JP5742990B2 - 充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン電池を充電する充電方法に関し、特に、鉄成分を含むリチウム化合物が正極活物質として正極材料に使用されたリチウムイオン電池に好適な充電方法に関する。

現在、一般的にリチウムイオン電池の正極活物質に、マンガン酸リチウムやコバルト酸リチウム等のリチウム化合物（より厳密には、リチウム化合物とはリチウム金属酸化物をいう。）が使用されている。

これに対して、特許文献１に記載されているように、近年、正極活物質として鉄成分を含むリチウム化合物の研究が進んでいる。これは、主に、鉄成分を含むリチウム化合物は、熱安定性が高く、従来のコバルト系等のリチウム化合物を正極活物質として使用した電池と比較して、動作の安定性を更に向上できる点に着目したものである。

ところで、特許文献２に記載されているように、従来、一般的なリチウムイオン電池の充電方法として、充電初期に定電流で充電し、電池電圧が設定電圧まで上昇すると、その電圧に維持して充電を継続する、いわゆる定電流定電圧充電法が採用されていた。

特開２００３−０３４５３４号公報 特開平５−１１１１８４号公報

しかしながら、本発明の発明者が検討したところ、従来の定電流定電圧充電法を正極活物質に鉄成分を含むリチウム化合物を使用したリチウムイオン電池に対して適用すると、不都合が生じ得るとの結論を得た。

その理由を、正極活物質にマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を使用した一般的なリチウムイオン電池と、鉄成分を含むリチウム化合物としてリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を正極活物質に使用したリチウムイオン電池とを対比して具体的に説明する。

リチウムイオン電池の負極には、双方とも通常のグラファイト系の材料が用いられている。尚、説明の便宜上、以下では、正極活物質にマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を使用したリチウムイオン電池を単に「マンガン系電池」と称し、正極活物質としてリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を使用したリチウムイオン電池を単に「鉄系電池」とも称する。

図４には、マンガン系電池、及び、鉄系電池の充電特性が示されている。図４では、横軸に充電状態（ＳＯＣ；以下、単に「ＳＯＣ」と表記する場合もある。尚、ＳＯＣはState of Chargeの略記である。）が示され、縦軸に単電池の電池電圧（開放電圧）が示されている。ここで、充電状態（ＳＯＣ）は、満充電時の二次電池の残存容量（いわゆる、電池容量）に対する各時点の二次電池の残存容量の比率をいう。また、マンガン系電池の充電特性が「ＬｉＭｎ_２Ｏ_４／Ｇｒ」と表記され、鉄系電池の充電特性が「ＬｉＦｅＰＯ_４／Ｇｒ」と表記されている。

図４に示すように、鉄系電池及びマンガン系電池ともに、充電初期に電圧が立ち上がった後、電圧上昇の緩やかな電圧平坦部（「プラトー（Plateau）」とも称される）が広い範囲で存在し、充電末期に再び電圧が大きく上昇していく、という基本的な充電特性のパターンが共通している。しかし、鉄系電池の方が、電圧上昇の緩やかな電圧平坦部での電圧値がかなり低く、また、電圧平坦部における電圧の上昇率（線の傾き）も低い、という特徴的な差異が見られる。

更に、双方とも、充電末期には電圧の上昇率が大となっているが、鉄系電池の方が上昇率の増大が極端であり、曲線が急激に立ち上がっている点で、マンガン系電池と異なっている。

図５には、上述した充電特性を有する電池に対して「定電流定電圧充電」を行ったときの充電特性が示されている。図５では、縦軸に電池電圧及び充電電流が示され、横軸に充電状態（ＳＯＣ）が示され、双方の電池を１ＣＡで充電したときの充電状態に対する電圧及び電流の変化が示されている。

