JP5434274B2 - Lithium ion battery charging method, battery system, charge control device, lithium ion battery, assembled battery, vehicle - Google Patents

Lithium ion battery charging method, battery system, charge control device, lithium ion battery, assembled battery, vehicle Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池の充電方法、電池システム、充電制御装置、リチウムイオン電池、組電池、車両に関する。   The present invention relates to a method for charging a lithium ion battery, a battery system, a charge control device, a lithium ion battery, an assembled battery, and a vehicle.

リチウムイオン電池の中には、正極活物質としてリチウムのほかに鉄とリン酸を含んだリン酸鉄リチウム(LiFePO)からなるオリビン型化合物を使用したものがある。リン酸鉄リチウムを正極活物質として用いたリチウムイオン電池は熱安定性に優れるものとされている。従来、このような正極活物質を用いた電池の充電は、定電流定電圧充電方式がとられており、常温(25℃)において、定電圧充電領域の充電電圧を3.3〜3.8Vで行っている(特許文献1)。 Some lithium ion batteries use an olivine type compound made of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) containing iron and phosphoric acid in addition to lithium as a positive electrode active material. A lithium ion battery using lithium iron phosphate as a positive electrode active material is considered to be excellent in thermal stability. Conventionally, a battery using such a positive electrode active material is charged by a constant current / constant voltage charging method. At room temperature (25 ° C.), the charging voltage in the constant voltage charging region is 3.3 to 3.8V. (Patent Document 1).

特開2004−87319号公報JP 2004-87319 A

しかし、リチウムイオン電池の充電時には、電池自体の発熱や、電池が載置された環境温度などにより、電池自体が常温よりも高い温度になることがある。このような場合、たとえば高温(55℃)では、電解質中のリチウム塩(F系)が電解質中に残存する微量の水により加水分解されHFが発生する。そのためHFの作用(酸化作用)により正極からFeが溶出して正極の容量が低下する。このため充放電を繰り返すことで十分な電池容量が得られなくなってしまう。つまり、従来の充電方法ではサイクル特性が悪くなるという問題がある。   However, when the lithium ion battery is charged, the battery itself may be at a temperature higher than room temperature due to the heat generated by the battery itself or the environmental temperature where the battery is placed. In such a case, for example, at a high temperature (55 ° C.), the lithium salt (F system) in the electrolyte is hydrolyzed by a small amount of water remaining in the electrolyte to generate HF. Therefore, Fe is eluted from the positive electrode by the action of HF (oxidation action), and the capacity of the positive electrode is reduced. For this reason, sufficient battery capacity cannot be obtained by repeating charging and discharging. That is, the conventional charging method has a problem that the cycle characteristics are deteriorated.

そこで、本発明の目的は、リチウムのほかに鉄とリン酸を含むオリビン型化合物を用いたリチウムイオン電池において、サイクル特性を向上させることのできる充電方法とそれによりサイクル特性が向上したリチウムイオン電池を提供することである。また、本発明の他の目的はリチウムのほかに鉄とリン酸を含むオリビン型化合物を用いたリチウムイオン電池の充放電サイクル特性を向上させることのできる電池システムを提供することである。また、本発明の他の目的は、正極活物質としてリチウムのほかに鉄とリン酸を含むオリビン型化合物を用いたリチウムイオン電池の充放電サイクル特性を向上させる充電制御装置を提供することである。さらに本発明の他の目的は、この電池システムを用いて搭載する電池寿命を向上させた車両を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a charging method capable of improving cycle characteristics in a lithium ion battery using an olivine type compound containing iron and phosphoric acid in addition to lithium, and a lithium ion battery with improved cycle characteristics thereby. Is to provide. Another object of the present invention is to provide a battery system capable of improving charge / discharge cycle characteristics of a lithium ion battery using an olivine type compound containing iron and phosphoric acid in addition to lithium. Another object of the present invention is to provide a charge control device for improving charge / discharge cycle characteristics of a lithium ion battery using an olivine type compound containing iron and phosphoric acid in addition to lithium as a positive electrode active material. . Furthermore, another object of the present invention is to provide a vehicle having an improved battery life mounted using this battery system.

上記目的を達成するための本発明による充電方法は、リチウム、鉄、リン酸を含む正極活物質を用いたリチウムイオン電池の充電中の温度が45℃未満のとき3.8V以下の充電電圧で充電し、45〜55℃のときに充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下の電圧で充電することを特徴とする。 To achieve the above object, the charging method according to the present invention has a charging voltage of 3.8 V or less when the temperature during charging of a lithium ion battery using a positive electrode active material containing lithium, iron, and phosphoric acid is less than 45 ° C. The battery is charged and charged at a voltage of 45 to 55 ° C. with a charging voltage higher than 3.8 V and 4.2 V or lower.

上記目的を達成するための本発明による充電制御装置は、リチウム、鉄、リン酸を含む正極活物質を用いたリチウムイオン電池に充電するための装置である。この充電制御装置はリチウムイオン電池の充電中の温度が45℃未満のとき3.8V以下の充電電圧で充電し、45〜55℃のときに充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にすることを特徴とする。 The charge control device according to the present invention for achieving the above object is a device for charging a lithium ion battery using a positive electrode active material containing lithium, iron and phosphoric acid. When the temperature during charging of the lithium ion battery is less than 45 ° C., this charge control device charges with a charging voltage of 3.8 V or less, and when it is 45 to 55 ° C., the charging voltage is higher than 3.8 V and lower than 4.2 V. It is characterized by doing.

本発明によるリチウムイオン電池の充電方法によれば、充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にして充電することで電池内部の微量の水分を分解することができる。このため水分に起因しての正極からのFeの溶出と、容出したFeの負極での析出を防止または抑制して、充放電の繰り返しによる容量低下を少なしサイクル特性を向上させることができる。   According to the method for charging a lithium ion battery according to the present invention, a small amount of water inside the battery can be decomposed by charging at a charging voltage higher than 3.8 V and 4.2 V or lower. For this reason, elution of Fe from the positive electrode due to moisture and precipitation of the extracted Fe at the negative electrode can be prevented or suppressed, capacity reduction due to repeated charge and discharge can be reduced, and cycle characteristics can be improved. .

本発明による充電制御装置によれば、充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にして充電することで、電池内部の微量の水分を分解する。このため水分起因の正極からのFeの溶出と容出したFeの負極での析出を防止または抑制して、充放電の繰り返しによる容量低下を少なくサイクル特性を向上させることができる。   According to the charge control device of the present invention, a small amount of water inside the battery is decomposed by charging with a charging voltage higher than 3.8 V and lower than 4.2 V. Therefore, elution of Fe from the positive electrode due to moisture and precipitation of the extracted Fe at the negative electrode can be prevented or suppressed, and the cycle characteristics can be improved with less capacity reduction due to repeated charge and discharge.

非双極型の積層型のリチウムイオン電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the whole structure of the non-bipolar laminated lithium ion battery. 双極型の積層型リチウムイオン電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar stacked lithium ion battery. リチウムイオン電池の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a lithium ion battery. 電池システムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating a battery system. 電池システムの動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of a battery system. リチウムイオン電池を用いた組電池を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the assembled battery using a lithium ion battery. 組電池を用いた車両を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the vehicle using an assembled battery. 充電温度条件55℃における実施例と比較例のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle characteristic of the Example in a charging temperature condition of 55 degreeC, and a comparative example.

以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

まず、本実施形態に係るリチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池ともいう)について説明する。リチウムイオン電池は、たとえば、形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池などさまざまな形態・構造である。本実施形態においても、これらの形態が適用可能であるが、ここでは積層型(扁平型)電池構造を採用した場合について説明する。もちろん、本発明そのものは、巻回型(円筒型)電池など積層型(扁平型)電池構造以外の構造のものでも実施可能である。   First, a lithium ion battery (also referred to as a lithium ion secondary battery) according to this embodiment will be described. Lithium ion batteries have various forms and structures, such as stacked (flat) batteries and wound (cylindrical) batteries, for example, when distinguished by form and structure. Although these embodiments can also be applied to the present embodiment, a case where a stacked (flat) battery structure is employed will be described here. Of course, the present invention itself can be implemented even with a structure other than a stacked (flat) battery structure such as a wound (cylindrical) battery.

