JP3949334B2 - リチウムイオン二次電池およびその充放電回路 - Google Patents
リチウムイオン二次電池およびその充放電回路 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3949334B2 JP3949334B2 JP2000019176A JP2000019176A JP3949334B2 JP 3949334 B2 JP3949334 B2 JP 3949334B2 JP 2000019176 A JP2000019176 A JP 2000019176A JP 2000019176 A JP2000019176 A JP 2000019176A JP 3949334 B2 JP3949334 B2 JP 3949334B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- discharge
- graphite
- charge
- positive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モバイル機器や電気自動車などに利用するリチウムイオン二次電池およびその充放電回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の急速なモバイル機器の進歩、および将来の電気自動車に対応するため、リチウムイオン二次電池の高容量化が急務となっている。現在市販されているリチウムイオン二次電池の多くは、図4の曲線aに示すように、負極に低い放電電圧を保つ黒鉛系炭素材料が用いられており、その放電容量をいかに図4の曲線cに示すような放電容量の理論値372mAh/gに近づけるかが最も注目されている点である。一方、ハードカーボン(hard cabon)、低温焼成炭素などの炭素材料、金属酸化物および非晶質酸化物等は、500mAh/gを超える放電容量を持つものもある。しかし、放電電圧が図4の曲線bに示すように平坦でないため、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどのように、使用電圧範囲が狭い機器に使用することができず、実用化が難しい。
【0003】
一方、近年では、黒鉛とハードカーボンもしくは非晶質炭素の両者の長所を得る目的で、これらを混合して負活性物質とする試みが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような単純な混合では、図4の曲線dに示すように、むしろ両者の短所のみが放電に作用してしまい、高容量でかつ低い電圧を保ち続けることができない。その理由は、黒鉛とハードカーボンや非晶質酸化物のような非黒鉛活物質材料を単純に混合して作った電極(負極)を用いたリチウムイオン電池の充放電のメカニズムが、以下に述べるように考えられるからである。
【0005】
すなわち、この電極の系は、充放電特性の異なる二つの電池を並列に接続した場合と同一であり、充電開始直後は黒鉛にもリチウムイオンがとり込まれるものの、それ以降はゆるやかに充電を行う非黒鉛活物質材料にのみリチウムイオンが入り込み、黒鉛には殆どとり込まれない。このため、放電時にすぐに電圧が上昇して、活物質における非黒鉛の重量比分の放電が行われると、その放電がすぐに終了してしまい、結果的に単体の材料で得られる容量を下回ってしまう。
【0006】
そこで、このような不都合を解決するために、充電時には、黒鉛と非黒鉛材料を直列配置することで、これらの両方に同一レベルの電流を流し、電圧はこれらの黒鉛および非黒鉛材料の内部抵抗に応じて分圧したものとし、一方、放電時には接続された両者の重量比、放電電圧比に応じた放電カーブが得られるようにする方法が考えられるものの、従来のリチウムイオン電池では、その構造上、安定した放電特性の実現が不可能である。
【0007】
本発明は前記問題を解決するものであり、黒鉛および非黒鉛材料の長所のみを引き出した負極構造を採用することにより、高容量で、電圧平坦性の高い放電特性が得られるリチウムイオン二次電池およびその充放電回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的達成のために、請求項1記載の発明は、充放電特性が異なる二種類の負極材料の一方を集電体の一側面に、他方を他側面に塗布された負極と、該負極の一側面および他側面に電解液を介して対向配置された各一の正極と、該各一の正極および前記負極間に充電用整流器を介して充電電圧を供給する各一の電源と、前記各一の正極に共通接続された正の出力端子と、前記負極に放電用整流器を介して接続され、前記正の出力端子との間に負荷を接続するための負の出力端子とを備えたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のリチウムイオン二次電池の充放電回路において、前記二種類の負極材料は、一方が黒鉛であり、他方がハードカーボンもしくは低温焼成炭素などの炭素材料、リチウムと合金可能な金属もしくはその化合物、または非結晶質酸化物であることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について図を用いて説明する。図1は本発明のリチウムイオン二次電池およびこれの充放電回路を示し、同図において、1は負極でありこれが集電体1aの一側面に天然黒鉛、人造黒鉛、熱分解黒鉛などの黒鉛1bが塗布され、かつ他側面にハードカーボン等の非黒鉛材料1cが塗布されたものからなる。また、この負極1の一側面および他側面に対向する位置に、例えばコバルト酸リチウムからなる正極2、3がそれぞれ配置されている。
【0011】
そして、これらの負極1および正極2、3は、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶かした電解液としての有機電解液に浸漬されている。従って、充電時には、正極2、3からリチウムがイオンとして電解液中に溶解し、負極1の黒鉛層間および非黒鉛材料に入り、一方、放電ではこの逆の反応が起こる。
【0012】
また、正極2、3のそれぞれには、各一の第1の充電用整流器4、5を介して充電電圧を供給するための正電位の電源端子6、7が接続されている。これらの電源端子6、7には、これらを接続する線路とともに充電電圧供給用の電源8、9の正電位側が接続されている。これらの電源8、9の負電位側が負電位の電源端子10に共通接続されている。さらに、第1の充電用整流器4、5のそれぞれには、第1の放電用整流器11、12を介して、負荷を接続するための正の出力端子13が共通に接続されている。
【0013】
一方、前記負極1を構成する集電体1aは、第2の充電用整流器14を介して、前記8、9の負電位側の電源端子10に接続されるとともに、第2の放電用整流器15を介して、前記負荷を接続するための負の出力端子16に接続されている。また図2および図3はこのような充放電回路の充電時および放電時の等価回路を示す。
【0014】