また、図５中、マンガン系電池の特性が「ＬｉＭｎ_２Ｏ_４／Ｇｒ」と表記され、鉄系電池の特性が「ＬｉＦｅＰＯ_４／Ｇｒ」と表記されている。ちなみに、定電圧充電のマンガン系電池の電圧は約４．１Ｖであり、鉄系電池の電圧は約３．６Ｖである。

図５に表された特性を比較すると、マンガン系電池は、ＳＯＣが７０％程度のときに定電流充電から定電圧充電に移行して、充電電流が徐々に低下しているのに対して、鉄系電池では、充電末期まで定電流充電のままで充電が進行していることが判る。
これは、鉄系電池の充電特性が、充電の進行に対する電圧の上昇率が非常に小さい特性であることに起因している。

電圧の上昇率が小さいとはいえ、電圧は上昇しているので、定電流充電から定電圧充電に移行する電圧を適切に精度良く設定できれば、マンガン系電池と同様な定電圧充電への移行を実現できるようにも考えられる。

しかしながら、現実問題として高精度に定電圧充電への移行電圧の設定を行うことは容易ではなく、定電圧充電の電圧にわずかな余裕をもたせただけで、その定電圧に達する前に充電末期となってしまうのである。

このように鉄系電池では、充電末期に大電流が流れてしまう点が問題となるのである。その理由を図６に示す正極の電極電位のグラフ、及び、図７に示す負極の電極電位のグラフに基づいて説明する。

図６には、横軸にこれまでと同様に充電状態（ＳＯＣ）を示し、縦軸にＬｉ／Ｌｉ^＋の標準電極電位を基準とした正極の電位を示している。図６中では、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４を正極活物質としたときの電極電位の特性を「ＬｉＭｎ_２Ｏ_４」と表記し、ＬｉＦｅＰＯ_４を正極活物質としたときの電極電位の特性を「ＬｉＦｅＰＯ_４」と表記している。

図７も同様に、横軸に充電状態（ＳＯＣ）を示し、縦軸にＬｉ／Ｌｉ^＋の標準電極電位を基準とした負極の電位を示している。鉄系電池とマンガン系電池双方ともに、共通のグラファイト系の負極を用いた場合を例に説明しているので、図７に示す特性は両者に共通である。

上述のように、負極の構成は鉄系電池とマンガン系電池とで共通であるので、図４で示された両電池の相対的な充電特性の相違が、図６に正規化された充電特性として現れている。図６に示すように、ＬｉＦｅＰＯ_４を正極活物質とした電池では、電圧平坦部が非常にフラットな充電特性となっている。

図７に示すように、負極の電位は、充電初期に急速に下がった後、更に充電の進行に伴って徐々に下がり、「Ｌｉ析出電位」と表記されている０．０Ｖの電圧値に近づいていく。

「Ｌｉ析出電位」と表記されている通り、負極の電位が０．０Ｖから負側に低下すると、負極にリチウム（Ｌｉ）が析出してしまうことになる。負極にリチウム（Ｌｉ）が析出すると電池を劣化させてしまうのは良く知られている通りである。

図７のような特性の下で、充電末期まで大電流が流れると、充電が進み過ぎて負極の電位が「Ｌｉ析出電位」に向けて低下する傾向となり、正極活物質の塗布量と負極材料（グラファイト）の塗布量とのアンバランス等の製造ばらつきや、充電回路の動作精度等に起因して、負極電位が「Ｌｉ析出電位」を超えて低下してしまう場合がある。

このような事態の発生を回避するために、負極材料（グラファイト）の塗布重量を増大させて満充電時の負極電位をより高く設定すること、鉄系電池の電圧平坦部での非常に緩やかな電圧上昇にも対応できるように、高精度な充電回路を使用すること、更には、充電電流を下げることが考えられる。