また、リチウムイオン電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池がある。これらのうち、双極型電池は、非双極型電池に比していっそうの高出力密度および高電圧を有しうる利点があるため好ましい。これは、非双極型電池は正極および負極のそれぞれからリード線をとり、リード線を介して隣の電池と接続される。このため、リード線の長さに相当して電子の伝導パスが長くなり、その分電池の出力が低くなる。これに対して双極型電池は、集電体を介して縦方向(電極の積層方向)に電流が流れるため、電子の伝導パスを短くでき、高出力になる。以下では、この2つの形態の両方について説明する。   Further, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion battery, there are non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. Of these, bipolar batteries are preferred because they have the advantage of having higher power density and higher voltage than non-bipolar batteries. This is because a non-bipolar battery takes a lead wire from each of the positive electrode and the negative electrode, and is connected to an adjacent battery via the lead wire. For this reason, the electron conduction path becomes longer corresponding to the length of the lead wire, and the output of the battery is lowered accordingly. On the other hand, in the bipolar battery, current flows in the vertical direction (electrode stacking direction) through the current collector, so that the electron conduction path can be shortened and the output is high. Below, both of these two forms will be described.

さらに、リチウムイオン電池内の電解質の種類で区別した場合には、電解質に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質のタイプにも適用し得るものである。電解質に高分子電解質を用いたポリマー電池に好ましく適用される。該ポリマー電池は、さらに高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる。このうち、ポリマー電池、なかでも固体高分子(全固体)型電池は、液漏れが生じないので、液絡の問題がなく信頼性が高く、かつ簡易な構成で出力特性に優れた電池を形成することができる点で有利である。   Furthermore, when distinguished by the type of electrolyte in the lithium ion battery, a conventionally known battery such as a solution electrolyte type battery using a solution electrolyte such as a non-aqueous electrolyte as the electrolyte, a polymer battery using a polymer electrolyte as the electrolyte, etc. It can be applied to any electrolyte type. It is preferably applied to a polymer battery using a polymer electrolyte as an electrolyte. The polymer battery is further divided into a gel electrolyte type battery using a polymer gel electrolyte (also simply referred to as gel electrolyte) and a solid polymer (all solid) type battery using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as polymer electrolyte). It is done. Among them, polymer batteries, especially solid polymer (all solid) batteries, do not cause liquid leakage, so there is no problem of liquid junctions, high reliability, and a simple configuration with excellent output characteristics. This is advantageous in that it can be done.

図1は、非双極型の積層型のリチウムイオン電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a non-bipolar stacked lithium ion battery.

図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素(電池要素)21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートシートを電池の外装として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素21を収納し密封した構成を有している。   As shown in FIG. 1, in the lithium ion battery 10 of this embodiment, a substantially rectangular power generation element (battery element) 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior. It has a structure. Specifically, the power generation element 21 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate sheet as the battery exterior and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.

発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。本実施形態において正極活物質はLiFePOを用いている。一方、負極はたとえば黒鉛などの炭素系物質が用いられている。 The power generation element 21 includes a positive electrode in which the positive electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, an electrolyte layer 17, and a negative electrode in which the negative electrode active material layer 15 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 12. It has a stacked configuration. In this embodiment, LiFePO 4 is used as the positive electrode active material. On the other hand, a carbon-based material such as graphite is used for the negative electrode.

電解質層17は、セパレータに電解質を含浸させたものや、ポリマー電解質などである。電解質層17の電解質中にフッ素(F)を含む電解質塩(リチウム塩)を含む(詳細後述)。   The electrolyte layer 17 is formed by impregnating a separator with an electrolyte, a polymer electrolyte, or the like. The electrolyte of the electrolyte layer 17 contains an electrolyte salt (lithium salt) containing fluorine (F) (details will be described later).

この発電要素21は、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、正極活物質層13、電解質層17および負極活物質層15がこの順に積層されて1つの単電池層19を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有する。   The power generation element 21 is configured such that one positive electrode active material layer 13 and a negative electrode active material layer 15 adjacent to the positive electrode active material layer 13 face each other with the electrolyte layer 17 therebetween, so that the positive electrode active material layer 13, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layer The material layers 15 are laminated in this order to form one single cell layer 19. Therefore, the lithium ion battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked so that they are electrically connected in parallel.

発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層12が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。なお、後述する図3とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面のみに負極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Although the positive electrode active material layer 12 is disposed on only one side of the outermost layer positive electrode current collector located on both outermost layers of the power generation element 21, active material layers may be provided on both sides. Note that the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed from that in FIG. 3 described later, so that the outermost layer negative electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element 21, and only one side of the outermost layer negative electrode current collector is provided. A negative electrode active material layer may be disposed on the substrate.

正極集電体11および負極集電体12は、正極タブ25および負極タブ27がそれぞれ取り付けられている(後述する図3参照)。正極集電体11および負極集電体12と正極タブ25および負極タブ27との取り付けは、たとえば超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられる。なお、正極タブ25および負極タブ27はそれぞれ必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に取り付けられていてもよい。   A positive electrode tab 25 and a negative electrode tab 27 are respectively attached to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 (see FIG. 3 described later). The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are attached to the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 by, for example, ultrasonic welding or resistance welding. The positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 may be attached to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode through a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown), respectively, as necessary. .

図2は、双極型の積層型リチウムイオン電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar stacked lithium ion battery.

図2に示す本実施形態の双極型電池10’は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素(電池要素;積層体)21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。このタイプの電池でも本実施形態では正極活物質としてLiFePOを用いている。 In the bipolar battery 10 ′ of this embodiment shown in FIG. 2, a substantially rectangular power generation element (battery element; laminate) 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior material. It has a stopped structure. Even in this type of battery, LiFePO 4 is used as the positive electrode active material in this embodiment.

図2に示すように、本実施形態の双極型電池10’の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、前記集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極を有する。各双極型電極は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。   As shown in FIG. 2, in the power generation element 21 of the bipolar battery 10 ′ of the present embodiment, a positive electrode active material layer 13 that is electrically coupled to one surface of the current collector 11 is formed. And a plurality of bipolar electrodes having a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface. Each bipolar electrode is stacked via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21.

この際、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型電池10’は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。   At this time, each bipolar type is formed such that the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. Electrodes and electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is disposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode. The positive electrode active material layer 13, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10 ′ has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked.

また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部31が配置されている。該シール部31を設けることで、隣接する集電体11間を絶縁し、隣接する電極間の接触による短絡を防止することもできる。このシール部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型電池10’が提供されうる。   Further, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, a seal portion 31 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. By providing the seal portion 31, it is possible to insulate between the adjacent current collectors 11 and prevent a short circuit due to contact between adjacent electrodes. By installing this seal portion 31, long-term reliability and safety are ensured, and a high-quality bipolar battery 10 'can be provided.

なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層13が形成されてもよい。   A positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the positive electrode outermost layer current collector 11 a located in the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. However, the positive electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side.

電解質層17は、セパレータに電解質を含浸させたものや、ポリマー電解質などである。電解質層17の電解質中にフッ素(F)を含む電解質塩(リチウム塩)を含む(詳細後述)。   The electrolyte layer 17 is formed by impregnating a separator with an electrolyte, a polymer electrolyte, or the like. The electrolyte of the electrolyte layer 17 contains an electrolyte salt (lithium salt) containing fluorine (F) (details will be described later).

さらに、図2に示す双極型二次電池10’では、正極側最外層集電体11aに隣接するように正極タブ25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bに隣接するように負極タブ27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートシート29から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 10 ′ shown in FIG. 2, the positive electrode tab 25 is disposed adjacent to the positive electrode side outermost layer current collector 11a, and this is extended and led out from the laminate sheet 29 which is a battery exterior material. ing. On the other hand, the negative electrode tab 27 is disposed so as to be adjacent to the negative electrode side outermost layer current collector 11b, and is similarly extended and led out from the laminate sheet 29 which is an exterior of the battery.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型電池10’では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型電池10’でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装材であるラミネートシート29に減圧封入し、正極タブ25および負極タブ27をラミネートシート29の外部に取り出した構造とするのがよい。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. In the bipolar battery 10 ′, the number of times the single battery layer 19 is stacked may be reduced if a sufficient output can be secured even if the battery is made as thin as possible. Even in the bipolar battery 10 ′, the power generation element 21 is sealed in a laminate sheet 29, which is a battery exterior material, and the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 are laminated in order to prevent external impact and environmental degradation during use. It is preferable that the structure be taken out of the sheet 29.

