (charging current density no switching).
In Comparative Example 3, a battery with a mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material: 20 parts by mass was charged under the following charging conditions: set temperature: 25 ° C., charging rate at the start of charging: 1 C, high charging current density charging. Rate: 2C (The timing of transition to high charging current density charging is when the SOC of the laminated cell is 75% and the ratio R/R min of the DC resistance value R to the minimum value R min in the charging process of the DC resistance value R (see Table 1 described as "resistance relative value") 1.2, was charged.
Furthermore, in Comparative Example 4, a battery having a mixture ratio of LMFP in the positive electrode active material of 0 parts by mass was charged under the following charging conditions: set temperature: 25°C, charging rate at the start of charging: 1C (charging current without density switching).

[2サイクル目以降の放電条件]
各実施例および比較例において、電池電圧が4.3Vになるまで定電流充電を行い、その後は定電圧充電に切り替えて充電を終了した。その後以下の放電条件;セル表面における設定温度25℃、下限電圧:2.8V、電流密度:2.7mA/cm(1C)で定電流放電(CC放電)を行った。
各実施例および比較例において、上記の各条件での充電と、本条件での放電との組み合わせを1サイクルとした。各電池について2000サイクルの充放電を行った。
初回充放電後のセルの容量に対する1000サイクルの充放電終了後のセルの容量の割合、ならびに2000サイクルの充放電終了後のセルの容量をそれぞれ算出した。
また、2000サイクル充放電中に到達したセル表面の最高温度と充電開始前の温度との差を記録した。
[Discharge conditions after the second cycle]
In each example and comparative example, constant-current charging was performed until the battery voltage reached 4.3 V, and then the charging was terminated by switching to constant-voltage charging. After that, constant current discharge (CC discharge) was performed under the following discharge conditions: a set temperature of 25° C. on the cell surface, a lower limit voltage of 2.8 V, and a current density of 2.7 mA/cm 2 (1 C).
In each example and comparative example, one cycle was defined as a combination of charging under each of the above conditions and discharging under this condition. Each battery was charged and discharged for 2000 cycles.
The ratio of the cell capacity after 1000 cycles of charge/discharge to the cell capacity after the first charge/discharge and the cell capacity after 2000 cycles of charge/discharge were calculated.
Also, the difference between the maximum cell surface temperature reached during 2000 cycles of charging and discharging and the temperature before the start of charging was recorded.

Figure 2023090118000002
Figure 2023090118000002

本発明のSOC範囲、あるいは抵抗相対値の範囲において、高充電電流密度に切り替えて充電を行うと、充放電中の電池の発熱が抑制され、かつサイクル特性を向上することができる。これに対し、高充電電流密度に切り替えることなく充電を行うと、電池の発熱は抑制できるが、容量維持率の低下は回避できない(比較例1)か、あるいは、電池の発熱を抑制することができない(比較例2)。また、高充電電流密度での充電に切り替えるには、好適なタイミングがあり、このタイミングを外した時に高充電電流密度による充電に切り替えても、電池の発熱や容量維持率の低下を避けることができない(比較例3)ことがわかった。 In the SOC range or resistance relative value range of the present invention, when charging is performed by switching to a high charging current density, heat generation of the battery during charging and discharging can be suppressed and cycle characteristics can be improved. On the other hand, if charging is performed without switching to a high charging current density, the heat generation of the battery can be suppressed, but the decrease in the capacity retention rate cannot be avoided (Comparative Example 1), or the heat generation of the battery can be suppressed. Not possible (Comparative Example 2). In addition, there is a suitable timing for switching to charging at a high charging current density, and even if charging is switched to a high charging current density when this timing is not met, it is possible to avoid heat generation of the battery and a decrease in the capacity retention rate. It turned out that it cannot (comparative example 3).

本発明の充電方法によりリチウムイオン二次電池を充電すると、充放電中の電池の発熱を抑制し、かつサイクル充放電による電池容量の劣化も抑制できるので、電池の寿命を伸ばすことができる。 When a lithium ion secondary battery is charged by the charging method of the present invention, heat generation of the battery during charging and discharging can be suppressed, and deterioration of battery capacity due to cyclic charging and discharging can be suppressed, so that the life of the battery can be extended.