しかしながら、負極材料の塗布重量を増大させると、正極側とのアンバランスが大きくなり、電池のエネルギー密度を低下させてしまうことになる。
また、図４に示すような鉄系電池の充電特性に対応して充電回路の切替精度を向上させるには、切替電圧の設定誤差を±１０ｍＶ以下に抑える必要があり、大電流で充電する必要のある充電回路でそのような精度を得ようとするのは現実的ではない。
更に、単に充電電流を下げるというのでは、充電受入性が高く急速充電に向いているというリチウムイオン電池のメリットをスポイルしてしまうという不都合がある。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、充電対象のリチウムイオン電池の劣化を防止し、低コストで迅速に充電できる充電方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するために、本発明による充電方法の第一の特徴構成は、リチウムイオン電池を充電する充電方法であって、鉄成分を含むリチウム化合物が正極活物質として正極材料に使用されたリチウムイオン電池に対して、準定電圧充電法を用いて充電する点にある。

本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質として使用したリチウムイオン電池に対しては、従来不適と判断されていた準定電圧充電法を用いることにより、電池の劣化を招くことなく良好に充電できるという新たな知見を得たのである。

準定電圧充電法は、電池の充電状態に応じて印加電圧に垂下特性を持たせた充電方式として知られており、鉛蓄電池の充電方式としてはよく利用されていた。しかし、準定電圧充電装置は、簡素な回路構成で実現でき、充電コストを抑制できるという利点を有するが、電源電圧の変動に伴って電池への印加電圧が変動するという欠点があった。そのため、この印加電圧の変動という欠点のために、これまで準定電圧充電法はリチウムイオン電池の充電方式としては適さず、リチウムイオン電池の充電方式として意識されることはなかった。

つまり、リチウムイオン電池は一般的に電池電圧が４．２Ｖを超えるような高い電圧になると電池が急速に劣化してしまうという性質を有するため、コバルト系やマンガン系等の現在一般的に使用されているリチウムイオン電池では、例えば約４．１Ｖの電池電圧に設定されていることが多い。そのため、電源電圧の変動に伴って電池への印加電圧が変動するという問題が内在する準定電圧充電法を用いると、設定した電池電圧と上記の劣化が始まる電圧との間のマージンが小さく、印加電圧の変動によって電池を劣化させてしまう可能性が高いのであった。

また、充電のために設定した電池電圧が充電特性における電圧平坦部での電圧と近いため、印加電圧の変動によって充電不足となってしまう可能性も高いのであった。

このような理由から、準定電圧充電がリチウムイオン電池の充電方式として考慮されることはなかったのである。

ところが、図４で説明したように、鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質として使用したリチウムイオン電池は、電圧平坦部での電池電圧が低く、しかもその電圧平坦部での電圧上昇率が小さいという特質を有している。
このため、図４に示した「ＬｉＦｅＰＯ_４」の充電特性において、例えば電池電圧を３．６Ｖに設定すると、上記の電池の劣化が進み出す電池電圧（例えば、４．２Ｖ）に対して十分にマージンがあり、しかも、電圧平坦部の電圧よりは十分高いので、充電不足に陥ってしまうこともない。

図２には、鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質として使用したリチウムイオン電池を準定電圧充電法を用いて充電した場合の充電電流と充電電圧との測定例が示されている。図２を参照すると、準定電圧充電装置に表れる垂下特性によって、充電末期に近づくに従って充電電流が減少し、定電流定電圧充電法を用いて充電した場合のようなリチウム（Ｌｉ）の析出という問題を回避できることが判る。ちなみに、図２に示される特性は、最大電流２．５ＣＡで急速充電したときの特性である。

同第二の特徴構成は、リチウムイオン電池を充電する充電方法であって、前記リチウムイオン電池は、鉄成分を含むリチウム化合物と、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物とを有する正極活物質を正極材料に使用し、且つ、複数個の単電池を直列接続して構成された組電池としての前記リチウムイオン電池に対して、準定電圧充電法を用いて充電する点にある。