リチウムイオン電池10と双極型電池10’の各構成要件および製造方法に関しては、双方の電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様であり、既存の製造方法を用いればよいので説明は省略する。   The constituent elements and the manufacturing method of the lithium ion battery 10 and the bipolar battery 10 ′ are basically the same except that the electrical connection form (electrode structure) in both batteries is different. Since existing manufacturing methods may be used, description thereof is omitted.

図3は、上述した積層型の扁平な非双極型または双極型のリチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of the above-described stacked flat non-bipolar or bipolar lithium ion secondary battery.

図3に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン電池10(または10’)は、発電要素(電池要素)21が電池外装材であるラミネートシート29によって包まれている。ラミネートシート29の周囲は熱融着されている。発電要素21からは、正極タブ25および負極タブ27が外部に引き出した状態で密封されている。ここで、電池外装材52によって包まれている発電要素(電池要素)21は、先に説明した図1あるいは図2に示す非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池10(または10’)の発電要素(電池要素)21である。   As shown in FIG. 3, in a stacked flat lithium ion battery 10 (or 10 ′), a power generation element (battery element) 21 is wrapped by a laminate sheet 29 that is a battery exterior material. The periphery of the laminate sheet 29 is heat-sealed. From the power generation element 21, the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 are sealed in a state of being drawn out. Here, the power generation element (battery element) 21 enclosed by the battery outer packaging material 52 is the non-bipolar or bipolar lithium-ion secondary battery 10 (or 10 ′) shown in FIG. 1 or FIG. This is a power generation element (battery element) 21.

外装材であるラミネートシートは、たとえば、アルミニウムと樹脂材の積層構造からなるラミネートフィルムである。このようなラミネートシートによるラミネート封止形態により、軽量化が達成されうる。   The laminate sheet as the exterior material is, for example, a laminate film having a laminated structure of aluminum and a resin material. Weight reduction can be achieved by such a laminate sealing form using a laminate sheet.

また、正極タブ25と負極タブ27の取り出し方は、特に制限されるものではなく、図3に示した形態のほか、たとえば正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ25と負極タブ27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよい。   In addition, the method of taking out the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 is not particularly limited. For example, the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side in addition to the form shown in FIG. However, the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side.

なお、ラミネート封止に代えて、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに代えて、たとえば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成するようにしてもよい。   In addition, in place of laminate sealing, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

そして、本実施形態では、このラミネート封止された電池外装体に密着させて、温度センサー101を設けている。温度センサー101は後述する電池システムの一部として利用される。温度センサー101からはその信号を伝えるためのリード線111が出ていて、後述する制御装置105に接続されている。   In this embodiment, the temperature sensor 101 is provided in close contact with the laminate-sealed battery outer package. The temperature sensor 101 is used as part of a battery system described later. A lead wire 111 for transmitting the signal is output from the temperature sensor 101 and is connected to a control device 105 described later.

図4は、本実施形態における電池システムを説明するためのブロック図である。図において実線は電気配線を示し、破線は制御装置105からの制御信号線を示す。   FIG. 4 is a block diagram for explaining the battery system in the present embodiment. In the figure, solid lines indicate electrical wiring, and broken lines indicate control signal lines from the control device 105.

この電池システム100は、上述したリチウムイオン電池10(または10’)とこのリチウムイオン電池10(または10’)を充電する充電制御装置110(充電制御手段)と、リチウムイオン電池10(または10’)を冷やす冷却装置130からなる。   The battery system 100 includes the above-described lithium ion battery 10 (or 10 ′), a charge control device 110 (charge control means) that charges the lithium ion battery 10 (or 10 ′), and the lithium ion battery 10 (or 10 ′). ).

充電制御装置110は、温度センサー101、スイッチ102、電圧計103、電流計104、および制御装置105を有する。温度センサー101はリチウムイオン電池10(または10’)の温度を測定する。電圧計103は正極タブ25と負極タブ27の間に接続され、この間の電圧を測定する。すなわち、リチウムイオン電池10(または10’)の正極−負極間の受電電圧を測定する。電流計104は負極タブ27と直流電源120との間に設けられていて電池内に流れる電流を測定する。冷却装置130は、たとえば、空冷装置であり、リチウムイオン電池10(または10’)に風を送ることで、リチウムイオン電池10(または10’)を冷却する。   The charging control device 110 includes a temperature sensor 101, a switch 102, a voltmeter 103, an ammeter 104, and a control device 105. The temperature sensor 101 measures the temperature of the lithium ion battery 10 (or 10 '). The voltmeter 103 is connected between the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 and measures the voltage therebetween. That is, the received voltage between the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion battery 10 (or 10 ') is measured. The ammeter 104 is provided between the negative electrode tab 27 and the DC power source 120 and measures the current flowing in the battery. The cooling device 130 is an air cooling device, for example, and cools the lithium ion battery 10 (or 10 ') by sending air to the lithium ion battery 10 (or 10').

制御装置105は後述する手順に従って温度センサー10の温度に応じて、直流電源120からリチウムイオン電池10(または10’)に供給される電力の電圧を制御する。このとき制御装置105は、電圧計103および電流計104を監視して、供給されている電圧が制御電圧となっているかどうかと、規定の電流以上の電流が流れていないかを監視している。また、制御装置105は、リチウムイオン電池10(または10’)が所定温度(後述)以上となった場合に冷却装置130を動作させてリチウムイオン電池10(または10’)を冷却する。   The control device 105 controls the voltage of the electric power supplied from the DC power source 120 to the lithium ion battery 10 (or 10 ') according to the temperature of the temperature sensor 10 according to the procedure described later. At this time, the control device 105 monitors the voltmeter 103 and the ammeter 104 to monitor whether the supplied voltage is a control voltage and whether a current exceeding a specified current is flowing. . In addition, the control device 105 operates the cooling device 130 to cool the lithium ion battery 10 (or 10 ') when the lithium ion battery 10 (or 10') reaches a predetermined temperature (described later) or higher.

なお、冷却装置130は空冷装置に限らず、水冷装置など周知の冷却手段が適用可能である。また、リチウムイオン電池10(または10’)には、周知のヒートシンクなどを取り付けて冷却効率を上げるようにしてもよい。また、冷却装置130を設けない場合には、ヒートシンクをつけることでリチウムイオン電池10(または10’)の自然冷却を助けることができる。   The cooling device 130 is not limited to an air cooling device, and well-known cooling means such as a water cooling device can be applied. Further, a known heat sink or the like may be attached to the lithium ion battery 10 (or 10 ') to increase the cooling efficiency. When the cooling device 130 is not provided, natural cooling of the lithium ion battery 10 (or 10 ') can be aided by attaching a heat sink.

さらに冷却装置130は本電池システム専用のものではなく、リチウムイオン電池10(または10’)を利用している装置(例えば後述する車両など)などに取り付けられている冷却手段を用いてもよい。   Further, the cooling device 130 is not dedicated to the present battery system, and a cooling means attached to a device (for example, a vehicle described later) using the lithium ion battery 10 (or 10 ') may be used.

直流電源120は外部の電源である。スイッチ102は、充電のオン、オフの切り替えであり、制御装置105によって制御される。制御装置105は、たとえばマイクロプロセッサーやクロック、メモリなどを有する小型の電子計算機であり、後述する手順からなるプログラムを記憶していて、それを実行することで充電の制御を行う。   The DC power source 120 is an external power source. The switch 102 is for switching charging on and off, and is controlled by the control device 105. The control device 105 is a small electronic computer having, for example, a microprocessor, a clock, a memory, and the like. The control device 105 stores a program having a procedure described later, and controls charging by executing the program.

この充電制御装置110は、リチウムイオン電池10(または10’)と一体化させた電池システム100として提供してもよいし、リチウムイオン電池10(または10’)から着脱自在にして単独の充電器として提供してもよい。充電器とする場合は、充電制御装置110は通常の充電器で用いられているその他の機能を有するようにしてもよい。なお充電器とする場合には、リチウムイオン電池10(または10’)の温度を測定するための温度センサーをリチウムイオン電池10(または10’)に取り付けて充電を行うようにする。   The charge control device 110 may be provided as a battery system 100 integrated with the lithium ion battery 10 (or 10 ′), or may be detachable from the lithium ion battery 10 (or 10 ′) to be a single charger. May be provided as In the case of a charger, the charging control device 110 may have other functions used in a normal charger. In the case of a charger, a temperature sensor for measuring the temperature of the lithium ion battery 10 (or 10 ') is attached to the lithium ion battery 10 (or 10') for charging.