Claims (10)

以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む充電により、リチウムイオン二次電池を充電する方法であって、
該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、
該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、
第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、
を少なくとも含み、
該工程(A)において、逐次検出される電流値と電圧値とから求められる直流抵抗値Rの、該工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させる、
前記リチウムイオン二次電池の充電方法。
The following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
A method of charging a lithium ion secondary battery by charging at least including
The lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution,
The positive electrode active material layer includes a first positive electrode active material, lithium manganese iron phosphate,
A transition metal lithium oxide having a layered structure, which is the second positive electrode active material;
including at least
In the step (A), the ratio R/R min of the DC resistance value R obtained from the successively detected current value and voltage value to the minimum value R min of the DC resistance value in the step (A) is predetermined. increasing the charging current when it reaches a predetermined value or higher;
A method for charging the lithium ion secondary battery.
前記Vが4.0V以上の値であり、かつ該R/Rminの値が1.9以上となったとき、該充電電流を増加させる、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the charging current is increased when the Va is 4.0 V or more and the R/R min value is 1.9 or more. charging method. 以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む充電により、リチウムイオン二次電池を充電する方法であって、
該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、
該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、
第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、
を少なくとも含み、
該工程(A)において、充電電流値に対する電圧値の変化量が、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させる、
前記リチウムイオン二次電池の充電方法。
The following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
A method of charging a lithium ion secondary battery by charging at least including
The lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution,
The positive electrode active material layer includes a first positive electrode active material, lithium manganese iron phosphate,
A transition metal lithium oxide having a layered structure, which is the second positive electrode active material;
including at least
In the step (A), when the amount of change in the voltage value with respect to the charging current value reaches a predetermined value or more, the charging current is increased;
A method for charging the lithium ion secondary battery.
前記Vが4.0V以上の値であり、かつ該充電電流値に対する電圧値の変化量が0.25mV/A以上となったとき、該充電電流を増加させる、請求項3に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 4. The lithium according to claim 3, wherein the charging current is increased when the Va is 4.0 V or more and the amount of change in voltage value with respect to the charging current value is 0.25 mV/A or more. A charging method for an ion secondary battery. 以下の工程:
(A)所定の電圧Vまでは所定の充電電流で充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む定電流定電圧充電により、リチウムイオン二次電池を充電する方法であって、
該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、
該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、
第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、
を少なくとも含み、
該工程(A)において、逐次検出される電圧値Vの、該工程(A)における電圧値の最小値Vminに対する割合V/Vminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該充電電流を増加させる、
前記リチウムイオン二次電池の充電方法。
The following steps:
(A) charging with a predetermined charging current up to a predetermined voltage Va;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
A method of charging a lithium ion secondary battery by constant current constant voltage charging including at least
The lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution,
The positive electrode active material layer includes a first positive electrode active material, lithium manganese iron phosphate,
A transition metal lithium oxide having a layered structure, which is the second positive electrode active material;
including at least
In the step (A), when the ratio V/V min of the sequentially detected voltage value V to the minimum voltage value V min in the step (A) reaches a predetermined value or more, the charging increase the current,
A method for charging the lithium ion secondary battery.
前記Vが4.0V以上の値であり、かつ該V/Vminの値が1.9以上となったとき、該充電電流を増加させる、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 6. The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the charging current is increased when the Va is 4.0 V or more and the V/V min value is 1.9 or more. charging method. リチウムイオン二次電池の充電を制御する方法であって、
該充電が、
(A)定電流充電工程と、
(B)定電圧充電工程と、
を含む、充電であり、該充電を通じて、逐次充電電流値と電圧値とを検出し、該逐次検出される充電電流値と電圧値とから直流抵抗値Rと、該充電での直流抵抗値の最小値Rminとを記憶し、
該工程(A)は、
所定の充電電流Ia1で充電する工程と、
該所定の充電電流Ia1よりも大きい充電電流Ia2で充電する工程と、
を含み、
該工程(A)において、
該充電電流Ia1で定電流充電を開始し、
該工程(A)において、該直流抵抗値Rと、直流抵抗値の最小値Rminとの比R/Rminの値があらかじめ定めた所定値以上に達したときに、該充電電流Ia2に切り替え、該電圧が所定の電圧Vに達するまで充電し、
該電圧が、該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら、工程(B)を行う、前記方法。
A method for controlling charging of a lithium ion secondary battery, comprising:
the charging is
(A) a constant current charging step;