充電対象が単電池（いわゆる、「セル」）を直列接続した組電池である場合、その組電池を構成する単電池間で充電の進行程度がばらつく場合が少なくない。例えば、単電池を４個直列接続して組電池を構成し、単電池当たりの電圧を３．６Ｖとして、組電池であるリチウムイオン電池に１４．４Ｖの電圧を印加したとき、１つの単電池の充電が進み過ぎて電池電圧が３．９Ｖまで上昇し、残りの単電池の電池電圧が３．５Ｖとなってしまうようなばらつきである。

このような単電池間の電圧のばらつきを抑制するために、単電池毎にその単電池の電流を抵抗に逃がすバランス回路を備えて、電池電圧が他の単電池に較べて上昇し過ぎた単電池の電池電圧をバランス回路によって降下させるということがよく行われている。

鉄成分を含むリチウム化合物が正極活物質として使用されているリチウムイオン電池では、上述のように、電圧平坦部での電圧上昇が非常に緩やかであり、単電池間で充電の進行程度に差異があっても電池電圧はそれほど変わらない。

このため、鉄成分を含むリチウム化合物が正極活物質として使用されているリチウムイオン電池では、充電末期付近で単電池間の電池電圧差が大きくなったときにバランス回路を動作させることになる。例えば、単電池あたりの充電電圧を３．６Ｖと設定しておき、単電池の電池電圧が３．７Ｖまで上昇したときにバランス回路を動作させて電池電圧を降下させるというような制御動作になる。

このように充電末期付近の電圧上昇が急激な領域で、バランス回路を動作させると、バランス動作が追いつかずに４．２Ｖを超えてしまう場合があり、電池の劣化の要因となり得る。

その点、リチウムイオン電池の正極材料に、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物（以下、単に「混入用のリチウム化合物」と称する場合がある）が正極活物質として混入されているリチウムイオン電池では、上述のような準定電圧充電法を用いて充電することが特に好適である。

正極活物質に、鉄成分を含むリチウム化合物と、前記特定のリチウム化合物（「混入用のリチウム化合物」）とを混在させると、充電特性においては両者の性質が併存することになる。

図３には、前記特定のリチウム化合物を少量添加して正極活物質を構成した場合の充電特性が示されている。符号Ａで示す広い領域で鉄成分を含むリチウム化合物の側の特性が現れ、符号Ｂで示す丸で囲んだ領域で前記特定のリチウム化合物の側の特性が現れ、電圧平坦部が階段状となって存在している。

単電池が図３に例示するような充電特性を有する場合、充電が進み過ぎた何れかの単電池の電池電圧が３．６Ｖを超えて上昇しても、前記特定のリチウム化合物の特性となる符号Ｂで示す領域の４．１Ｖの電圧平坦部分で、電圧の上昇が一旦鈍化する。電圧上昇が鈍化する時間が数時間程度であっても、この間に他の単電池の電池電圧が上昇し追いついてくるのである。

従って、前記特定の化合物に要求される特性を、図６で示すようなＬｉ／Ｌｉ^＋の標準電極電位を基準とした正極の電極電位で表現すると、電圧平坦部の電圧が３．５Ｖ以上で４．２Ｖ以下の範囲内に存在すること、となり、各要素のパラメータ、例えば、前記鉄成分を含むリチウム化合物に対する前記特定のリチウム化合物の割合等を適切に設定することで、上記のようなバランス回路を不要とすることも可能である。

同第三の特徴構成は、鉄成分を含むリチウム化合物と、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物とを有する正極活物質を正極材料に使用した複数個のリチウムイオン電池を直列接続し、バランス回路を備えて構成された組電池に対して、開閉器、トランス、ダイオードブリッジを有し、充電電流が増大すると印加電圧を低下させる垂下特性を持たせた充電回路を用いて充電する点にある。