図5は、この電池システムの充電動作手順を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing the charging operation procedure of this battery system.

この充電動作手順の基本は定電流定電圧充電である。そして、定電圧充電領域における充電電圧を、所定の電池温度になったときには3.8Vより高く4.2V以下の電圧とするものである。   The basis of this charging operation procedure is constant current constant voltage charging. The charging voltage in the constant voltage charging region is set to a voltage higher than 3.8V and lower than 4.2V when a predetermined battery temperature is reached.

以下、図5を参照して説明する。なお、以下の説明ではリチウムイオン電池10(または10’)を単に電池と称する。   Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. In the following description, the lithium ion battery 10 (or 10 ') is simply referred to as a battery.

まず、制御装置105は、スイッチ102をオンにして定電流充電を開始する(S1)。このとき制御装置105は、充電開始と同時に充電が終了するまで温度センサー101、電圧計103、および電流計104を監視する。この時点での充電は定電流充電であり、電流計104の値から一定の電流が電池に流れるように直流電源120の出力を制御する。   First, the control device 105 turns on the switch 102 and starts constant current charging (S1). At this time, the control device 105 monitors the temperature sensor 101, the voltmeter 103, and the ammeter 104 until charging is completed simultaneously with the start of charging. Charging at this time is constant current charging, and the output of the DC power source 120 is controlled so that a constant current flows from the value of the ammeter 104 to the battery.

その後、制御装置105は、充電中の電流が定電流とすることができなくなったか否かを判断し(S2)、定電流充電ができなくなった時点で定電圧充電となるように電源120を制御する(S3)。なお、ここでの定電圧充電はたとえば3.8V以下の電圧でよい。   Thereafter, the control device 105 determines whether or not the current being charged cannot be a constant current (S2), and controls the power supply 120 so that the constant voltage charging is performed when the constant current charging cannot be performed. (S3). The constant voltage charging here may be, for example, a voltage of 3.8 V or less.

そして、制御装置105は、電池の温度が所定範囲か否かを判断する(S4)。ここで所定範囲の温度は45〜55℃である。ここで電池の温度が所定範囲以外の場合(S4:No)、後述のS10以降のステップの処理となる。 Then, the control device 105 determines whether or not the battery temperature is within a predetermined range (S4). Here, the temperature in the predetermined range is 45 to 55 ° C. Here, when the temperature of the battery is outside the predetermined range (S4: No), the processing of steps after S10 described later is performed.

制御装置105は、電池温度が所定範囲となった場合(S4:Yes)、充電電圧(すなわち正極タブ25と負極タブ27の間の電圧)が3.8Vより高く4.2V以下の間の一定電圧となるように制御する(S5)。なお、ここで一定電圧とは、3.8Vより高く4.2V以下の範囲内の電圧であれば多少変動してもよい。   When the battery temperature is in a predetermined range (S4: Yes), the control device 105 has a charging voltage (that is, a voltage between the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) that is constant between 3.8V and 4.2V or less. The voltage is controlled to be a voltage (S5). Here, the constant voltage may vary somewhat as long as it is a voltage within a range higher than 3.8V and lower than 4.2V.

一方、S4において電池の温度が所定範囲以外の場合(S4:No)は、制御装置105は電池温度が温度の所定範囲の上限である55℃を超えたか否かを判断する(S10)。ここで電池温度が温度の所定範囲の上限を超えた場合は、冷却装置を動作させて温度の所定範囲内となるようにする(S11)。なお、冷却装置130を取り付けていない場合には、充電動作を一時的に停止して電池温度が温度の所定範囲内になるまで待つようにしてもよい。これは充電を一時的に停止することで、充電時の発熱作用を抑えて電池が自然に冷えるのを待つのである。   On the other hand, when the battery temperature is outside the predetermined range in S4 (S4: No), the control device 105 determines whether or not the battery temperature exceeds 55 ° C., which is the upper limit of the predetermined temperature range (S10). Here, when the battery temperature exceeds the upper limit of the predetermined temperature range, the cooling device is operated so as to be within the predetermined temperature range (S11). When the cooling device 130 is not attached, the charging operation may be temporarily stopped to wait until the battery temperature is within a predetermined temperature range. This temporarily stops charging, suppresses heat generation during charging, and waits for the battery to cool naturally.

S11の後、およびS10において電池温度が温度の所定範囲の上限を超えていない場合(すなわち温度が所定範囲下限未満)は、S6の処理へ移る。   After S11 and when the battery temperature does not exceed the upper limit of the predetermined range of temperature in S10 (that is, the temperature is lower than the lower limit of the predetermined range), the process proceeds to S6.

S6において制御装置105は、電流値が充電終了電流値以下となったか否かを判断して(S6)、終了電流値以下であればスイッチ102をオフにして充電動作を終了する。一方、終了電流値にならなければ、処理はS4へ戻り、温度を判定することになる。そして、以降の処理が継続される。すなわち、温度が所定範囲下限未満の場合は最初の定電圧充電が継続され、温度が所定範囲内であれば3.8Vより高く4.2V以下の間の電圧で定電圧充電が継続される。そして、温度が所定範囲の上限を超えていればS10以降の処理となる。   In S6, the control device 105 determines whether or not the current value is equal to or smaller than the charging end current value (S6). If the current value is equal to or smaller than the end current value, the switch 102 is turned off and the charging operation is terminated. On the other hand, if the end current value is not reached, the process returns to S4 to determine the temperature. Then, the subsequent processing is continued. That is, when the temperature is less than the lower limit of the predetermined range, the first constant voltage charging is continued, and when the temperature is within the predetermined range, the constant voltage charging is continued at a voltage higher than 3.8V and lower than 4.2V. And if temperature exceeds the upper limit of a predetermined range, it will become processing after S10.

本実施形態1の作用を説明する。   The operation of the first embodiment will be described.

リチウムイオン電池10(または10’)は、電解質としてフッ素を含有するリチウム塩を有している。充電中この電解質中のリチウム塩が、電池内部の微量の水により加水分解反応を起こし、HFの生成をもたらす(下記(1)式参照)。   The lithium ion battery 10 (or 10 ') has a lithium salt containing fluorine as an electrolyte. During charging, the lithium salt in the electrolyte causes a hydrolysis reaction with a small amount of water inside the battery, resulting in the generation of HF (see the following formula (1)).

LiPF+HO→HF+LiOH+PF …(1)
このとき生じた電解液中のHFが正極に作用して、正極活物質のLiFePOからFeがFe2+、Fe3+となって溶出する。Feの溶出は、正極の容量低下だけでなく溶け出したFe2+またはFe3+イオンが卑な電位を有する炭素負極上で還元されてFe化合物として析出する。負極の炭素はエッジ面でLiの充放電反応に関与するため、そこにFeが析出するとLiの反応(すなわちLiが出入りする経路)が大きく阻害されて、更なる容量の低下を招く。この現象は、特に45℃以上で従来のように充電電圧が3.3〜3.8V程度のときに顕著に起こる。そして、いったん負極上に析出してしまったFeは元に戻ることはないので、このような現象が充電のたびに起こることで、電池の容量低下を招き、サイクル特性が劣化すると考えられる(後述する実施例、比較例参照)。
LiPF 6 + H 2 O → HF + LiOH + PF 5 (1)
The HF in the electrolytic solution generated at this time acts on the positive electrode, and Fe is eluted as Fe 2+ and Fe 3+ from the positive electrode active material LiFePO 4 . In the elution of Fe, not only the capacity of the positive electrode is reduced, but the dissolved Fe 2+ or Fe 3+ ions are reduced on the carbon negative electrode having a base potential and deposited as an Fe compound. Since the carbon of the negative electrode is involved in the charge / discharge reaction of Li on the edge surface, if Fe deposits there, the reaction of Li (that is, the path through which Li enters and exits) is greatly hindered, leading to a further decrease in capacity. This phenomenon occurs remarkably when the charging voltage is about 3.3 to 3.8 V as in the conventional case at 45 ° C. or higher. Since Fe once deposited on the negative electrode does not return to its original state, it is considered that such a phenomenon occurs every time the battery is charged, resulting in a decrease in battery capacity and deterioration in cycle characteristics (described later). Examples and Comparative Examples).