(B) a constant voltage charging step;
Through the charging, the charging current value and the voltage value are successively detected, and from the successively detected charging current value and voltage value, the DC resistance value R and the DC resistance value in the charging store the minimum value R min and
The step (A) is
charging with a predetermined charging current Ia1 ;
charging with a charging current Ia2 greater than the predetermined charging current Ia1 ;
including
In the step (A),
starting constant current charging with the charging current Ia1 ,
In the step (A), when the value of the ratio R/ Rmin of the DC resistance value R and the minimum DC resistance value Rmin reaches a predetermined value or more, the charging current Ia2 switching and charging until said voltage reaches a predetermined voltage Va ;
After the voltage reaches the predetermined voltage Va , step (B) is performed while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va .
前記Vが4.0V以上の値であり、かつ該R/Rminの値が1.9以上となったとき、該充電電流をIa2に切り替える、請求項7に記載の方法。 8. The method of claim 7, wherein the charging current is switched to Ia2 when the Va is greater than or equal to 4.0V and the R/ Rmin value is greater than or equal to 1.9. 電流値と電圧値とを検出する検出部と、
検出された電圧値に基づき、充電電流の大きさを変化させる制御部と、
を少なくとも備える、リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置であって、
該リチウムイオン二次電池の充電が、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまで充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む充電であり、
該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、
該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、
第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、
を少なくとも含み、
該工程(A)において、逐次検出される電圧値Vの、該工程(A)における電圧値の最小値Vminに対する割合V/Vminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該制御部が該充電電流を増加させる、
前記リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置。
a detection unit that detects a current value and a voltage value;
a control unit that changes the magnitude of the charging current based on the detected voltage value;
A control device for charging a lithium ion secondary battery, comprising at least
The charging of the lithium ion secondary battery comprises the following steps:
(A) charging to a predetermined voltage Va ;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
is a charge that includes at least
The lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution,
The positive electrode active material layer includes a first positive electrode active material, lithium manganese iron phosphate,
A transition metal lithium oxide having a layered structure, which is the second positive electrode active material;
including at least
In the step (A), when the ratio V/V min of the sequentially detected voltage value V to the minimum voltage value V min in the step (A) reaches a predetermined value or more, the control increases the charging current;
A control device for charging the lithium ion secondary battery.
電流値と電圧値とを検出する検出部と、
検出した各値から直流抵抗値を算出する算出部と、
算出された直流抵抗値の変化に基づき、充電電流の大きさを変化させる制御部と、
を少なくとも備える、リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置であって、
該リチウムイオン二次電池の充電が、以下の工程:
(A)所定の電圧Vまでは所定の充電電流で充電を行う工程と、
(B)該所定の電圧Vに達してからは、該所定の電圧Vを維持するように充電電流を漸次減少させながら定電圧充電を行う工程と、
を少なくとも含む充電であり、
該リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極活物質層の形成された正極と、集電体上に負極活物質層の形成された負極と、電解液と、を少なくとも含み、
該正極活物質層は、第一の正極活物質であるリン酸マンガン鉄リチウムと、
第二の正極活物質である、層状構造の遷移金属リチウム酸化物と、
を少なくとも含み、
該工程(A)において、該検出部で逐次検出される電流値と電圧値とから、該算出部で直流抵抗値Rを算出し、該工程(A)における直流抵抗値の最小値Rminに対する割合R/Rminが、あらかじめ定めた所定値以上に達したとき、該制御部が該充電電流を増加させる、
前記リチウムイオン二次電池の充電をするための制御装置。
a detection unit that detects a current value and a voltage value;
a calculation unit that calculates a DC resistance value from each detected value;
a control unit that changes the magnitude of the charging current based on the calculated change in the DC resistance;
A control device for charging a lithium ion secondary battery, comprising at least
The charging of the lithium ion secondary battery comprises the following steps:
(A) charging with a predetermined charging current up to a predetermined voltage Va;
(B) after reaching the predetermined voltage Va , performing constant voltage charging while gradually decreasing the charging current so as to maintain the predetermined voltage Va ;
is a charge that includes at least
The lithium ion secondary battery includes at least a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution,
The positive electrode active material layer includes a first positive electrode active material, lithium manganese iron phosphate,
A transition metal lithium oxide having a layered structure, which is the second positive electrode active material;
including at least
In the step (A), the calculation unit calculates the DC resistance value R from the current value and the voltage value sequentially detected by the detection unit, and the DC resistance value R min in the step (A) when the ratio R/R min reaches a predetermined value or more, the control unit increases the charging current;
A control device for charging the lithium ion secondary battery.
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