鉄成分を含むリチウム化合物と、前記特定のリチウム化合物とを有する正極活物質を正極材料に使用した複数個のリチウムイオン電池を直列接続し、バランス回路を備えて構成された組電池に対して充電する場合、開閉器、トランス、ダイオードブリッジを有し、充電電流が増大すると印加電圧を低下させる垂下特性を持たせた充電回路によって充電すると、準定電圧充電で充電できるようになるので、各リチウムイオン電池の充電の進捗状態が不揃いであっても、最終的にほぼ均一に充電できるようになる。尚、バランス回路とは、充電時に組電池を構成する各リチウムイオン電池のセルバランスを補償するために、各リチウムイオン電池の端子電圧に基づいて充電経路を切り替える等の動作を実現する公知の回路である。

同第四の特徴構成は、鉄成分を含むリチウム化合物と、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物とを有する正極活物質を正極材料に使用した４個のリチウムイオン電池を直列接続して構成された組電池に対して、準定電圧充電法を用いて充電する点にある。

例えば、組電池を構成する上述の各リチウムイオン電池をＤＣ３．５Ｖ程度に充電する場合に、特定の一つのリチウムイオン電池が３．５Ｖ以上に達して、他のリチウムイオン電池が３．５Ｖよりも低い値で、且つ、充電回路の電源公差がプラス側に大きな場合に、特定の一つのリチウムイオン電池に許容電圧以上の電圧が印加される虞がある。安価な電源回路の出力電圧の公差は、数パーセントに達する場合があるのである。そのような場合であっても、組電池を構成する上述の各リチウムイオン電池の数を４個に制限しておけば、当該各リチウムイオン電池の電圧をモニタして精密に充電電圧を制限するような複雑なバランス回路を設けなくとも、特定の一つのリチウムイオン電池が破損するような電圧に到ることが無い。

同第五の特徴構成は、ＤＣ１２Ｖ用の充電器を用いて前記組電池を充電する点にあり、準定電圧充電法を用いて充電するために、車両用の鉛蓄電池に汎用されているＤＣ１２Ｖ用の充電器を好適に利用できる。

さらに、前記リチウムイオン電池の負極材料にグラファイトが用いられていることが好ましく、前記鉄成分を含むリチウム化合物が、ＬｉＦｅＰＯ_４であることが好ましい。

またさらに、前記特定のリチウム化合物は、ＬｉＣｏＯ_２，ニッケル系のＬｉＮｉＯ_２，マンガン系のＬｉＭｎ_２Ｏ_４，あるいは，Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎ系酸化物であることが好ましく、前記鉄成分を含むリチウム化合物に対する、前記特定のリチウム化合物の割合は、５質量パーセント以下であることが好ましい。

以上、説明した通り、準定電圧充電法を用いて鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とするリチウムイオン電池を充電することで、充電対象のリチウムイオン電池の劣化を防止し、低コストで迅速に充電できるようになる。
また、前記鉄成分を含むリチウム化合物に、前記特定のリチウム化合物が正極活物質として正極材料に混入され、複数個の単電池を直列接続して構成された組電池としての前記リチウムイオン電池に対して、準定電圧充電法を用いて充電すると、組電池として構成されている複数のリチウムイオン電池の単電池間の充電ばらつきを的確に抑制しながらも、安価な回路で安全に充電できるようになる。

本発明の実施の形態にかかる充電回路の概略構成図である。 本発明を適用した場合の充電経過を示す特性図である。 本発明の第２実施形態にかかる単電池の充電経過を示す特性図である。 正極活物質の違いによる充電特性の違いを示す特性図である。 定電流定電圧充電した場合の電圧及び電流の変化を示す特性図である。 充電状態に対する正極電位の変化を示す特性図である。 充電状態に対する負極電位の変化を示す特性図である。

以下、本発明によるリチウムイオン電池の充電方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１には、本発明を実施するために使用する充電回路ＣＣが例示されている。
充電回路ＣＣには、一般に商用電源が使用される交流電源ＡＣからの通電を入り切りする開閉器１と、交流電源ＡＣの電圧を所望の電圧に変圧するトランス２と、ダイオードブリッジ等で構成される整流回路３とを備えている。

図示を省略するが、更に、充電回路ＣＣには、整流回路３から充電対象のリチウムイオン電池１０への印加電圧をモニタして、印加電圧を所望の電圧に調整するために、開閉器１を開閉制御する制御装置が備えられている。また、トランス２には、２次側に電流が流れると、２次電圧が大きく低下して、大きな２次電流が流れないようにしたリーケージトランスが使用されている。

リーケージトランスによって、充電電流の増大に対して印加電圧を低下させる垂下特性を持たせることによって、準定電圧充電を行うための充電回路ＣＣに構成されている。

第１実施形態において充電対象となるリチウムイオン電池は、鉄成分を含むリチウム化合物（より厳密には、リチウム化合物とはリチウム金属酸化物をいう。）を正極活物質として使用したリチウムイオン電池であり、より具体的には、ＬｉＦｅＰＯ_４を正極活物質として使用しているリチウムイオン電池である。

このため、図１では、リチウムイオン電池１０を「鉄系リチウムイオン電池」と表記している。尚、ＬｉＦｅＰＯ_４のＦｅの一部をＣｏ，ＡｌあるいはＭｇ等の異種金属元素で置換したものを正極活物質としても良い。尚、負極は一般的なグラファイト系のもので良い。

この正極活物質を使用したリチウムイオン電池１０の正極板の製造過程を簡単に説明する。
先ず、上記の正極活物質、結着剤及び溶媒と、必要であれば導電補助材とを混合したペースト（スラリー）をアルミ箔からなる集電体に塗布した後、乾燥させて正極板とする。エネルギー密度を更に向上させる必要があれば、乾燥後の正極板をプレスすれば良い。

上記の結着剤は、溶媒系としてＰＶｄＦが、水系としてＳＢＲが一般的であるが、溶媒系及び水系の何れも使用可能である。また、導電補助材としては、アセチレンブラック，炭素ファイバーあるいはナノチューブ等を使用できる。

上記の正極板を組み込んで製作したリチウムイオン電池１０を単電池の状態で充電すると、図２に示すような充電経過を示す。ここで、充電回路ＣＣの出力電圧は３．６Ｖに設定している。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、充電対象のリチウムイオン電池１０の正極板の構成が第１実施形態異なることと、リチウムイオン電池１０が、単電池ではなく、単電池を複数個直列に接続した組電池として構成していることである。

充電回路ＣＣの構成は、リチウムイオン電池１０が組電池であることに伴って、出力電圧が異なるものの基本的な構成は上記第１実施形態と全く共通である。例えば、単電池当たりの出力電圧を３．６Ｖとして、その単電池を４個直列接続した組電池であれば、充電回路ＣＣの出力電圧の設定は１４．４Ｖとなる。この場合、鉛蓄電池の充電に用いられるような既存のＤＣ１２Ｖ用の充電器を用いて組電池を充電できるようになるので、充電回路のコストを極めて安価に抑えることができる。

第２実施形態のリチウムイオン電池１０の正極板は、第１実施形態で説明した正極活物質に加えて、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合（すなわち、第１実施形態の場合）よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物が正極活物質として混入されている。

前記特定のリチウム化合物（以下、「混入用のリチウム化合物」とも称する）として、具体的に、コバルト系のＬｉＣｏＯ_２，ニッケル系のＬｉＮｉＯ_２，マンガン系のＬｉＭｎ_２Ｏ_４，あるいは，Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎ系酸化物（いわゆる三元系）、更には、これらのリチウム化合物の金属元素の一部を異種金属で置換したものが使用できる。

これらのリチウム化合物を正極活物質として使用したものは、図６で示すようなＬｉ／Ｌｉ^＋の標準電極電位を基準とした正極の電極電位で表現すると、電圧平坦部の電圧が３．５Ｖ以上で４．２Ｖ以下の範囲内に存在する。

第１実施形態で説明した製造過程で、正極活物質、結着剤及び溶媒と、必要であれば導電補助材とを混合したペーストに、上記材料で構成される前記混入用のリチウム化合物を加えることによって、前記鉄成分を含むリチウム化合物と前記混入用のリチウム化合物との混合物を生成することができる。

尚、前記鉄成分を含むリチウム化合物に対する、前記特定のリチウム化合物の割合は、５質量％以下とすることが好ましい。あまり混合比を高くすると、それだけエネルギー密度を低下させてしまうからである。このペースト作製後の製造過程は上記第１実施形態と全く同様であり、負極の構成も上記第１実施形態と同様である。

上記のようにして作製したリチウムイオン電池１０は、単電池としては図３に示すような充電特性を有し、その単電池を直列接続した組電池に対して図１の充電回路ＣＣにて充電すると、単電池毎のバランス回路を備えなくても単電池間の充電ばらつきを抑制できることになる。

１０ リチウムイオン電池
ＣＣ 充電回路

Claims (10)

1. リン酸鉄リチウム、または、当該リン酸鉄リチウムの鉄成分の一部を異種金属元素で置換したリチウム化合物が正極活物質として正極材料に使用された鉄系リチウムイオン電池の単電池を直列に接続してなる組電池を充電回路に接続して充電する充電方法であって、前記組電池には前記各単電池のセルバランスを補償するバランス回路が設けられ、前記組電池を準定電圧充電法によって充電末期に近付くに従って充電電流を減少させて充電を行う鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電方法。
2. 前記充電回路は、交流電源をトランスによって電圧変換した上でダイオードブリッジにより整流する構成を備える請求項１記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電方法。
3. 前記トランスがリーケージトランスである請求項２に記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電方法。
4. 前記リチウムイオン電池は、鉄成分を含むリチウム化合物と、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物とを有する正極活物質を正極材料に使用している請求項1ないし請求項３のいずれか一項に記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電方法。
5. 前記特定のリチウム化合物は、ＬｉＣｏＯ_２，ニッケル系のＬｉＮｉＯ_２，マンガン系のＬｉＭｎ_２Ｏ_４，あるいは，Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎ系酸化物であり、前記鉄成分を含むリチウム化合物に対する、前記特定のリチウム化合物の割合は、５質量パーセント以下である請求項４に記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電方法。
6. リン酸鉄リチウム、または、当該リン酸鉄リチウムの鉄成分の一部を異種金属元素で置換したリチウム化合物が正極活物質として正極材料に使用された鉄系リチウムイオン電池の単電池を直列に接続してなる組電池を充電する充電回路を備えた充電装置であって、前記組電池には前記各単電池のセルバランスを補償するバランス回路が設けられ、前記組電池を準定電圧充電法によって充電末期に近付くに従って充電電流を減少させて充電を行う鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電装置。
7. 前記充電回路は、交流電源をトランスによって電圧変換した上でダイオードブリッジにより整流する構成を含む請求項６記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電装置。
8. 前記トランスがリーケージトランスである請求項７記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電装置。
9. 前記リチウムイオン電池は、鉄成分を含むリチウム化合物と、充電特性における電圧平坦部の電圧が前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる特定のリチウム化合物とを有する正極活物質を正極材料に使用している、請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電装置。
10. 前記特定のリチウム化合物は、ＬｉＣｏＯ_２，ニッケル系のＬｉＮｉＯ_２，マンガン系のＬｉＭｎ_２Ｏ_４，あるいは，Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎ系酸化物であり、前記鉄成分を含むリチウム化合物に対する、前記特定のリチウム化合物の割合は、５質量パーセント以下である請求項９に記載の鉄系リチウムイオン電池の組電池の充電装置。

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