そこで、本実施形態では、充電中の電池温度が45℃以上となったときに充電電圧を上げることとした。この充電電圧を上げることで電池内に存在する微量の水分を酸化分解して除去することができる。このため上記(1)の反応を防止または抑制することができて、Feの加水分解を防止または抑制し、正極活物質中のFeの溶出を抑えることができる。したがって、上放電を繰り返しても、容量の低下が起こらなくなり、結果的にサイクル特性を向上させることができるのである(後述する実施例、比較例参照)。   Therefore, in this embodiment, the charging voltage is increased when the battery temperature during charging becomes 45 ° C. or higher. By increasing the charging voltage, a small amount of water present in the battery can be removed by oxidative decomposition. Therefore, the reaction (1) can be prevented or suppressed, the hydrolysis of Fe can be prevented or suppressed, and the elution of Fe in the positive electrode active material can be suppressed. Therefore, even if the upper discharge is repeated, the capacity does not decrease, and as a result, the cycle characteristics can be improved (see Examples and Comparative Examples described later).

なお、充電中の電池温度が45℃未満の場合は、後述する比較例から充電電圧はサイクル特性に影響しないことが確かめられた。このため、電池温度が45℃未満の場合にあえて充電電圧を上げる必要はない。一方、充電中の電池温度が55℃以上となる場合は、そもそも充電中の温度として好ましくない。これは55℃以上の温度で電池電圧を4.0Vより高くすると電解液そのもの酸化分解が進んでしまい、電池性能の低下が生じるおそれがあるためである。このため本実施形態では、電池温度が55℃以上の温度とならないようにしている。   In addition, when the battery temperature during charge was less than 45 degreeC, it was confirmed from the comparative example mentioned later that a charge voltage does not affect cycling characteristics. For this reason, it is not necessary to increase the charging voltage when the battery temperature is lower than 45 ° C. On the other hand, when the battery temperature during charging is 55 ° C. or higher, it is not preferable as the temperature during charging. This is because if the battery voltage is higher than 4.0 V at a temperature of 55 ° C. or higher, the electrolytic solution itself undergoes oxidative decomposition, and the battery performance may be degraded. For this reason, in this embodiment, the battery temperature is prevented from reaching 55 ° C. or higher.

次に、本実施形態を構成する各部材について説明する。   Next, each member constituting this embodiment will be described.

(正極および負極)
正極および負極はそれぞれ正極活物質、負極活物質を含む。
(Positive electrode and negative electrode)
The positive electrode and the negative electrode each include a positive electrode active material and a negative electrode active material.

正極活物質は、既に説明した化学式LiFePOで示されるオリビン型リン酸鉄リチウムを使用している。 As the positive electrode active material, the olivine type lithium iron phosphate represented by the chemical formula LiFePO 4 already described is used.

一方、負極活物質としては、好ましくは、たとえば、黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボンなどの炭素材料が挙げられる。また、負極活物質は、炭素系以外の活物質でも、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されない。炭素系以外の負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金などが挙げられる。 On the other hand, as a negative electrode active material, Preferably, carbon materials, such as graphite, soft carbon, and hard carbon, are mentioned, for example. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium even if it is an active material other than carbon. Examples of non-carbon-based negative electrode active materials include metals such as Si and Sn, or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiO, and SnO 2 , Li 4/3 Ti 5 / 3 O 4 or Li 7 MnN, such as a composite oxide of lithium and a transition metal, a Li—Pb alloy, a Li—Al alloy, or the like.

また、これら正極および負極には、添加剤として、たとえば、バインダ、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマーなどを含んでいてもよい。   Further, these positive electrode and negative electrode may contain, for example, a binder, a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like as additives.

このうち、導電助剤は、たとえばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。これらは活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され電池の出力特性の向上にも寄与する。   Among these, examples of the conductive assistant include carbon materials such as acetylene black, carbon black, graphite, and vapor grown carbon fiber. These effectively form an electronic network inside the active material layer and contribute to improving the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、Li(CFSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiPF(CF、LiHBC等が挙げられる。 As the electrolyte salt (lithium salt), Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 3 (CF 2) 3, LiH 2 BC 6 O 8 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

バインダは、活物質と導電助剤とを結着させる役割を果たす添加剤である。このバインダは、活物質と導電助剤とを結着できるものであれば特に制限されない。たとえば熱可塑性高分子、フッ素樹脂、フッ素ゴム、ポリアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの混合系などが用いられる。   The binder is an additive that plays a role in binding the active material and the conductive additive. The binder is not particularly limited as long as it can bind the active material and the conductive additive. For example, a thermoplastic polymer, a fluororesin, a fluororubber, a polyacrylic resin, a polyimide resin, a mixed system of styrene butadiene rubber and carboxymethylcellulose, or the like is used.

これらの正極活物質および負極活物質と、それらに含まれる添加剤の成分の配合比は、非水溶媒二次電池として公知の知見を適宜参照することにより、実施可能であるので詳細な説明は省略する。また、正極および負極の厚さ(各活物質層の厚さ)についても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。   Since the mixing ratio of these positive electrode active material and negative electrode active material and the components of the additives contained in them can be implemented by appropriately referring to known knowledge as a non-aqueous solvent secondary battery, a detailed explanation is provided. Omitted. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the thickness (thickness of each active material layer) of a positive electrode and a negative electrode, The conventionally well-known knowledge about a battery can be referred suitably.

(電解質層)
電解質層は、セパレータに電解質を含浸させている。セパレータは、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、アラミド繊維からなる微多孔膜が挙げられる。
(Electrolyte layer)
In the electrolyte layer, the separator is impregnated with the electrolyte. Examples of the separator include polyolefin such as polyethylene and polypropylene, and a microporous film made of aramid fiber.

電解質は、たとえば液体電解液でありうる。液体電解液は、可塑剤である有機溶媒に支持塩である電解質塩(リチウム塩)が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類があり、特に制限されない。また単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。   The electrolyte can be, for example, a liquid electrolyte. The liquid electrolyte has a form in which an electrolyte salt (lithium salt) as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), and are not particularly limited. They may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

電解質塩としては、たとえば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiSbF、LiAlCl、Li10Cl10、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF等のハロゲン系無機酸陰イオン塩が好ましい。 As the electrolyte salt, e.g., LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, halogenated inorganic such LiHF 2 Acid anion salts are preferred.

これらのハロゲン系の電解質塩は、アニオン分子として電気陰性度の高いフッ素元素を導入することで、リチウム電池の電解質の解離を促進する。   These halogen-based electrolyte salts promote dissociation of the electrolyte of the lithium battery by introducing a fluorine element having a high electronegativity as an anion molecule.

また、液体電解液を含浸させたセパレータに変えて、ポリマー電解質そのものをセパレータとして用いてもよい。ポリマー電解質としては、たとえば電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   Further, instead of the separator impregnated with the liquid electrolyte, the polymer electrolyte itself may be used as the separator. The polymer electrolyte is classified into, for example, a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、上記の電解質塩がよく溶解しうる。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such a polyalkylene oxide polymer, the above electrolyte salt can be dissolved well.

そしてこれら電解質中には、さらに、ビニレンカーボネート(VC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチレンカーボネオート(DEC)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)、エチレンサルファイト(ES)、クロロエチレンカーボネート(Cl−EC)などの従来公知の添加剤を含んでもよい。この添加剤は、上述したように負極上に皮膜を形成して劣化を抑制する。   In these electrolytes, vinylene carbonate (VC), ethylene carbonate (EC), diethylene carbonate auto (DEC), lithium bisoxalate borate (LiBOB), ethylene sulfite (ES), chloroethylene carbonate (Cl) -EC) or other conventionally known additives may be included. As described above, this additive forms a film on the negative electrode and suppresses deterioration.

(集電体)
集電体は、正極側、負極側共に導電性材料から構成される。そして正極側、負極側共に同じ材料からなってもよいし異なる材料からなってもよい。たとえば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、たとえば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
(Current collector)
The current collector is made of a conductive material on both the positive electrode side and the negative electrode side. The positive electrode side and the negative electrode side may be made of the same material or different materials. For example, a metal or a conductive polymer can be employed. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.