次に動作を説明する。まず、充電時には、それぞれ独立に設けられた電源8、9から第2の充電用整流器14および第1の充電用整流器4、5を介して、負極1および正極2、3間に充電電流が流れる。このため、正極2、3からリチウムがイオンとして有機電解液中に溶解し、負極1の黒鉛1b層間および非黒鉛材料1c層間に入り込む。従って、図2に示すように、正極2、3および負極1間には、それぞれ独立した電源8、9から充電が行われる。
【0015】
一方、放電時には、第1の充放電用整流器4、5および第2の充放電用整流器14によって、各電源8、9が負極1および正極2、3から切り離される。このため、正極2、3および負極1からなる二つの電池は、図3に示すように、互いに並列接続された配置となり、黒鉛1bおよび非黒鉛材料1cの重量比に応じた放電特性が得られる。すなわち、従来のような黒鉛単独で形成される負極に比較して、この黒鉛1bおよび非黒鉛材料1cからなる負極1は、それぞれの長所を持つ、高容量でしかも電圧平坦性の高い放電特性を具現することとなる。
【0016】
上記実施例においては、集電体1aの一側面に黒鉛1b、他側面に非黒鉛材料1cを塗布した場合について説明したが、この非黒鉛材料1cは、低温焼成炭素などの炭素材料、リチウムと合金可能な金属もしくはその化合物、または非結晶質酸化物であればよい。
【0017】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、充放電特性が異なる二種類の負極材料の一方を集電体の一側面に、他方を他側面に塗布された負極を有し、該負極の一側面および他側面に電解液を介して各一の正極を対向配置するようにしたので、従来の黒鉛のみを使用した負極に比べて高容量で、電圧平坦性の高い放電特性を得ることができるという効果が得られる。
【0018】
また、本発明によれば、充放電特性が異なる二種類の負極材料の一方を集電体の一側面に、他方を他側面に塗布された負極と、該負極の一側面および他側面に電解液を介して対向配置された各一の正極と、該各一の正極および前記負極間に充電用整流器を介して充電電圧を供給する各一の電源と、前記各一の正極に共通接続された正の出力端子とを有し、前記負極に、放電用整流器を介して前記正の出力端子との間に負荷を接続するための負の出力端子を接続するようにしたので、負極および正極間への充電効率を高めることができるとともに、リチウム蓄電池本来の高エネルギかつ高放電容量での放電を、簡単な回路構成にて容易に実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の一形態によるリチウムイオン二次電池の充放電回路を示す回路図である。
【図2】 図1に示す充放電回路の充電時における等価回路図である。
【図3】 図1に示す充放電回路の放電時における等価回路図である。
【図4】 従来のリチウムイオン二次電池の充放電特性を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
1 負極
1a 集電体
1b 黒鉛
1c 非黒鉛材料
2、3 正極
4、5、14 充電用整流器
8、9 電源
11、12、15 放電用整流器
13 正の出力端子
16 負の出力端子
Claims (2)
- 充放電特性が異なる二種類の負極材料の一方を集電体の一側面に、他方を他側面に塗布された負極と、
該負極の一側面および他側面に電解液を介して対向配置された各一の正極と、
該各一の正極および前記負極間に充電用整流器を介して充電電圧を供給する各一の電源と、
前記各一の正極に共通接続された正の出力端子と、
前記負極に放電用整流器を介して接続され、前記正の出力端子との間に負荷を接続するための負の出力端子とを備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充放電回路。 - 前記二種類の負極材料は、一方が黒鉛であり、他方がハードカーボンもしくは低温焼成炭素などの炭素材料、リチウムと合金可能な金属もしくはその化合物、または非結晶質酸化物であることを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン二次電池の充放電回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000019176A JP3949334B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | リチウムイオン二次電池およびその充放電回路 |
KR10-2000-0067828A KR100393654B1 (ko) | 2000-01-27 | 2000-11-15 | 리튬 이온 2차 전지 및 그 충방전 회로 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000019176A JP3949334B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | リチウムイオン二次電池およびその充放電回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001210316A JP2001210316A (ja) | 2001-08-03 |
JP3949334B2 true JP3949334B2 (ja) | 2007-07-25 |
Family
ID=18545922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000019176A Expired - Fee Related JP3949334B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | リチウムイオン二次電池およびその充放電回路 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3949334B2 (ja) |
KR (1) | KR100393654B1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100460739B1 (ko) * | 2002-03-21 | 2004-12-09 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬 전지의 완전 방전 장치 |
DE602006020980D1 (de) * | 2005-01-20 | 2011-05-12 | Oticon As | Hörgerät mit wiederaufladbarer batterie und wiederaufladbare batterie |
JP2010015852A (ja) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | 二次電池 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09180759A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-11 | Toray Ind Inc | 電 池 |
JP3508411B2 (ja) * | 1996-08-20 | 2004-03-22 | 新神戸電機株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