なお、集電体の大きさや厚さについては特に制限はなく、電池容量に見合った大きさであり、かつ集電体としての機能を果たしうる厚さであればよい。   The size and thickness of the current collector are not particularly limited as long as the current collector has a size suitable for the battery capacity and can function as a current collector.

(正極タブおよび負極タブ)
正極タブおよび負極タブは、電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に電気的に接続される。その材料は集電体と同じでもよいし、異なるものでもよい。さらには、各集電体を延長することにより正極タブおよび負極タブとしてもよい。
(Positive electrode tab and negative electrode tab)
The positive electrode tab and the negative electrode tab are electrically connected to each current collector for the purpose of taking out current outside the battery. The material may be the same as or different from the current collector. Furthermore, it is good also as a positive electrode tab and a negative electrode tab by extending each electrical power collector.

(電池外装材)
電池外装材としては、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースを用いることができる。このラミネートフィルムには、たとえば、ポリプロピレン、アルミニウム、ポリアミド系合成樹脂をこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルムを用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。また、図示しないが、ラミネート形態の電池外装材に代えて、金属缶ケースを用いることもできる。
(Battery exterior material)
As the battery exterior material, a bag-like case using a laminate film containing aluminum can be used. As this laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and a polyamide-based synthetic resin are laminated in this order can be used. However, the laminate film is not limited thereto. Although not shown, a metal can case may be used in place of the battery outer packaging material in the form of a laminate.

次に、上述した本実施形態におけるリチウムイオン電池10(または10’)の使用例を説明する。   Next, a usage example of the lithium ion battery 10 (or 10 ') in the above-described embodiment will be described.

(組電池)
図6は、本実施形態1の組電池を説明するための説明図であって、図6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。
(Battery)
6A and 6B are explanatory diagrams for explaining the assembled battery according to the first embodiment. FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. 6C is an assembled battery. It is a side view.

この組電池300は、上述したリチウムイオン電池10(または10’)が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を構成している。そして、この小型の組電池250をさらにさらに複数個、直列または並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度となる組電池300を構成している。このような組電池300は、車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力とすることができる。   The assembled battery 300 constitutes a small assembled battery 250 in which a plurality of the above-described lithium ion batteries 10 (or 10 ') are connected in series or in parallel and can be attached and detached. Further, a plurality of small assembled batteries 250 are further connected in series or in parallel to form an assembled battery 300 having high volume energy density and high volume output density. Such an assembled battery 300 can have a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source.

小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、接続治具310を用いて複数段積層されている。組電池250の使用個数は車両(電気自動車)が要求する電池容量や出力に応じて決めればよい。   The small assembled batteries 250 are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and are stacked in multiple stages using a connection jig 310. The number of battery packs 250 used may be determined according to the battery capacity and output required by the vehicle (electric vehicle).

このような組電池300の構成とした場合に、この組電池300を用いて電池システムを構成する際には、充電制御装置110は、組電池全体に対して1つあればよい。制御自体は、上述した図5に示した手順と同じである。そしてこの場合、温度センサー101は、組電池300内に少なくとも一つあればよい。図6の例では、組電池300全体の最も外側にある組電池250と、中ほどの組電池250の3箇所に設けている。なお、図において、温度センサー101からのリード線は図示省略した。充電制御においては、この3箇所の温度センサーのうち少なくとも一つの温度が所定範囲内となったときに充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下の範囲内の電圧とすればよい。ただし、いずれか一つの温度センサーが温度範囲の上限を超えた場合には、冷却装置を作動させるか、または充電を一時停止して温度を下げるようにする。   In the case of such a configuration of the assembled battery 300, when the battery system is configured using the assembled battery 300, there is only one charging control device 110 for the entire assembled battery. The control itself is the same as the procedure shown in FIG. In this case, at least one temperature sensor 101 is required in the assembled battery 300. In the example of FIG. 6, the battery pack 250 is provided at three locations, that is, the battery pack 250 on the outermost side of the battery pack 300 as a whole and the battery pack 250 in the middle. In the figure, the lead wire from the temperature sensor 101 is not shown. In charging control, the charging voltage may be set to a voltage higher than 3.8 V and lower than 4.2 V when at least one of the three temperature sensors falls within a predetermined range. However, when any one of the temperature sensors exceeds the upper limit of the temperature range, the cooling device is operated or the charging is temporarily stopped to lower the temperature.

なお、温度センサー101はこれに限らず個々のリチウムイオン電池10(または10’)に設けておいてもよい。   The temperature sensor 101 is not limited to this, and may be provided in each lithium ion battery 10 (or 10 ').

この本実施形態の組電池300は、組電池300を構成する個々のリチウムイオン電池10(または10’)のサイクル特性がよいので、組電池300として大容量となるだけでなく、その利用時間も長くすることができる。また、組電池300の構成として着脱可能な小型組電池250を複数設けた構造としたので、一部に不良などが発生した場合も、内部の小型組電池250のみ交換すればよい。   The assembled battery 300 of this embodiment has good cycle characteristics of the individual lithium ion batteries 10 (or 10 ′) constituting the assembled battery 300, so that the assembled battery 300 has not only a large capacity, but also its usage time. Can be long. In addition, since the assembled battery 300 has a structure in which a plurality of detachable small assembled batteries 250 are provided, even if a defect or the like partially occurs, only the small assembled battery 250 inside needs to be replaced.

(車両)
次に、このような組電池を用いた車両について説明する。
(vehicle)
Next, a vehicle using such an assembled battery will be described.

図7は、上述した組電池を電気自動車に搭載した例を示す図面である。   FIG. 7 is a diagram showing an example in which the above-described assembled battery is mounted on an electric vehicle.

この電気自動車400は、組電池300を車体中央部の座席下に搭載し、電気自動車400のモータ用電源として用いている。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広くとることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。   In this electric vehicle 400, the assembled battery 300 is mounted under the seat in the center of the vehicle body and used as a motor power source for the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle.

このように組電池300を用いた電気自動車400では、組電池300を充電するための制御装置として充電制御装置110を車両内のコントローラ(ECU)に組み込むようにしてもよい。   As described above, in the electric vehicle 400 using the assembled battery 300, the charging control device 110 may be incorporated into a controller (ECU) in the vehicle as a control device for charging the assembled battery 300.

このように組電池300を用いた電気自動車400は、組電池300を構成しているリチウムイオン電池10(または10’)は、サイクル特性がよいので、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。   Thus, in the electric vehicle 400 using the assembled battery 300, the lithium ion battery 10 (or 10 ') constituting the assembled battery 300 has a good cycle characteristic, and thus provides a sufficient output even when used for a long time. Yes.

このような車両としては、たとえば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車におけるサブの蓄電池などに利用できる。そのほか、二輪車(バイク)や三輪車、さらには、電車などの移動体の各種電源や二次電池として用いることも可能である。   Such a vehicle can be used for, for example, a complete electric vehicle that does not use gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle and a parallel hybrid vehicle, and a sub storage battery in a fuel cell vehicle. In addition, it can also be used as various power sources and secondary batteries for two-wheeled vehicles (motorcycles), tricycles, and moving bodies such as trains.

実施例および比較例とするリチウム電池の作製
(1)正極の作製
正極活物質として炭素含有量2質量%で平均粒形1.0μmのLiFePO(86質量%)を用いた。この正極活物質に、導電助剤としてアセチレンブラック(混合物中で6質量%)、バインダとしてPVdF(8質量%)を加えて混合した。できあがった正極混合物に対して、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量加えて十分に撹拌して粘度20000cpsのスラリーを調製した。
Production of Lithium Batteries as Examples and Comparative Examples (1) Production of Positive Electrode LiFePO 4 (86 mass%) having a carbon content of 2 mass% and an average particle size of 1.0 μm was used as a positive electrode active material. To this positive electrode active material, acetylene black (6% by mass in the mixture) as a conductive additive and PVdF (8% by mass) as a binder were added and mixed. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added as a solvent to the positive electrode mixture thus prepared, and stirred sufficiently to prepare a slurry having a viscosity of 20000 cps.

このようにして得られたスラリーを、正極集電体となるアルミニウム箔(厚さ20μm)上に、6.0mg/cmとなるように塗布して乾燥後プレスして、正極を形成した。正極の大きさは6.8cm×6.8cmである。 The slurry thus obtained was applied onto an aluminum foil (thickness 20 μm) serving as a positive electrode current collector so as to be 6.0 mg / cm 2 , dried and pressed to form a positive electrode. The size of the positive electrode is 6.8 cm × 6.8 cm.

(2)負極の作製
負極活物質として平均粒子径10μmのMCMB(90質量%)を用いた。この負極活物質にバインダとしてPVdF(10質量%)を加えて混合した。MCMB(メソカーボンマイクロビーズ)は人造黒鉛である。この混合物に対して、溶媒としてNMPを適量加えて十分に撹拌して粘度5000cpsのスラリーを調製した。このようにして得られたスラリーを、負極集電体としての銅箔(厚さ10μm)上に、1.3mg/cmとなるようにとなるように、塗布し乾燥後プレスし、負極とした。負極の大きさは7.0cm×7.0cmである。
(2) Production of negative electrode MCMB (90 mass%) having an average particle diameter of 10 μm was used as the negative electrode active material. PVdF (10% by mass) as a binder was added to the negative electrode active material and mixed. MCMB (mesocarbon microbeads) is artificial graphite. An appropriate amount of NMP was added as a solvent to this mixture and stirred sufficiently to prepare a slurry having a viscosity of 5000 cps. The slurry thus obtained was applied on a copper foil (thickness 10 μm) as a negative electrode current collector so as to be 1.3 mg / cm 2 , dried and pressed, did. The size of the negative electrode is 7.0 cm × 7.0 cm.

(3)セパレータ
セパレータは、厚さ25μmのポリエチレン(PE)製の微多孔質膜を用いた。セパレータの大きさは7.8cm×7.8cmである。
(3) Separator A 25 μm-thick polyethylene (PE) microporous membrane was used as the separator. The size of the separator is 7.8 cm × 7.8 cm.

(4)電解質
LiPFを1モル/Lの割合で含有するエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(混合体積比1:1)を用いた。
(4) Electrolyte A mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (mixing volume ratio 1: 1) containing LiPF 6 at a ratio of 1 mol / L was used.

(5)電池
上記のセパレータに電解質を十分に含浸させて、これを上記正極および負極で挟み込んで単層電池とした。
(5) Battery The separator was sufficiently impregnated with an electrolyte, and this was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to obtain a single-layer battery.

電池の容量確認試験は恒温槽に入れて25℃を保ち、35mAで4.0Vまでの定電流定電圧充電を3時間実施して、35mAで2.0Vまでの定電流放電したときの容量で算出した。   The capacity confirmation test of the battery was carried out in a constant temperature bath, kept at 25 ° C., carried out with constant current and constant voltage charge up to 4.0 V at 35 mA for 3 hours, and at the capacity when discharged at constant current up to 2.0 V at 35 mA. Calculated.

(実験)
上記で制作した単層電池を用いて実施例および比較例としてサイクル試験を行った。
(Experiment)
A cycle test was performed as an example and a comparative example using the single-layer battery produced above.

サイクル試験は充電を105mAでの定電流充電の後、電流値が105mA未満となった時点で、各実施例および各比較例の充電電圧による定電圧充電を3時間実施し、その後105mAで2.0Vまでの放電を実施した。この充放電サイクルを55℃と45℃でそれぞれ300サイクル実施した。容量保持率は初期の容量に対する300サイクル後の容量の割合を示す。なお、充電、放電ともに恒温槽に入れて温度条件を保つようにして行った。   In the cycle test, after constant current charging at 105 mA, when the current value became less than 105 mA, constant voltage charging with the charging voltage of each example and each comparative example was performed for 3 hours, and then 2. Discharge to 0V was performed. This charge / discharge cycle was performed at 55 ° C. and 45 ° C. for 300 cycles. The capacity retention rate indicates the ratio of the capacity after 300 cycles to the initial capacity. It should be noted that both charging and discharging were performed in a constant temperature bath to maintain the temperature condition.

容量保持率は、容量確認試験における容量を基準としたときの百分率で示した。すなわち、容量保持率=(300サイクル後の容量)/(容量確認試験における容量)である。   The capacity retention was shown as a percentage based on the capacity in the capacity confirmation test. That is, capacity retention ratio = (capacity after 300 cycles) / (capacity in capacity confirmation test).

サイクル試験の結果を表1および2に示す。表1は充電温度が55℃(充電温度条件55℃)、表2は充電温度が45℃(充電温度条件45℃)の場合である。   The results of the cycle test are shown in Tables 1 and 2. Table 1 shows the case where the charging temperature is 55 ° C. (charging temperature condition 55 ° C.), and Table 2 shows the case where the charging temperature is 45 ° C. (charging temperature condition 45 ° C.).

表1および表2の結果から、充電温度条件55℃および45℃のいずれの温度でも、充電電圧を3.8〜4.2Vにした実施例1〜6の方が比較例1および2よりもサイクル特性がよい。   From the results of Tables 1 and 2, the Examples 1 to 6 in which the charging voltage was 3.8 to 4.2 V were higher than those of Comparative Examples 1 and 2 at any of the charging temperature conditions 55 ° C and 45 ° C. Good cycle characteristics.

図8は、充電温度条件55℃における実施例と比較例のサイクル特性を示すグラフである。この図からもわかるとおり、充放電回数が多くなるにつれて比較例1では容量保持率が大きく低下するが、実施形態1〜3ではその低下が少ない。   FIG. 8 is a graph showing the cycle characteristics of the example and the comparative example under the charging temperature condition of 55 ° C. As can be seen from this figure, as the number of charge / discharge increases, the capacity retention rate in the first comparative example greatly decreases, but in Embodiments 1 to 3, the decrease is small.

これらの結果から、充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にすることで、サイクル特性が向上することが分かる。   From these results, it is understood that the cycle characteristics are improved by setting the charging voltage to be higher than 3.8V and 4.2V or lower.

表3は、充電温度25℃(充電温度条件25℃)で充電した場合のサイクル特性を示す。その他の条件は上記の各実施例および比較例と同じである。   Table 3 shows the cycle characteristics when charged at a charging temperature of 25 ° C. (charging temperature condition of 25 ° C.). Other conditions are the same as those in the above examples and comparative examples.

この表3に示した比較例3〜6からわかるように、充電温度が25℃の場合は、充電電圧を変えても、サイクル特性に影響しないことがわかる。   As can be seen from Comparative Examples 3 to 6 shown in Table 3, when the charging temperature is 25 ° C., the cycle characteristics are not affected even if the charging voltage is changed.

以上の実施例および比較例の結果から、電池内部の水分による影響は高温で発生することがわかる。しかも、充電温度55℃と45℃を比較すると、より高温であるほど、サイクル特例が悪くなる傾向がある。しかし本実施例のとおり45℃と55℃において、充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にすることで、サイクル特性をよくして長く使えるように出来ることがわかる。   From the results of the above Examples and Comparative Examples, it can be seen that the influence of moisture inside the battery occurs at a high temperature. Moreover, when the charging temperatures of 55 ° C. and 45 ° C. are compared, the higher the temperature, the worse the cycle exception. However, as shown in this example, at 45 ° C. and 55 ° C., it can be seen that by making the charging voltage higher than 3.8 V and lower than 4.2 V, the cycle characteristics can be improved and used for a long time.

以上説明した実施形態および実施例によれば以下のような効果を奏する。   According to the embodiments and examples described above, the following effects are obtained.

本実施形態の充電方法は、充電中の電池温度が45〜55℃となったときには、充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にして充電する。この3.8Vを超える電圧で充電することで電池内部の微量の水分を分解して水分による電解質中のフッ素(F)成分によるHFの発生を抑制する。これにより正極からのFeの溶出を防止または抑制して、充放電の繰り返しによる容量低下を少なくして電池のサイクル特性を向上させることができる。また、この方法により充電された電池、およびこの電池を組み合わせた組電池は、複数回の充電による容量低下が少ない。特に、負極活物質に炭素系の物質を用いた場合には、容出したFeの負極での析出をも防止または抑制することができるので、この点でも容量の低下を防止または抑制して、いっそうのサイクル特性の構造を見込むことができる。   In the charging method of this embodiment, when the battery temperature during charging reaches 45 to 55 ° C., the charging voltage is set to be higher than 3.8 V and lower than 4.2 V. Charging at a voltage exceeding 3.8 V decomposes a small amount of water inside the battery and suppresses generation of HF due to fluorine (F) components in the electrolyte due to water. Thereby, the elution of Fe from the positive electrode can be prevented or suppressed, the capacity reduction due to repeated charge and discharge can be reduced, and the cycle characteristics of the battery can be improved. Moreover, the battery charged by this method and the assembled battery in which this battery is combined are less likely to have a reduced capacity due to multiple charging. In particular, when a carbon-based material is used as the negative electrode active material, it is possible to prevent or suppress precipitation of the extracted Fe at the negative electrode. A structure with more cycle characteristics can be expected.

また、本実施形態の電池システムは、充電中の電流、電圧、そして電池温度をモニターしながら上記の充電方法を確実に行うことができる。また、充電制御装置は、リチウムイオン電池とは別に、単独の装置として提供することができる。したがって、リチウム、鉄、リン酸を含む正極活物質を用いた既存のリチウムイオン電池に対しても本実施形態による充電方法を実施して、サイクル特性を向上させることができる。   In addition, the battery system of this embodiment can reliably perform the above charging method while monitoring the current, voltage, and battery temperature during charging. Further, the charge control device can be provided as a single device separately from the lithium ion battery. Therefore, the charging method according to the present embodiment can be performed on an existing lithium ion battery using a positive electrode active material containing lithium, iron, and phosphoric acid to improve cycle characteristics.

さらに、本実施形態による組電池は、サイクル特性を向上させたリチウムイオン電池を複数個用いた組電池であるので、組全治全体として、充放電サイクルにおける容量の低下が少ないので、持続時間が長く、サイクル特性が向上する。   Furthermore, since the assembled battery according to the present embodiment is an assembled battery using a plurality of lithium ion batteries with improved cycle characteristics, the overall duration of the assembly is small because there is little decrease in capacity in the charge / discharge cycle. , Cycle characteristics are improved.

そして、これら本実施形態による電池システム、リチウムイオン電池、組電池を搭載した車両は、電源となる二次電池(リチウムイオン電池、組電池、または電池システム内の電池)のサイクル特性がよく、長期間(すなわち何度も充放電を繰り返しても)使用しても、容量の低下が少ないので、持続時間が長く、長距離走行に適したものとなる。   In addition, the battery system, the lithium ion battery, and the assembled battery mounted on the battery system according to the present embodiment have good cycle characteristics of the secondary battery (lithium ion battery, assembled battery, or battery in the battery system) as a power source, and are long. Even if it is used for a period (that is, repeated charging and discharging many times), since the capacity is hardly reduced, the duration is long and it is suitable for long-distance running.

以上、本発明の実施形態および実施例を説明したが、本発明は上述した実施形態や実施例に限定されるものではない。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples.

たとえば、3.8Vより高く4.2V以下とする充電電圧は、充電のたびに毎回行わなくてもよく、複数回の充電に1回でもよい。具体的には、たとえば10回に1回や50回に1回など定期的に、またはこれらの回数を超えない回数のうちに不定期的に実施すればよい。上述した実施形態では、充電するたびに電池温度が所定範囲となった場合は定電圧充電領域において充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にした。この充電電圧は、既に説明したとおり、電池内部の微量の水分を除去するためである。したがって、1度電圧を上げて内部の水分を除去すれば、しばらくは電池内部に水分が存在しない状態となる。しかし、時間がたつと一度分解された水分が再び発生してしまうので、複数回に1回充電電圧を上げるようにすれば、その段階でまた水分が分解されるようになる。したがって、複数回に1回充電電圧を上げるだけでもサイクル特性の向上を見込むことができる。   For example, the charging voltage that is higher than 3.8 V and lower than 4.2 V may not be performed every time charging is performed, and may be performed once every plural times of charging. Specifically, it may be performed periodically, for example, once every 10 times or once every 50 times, or irregularly within the number of times not exceeding these numbers. In the above-described embodiment, the charging voltage is set to be higher than 3.8 V and lower than 4.2 V in the constant voltage charging region when the battery temperature is in a predetermined range every time charging is performed. This charging voltage is for removing a very small amount of moisture inside the battery as already described. Therefore, if the voltage is raised once to remove the moisture in the interior, there will be no moisture in the battery for a while. However, since the water once decomposed is generated again over time, if the charging voltage is increased once every plural times, the water is decomposed again at that stage. Therefore, improvement in cycle characteristics can be expected only by increasing the charging voltage once in a plurality of times.

また、本実施形態のリチウムイオン電池10、組電池300、または電池システム100または200は、車両に搭載する以外にも、たとえば無停電電源装置などの載置用電源(固定型電源)として利用することも可能である。   The lithium ion battery 10, the assembled battery 300, or the battery system 100 or 200 of the present embodiment is used as a mounting power source (fixed power source) such as an uninterruptible power supply, in addition to being mounted on a vehicle. It is also possible.

そのほか、本発明は、本発明の技術思想の範囲内においてさまざまな実施形態が可能であることはいうまでもない。   In addition, it goes without saying that various embodiments of the present invention are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

10、10’ リチウムイオン電池、
11 正極集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 セパレータ、
19 単電池、
21 発電要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 電池外装材、
100 電池システム、
110 充電制御装置、
101 温度センサー、
102 スイッチ、
103 電圧計、
104 電流計、
105 制御装置、
120 直流電源、
130 冷却装置。
10, 10 'lithium ion battery,
11 positive electrode current collector,
12 negative electrode current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 separator,
19 cell,
21 power generation elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Battery exterior materials,
100 battery system,
110 charge control device,
101 temperature sensor,
102 switch,
103 Voltmeter,
104 ammeter,
105 control device,
120 DC power supply,
130 Cooling device.

Claims (6)

リチウム、鉄、リン酸を含む正極活物質を用いたリチウムイオン電池の充電方法であって、
前記リチウムイオン電池の充電中の温度が45℃未満のとき3.8V以下の充電電圧で充電し、
前記リチウムイオン電池の充電中の温度が45〜55℃のときに充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にすることを特徴とするリチウムイオン電池の充電方法。
A method for charging a lithium ion battery using a positive electrode active material containing lithium, iron, and phosphoric acid,
When the temperature during charging of the lithium ion battery is less than 45 ° C., the battery is charged at a charging voltage of 3.8 V or less,
A charging method for a lithium ion battery, wherein the charging voltage is set to be higher than 3.8 V and lower than 4.2 V when the temperature during charging of the lithium ion battery is 45 to 55 ° C.
複数回の充電のうちの少なくとも1回、前記3.8Vより高く4.2V以下の充電電圧で充電することを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池の充電方法。 Multiple least one of the charging method of charging a lithium-ion battery of claim 1 Symbol mounting, characterized in that the charging at the charging voltage of the following higher 4.2V than the 3.8 V. 前記リチウムイオン電池は、負極活物質に炭素を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン電池の充電方法。 The lithium-ion battery, the charging process of a lithium ion battery according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a carbon anode active material. リチウム、鉄、リン酸を含む正極活物質に用いたリチウムイオン電池の充電中の温度が45℃未満のとき3.8V以下の充電電圧で充電し、45〜55℃のときに充電電圧を3.8Vより高く4.2V以下にする充電制御手段、を有することを特徴とする充電制御装置。 When the temperature during charging of the lithium ion battery used for the positive electrode active material containing lithium, iron, and phosphoric acid is less than 45 ° C., the battery is charged with a charging voltage of 3.8 V or less, and when the temperature is 45 to 55 ° C., the charging voltage is 3 A charge control device comprising charge control means for making the voltage higher than .8V and lower than 4.2V. 前記充電制御手段は、複数回の充電のうちの少なくとも1回、前記3.8Vより高く4.2V以下の充電電圧で充電することを特徴とする請求項記載の充電制御装置。 The charge control device according to claim 4 , wherein the charge control unit charges at least one of a plurality of times of charge with a charge voltage higher than 3.8 V and lower than 4.2 V. 前記リチウムイオン電池は、負極活物質に炭素を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の充電制御装置。 The charge control device according to claim 4 , wherein the lithium ion battery includes carbon in a negative electrode active material.
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