KR100439543B1 (ko) * | 1998-03-27 | 2004-10-22 | 주식회사 엘지화학 | 탄소복합전극을이용한리튬이차전지 |
KR100274892B1 (ko) * | 1998-05-13 | 2001-02-01 | 김순택 | 리튬 2차전지 |
-
2000
- 2000-01-27 JP JP2000019176A patent/JP3949334B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-15 KR KR10-2000-0067828A patent/KR100393654B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100393654B1 (ko) | 2003-08-06 |
JP2001210316A (ja) | 2001-08-03 |
KR20010077926A (ko) | 2001-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pell et al. | Peculiarities and requirements of asymmetric capacitor devices based on combination of capacitor and battery-type electrodes | |
Tamura et al. | Study on the anode behavior of Sn and Sn–Cu alloy thin-film electrodes | |
US9799933B2 (en) | Solid state battery with integrated rate booster | |
KR101664244B1 (ko) | 전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법, 이 방법을 이용해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지 | |
US9385539B2 (en) | Surface-mediated cell-powered portable computing devices and methods of operating same | |
JP2011070976A (ja) | リチウムイオン二次電池、車両及び電池搭載機器 | |
CN103718351A (zh) | 高容量正极活性材料和包含其的锂二次电池 | |
JP6694133B2 (ja) | 全固体電池 | |
RU128014U1 (ru) | Литий-ионный аккумулятор | |
JP3949334B2 (ja) | リチウムイオン二次電池およびその充放電回路 | |
JP2010015852A (ja) | 二次電池 | |
JP2016171075A (ja) | 二次電池並びに充電装置及び放電装置 | |
JP2011142040A (ja) | 固体電池モジュール | |
US20230126499A1 (en) | Rechargeable electrical storage devices | |
US11575122B2 (en) | Electrode with enhanced state of charge estimation | |
CN103140971A (zh) | 电极用集流体材料及其制造方法 | |
RU2126192C1 (ru) | Высокотемпературный литий-кислородный (воздушный) аккумулятор | |
JP2008091188A (ja) | 組電池 | |
JPH0794169A (ja) | 非水電解質電池 | |
JPH0521069A (ja) | 非水電解質電池及び非水電解質電池用電極 | |
CN108933310A (zh) | 一种高容量高功率型锂离子/空气混合电池系统 | |
Pawar et al. | Charging Techniques of Lead–Acid Battery: State of the Art | |
JPH08115745A (ja) | 非水電解液電池 | |
Chanagala et al. | A Rate-Capacity And Recovery-Effect Aware Battery Management System For Electric Vehicles | |
Levy et al. | Batteries: portable power for the future |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040806 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040806 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050527 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050614 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050914 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061017 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070115 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070115 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070221 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070320 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070418 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100427 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110427 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120427 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120427 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130427 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140427 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |