JP6437407B2 - Battery pack and charge control method - Google Patents

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Description

本発明は、電池パックおよび非水電解質二次電池の充電制御方法に関する。   The present invention relates to a battery pack and a charge control method for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

二次電池は、充電と放電を繰り返して使用できるため、廃棄物の低減に役立つとともに、交流(AC)電源を取ることのできないポータブル機器や、AC電源が切断・停止した場合のバックアップ用の電源として、広く用いられている。近年、車載用途や太陽電池等のバックアップや電力平準化用途など、二次電池の利用範囲の拡大が検討されている。それに伴い、二次電池に対する容量、温度特性、安全性などの性能向上要求はますます大きくなっている。   Rechargeable batteries can be used repeatedly for charging and discharging, helping to reduce waste, as well as portable devices that cannot use alternating current (AC) power, and backup power when AC power is cut or stopped. Widely used. In recent years, expansion of the usage range of secondary batteries, such as in-vehicle applications, backup of solar cells, and power leveling applications, has been studied. Along with this, demands for improving the performance, such as capacity, temperature characteristics, safety, etc. of secondary batteries are increasing.

二次電池の中でも、非水電解質二次電池はリチウムイオンの正負極間の移動により充放電を行う二次電池である。こういった非水電解質二次電池は、電解質に有機溶媒を用いることから水溶液を用いるニッカド二次電池やニッケル水素二次電池よりも大きな電圧を得ることができる特徴がある。現在、実用化されている非水電解質二次電池は、正極活物質としてリチウム含有コバルト複合酸化物やリチウム含有ニッケル複合酸化物を用い、負極活物質としてカーボン系材料やチタン含有酸化物を用い、電解質としてLiPFやLiBF等のリチウム塩を環状カーボネートや鎖状カーボネートなどの有機溶媒に溶解して用いている。前記正極活物質は、リチウム金属電位に対して平均作動電位が3.4〜3.8V程度、充電時の最大到達電位が4.1〜4.3Vである。他方、前記負極活物質であるカーボン系材料の場合は、平均作動電位がリチウム金属電位に対して0.05〜0.5V程度ある。また、チタン含有複合酸化物で最も代表的なチタン酸リチウム(LiTi12)では1.55Vである。これらの正負極材を組み合わせることにより、電池電圧が2.2〜3.8V、最大充電電圧が2.7〜4.3Vとなる。 Among the secondary batteries, the non-aqueous electrolyte secondary battery is a secondary battery that performs charge and discharge by movement between positive and negative electrodes of lithium ions. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery is characterized in that a voltage higher than that of a nickel cadmium secondary battery or a nickel hydride secondary battery using an aqueous solution can be obtained because an organic solvent is used for the electrolyte. Currently, non-aqueous electrolyte secondary batteries in practical use use lithium-containing cobalt composite oxide or lithium-containing nickel composite oxide as the positive electrode active material, and use carbon-based material or titanium-containing oxide as the negative electrode active material. A lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 is used as an electrolyte dissolved in an organic solvent such as cyclic carbonate or chain carbonate. The positive electrode active material has an average operating potential of about 3.4 to 3.8 V with respect to the lithium metal potential, and a maximum ultimate potential during charging of 4.1 to 4.3 V. On the other hand, in the case of the carbon-based material that is the negative electrode active material, the average operating potential is about 0.05 to 0.5 V with respect to the lithium metal potential. Moreover, it is 1.55V in the most typical lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) among the titanium-containing composite oxides. By combining these positive and negative electrode materials, the battery voltage becomes 2.2 to 3.8 V, and the maximum charging voltage becomes 2.7 to 4.3 V.

チタン含有酸化物を負極に用いた二次電池は充放電サイクル寿命を高めることができ、そうした電池が実用化されている。しかし、従来の携帯機器用途では2〜3年の寿命が要求されていることに対し、車載用途や発電関連の定置用に二次電池では、10年以上の寿命が求められつつある。それに対応して、これらの二次電池でもさらなる寿命向上が必要となっている。   Secondary batteries using a titanium-containing oxide as the negative electrode can increase the charge / discharge cycle life, and such batteries have been put into practical use. However, in conventional portable device applications, a lifetime of 2 to 3 years is required, whereas secondary batteries are required to have a lifetime of 10 years or more for in-vehicle applications and power generation-related stationary applications. Correspondingly, it is necessary to further improve the life of these secondary batteries.

寿命性能の中で最も代表的なサイクル性能は、充放電を繰り返したときの電池容量の低下で表される。前記の携帯機器用途の二次電池が寿命に達するまでの2〜3年において繰り返される充放電の回数は数百回程度になり、車載・定置用の二次電池が使用続けられる10年以上では、数千回から1万回以上の繰り返し充放電回数に達する。   The most typical cycle performance in the life performance is represented by a decrease in battery capacity when charging and discharging are repeated. The number of repeated charging and discharging in the 2 to 3 years until the secondary battery for portable equipment reaches the end of its life is about several hundred times, and in 10 years or more when the secondary battery for in-vehicle / stationary use is continued. The number of repeated charging and discharging reaches several thousand to 10,000 times or more.

前記のチタン含有酸化物を負極に用いた電池におけるサイクル劣化の主因は明らかではない。チタン含有酸化物を負極に用いた電池の場合は、従来のカーボン系材料を負極に用いた電池とは作動電位が異なり、充電末期での負極電位の急激な変化が存在し、炭素系活物質を含んだ負極にみられるような負極表面での顕著な被膜形成が報告されていない。これらのことなどから、負極活物質としてのチタン含有酸化物は、その劣化機構も異なる可能性が推測される。   The main cause of cycle deterioration in a battery using the titanium-containing oxide as a negative electrode is not clear. In the case of a battery using a titanium-containing oxide as a negative electrode, the operating potential is different from a battery using a conventional carbon-based material as a negative electrode, and there is a sudden change in the negative electrode potential at the end of charging. No noticeable film formation on the surface of the negative electrode as seen in the negative electrode containing benzene has been reported. From these things, it is estimated that the titanium-containing oxide as the negative electrode active material may have a different deterioration mechanism.

また、チタン含有酸化物は、最も報告の多いスピネル型チタン酸リチウム(例えば、LiTi12;以下、LTO)のほかに、単斜晶型二酸化チタン(TiO)やニオブ−チタン複合酸化物(例えば、NbTiO;以下、NTO)などが存在する。これらのチタン含有酸化物は、上述したような炭素系の活物質材料とは異なった特徴を共有するものの、それぞれについて、結晶や元素構成の違いに由来する差異もまた存在すると考えられる。これまで、こうしたチタン含有酸化物のうちLTOを用いた電池で長寿命が報告され、数千回程度の繰り返し充放電が可能になりつつあるが、それでもなお、更なる向上が求められている。また、TiOやNTOでは、より大きな容量が得られるものの、LTOと比較するとサイクル寿命が劣る。そのため、TiOやNTOを用いた電池では、寿命性能の向上は、より重要な課題である。 In addition to the most frequently reported spinel type lithium titanate (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ; hereinafter referred to as LTO), titanium-containing oxides include monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ) and niobium-titanium composites. An oxide (for example, Nb 2 TiO 7 ; hereinafter referred to as NTO) exists. Although these titanium-containing oxides share characteristics different from those of the carbon-based active material as described above, it is considered that there are also differences due to differences in crystals and elemental configurations. Up to now, long life has been reported in batteries using LTO among such titanium-containing oxides, and it is becoming possible to repeatedly charge and discharge about several thousand times. Nevertheless, further improvement is required. Further, with TiO 2 and NTO, a larger capacity can be obtained, but the cycle life is inferior compared with LTO. Therefore, in a battery using TiO 2 or NTO, improvement of life performance is a more important issue.

特開2013−243823号公報JP2013-243823A

チタン含有酸化物を含んだ負極を含む非水電解質二次電池を含み、高いサイクル性能を実現できる電池パックを提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a battery pack that includes a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode including a titanium-containing oxide and can realize high cycle performance.

実施形態によれば、非水電解質二次電池と、測定部と、演算部と、充放電コントローラとを具備した電池パックが提供される。電池パックが具備する非水電解質二次電池は、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備する。測定部は、この非水電解質二次電池の充電もしくは放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定する。演算部は、測定部から出力される出力値に基づいて、充電もしくは放電に際する時間当たりの電圧変化を算出し、この電圧変化に基づいて充電に際する充電曲線もしくは放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置を算出する。充放電コントローラは、その電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を規定値より低下させる。   According to the embodiment, a battery pack including a nonaqueous electrolyte secondary battery, a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller is provided. The nonaqueous electrolyte secondary battery included in the battery pack includes a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a nonaqueous electrolyte, and a separator. The measurement unit measures the voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery at regular intervals when the nonaqueous electrolyte secondary battery is charged or discharged. The calculation unit calculates a voltage change per time during charging or discharging based on the output value output from the measuring unit, and based on this voltage change, a charging curve during charging or a discharging curve during discharging The potential position of one or more voltage flat portions in is calculated. The charge / discharge controller lowers the maximum charge voltage below the specified value by the same value as the potential drop amount whose potential position has dropped from the reference potential.

他の実施形態は、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備した非水電解質二次電池における充電制御方法が提供される。この充電制御方法では、最大充電電圧を規定値より低下させる。最大充電電圧は、非水電解質二次電池の充電に際する充電曲線もしくは放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置から低下した電圧低下量と同じ値だけ、低下させる。   Another embodiment provides a charge control method in a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a non-aqueous electrolyte, and a separator. In this charge control method, the maximum charge voltage is lowered from a specified value. The maximum charging voltage is reduced by the same value as the voltage reduction amount from one of the potential positions of one or more voltage flat portions in the charging curve for discharging the nonaqueous electrolyte secondary battery or the discharging curve for discharging. Let

実施形態に係る一例の電池パックの制御回路のブロック図。The block diagram of the control circuit of the battery pack of an example which concerns on embodiment. 実施形態に係る非水電解質二次電池の充電カーブを示すグラフ。The graph which shows the charge curve of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on embodiment. 実施形態に係る非水電解質二次電池の充電カーブから算出した電流と電圧との微分曲線を示すグラフ。The graph which shows the differential curve of the electric current calculated from the charge curve of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on embodiment, and a voltage. 実施形態に係る非水電解質二次電池を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment. 図4のA部の拡大断面図。The expanded sectional view of the A section of FIG.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
[電池パック]
実施形態の電池パックは、非水電解質二次電池と、測定部と、演算部と、充放電コントローラとを具備する。非水電解質二次電池は、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備する。測定部は、この非水電解質二次電池の充放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定し、その測定結果を出力値として演算部へと伝達する。演算部は、測定部より伝達された出力値に基づいて、充放電の際の時間当たりの電圧変化を算出し、この電圧変化に基づいて充放電曲線における電圧平坦部の電位位置を導出する。充放電コントローラは、基準として設定されている電位に対し、その電位位置が低下した量を算出し、その電位低下量と同じ分だけ規定値より低下させた値に最大充電電圧を再設定する。
(First embodiment)
[Battery pack]
The battery pack of the embodiment includes a non-aqueous electrolyte secondary battery, a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller. The nonaqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a nonaqueous electrolyte, and a separator. The measurement unit measures the voltage of the non-aqueous electrolyte secondary battery at regular time intervals when charging and discharging the non-aqueous electrolyte secondary battery, and transmits the measurement result as an output value to the calculation unit. The calculation unit calculates a voltage change per time during charging / discharging based on the output value transmitted from the measurement unit, and derives the potential position of the voltage flat part in the charging / discharging curve based on the voltage change. The charge / discharge controller calculates the amount by which the potential position has decreased with respect to the potential set as a reference, and resets the maximum charge voltage to a value that is decreased from the specified value by the same amount as the potential decrease amount.

すなわち、上記電池パックでは、そこに含む非水電解質二次電池に対し、測定部と演算部と充放電コントローラとの動作により、充電制御が実施される。ここで、測定部と演算部と充放電コントローラとは、充電制御を実施するための充電制御機構を構成しているといえる。電池パックにおいて実施される充電制御方法では、充電時に非水電解質二次電池が達し得る最大充電電圧を補正する。具体的には、最大充電電圧が、該非水電解質二次電池を充電もしくは放電した際に得られる充放電曲線における電圧平坦部の電圧が基準電圧と比較して低下した分だけ、規定値より低下するように補正される。こうすることで、非水電解質二次電池のその時々の状態に適した充電電圧を用いて充電を行うことができる。   That is, in the said battery pack, charge control is implemented with respect to the nonaqueous electrolyte secondary battery contained there by operation | movement of a measurement part, a calculating part, and a charge / discharge controller. Here, it can be said that the measurement unit, the calculation unit, and the charge / discharge controller constitute a charge control mechanism for performing charge control. In the charge control method implemented in the battery pack, the maximum charge voltage that can be achieved by the nonaqueous electrolyte secondary battery during charging is corrected. Specifically, the maximum charging voltage is lower than the specified value by the amount by which the voltage of the voltage flat portion in the charge / discharge curve obtained when charging or discharging the nonaqueous electrolyte secondary battery is lower than the reference voltage. To be corrected. By carrying out like this, it can charge using the charging voltage suitable for the occasional state of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

このような充電制御方法を用いることにより、非水電解質二次電池に含まれているチタン含有酸化物を含んだ負極(以下、チタン含有負極)と正極とのバランス変動を最小にとどめることができる。それによって、その非水電解質二次電池のサイクル性能を伸長させることが可能となる。   By using such a charge control method, the balance fluctuation between the negative electrode containing a titanium-containing oxide (hereinafter referred to as titanium-containing negative electrode) contained in the nonaqueous electrolyte secondary battery and the positive electrode can be minimized. . Thereby, the cycle performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be extended.

電極と非水電解質との界面では、電極材料によるリチウムイオンの吸蔵および放出以外にも、電極表面と非水電解質との副反応などが生じ得る。炭素系の活物質を含んだ負極(以下、カーボン系負極)では、その表面に顕著な被膜が形成され、このような副反応を抑制する。しかし、チタン含有負極では、前述したとおりの炭素系活物質を用いた場合のような顕著な表面被膜が形成されない傾向がある。このため、チタン含有負極を含む電池では、副反応により正負極の容量バランスが変動しやすい。このような非水電解質二次電池において、正負極間の電圧を指標として充放電の制御を行うと、正極や負極に適用される個別の電位について、当初の設計範囲からのずれが生じることが想定される。   At the interface between the electrode and the non-aqueous electrolyte, side reactions between the electrode surface and the non-aqueous electrolyte may occur in addition to the insertion and release of lithium ions by the electrode material. In a negative electrode containing a carbon-based active material (hereinafter referred to as a carbon-based negative electrode), a remarkable film is formed on the surface, and such side reactions are suppressed. However, in the titanium-containing negative electrode, there is a tendency that a remarkable surface coating is not formed as in the case where the carbon-based active material as described above is used. For this reason, in a battery including a titanium-containing negative electrode, the capacity balance between the positive and negative electrodes tends to fluctuate due to side reactions. In such a non-aqueous electrolyte secondary battery, when charge / discharge control is performed using the voltage between the positive and negative electrodes as an index, the individual potential applied to the positive and negative electrodes may deviate from the original design range. is assumed.

こういった挙動は、表面被膜が非常に少ない、もしくは生成しないと考えられているLTOを負極活物質として含んだ電池で顕著に表れると推測される。また、TiOやNTOでは、LTOよりも活物質表面の反応性が高いため、特に初期の充放電において顕著になると推測される。 Such behavior is presumed to be remarkably exhibited in a battery containing LTO as a negative electrode active material, which is considered to have very little surface coating or is not generated. Further, TiO 2 and NTO have a higher reactivity on the surface of the active material than LTO, so that it is presumed that the TiO 2 and NTO are particularly prominent in the initial charge / discharge.

また、カーボン系負極では充電末期において、負極での反応がカーボン系材料へのリチウム吸蔵からリチウム金属生成へと移行し、負極の電位はなだらかにリチウム金属電位に収束していく。一方、チタン含有負極では、充電末期に電位の急激な低下が存在する。そのため、正負極のバランスが崩れた場合には、負極電位の想定以上の低下や、逆に正極電位の上昇が起こり、これらによる正負極結晶構造の崩壊や別の副反応による劣化が生じる可能性がある。   In the carbon-based negative electrode, the reaction at the negative electrode shifts from lithium occlusion to the carbon-based material to generation of lithium metal at the end of charging, and the potential of the negative electrode gradually converges to the lithium metal potential. On the other hand, in the titanium-containing negative electrode, there is a rapid decrease in potential at the end of charging. Therefore, when the balance between the positive and negative electrodes is lost, the negative electrode potential may decrease more than expected, and conversely, the positive electrode potential may increase, which may cause collapse of the positive and negative electrode crystal structure and deterioration due to another side reaction. There is.

こうしたチタン含有負極を用いた電池に特有の挙動を検討した結果、上記のような正負極バランスが崩れた場合に、電池の充放電における電池電圧の推移を示す充電曲線(充電カーブ)や放電曲線(放電カーブ)における電圧平坦部が移動することが分かった。また、電圧平坦部の移動量に応じて充電時の最大電圧を制御することは、実効的に正負極の個別の電位を制御することに相当することが判明した。これに鑑みてチタン含有負極を含んだ電池の充電制御を行うことにより、前述の正負極結晶構造の崩壊や別の副反応による劣化を抑制し、サイクル寿命を向上させることが可能となる。   As a result of investigating behaviors peculiar to batteries using such a titanium-containing negative electrode, when the positive / negative electrode balance is lost as described above, a charge curve (charge curve) or discharge curve showing the transition of the battery voltage during charge / discharge of the battery It turned out that the voltage flat part in (discharge curve) moves. It has also been found that controlling the maximum voltage during charging in accordance with the amount of movement of the voltage flat portion effectively corresponds to controlling the individual potentials of the positive and negative electrodes. In view of this, by performing charge control of the battery including the titanium-containing negative electrode, it is possible to suppress the above-described collapse of the positive and negative electrode crystal structure and deterioration due to another side reaction, and to improve the cycle life.

図1に、電池パックの一例の制御回路のブロック図を示す。なお、実施形態の非水電解質二次電池の態様は、図1に限られない。例えば、図1に示す各部位の接続順は、必要に応じて変更できる。   FIG. 1 shows a block diagram of a control circuit of an example of a battery pack. In addition, the aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery of embodiment is not restricted to FIG. For example, the connection order of each part shown in FIG. 1 can be changed as needed.

図1に示す様に、複数の非水電解質二次電池1が直列配置で電気的に接続されている。非水電解質二次電池1の詳細については、後述する。図1では、3つの非水電解質二次電池1が直列に接続されているが、非水電解質二次電池1の数は1以上であればその数は限定されない。また、複数の非水電解質二次電池は、並列に接続されていてもよい。或いは、複数の非水電解質二次電池は、直列の配置と並列の配置とを組み合わせて接続されていてもよい。   As shown in FIG. 1, a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 1 are electrically connected in series. Details of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 will be described later. In FIG. 1, three non-aqueous electrolyte secondary batteries 1 are connected in series, but the number of non-aqueous electrolyte secondary batteries 1 is not limited as long as the number is one or more. Further, the plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries may be connected in parallel. Alternatively, the plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries may be connected in combination of a series arrangement and a parallel arrangement.

測定部2は、図1に示すとおり非水電解質二次電池1の負極側と正極側とのそれぞれに配線8により電気的に接続されている。また、図示するように非水電解質二次電池1が複数ある場合は、各々の非水電解質二次電池の負極側と正極側とのそれぞれに測定部2が接続されている。また、図1では、一つの測定部2が複数の非水電解質二次電池1に対応するよう接続されているが、複数の非水電解質二次電池にそれぞれ対応した複数の測定部2を用いてもよい。測定部2は、充放電中の非水電解質二次電池1の各々の電池電圧や電流を測定できるように接続されている限り、その形態は限定されない。例えば、測定部2としては、電圧と電流を測定するための回路と、アナログ値(測定値)をデジタル値へと変換する回路とを具備する測定回路を挙げることができる。   As shown in FIG. 1, the measurement unit 2 is electrically connected to the negative electrode side and the positive electrode side of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 by wiring 8. As shown in the figure, when there are a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 1, the measuring units 2 are connected to the negative electrode side and the positive electrode side of each nonaqueous electrolyte secondary battery. In FIG. 1, one measuring unit 2 is connected so as to correspond to a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 1, but a plurality of measuring units 2 respectively corresponding to the plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries are used. May be. As long as the measurement part 2 is connected so that the battery voltage and electric current of each nonaqueous electrolyte secondary battery 1 in charge / discharge can be measured, the form is not limited. For example, the measurement unit 2 may include a measurement circuit including a circuit for measuring voltage and current and a circuit for converting an analog value (measured value) into a digital value.

演算部3は、測定部2より出力される出力値をシグナルS1として受信する。詳細については後述するが、測定部2がシグナルS1として出力する出力値には、測定部2が非水電解質二次電池について測定した電池電圧や電流の測定結果が含まれる。演算部3では、この出力値に基づいた、非水電解質二次電池についての電圧平坦部の電位位置の導出を含む演算処理が実行される。この演算処理の詳細については、後述するが、演算部3としては、例えば演算回路を挙げることができる。また、測定部2が複数ある場合は、一つの演算部3が複数の測定部2からのシグナルS1を受信してもよく、または複数の演算部3が複数の測定部2にそれぞれ対応してシグナルS1を受信してもよい。   The calculation unit 3 receives the output value output from the measurement unit 2 as a signal S1. Although details will be described later, the output value output by the measurement unit 2 as the signal S1 includes the measurement results of the battery voltage and current measured by the measurement unit 2 for the nonaqueous electrolyte secondary battery. In the calculation part 3, the calculation process including the derivation | leading-out of the electric potential position of the voltage flat part about a nonaqueous electrolyte secondary battery based on this output value is performed. Although details of this calculation process will be described later, the calculation unit 3 may be a calculation circuit, for example. In addition, when there are a plurality of measurement units 2, one calculation unit 3 may receive signals S <b> 1 from the plurality of measurement units 2, or the plurality of calculation units 3 correspond to the plurality of measurement units 2, respectively. The signal S1 may be received.

充放電コントローラ4は、演算部3における演算処理によって得られた演算結果をシグナルS2として受信する。詳細については後述するが、充放電コントローラ4は、シグナルS2として受信した演算結果に基づいて、非水電解質二次電池の充電制御を実施する。   The charge / discharge controller 4 receives the calculation result obtained by the calculation process in the calculation unit 3 as the signal S2. Although details will be described later, the charge / discharge controller 4 performs charge control of the nonaqueous electrolyte secondary battery based on the calculation result received as the signal S2.

電池パックは、上記非水電解質二次電池1と、測定部2と、演算部3と、充放電コントローラ4とを具備し得る。また、電池パックは、AC/DC変換回路5を具備することができる。非水電解質二次電地を充電する際、多くの場合は直流(DC)を用いて充電する。外部電源として利用できるものは、多くの場合は交流(AC)であるため、充電の際にはこの交流を直流に変換する。電池パックの具備することのできるAC/DC変換回路5は、外部電源からの交流を直流に変換する。なお、電池パックがAC/DC変換回路5を有さない場合には、充電のために電池パックを交流の電源に接続する際、外部のAC/DC変換回路を介して接続させると良い。   The battery pack may include the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the measurement unit 2, the calculation unit 3, and the charge / discharge controller 4. Further, the battery pack can include an AC / DC conversion circuit 5. When charging a non-aqueous electrolyte secondary ground, charging is often performed using direct current (DC). Since what can be used as an external power source is often alternating current (AC), this alternating current is converted into direct current during charging. The AC / DC conversion circuit 5 that can be provided in the battery pack converts alternating current from an external power source into direct current. When the battery pack does not have the AC / DC conversion circuit 5, it is preferable to connect the battery pack via an external AC / DC conversion circuit when connecting the battery pack to an AC power source for charging.

電池パックを充電する際には、図1に示すように、充放電コントローラ4を介して、AC/DC変換回路5およびAC電源6と電気的に接続することが望ましい。充放電コントローラ4を介して外部電源と接続することにより、充電制御を容易に実施することができる。   When charging the battery pack, it is desirable to electrically connect the AC / DC conversion circuit 5 and the AC power source 6 via the charge / discharge controller 4 as shown in FIG. By connecting to an external power source via the charge / discharge controller 4, charge control can be easily performed.

電池パック自身を電源として使用する場合には、電池パックと外部負荷7とが電気的に接続される。外部負荷7は、電池パックの用途に応じて異なる。外部負荷7と電気的に接続されている非水電解質二次電池1は、放電され得る。   When the battery pack itself is used as a power source, the battery pack and the external load 7 are electrically connected. The external load 7 varies depending on the use of the battery pack. The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 that is electrically connected to the external load 7 can be discharged.

また、図1のブロック図では、AC電源6との接続および外部負荷7との接続を白丸で示しているが、AC電源6または外部負荷7とは、この接続点(白丸)で配線9、10を物理的に接続したり、切り離したりすることができ得る。または、電池パックを使用するにあたって、接続点(白丸)は電気的に接続したり、遮断したりすることができればよく、必ずしも物理的に配線9、10を切り離さなくともよい。   In the block diagram of FIG. 1, the connection to the AC power source 6 and the connection to the external load 7 are indicated by white circles. However, the AC power source 6 or the external load 7 is connected to the wiring 9 at this connection point (white circle). 10 can be physically connected or disconnected. Alternatively, when using the battery pack, the connection points (white circles) may be electrically connected or disconnected, and the wirings 9 and 10 are not necessarily physically separated.

電池パックにおいて、測定部2と演算部3と充放電コントローラ4とによって、非水電解質二次電池1に対し実施される充放電制御方法について説明する。   In the battery pack, a charge / discharge control method performed on the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 by the measurement unit 2, the calculation unit 3, and the charge / discharge controller 4 will be described.

充電制御方法では、先ず、非水電解質二次電池1の充放電曲線(充電カーブまたは放電カーブ)における電圧平坦部が検出される。具体的には、充放電コントローラ4により非水電解質二次電池1の充放電が実施される。この充放電の際、測定部2が一定時間ごとに非水電解質二次電池1の電圧を測定および記録し、その測定結果を含む出力値を演算部3へと出力する。演算部3は、この出力値に基づいて、充放電に際する充放電曲線を算出し、その充放電曲線における電圧平坦部を検出するとともに、該電圧平坦部の電位位置を算出する。   In the charge control method, first, a voltage flat portion in the charge / discharge curve (charge curve or discharge curve) of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is detected. Specifically, charging / discharging of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is performed by the charging / discharging controller 4. At the time of charging / discharging, the measurement unit 2 measures and records the voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 at regular intervals, and outputs an output value including the measurement result to the calculation unit 3. The calculation unit 3 calculates a charge / discharge curve for charging / discharging based on the output value, detects a voltage flat portion in the charge / discharge curve, and calculates a potential position of the voltage flat portion.

続いて、得られた電圧平坦部の電位位置に基づいて、非水電解質二次電池1の充電に際する最大充電電圧を補正する。具体的には、演算部3は、算出した電圧平坦部の電位位置を含む演算結果を充放電コントローラ4へと出力する。充放電コントローラ4は、この電位位置について、電圧平坦部の基準電位からの電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を低下させる。   Subsequently, the maximum charging voltage for charging the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is corrected based on the obtained potential position of the voltage flat portion. Specifically, the calculation unit 3 outputs a calculation result including the calculated potential position of the voltage flat portion to the charge / discharge controller 4. The charge / discharge controller 4 reduces the maximum charge voltage by the same value as the potential decrease amount from the reference potential of the voltage flat portion at this potential position.

非水電解質二次電池1に対して実施される充放電制御方法の詳細は以下のとおりである。   Details of the charge / discharge control method performed on the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 are as follows.

非水電解質二次電池1の充放電は、充放電コントローラ4により制御される。ここで、充電については、電池に設定された最大充電電圧の規定値を充電電圧の上限として充放電を実施する。この充放電には、例えば100%の充電と100%の放電、すなわち満充電状態と完全放電状態の状態との間での充放電を繰り返すサイクル寿命試験を用いてもよい。ここで、満充電状態とは、例えばその電池に設定された定格容量まで充電された状態やSOC100%の状態であり得る。また完全放電状態とは、例えばSOC0%の状態であり得る。また、充放電は100%の充放電でなくても良い。   Charging / discharging of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is controlled by the charge / discharge controller 4. Here, with respect to charging, charging / discharging is performed with the specified value of the maximum charging voltage set for the battery as the upper limit of the charging voltage. For this charging / discharging, for example, a cycle life test in which charging / discharging is repeated between 100% charging and 100% discharging, that is, between a fully charged state and a fully discharged state may be used. Here, the fully charged state can be, for example, a state where the battery is charged to the rated capacity set to the battery or a state where the SOC is 100%. Further, the complete discharge state may be, for example, a SOC 0% state. The charge / discharge may not be 100% charge / discharge.

また、非水電解質二次電池1の充電は、定電流充電に引き続いての定電圧充電により実施することが望ましい。より具体的には、規定の電圧に到達するまでは定電流により充電し、その電圧に到達した後は定電圧充電を実施する。または、前述の定電圧過程を省略し、定電流充電のみとすることも可能である。定電圧充電は、定電圧充電時間や総充電時間が所定値に到達するまで、もしくは定電圧充電中の電流値が所定値まで収束するまで実施する。また、定電圧充電の際の電圧は、電池について設定されている最大充電電圧を上限とする。   Further, it is desirable to charge the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 by constant voltage charging subsequent to constant current charging. More specifically, the battery is charged with a constant current until reaching a specified voltage, and after reaching the voltage, constant voltage charging is performed. Alternatively, the constant voltage process described above can be omitted and only constant current charging can be performed. The constant voltage charging is performed until the constant voltage charging time or the total charging time reaches a predetermined value, or until the current value during constant voltage charging converges to the predetermined value. Moreover, the voltage at the time of constant voltage charging makes the maximum charging voltage set about a battery an upper limit.

非水電解質二次電池1に設定された最大充電電圧の規定値は、演算部3内または充放電コントローラ4内に記録され得る。また、最大充電電圧の規定値は、製造直後もしくは出荷状態や入手直後の初期状態の電池について設定された最大充電電圧であり得る。或いは、最大充電電圧の規定値は、後述するように、充電制御の実施後の補正された最大充電電圧であり得る。   The specified value of the maximum charging voltage set in the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 can be recorded in the calculation unit 3 or the charge / discharge controller 4. Further, the specified value of the maximum charging voltage may be the maximum charging voltage set for the battery in the initial state immediately after manufacture or immediately after shipment or acquisition. Alternatively, the specified value of the maximum charging voltage may be a corrected maximum charging voltage after performing the charging control, as will be described later.

この充放電において、測定部2は、一定時間ごとに非水電解質二次電池1の電圧を測定および記録する。ここで、電圧を測定する時間の間隔は、当該充電もしくは当該放電に要する時間の1/100以下であることが望ましい。さらに精度を高めるためには、時間間隔を1/1000程度まで短くすることが好ましい。なお、通常の充電条件では、好ましい時間間隔は1秒〜5秒程度に相当する。また、測定部2は、一定時間ごとに充放電の際の電流値をさらに測定してもよい。非水電解質二次電池1の電圧と電流値とは、同時刻に測定されることが望ましい。   In this charging / discharging, the measurement part 2 measures and records the voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 for every fixed time. Here, the time interval for measuring the voltage is desirably 1/100 or less of the time required for the charge or the discharge. In order to further improve accuracy, it is preferable to shorten the time interval to about 1/1000. Note that a preferable time interval corresponds to about 1 to 5 seconds under normal charging conditions. Moreover, the measurement part 2 may further measure the electric current value in the case of charging / discharging for every fixed time. The voltage and current value of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 are desirably measured at the same time.

充放電における測定の終了後、測定部2は、その測定結果を含む出力値をシグナルS1として演算部3へと出力する。この出力値には、測定した電圧および測定の時間間隔などの情報が含まれ得る。また、出力値には、充放電における電流値が含まれ得る。   After the measurement in charging / discharging is completed, the measurement unit 2 outputs an output value including the measurement result to the calculation unit 3 as a signal S1. This output value may include information such as the measured voltage and the measurement time interval. The output value may include a current value in charge / discharge.

演算部3は、測定部2からシグナルS1として出力された出力値に基づいて、非水電解質二次電池21の充電もしくは放電する際の時間当たりの電圧変化を算出する。例えば、演算部3は、非水電解質二次電池1の充電の際に一定時間ごとに測定部2が測定した電池電圧に基づいて充電カーブを算出する。または、演算部3は、非水電解質二次電池1の放電の際に一定時間ごとに測定部2が測定した電池電圧に基づいて放電カーブを算出する。そして、演算部3は、算出した時間当たりの電圧変化から、充放電における電圧平坦部の電位位置を算出する。   The calculation unit 3 calculates a voltage change per time when the nonaqueous electrolyte secondary battery 21 is charged or discharged based on the output value output from the measurement unit 2 as the signal S1. For example, the calculation unit 3 calculates a charge curve based on the battery voltage measured by the measurement unit 2 at regular intervals when the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is charged. Alternatively, the calculation unit 3 calculates a discharge curve based on the battery voltage measured by the measurement unit 2 at regular intervals when the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is discharged. And the calculating part 3 calculates the electric potential position of the voltage flat part in charging / discharging from the calculated voltage change per time.

充放電における電圧平坦部とは、充放電曲線において、電位が急激に変化してなく、時間に対する電位の変化がなだらかな部分であり得る。また、電圧平坦部において、充放電曲線が上に凸(concave down)である形状から下に凸(concave up)の形状に変化する(もしくは下に凸から上に凸へ変化する)変曲点(inflection point)の位置する電位が、電圧平坦部の電位位置であり得る。   The voltage flat portion in charging / discharging may be a portion where the potential does not change abruptly in the charging / discharging curve and the potential changes with time. In addition, in the voltage flat part, the inflection point where the charge / discharge curve changes from a shape that is convex down (concave up) to a shape that is convex downward (or changes from convex downward to convex upward) The potential at the (inflection point) may be the potential position of the voltage flat portion.

一例として、正極にリチウム含有リン酸鉄(LiFePO)、負極に単斜晶型二酸化チタン(TiO)を用いた非水電解質二次電池の充電カーブを図2に示す。図2では、該電池を組み立てた後の初回充放電を1サイクル目とした場合の、第3サイクル目における充電カーブを実線で示し、第100サイクル目における充電カーブを破線で示す。また、図2において、それぞれの充電カーブにおける電圧平坦部を矢印で示す。 As an example, FIG. 2 shows a charge curve of a non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium-containing iron phosphate (LiFePO 4 ) for the positive electrode and monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ) for the negative electrode. In FIG. 2, when the first charge / discharge after assembling the battery is the first cycle, the charge curve in the third cycle is shown by a solid line, and the charge curve in the 100th cycle is shown by a broken line. Moreover, in FIG. 2, the voltage flat part in each charge curve is shown by the arrow.

測定部2からの出力値が充放電における時間ごとの電流値を含む場合は、演算部3は、電流量Qと電圧Vとの微分(dQ/dV)曲線を算出することができる。詳細については後述するが、非水電解質二次電池1の充放電曲線における電圧平坦部は、該充放電に対応するdQ/dV曲線から導出することも可能である。   When the output value from the measurement unit 2 includes a current value for each charge / discharge time, the calculation unit 3 can calculate a differential (dQ / dV) curve between the current amount Q and the voltage V. Although mentioned later for details, the voltage flat part in the charging / discharging curve of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 can also be derived | led-out from the dQ / dV curve corresponding to this charging / discharging.

演算部3において、dQ/dV曲線は、例えば以下のように算出される。まず、測定部2よりシグナルS2として出力された出力値に基づいて、dQ/dV値を算出する。第1の時間Aにおける電池電圧の値および電流値を、それぞれ電圧E(A)および電流I(A)とし、第2の時間Bにおけるこれらの値をそれぞれ電圧E(B)および電流値I(B)としたとき、電圧(E(B)+E(A))/2におけるdQ/dV値を次のように求めることができる。電圧(E(B)+E(A))/2におけるdQ/dV値は、時間間隔(B-A)における電流値差分として、下記式により計算することができる。なお、第1の時間と第2の時間とで測定された電圧が同じ場合は(E(A)=E(B))、下記式の分母がゼロとなるため、計算のためには、電圧が変化するまで第1の時間と第2の時間との間隔を広げることで対応する必要がある。なお、十分な精度を得るためには、時間間隔、つまりは第1の時間Aと第2の時間Bとの間隔は、当該充電もしくは当該放電に要する時間の1/100以下であることが望ましい。さらに精度を高めるため、時間間隔を1/1000程度まで短くすることが好ましい。通常の充電条件では、好ましい時間間隔は1秒〜5秒程度に相当する。   In the calculation unit 3, the dQ / dV curve is calculated as follows, for example. First, the dQ / dV value is calculated based on the output value output as the signal S2 from the measurement unit 2. The battery voltage value and current value at the first time A are defined as voltage E (A) and current I (A), respectively, and these values at the second time B are defined as voltage E (B) and current value I (respectively). When B), the dQ / dV value at the voltage (E (B) + E (A)) / 2 can be obtained as follows. The dQ / dV value at the voltage (E (B) + E (A)) / 2 can be calculated as the current value difference at the time interval (B−A) by the following equation. If the measured voltage is the same at the first time and the second time (E (A) = E (B)), the denominator of the following equation is zero. It is necessary to cope with this by widening the interval between the first time and the second time until changes. In order to obtain sufficient accuracy, the time interval, that is, the interval between the first time A and the second time B is preferably 1/100 or less of the time required for the charging or discharging. . In order to further improve accuracy, it is preferable to shorten the time interval to about 1/1000. Under normal charging conditions, a preferable time interval corresponds to about 1 to 5 seconds.

以上のような計算によりdQ/dV値を計算すると、電圧平坦部では分母にあたる電圧差分(E(B)-E(A))が小さくなる。そのため、電圧に対してdQ/dVをプロットして得られるdQ/dV曲線においては、電圧平坦部に対応する部分のdQ/dV値が大きくなり、電圧平坦部の電位位置に相当する電圧でピークを形成する。   When the dQ / dV value is calculated by the above calculation, the voltage difference (E (B) -E (A)) corresponding to the denominator becomes small in the voltage flat portion. For this reason, in the dQ / dV curve obtained by plotting dQ / dV against voltage, the dQ / dV value of the portion corresponding to the voltage flat portion becomes large and peaks at the voltage corresponding to the potential position of the voltage flat portion. Form.

図2に充電カーブを示す非水電解質二次電池について、前述の方法で求めたdQ/dVを電圧に対してプロットして得られるグラフ(dQ/dV曲線のグラフ)を図3に示す。図2と同様に、図3では第3サイクル目の充電におけるdQ/dV曲線を実線で示し、第100サイクル目の充電におけるdQ/dV曲線を破線で示す。図3からは、非水電解質二次電池の充電カーブにおける電圧平坦部が複数あることがわかる。また、複数のピークのうち、ピーク強度が最大であるものを矢印で示す。   FIG. 3 shows a graph (dQ / dV curve graph) obtained by plotting the dQ / dV obtained by the above-described method against the voltage for the nonaqueous electrolyte secondary battery having the charging curve shown in FIG. Similar to FIG. 2, in FIG. 3, the dQ / dV curve in the third cycle charging is indicated by a solid line, and the dQ / dV curve in the 100th cycle charging is indicated by a broken line. FIG. 3 shows that there are a plurality of voltage flat portions in the charging curve of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Of the plurality of peaks, the peak having the maximum peak intensity is indicated by an arrow.

以上のようにして、測定部2からの出力値に基づいて演算部3により算出された電圧平坦部の電位位置を、電圧平坦部の参照電位とする。   As described above, the potential position of the voltage flat portion calculated by the calculation unit 3 based on the output value from the measurement unit 2 is set as the reference potential of the voltage flat portion.

また、演算部3には、電圧平坦部の基準電位が記録され得る。この電圧平坦部の基準電位は、製造直後もしくは出荷状態や入手直後の初期状態にある非水電解質二次電池1について求めた電圧平坦部の電位位置であり得る。この場合、初期状態にある非水電解質二次電池を用いて、上述した電圧平坦部の参照電位を算出すると同様の方法で電圧平坦部の電位位置を導出することで、電圧平坦部の基準電位を求めることができる。具体的には、初期状態にある非水電解質二次電池を充放電に供し、その充放電に際する充放電曲線における電圧平坦部を検出し、その電位位置を電圧平坦部の基準値とすることができる。ここで、初期状態にある非水電解質二次電池は、初期状態の電池パックに含まれている非水電解質二次電池1であってもよく、または、該非水電解質二次電池1と同型の初期状態にある電池であってもよい。或いは、演算部3に記録されている電圧平坦部の基準電位は、非水電解質二次電池1に対し充電制御を前に実施した際に算出された電圧平坦部の参照電位であり得る。   In addition, the calculation unit 3 can record the reference potential of the voltage flat portion. The reference potential of the voltage flat portion may be the potential position of the voltage flat portion obtained for the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 immediately after manufacture or in an initial state immediately after shipment or acquisition. In this case, using the non-aqueous electrolyte secondary battery in the initial state, the reference potential of the voltage flat portion is derived in the same manner as the above-described reference potential of the voltage flat portion is calculated. Can be requested. Specifically, the nonaqueous electrolyte secondary battery in the initial state is subjected to charge / discharge, a voltage flat portion in a charge / discharge curve during the charge / discharge is detected, and the potential position is used as a reference value of the voltage flat portion. be able to. Here, the nonaqueous electrolyte secondary battery in the initial state may be the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 included in the battery pack in the initial state, or the same type as the nonaqueous electrolyte secondary battery 1. The battery may be in an initial state. Alternatively, the reference potential of the voltage flat portion recorded in the calculation unit 3 may be the reference potential of the voltage flat portion calculated when the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is subjected to charge control before.

演算部3は、この電圧平坦部の基準電位との参照電位とを比較して、電圧平坦部の電位低下量を算出する。ここで、電位低下量の値は、電圧平坦部の基準電位と参照電位との差に該当する。つまり、演算部3は、非水電解質二次電地1を充放電した際に検出された電圧平坦部の電位位置が、基準電位から低下した分を電位低下量として算出する。   The calculation unit 3 compares the reference potential with the reference potential of the voltage flat part, and calculates the potential decrease amount of the voltage flat part. Here, the value of the potential drop amount corresponds to the difference between the reference potential of the voltage flat portion and the reference potential. That is, the calculation unit 3 calculates, as the amount of potential decrease, the amount by which the potential position of the voltage flat portion detected when charging / discharging the nonaqueous electrolyte secondary ground 1 has decreased from the reference potential.

演算部3において、電圧平坦部の電位位置をdQ/dVから導出する場合は、dQ/dV曲線におけるピークトップの位置が電圧平坦部の電位位置に対応する。ここで、電圧平坦部の基準電位に対応するピークトップ位置を有するピークを基準ピークとする。また、電圧平坦部の参照電位に対応するピークトップ位置を有するピークを参照ピークとする。基準ピークのピークトップの位置と比較して、参照ピークのピークトップの位置がシフトした量(電位)は、基準電位からの電圧平坦部の電位低下量に相当する。   When the calculation unit 3 derives the potential position of the voltage flat portion from dQ / dV, the peak top position in the dQ / dV curve corresponds to the potential position of the voltage flat portion. Here, a peak having a peak top position corresponding to the reference potential of the voltage flat portion is defined as a reference peak. Further, a peak having a peak top position corresponding to the reference potential of the voltage flat portion is set as a reference peak. The amount (potential) by which the position of the peak top of the reference peak is shifted compared to the position of the peak top of the reference peak corresponds to the amount of potential decrease in the voltage flat portion from the reference potential.

演算部3は、上述したように算出した電圧低下量を含む演算結果を、シグナルS2として充放電コントローラ4へと出力する。この際、演算部3は、算出した電圧平坦部の参照電位の値へと、演算部3内に記録されている電圧平坦部の基準電位を再設定し得る。また、非水電解質二次電池1について設定されている最大充電電圧の規定値が演算部3に記録されている場合は、この最大充電電圧の値がシグナルS2に含まれ得る。演算部3に記録されている最大充電電圧の規定値は、シグナルS2が出力されると同時に、電圧平坦部の基準電位と同じ値だけ低下させた補正後の規定値に再設定され得る。   The calculation unit 3 outputs a calculation result including the voltage drop amount calculated as described above to the charge / discharge controller 4 as a signal S2. At this time, the calculation unit 3 can reset the reference potential of the voltage flat portion recorded in the calculation unit 3 to the calculated reference potential value of the voltage flat portion. In addition, when the specified value of the maximum charging voltage set for the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is recorded in the calculation unit 3, the value of the maximum charging voltage can be included in the signal S2. The specified value of the maximum charging voltage recorded in the calculation unit 3 can be reset to a corrected specified value that is decreased by the same value as the reference potential of the voltage flat portion at the same time as the signal S2 is output.

電圧平坦部は、電池の充放電において、正極もしくは負極におけるリチウムイオンの吸蔵および放出量が多くなる特定の電位で現れる。そのため、チタン含有負極や正極の種類によって、電圧平坦部の位置と数は変動する。   The voltage flat portion appears at a specific potential at which the amount of occlusion and release of lithium ions at the positive electrode or the negative electrode increases during charge / discharge of the battery. Therefore, the position and number of voltage flat portions vary depending on the type of titanium-containing negative electrode or positive electrode.

また、非水電解質二次電池1における正極や負極に複数種の活物質を混合することも可能であり、その場合はさらに多くの電圧平坦部が現れる可能性がある。このように、電圧平坦部が数多く存在するケースでは、基準電位からの変化量(電位低下量)が最大となる電圧平坦部に着目して制御することが好ましい。こうすることにより最も忠実に正負極のバランスを反映した制御が可能になる。   Moreover, it is also possible to mix several types of active materials with the positive electrode and negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery 1, and in that case, more voltage flat parts may appear. Thus, in the case where there are many voltage flat portions, it is preferable to control by paying attention to the voltage flat portion where the amount of change from the reference potential (potential drop amount) is maximized. By doing so, it is possible to perform the control reflecting the balance between the positive and negative electrodes most faithfully.

正極由来の電圧平坦部と負極由来の電圧平坦部が重なると、電池全体について見られる電圧平坦部の電圧変化が小さくなったり、不明瞭になったりする傾向がある。しかし、複数の活物質を混合して正極や負極に用いることにより、上述したように複数の電圧平坦部を出現させることができる。そして、最大である電位低下量を用いることで、非水電解質二次電池1の状態に最も適した充電制御を実施することができる。そのため、複数の活物質を混合して用いることが望ましい。   When the voltage flat part derived from the positive electrode and the voltage flat part derived from the negative electrode overlap, the voltage change of the voltage flat part seen for the whole battery tends to be small or unclear. However, by mixing a plurality of active materials and using them for the positive electrode and the negative electrode, a plurality of voltage flat portions can appear as described above. And the charge control most suitable for the state of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 can be implemented by using the maximum potential decrease amount. Therefore, it is desirable to use a mixture of a plurality of active materials.

特に、チタン含有負極で多くみられる、負極表面上での副反応によるバランス変動は、正極由来の電圧平坦部により大きく反映される。そのため、正極に複数の活物質を混合することが望ましい。中でもリチウム含有コバルト複合酸化物は、比較的高い電圧平坦部を有するため、他由来の電圧平坦部と区別しやすく、より望ましい。   In particular, the balance fluctuation due to the side reaction on the negative electrode surface, which is often seen in the titanium-containing negative electrode, is largely reflected by the voltage flat portion derived from the positive electrode. Therefore, it is desirable to mix a plurality of active materials with the positive electrode. Among these, the lithium-containing cobalt composite oxide has a relatively high voltage flat portion, and is therefore more preferable because it can be easily distinguished from other voltage flat portions.

電圧平坦部が複数ある場合には、演算部3は、複数の電圧平坦部の参照電位とこれらのそれぞれに対応する電圧平坦部の基準電位とに基づいて、複数の電位低下量を算出する。演算部3は、算出した複数の電位低下量が最大の値を充放電コントローラ4へと出力するように設定されていることが望ましい。或いは、初期状態の電池パックにおいて、演算部3が着目すべき電圧平坦部について、参照電位の予想範囲を予め設定してもよい。この場合、例えば電池パックに含まれている非水電解質二次電池1と同型の非水電解質二次電池を用いて充放電サイクル試験を行い、サイクル数と電圧平坦部の電位位置との相関を求める。充放電サイクル試験の結果に基づいて参照電位の予想範囲を設定することができる。   When there are a plurality of voltage flat portions, the calculation unit 3 calculates a plurality of potential decrease amounts based on the reference potentials of the plurality of voltage flat portions and the reference potentials of the voltage flat portions corresponding to the reference potentials. It is desirable that the calculation unit 3 is set so as to output the maximum value of the calculated plurality of potential decrease amounts to the charge / discharge controller 4. Alternatively, in the battery pack in the initial state, the expected range of the reference potential may be set in advance for the voltage flat portion that should be noted by the calculation unit 3. In this case, for example, a charge / discharge cycle test is performed using a nonaqueous electrolyte secondary battery of the same type as the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 included in the battery pack, and the correlation between the number of cycles and the potential position of the voltage flat portion is calculated. Ask. The expected range of the reference potential can be set based on the result of the charge / discharge cycle test.

演算部3においてdQ/dV曲線を導出する場合は、そのdQ/dV曲線において複数の参照ピークが検出され得る。この場合は、演算部3は、これら複数の参照ピークについて、それぞれに対応する基準ピークからのピークトップ位置のシフト量を算出する。演算部3は、得られた複数のピークシフト量のうち、最も高い値のものを判別する。演算部3は、最も高かったシフト量に基づいて電圧平坦部の電位低下量を算出するように設定されていることが望ましい。或いは、初期状態の電池パックにおいて、演算部3が着目すべき参照ピークについて、ピークトップ位置の予想範囲を予め設定してもよい。この場合、例えば電池パックに含まれている非水電解質二次電池1と同型の非水電解質二次電池を用いて充放電サイクル試験を行い、サイクル数とdQ/dVピークのピークトップ位置との相関を求める。充放電サイクル試験の結果に基づいて参照ピークのピークトップ位置の予想範囲を設定することができる。または、dQ/dV曲線において複数の参照ピークが検出された場合は、どのピークを用いて制御を行ってもよい。特に、ピーク強度が最大である参照ピークは、その位置の検出精度が高いため、それに基づいて充電制御を実施することが望ましい。   When the calculation unit 3 derives a dQ / dV curve, a plurality of reference peaks can be detected in the dQ / dV curve. In this case, the calculation unit 3 calculates the shift amount of the peak top position from the reference peak corresponding to each of the plurality of reference peaks. The calculation unit 3 determines the highest value among the obtained plurality of peak shift amounts. It is desirable that the calculation unit 3 is set so as to calculate the potential decrease amount of the voltage flat portion based on the highest shift amount. Alternatively, in the battery pack in the initial state, the expected range of the peak top position may be set in advance for the reference peak that should be noted by the calculation unit 3. In this case, for example, a charge / discharge cycle test is performed using a nonaqueous electrolyte secondary battery of the same type as the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 included in the battery pack, and the cycle number and the peak top position of the dQ / dV peak are determined. Find the correlation. The expected range of the peak top position of the reference peak can be set based on the result of the charge / discharge cycle test. Alternatively, when a plurality of reference peaks are detected in the dQ / dV curve, control may be performed using any peak. In particular, since the reference peak having the maximum peak intensity has high detection accuracy, it is desirable to perform charge control based on the reference peak.

実施形態の電池パックにおいて、非水電解質二次電池1に対して実施される充電制御方法では、演算部3よりシグナルS2として出力された演算結果に含まれている電圧平坦部の電位低下量を指標として、充放電コントローラ4が最大充電電圧を規定値から低下させる。具体的には、電池パックにおいて、充放電コントローラ4は、演算部3が算出した電位低下量と同じ値だけ、最大充電電圧を設定されている規定値から低下させる。このようにして、充放電コントローラ4は、非水電解質二次電池1のその時点での状態に対して適切な最大充電電圧となるように、充電の設定を補正する。つまり、実施形態の電池パックでは、電池について設定されている規定の充電電圧から、電圧平坦部が低下した分だけ下がるように充電電圧を補正する。このように、その時々の電池の状態に適した充電電圧に補正した状態で充電が実施されるように、非水電解質二次電池1の充電が制御される。   In the battery pack of the embodiment, in the charge control method performed on the nonaqueous electrolyte secondary battery 1, the potential decrease amount of the voltage flat portion included in the calculation result output as the signal S <b> 2 from the calculation unit 3 is calculated. As an index, the charge / discharge controller 4 lowers the maximum charge voltage from a specified value. Specifically, in the battery pack, the charge / discharge controller 4 reduces the maximum charge voltage from the set specified value by the same value as the potential decrease amount calculated by the calculation unit 3. In this way, the charge / discharge controller 4 corrects the charge setting so that the maximum charge voltage is appropriate for the current state of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1. That is, in the battery pack of the embodiment, the charging voltage is corrected so as to decrease from the specified charging voltage set for the battery by the amount by which the voltage flat portion has decreased. In this manner, the charging of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is controlled so that the charging is performed in a state where the charging voltage is corrected to a state suitable for the current state of the battery.

最大充電電圧を補正した後、充放電コントローラ4は、補正後の充電電圧を新たな最大充電電圧の規定値に設定し、これを記録し得る。次に充電制御を実施する際には、充放電コントローラ4は、電圧平坦部の新たな基準電位および最大充電電圧の新たな規定値を用いることができる。   After correcting the maximum charge voltage, the charge / discharge controller 4 can set the corrected charge voltage to a new specified value of the maximum charge voltage and record it. Next, when the charge control is performed, the charge / discharge controller 4 can use a new reference potential of the voltage flat portion and a new specified value of the maximum charge voltage.

上記のとおり、非水電解質二次電池1に対して実施される充電制御方法において、最大充電電圧を補正する値に基準電位からの電圧平坦部の変化量を反映させるには、単純に変化量を規定値から差し引いて、新たな規定値を算出すればよい。この方法は簡便であるため望ましい。   As described above, in the charge control method performed on the nonaqueous electrolyte secondary battery 1, in order to reflect the amount of change in the voltage flat portion from the reference potential in the value for correcting the maximum charge voltage, the amount of change is simply used. May be subtracted from the specified value to calculate a new specified value. This method is desirable because it is simple.

以上の説明では、非水電解質二次電池1に対して前に充電制御を実施した際に算出した電圧平坦部の参照電位を新たに基準値に設定できるとしたが、実施形態の非水電解質二次電池1において実施される充電制御方法では、電圧平坦部の基準値を再設定しなくてもよい。例えば、充電制御を実施する毎に用いる電圧平坦部の基準値を、初期状態の非水電解質二次電池について求めた電圧平坦部の電位位置としてもよい。この場合は、充電制御を実施した後でも電圧平坦部の基準値を再設定しない。また、充電制御を実施する毎に用いる最大充電電圧の規定値も、初期状態の非水電解質二次電池に設定したものとし、補正後の充電電圧を新たに規定値として再設定しない。   In the above description, the reference potential of the voltage flat portion calculated when the charge control was previously performed on the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 can be newly set as the standard value. In the charge control method implemented in the secondary battery 1, it is not necessary to reset the reference value of the voltage flat portion. For example, the reference value of the voltage flat portion used every time the charge control is performed may be the potential position of the voltage flat portion obtained for the nonaqueous electrolyte secondary battery in the initial state. In this case, the reference value of the voltage flat portion is not reset even after the charge control is performed. Further, the specified value of the maximum charging voltage used every time the charging control is performed is also set to the initial state non-aqueous electrolyte secondary battery, and the corrected charging voltage is not newly set as the specified value.

電池パックにおいて、上述した電圧平坦部の電位低下量の検出とそれに基づく充電電圧値の補正を含む充放電制御は、電池の充放電について一定のサイクル数の経過後もしくは電池を一定の期間使用した後に実施するように設定する。つまり、非水電解質二次電池1についての電圧平坦部の参照電位または参照ピークのピークトップ位置は、一定の間隔毎に求められる。例えば、電圧平坦部の電位低下量の検出をあまりに短い間隔で実施すると、dQ/dVピークのシフト量が算出したdQ/dV曲線における誤差以下となり、充電電圧の補正を正確に実施することができない。一方、間隔が長すぎると、充電電圧が補正されないまま充放電サイクルを繰り返すこととなり得る。その結果、非水電解質二次電池1の電極の劣化を進行させてしまうことになるため望ましくない。具体的には、電圧平坦部の電位位置が5mV〜10mV程度低下する毎に補正が実施されることが好ましい。   In the battery pack, the above-described charge / discharge control including the detection of the potential decrease amount of the voltage flat portion and the correction of the charging voltage value based on the charge / discharge of the battery uses the battery after a certain number of cycles or for a certain period. Set to be implemented later. That is, the reference potential of the voltage flat portion or the peak top position of the reference peak for the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is obtained at regular intervals. For example, if the potential drop amount of the voltage flat portion is detected at an extremely short interval, the shift amount of the dQ / dV peak becomes less than the error in the calculated dQ / dV curve, and the charge voltage cannot be corrected accurately. . On the other hand, if the interval is too long, the charge / discharge cycle may be repeated without correcting the charging voltage. As a result, the electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 will be deteriorated, which is not desirable. Specifically, it is preferable that correction is performed every time the potential position of the voltage flat portion decreases by about 5 mV to 10 mV.

充電制御が実施される間隔は、さまざまな基準で定めることができる。例えば、50サイクルもしくは100サイクルごとなど、予め定めたサイクル数ごとに電圧平坦部の電位低下量の検出と充電電圧値の補正が実施される。一般的なサイクル数は、10〜100サイクルである。または、充電量もしくは放電量、つまり非水電解質二次電池1の容量が一定量以上低下した場合に充電制御が実施されるように設定することも可能である。この場合は、前に充電制御を実施したときと比べて、電池容量が例えば5%もしくは10%程度減少したタイミングで実施されるのが適当である。また、一定の時間間隔ごとに充電制御が実施されるように設定することも可能である。この場合、その電池パックについて想定される使用状況において、50〜100サイクル程度の充放電が行われる期間を算出し、この期間を時間間隔とするのが望ましい。携帯機器用では1カ月から半年程度、車載用等であれば半年から1年程度が目安となる。   The interval at which the charging control is performed can be determined based on various criteria. For example, detection of the potential drop amount of the voltage flat portion and correction of the charging voltage value are performed every predetermined number of cycles such as every 50 cycles or 100 cycles. The general number of cycles is 10 to 100 cycles. Alternatively, it is possible to set so that the charge control is performed when the charge amount or the discharge amount, that is, the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is reduced by a certain amount or more. In this case, it is appropriate that the battery capacity is implemented at a timing when the battery capacity is reduced by, for example, about 5% or 10%, compared with the case where the charge control is performed previously. It is also possible to set so that charging control is performed at regular time intervals. In this case, it is desirable to calculate a period during which charging and discharging of about 50 to 100 cycles are performed in the usage situation assumed for the battery pack, and to set this period as a time interval. For mobile devices, the standard is about one month to half a year, and for in-vehicle devices, the standard is about half a year to one year.

また、充電制御のために電圧低下量を算出する電圧平坦部は、非水電解質二次電池1の充電中における充電カーブのものでも、放電中における放電カーブのものであってもよい。電池の放電は、単純な定電流で実施可能であるのに対し、充電は定電流定電圧充電を行うため、放電での電圧平坦部を使用するほうがより簡便で望ましい。ただし、対象の電池が大きな放電電流を必要とする電池であって、充電電流が放電電流よりも小さい場合は、放電時よりも充電時のほうが電圧平坦部をより正確に測定することが可能である。そのため、電池パックにこのような電池が含まれている場合は、充電時の電圧平坦部を用いることが望ましい。   Further, the voltage flat portion for calculating the voltage drop amount for charge control may be a charge curve during charging of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 or a discharge curve during discharge. The battery can be discharged with a simple constant current, whereas the charging is performed with a constant current and constant voltage. Therefore, it is more convenient and desirable to use a voltage flat portion in discharging. However, if the target battery requires a large discharge current and the charging current is smaller than the discharging current, it is possible to measure the voltage flat portion more accurately during charging than during discharging. is there. Therefore, when such a battery is included in the battery pack, it is desirable to use a voltage flat portion during charging.

さらに、サイクル寿命試験における充放電とは異なり、その用途では電池が満充電状態と完全放電状態とを行き来しないようなケースでも、充電電圧の変化量を算出することができる。こういった電池では、初期の充放電において、着目する電圧平坦部を予め決めておく。着目すると決めた電圧平坦部が含まれる電圧範囲で電池を充放電したときに、その電圧平坦部の電位位置を参照電位として、基準電位からの変化量を算出する。この変化量を用いて充電制御を実施することで、電池のサイクル寿命を向上させることができる。   Furthermore, unlike the charge / discharge in the cycle life test, the amount of change in the charge voltage can be calculated even in the case where the battery does not go back and forth between the fully charged state and the fully discharged state in that application. In such a battery, a voltage flat portion to be noted is determined in advance in the initial charge / discharge. When the battery is charged / discharged in a voltage range including the voltage flat portion determined to be focused, the amount of change from the reference potential is calculated using the potential position of the voltage flat portion as a reference potential. By implementing the charge control using this amount of change, the cycle life of the battery can be improved.

[非水電解質二次電池]
実施形態の電池パックが具備する非水電解質二次電池1について説明する。以下においては、スタック電極群を内包するラミネート外装の非水電解質二次電池を例とした図4および図5を用いて説明するが、非水電解質二次電池の電極群の形式や外装は、下記の例に限定されるものではなく、従来から知られている捲回式電極群や金属缶外装などであってもよい。
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 included in the battery pack of the embodiment will be described. In the following, the non-aqueous electrolyte secondary battery having a laminate outer package enclosing the stack electrode group will be described with reference to FIGS. 4 and 5, but the type and outer package of the electrode group of the non-aqueous electrolyte secondary battery are as follows. The present invention is not limited to the following example, and may be a conventionally known wound electrode group or a metal can exterior.

非水電解質二次電池は、正極端子15を接続した正極11と、負極端子16を接続した負極12と、セパレータ13とをつづら折り状に積層した電極群と、前記電極群に含浸させた非水電解質と、前非水電解質と前記電極群を収める外装材14を封じてつくられる外装容器とから構成される(図4)。正極11は、正極集電体11bの両側もしくは片側に正極活物質層11aを有し、同様に負極12は、負極集電体12bの両面もしくは片面に負極活物質層12aを有する(図5)。   The nonaqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode 11 connected to a positive electrode terminal 15, a negative electrode 12 connected to a negative electrode terminal 16, and an electrode group in which separators 13 are stacked in a zigzag manner, and a nonaqueous solution impregnated in the electrode group. It is composed of an electrolyte, a pre-nonaqueous electrolyte, and an exterior container formed by sealing the exterior material 14 that houses the electrode group (FIG. 4). The positive electrode 11 has a positive electrode active material layer 11a on both sides or one side of the positive electrode current collector 11b. Similarly, the negative electrode 12 has a negative electrode active material layer 12a on both sides or one side of the negative electrode current collector 12b (FIG. 5). .

(正極)
正極11は、正極活物質を含有し、他に炭素等の電子導電性を有する物質や、結着剤を含むことができ、電子導電性を有する金属等の基材を集電体として、その集電体に接して用いる。
(Positive electrode)
The positive electrode 11 contains a positive electrode active material, and can further contain a material having electronic conductivity such as carbon and a binder, and a base material such as a metal having electronic conductivity is used as a current collector. Used in contact with the current collector.

正極活物質として、リチウム含有コバルト複合酸化物、リチウム含有ニッケル複合酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物などのカルコゲン化合物を単独もしくは混合して用いることができる。中でもリチウム金属電位に対して(vs. Li/Li+)3.8V以上の充放電電位を有するリチウム含有コバルト複合酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト複合酸化物、リチウム含有マンガン複合酸化物などを用いた場合は、高い電池容量を実現できるため望ましい。 As a positive electrode active material, a chalcogen compound such as lithium-containing cobalt composite oxide, lithium-containing nickel composite oxide, lithium-containing nickel cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, or lithium-containing nickel cobalt manganese composite oxide is used alone or in combination. Can be used. Among them, lithium-containing cobalt composite oxide, lithium-containing nickel-cobalt composite oxide, lithium-containing manganese composite oxide, etc. having a charge / discharge potential of (vs. Li / Li + ) 3.8 V or higher with respect to the lithium metal potential were used. In this case, it is desirable because a high battery capacity can be realized.

導電材としては、炭素、金属等の電子導電性を有する物質を用いることができる。導電剤は、粉末、繊維状粉末等の形状を有していることが望ましい。   As the conductive material, a substance having electronic conductivity such as carbon or metal can be used. The conductive agent desirably has a shape such as powder or fibrous powder.

前記結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidenefluoride;PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム等を用いることができる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), an ethylene-propylene-diene copolymer, and styrene-butadiene rubber.

前記集電体としては、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属からなる金属箔、薄板もしくはメッシュ、金網等を用いることができる。   As the current collector, a metal foil made of a metal such as aluminum, stainless steel, or titanium, a thin plate or mesh, a wire mesh, or the like can be used.

前記正極活物質と前記導電材は、前記結着剤を加えて混練・圧延によりシート化することができる。あるいは、トルエン、N−メチルピロリドン(N-methylpyrrolidone;NMP)等の溶媒に溶解、懸濁してスラリーとした後、前記集電体上に塗布、乾燥してシート化することも可能である。   The positive electrode active material and the conductive material can be formed into a sheet by adding the binder and kneading and rolling. Alternatively, after dissolving and suspending in a solvent such as toluene and N-methylpyrrolidone (NMP) to form a slurry, it can be applied onto the current collector and dried to form a sheet.

正極端子15は、前記正極11に電気的に接続された金属リボン、金属板もしくは金属棒からなり、前記正極11に接続され、電池外部と正極11とを電気的に橋渡しする。図4に示したごとく、正極集電体11bを金属リボンに溶接し、前記金属リボンを外装材外部に引き出して正極端子としてもよい。正極端子15には、アルミニウム、チタン等を用いることができる。   The positive electrode terminal 15 is made of a metal ribbon, a metal plate, or a metal rod that is electrically connected to the positive electrode 11, and is connected to the positive electrode 11 to electrically bridge the outside of the battery and the positive electrode 11. As shown in FIG. 4, the positive electrode current collector 11b may be welded to a metal ribbon, and the metal ribbon may be drawn out of the exterior material to serve as a positive electrode terminal. Aluminum, titanium, or the like can be used for the positive electrode terminal 15.

(負極)
負極12は、負極活物質としてチタン含有複合酸化物を含み、この負極活物質を導電材や結着剤等を用いて、ペレット状、薄板状もしくはシート状に成形したものである。
(Negative electrode)
The negative electrode 12 includes a titanium-containing composite oxide as a negative electrode active material, and the negative electrode active material is formed into a pellet shape, a thin plate shape, or a sheet shape using a conductive material, a binder, or the like.

チタン含有複合酸化物としては、スピネル型チタン酸リチウム(LiTi12;LTO)、単斜晶型二酸化チタン(TiO)やニオブ−チタン複合酸化物(NTO)などを挙げることができる。また、ニオブ−チタン複合化合物(NTO)としては、単斜晶系であるNbTiOや斜方晶系であるLiNa2−xTi6−xNb14などを用いることができる。 Examples of the titanium-containing composite oxide include spinel type lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ; LTO), monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ), and niobium-titanium composite oxide (NTO). . Further, as the niobium-titanium composite compound (NTO), monoclinic Nb 2 TiO 7 , orthorhombic Li 2 Na 2−x Ti 6−x Nb x O 14, or the like can be used. .

負極活物質としてLTOを用いた場合は、LTOの充放電カーブが平坦であるため電池の充放電カーブでは、LTO由来の電圧平坦部が顕著に観察される。このように、電圧平坦部について正負極の由来を判別しやすいという点からは、負極活物質にLTOを用いることが望ましい。   When LTO is used as the negative electrode active material, since the charge / discharge curve of LTO is flat, a voltage flat portion derived from LTO is remarkably observed in the charge / discharge curve of the battery. Thus, it is desirable to use LTO as the negative electrode active material from the viewpoint that it is easy to distinguish the origin of the positive and negative electrodes in the voltage flat portion.

一方、TiOやNTOを用いた電池では、LTOを用いた場合よりも活物質の表面における副反応量が多いため、充放電を繰り返すことに伴う電圧平坦部の移動量がより大きい。そのため、TiOやNTOを用いた電池において、充電制御を実施することによって得られる効果がより顕著になることが期待できる。特に、NTOとして、単斜晶構造のLiTiMNb2±β7±σ(0<a<5,0<b<0.3,0<β<0.3,0<σ<0.3、MはFe,V,Mo,Taを少なくとも一種以上の元素)で表される化合物を用いた場合は副反応量が大きくなる傾向にあり、効果が特に顕著になることが期待できる。 On the other hand, in a battery using TiO 2 or NTO, the amount of side reaction on the surface of the active material is larger than in the case of using LTO. Therefore, in a battery using TiO 2 or NTO, it can be expected that the effect obtained by performing the charge control becomes more remarkable. In particular, as NTO, Li a TiM b Nb 2 ± β O 7 ± σ (0 <a <5, 0 <b <0.3, 0 <β <0.3, 0 <σ <0 .3, when M is a compound represented by at least one element of Fe, V, Mo, Ta), the amount of side reactions tends to increase, and the effect can be expected to be particularly remarkable.

導電材としては、炭素、金属等の電子導電性を有する物質を用いることができる。導電剤は、粉末、繊維状粉末等の形状を有していることが望ましい。   As the conductive material, a substance having electronic conductivity such as carbon or metal can be used. The conductive agent desirably has a shape such as powder or fibrous powder.

前記結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidenefluoride;PVdF)、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)等を用いることができる。   As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), or the like can be used.

前記集電体としては、銅、ステンレス、ニッケル等などの金属からなる金属箔、薄板もしくはメッシュ、金網等を用いることができる。   As the current collector, a metal foil made of a metal such as copper, stainless steel, nickel or the like, a thin plate or mesh, a metal mesh, or the like can be used.

負極活物質と前記導電材は、前記結着剤を加えて混練・圧延によりペレット化もしくはシート化することができる。あるいは、水、N−メチルピロリドン(N-methylpyrrolidone;NMP)等の溶媒に溶解、懸濁してスラリー化した後、前記集電体上に塗布、乾燥してシート化することもできる。   The negative electrode active material and the conductive material can be pelletized or sheeted by adding the binder and kneading and rolling. Alternatively, after dissolving and suspending in a solvent such as water or N-methylpyrrolidone (NMP) to form a slurry, it can be coated on the current collector and dried to form a sheet.

負極端子16は、前記負極12に電気的に接続された金属リボン、金属板もしくは金属棒からなり、前記負極12に接続され、電池外部と負極12を電気的に橋渡しする。図4に示したごとく、負極集電体12bを金属リボンに溶接し、外装材外部に引き出して負極端子16としてもよい。負極端子16としては、アルミニウム、銅、ステンレスなどを用いることができる。軽量かつ溶接接続性に優れたアルミニウムが望ましい。   The negative electrode terminal 16 is formed of a metal ribbon, a metal plate, or a metal rod that is electrically connected to the negative electrode 12, and is connected to the negative electrode 12 to electrically bridge the battery exterior and the negative electrode 12. As shown in FIG. 4, the negative electrode current collector 12 b may be welded to a metal ribbon and drawn out of the exterior material to form the negative electrode terminal 16. As the negative electrode terminal 16, aluminum, copper, stainless steel, or the like can be used. Aluminum that is lightweight and has excellent weldability is desirable.

(セパレータ)
前記セパレータ13としては、ポリオレフィン多孔質膜、セルロース不織布、ポリエチレンテレフタレート不織布、ポリオレフィン不織布を用いることができる。水やアルコール系の不純物の持ち込みを防止できることから、ポリオレフィン多孔質膜やポリオレフィン不織布が望ましい。また、不織布は粘度の高いスルホン系非水電解質の含浸性に優れるために望ましい。ただし、セルロース不織布は低価格であるという利点を有するものの吸湿性が高く、不純物として水を電池内に持ち込みやすいため、使用する場合は真空乾燥による水の除去が望ましい。異種の膜を積層したセパレータや、上記セパレータ3に非伝導性物質の層を形成して短絡防止機能や含浸性向上機能を持たせたセパレータを用いることもできる。
(Separator)
As the separator 13, a polyolefin porous film, a cellulose nonwoven fabric, a polyethylene terephthalate nonwoven fabric, or a polyolefin nonwoven fabric can be used. Polyolefin porous membranes and polyolefin nonwoven fabrics are desirable because they can prevent the introduction of water and alcohol impurities. Nonwoven fabrics are desirable because they are excellent in impregnation properties of sulfonic nonaqueous electrolytes with high viscosity. However, although the cellulose nonwoven fabric has the advantage of being inexpensive, it has high hygroscopicity and can easily bring water into the battery as an impurity. Therefore, it is desirable to remove water by vacuum drying when used. It is also possible to use a separator in which different kinds of films are laminated, or a separator in which a layer of a nonconductive material is formed on the separator 3 to have a short-circuit prevention function or an impregnation improving function.

(非水電解液)
非水電解液は、溶媒にリチウム塩を溶かしたものである。溶媒としてエチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、ジメチルカーボネート(dimethylcarbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methylethylcarbonate;MEC)、ジエチルカーボネート(diethylcarbonate;DEC)、γ−ブチロラクトン (gamma-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、酢酸エチル(ethylacetate;EA)、トルエン、キシレンまたは酢酸メチル(methylacetate;MA)などを用いることができる。
(Nonaqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt in a solvent. As a solvent, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), γ-butyrolactone (gamma) -butyrolactone (GBL), acetonitrile (acetonitrile; AN), ethyl acetate (EA), toluene, xylene, methyl acetate (MA), or the like can be used.

前記リチウム塩としては過塩素酸リチウム(LiClO)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CFSO);TFSI)、ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CSO))などのリチウム塩を用いることができる。より良好なサイクル性能を得ることができることから、LiPFやLiBFが望ましく、これらの混合塩であってもよい。 Examples of the lithium salt include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and trifluoromethanesulfonic acid. Lithium salts such as lithium, bistrifluoromethylsulfonylimide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ; TFSI), and bispentafluoroethylsulfonylimide lithium (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ) can be used. Since better cycle performance can be obtained, LiPF 6 and LiBF 4 are desirable, and a mixed salt thereof may be used.

(外装材)
外装材14として金属や樹脂製の缶もしくはラミネート外装を用いることができる。金属缶としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の角型の容器を用いることができる。また、プラスチック、セラミック等の角型容器を用いることもできる。ラミネート外装としては、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属に樹脂層を合わせたラミネート材を熱融着により袋状にして用いる。特に、ラミネート外装は、内部ガス発生時に、電池外観の変化として測定可能であるため、望ましい。
(Exterior material)
A metal or resin can or a laminate sheath can be used as the exterior member 14. As the metal can, a rectangular container such as aluminum, iron, and stainless steel can be used. Also, a square container such as plastic or ceramic can be used. As a laminate exterior, a laminate material in which a resin layer is combined with a metal such as aluminum, copper, or stainless steel is used in a bag shape by heat fusion. In particular, a laminate exterior is desirable because it can be measured as a change in battery appearance when internal gas is generated.

実施形態によれば、チタン含有負極を含む非水電解質二次電池と、測定部と、演算部と、充放電コントローラとを具備した電池パックが提供される。この電池パックでは、非水電解質二次電池の充電に際する充電曲線、或いは放電に際する放電曲線における電圧平坦部の電位低下量と同じ値だけ、該非水電解質二次電池の最大充電電圧を規定値より低下させる充電制御方法が実施される。この充電制御方法を用いることにより、該非水電解質二次電池を具備した電池パックのサイクル寿命を向上させることができる。   According to the embodiment, a battery pack including a non-aqueous electrolyte secondary battery including a titanium-containing negative electrode, a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller is provided. In this battery pack, the maximum charging voltage of the non-aqueous electrolyte secondary battery is set to the same value as the potential decrease amount of the voltage flat portion in the charging curve when charging the non-aqueous electrolyte secondary battery or the discharging curve during discharging. A charge control method for lowering the value from the specified value is performed. By using this charge control method, the cycle life of the battery pack provided with the non-aqueous electrolyte secondary battery can be improved.

(第2の実施形態)
実施形態に係る充電制御方法では、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備した非水電解質二次電池の充電時に、最大充電電圧を変動させる。ここで、該非水電解質二次電池を充電もしくは放電した際に得られる充放電曲線における電圧平坦部の電圧が、電圧平坦部の基準電圧と比較して低下した分と同じ値だけ、最大充電電圧を規定値より低下させる。具体的には、充電制御方法では、対象の非水電解質二次電池の充電もしくは放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定することと、測定した電圧の値に基づいて前記充電もしくは放電に際する時間当たりの電圧変化を算出し、前記電圧変化に基づいて前記充電に際する充電曲線もしくは前記放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置を算出することと、前記電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を規定値より低下させることとを含む。
(Second Embodiment)
In the charge control method according to the embodiment, the maximum charge voltage is varied during charging of a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a nonaqueous electrolyte, and a separator. Here, the voltage of the voltage flat portion in the charge / discharge curve obtained when charging or discharging the non-aqueous electrolyte secondary battery is the same as the amount of decrease compared to the reference voltage of the voltage flat portion. Is lower than the specified value. Specifically, in the charge control method, when charging or discharging the target nonaqueous electrolyte secondary battery, the voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery is measured at regular intervals, and the measured voltage value is set. Based on the voltage change, the voltage change per time during the charge or discharge is calculated, and one of one or more voltage flat portions in the charge curve during the charge or the discharge curve during the discharge is calculated based on the voltage change. Calculating a potential position, and reducing the maximum charging voltage from a predetermined value by the same value as a potential decrease amount at which the potential position has decreased from a reference potential.

この充電制御方法には、例えば第1の実施形態の電池パックにおいて、測定部と、演算部と、充放電コントローラとからなる充電制御機構により実施される充電制御の方法が挙げられる。この充電制御方法は、電池パックに含まれている非水電解質二次電池だけでなく、単体の電池セルとしての非水電解質二次電池に対しても実施することができる。   Examples of the charge control method include a charge control method implemented by a charge control mechanism including a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller in the battery pack of the first embodiment. This charge control method can be implemented not only for the non-aqueous electrolyte secondary battery included in the battery pack but also for the non-aqueous electrolyte secondary battery as a single battery cell.

充電制御の対象となる非水電解質二次電池は、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と非水電解質と、セパレータとを具備している。非水電解質二次電池の詳細としては、第1の実施形態の電池パックの具備する非水電解質二次電池1の詳細を挙げることができる。   A non-aqueous electrolyte secondary battery that is subject to charge control includes a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a non-aqueous electrolyte, and a separator. Details of the nonaqueous electrolyte secondary battery include the details of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 included in the battery pack according to the first embodiment.

また、実施形態の充電制御方法の詳細としては、第1の実施形態の電池パックにおいて非水電解質二次電池1に対して実施される充電制御の詳細を挙げることができる。   Details of the charge control method of the embodiment can include details of charge control performed on the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 in the battery pack of the first embodiment.

ただし、第1の実施形態の電池パックのように、測定部と演算部と充放電コントローラとを具備している場合などは、自動で充電制御を実施可能であるが、そのような充電制御機構(測定部、演算部、および充放電コントローラ)を具備していない電池を用いる場合は、例えば手動で実施形態の充電制御方法を実施することができる。   However, as in the case of the battery pack of the first embodiment, when the measurement unit, the calculation unit, and the charge / discharge controller are provided, the charge control can be automatically performed. In the case of using a battery that does not include (a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller), for example, the charge control method of the embodiment can be manually performed.

電池の充放電曲線における電圧平坦部の電位位置を手動で検出する場合は、dQ/dV曲線から導出することが望ましい。図3に示すとおり、dQ/dV曲線におけるピークトップの位置は明瞭であるため、電圧平坦部の電位位置を容易に判別することができる。また、電圧平坦部が複数ある場合には、ピーク強度が最大であるピークを明瞭に判別することができる。   When manually detecting the potential position of the voltage flat portion in the charge / discharge curve of the battery, it is desirable to derive from the dQ / dV curve. As shown in FIG. 3, since the position of the peak top in the dQ / dV curve is clear, the potential position of the voltage flat portion can be easily determined. Further, when there are a plurality of voltage flat portions, the peak having the maximum peak intensity can be clearly identified.

以上の実施形態によれば、非水電解質二次電池の充放電に際する充放電曲線における電圧平坦部の電位低下量と同じ値だけ、最大充電電圧を規定値より低下させる充電制御方法が提供される。この充電制御方法を用いることにより、正極と、チタンを含有する複合酸化物を含有する負極と、非水電解質と、セパレータと、を具備した非水電解質二次電池のサイクル寿命を向上させることができる。   According to the above embodiment, there is provided a charge control method for reducing the maximum charge voltage below a specified value by the same value as the potential drop amount of the voltage flat portion in the charge / discharge curve during charge / discharge of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Is done. By using this charge control method, the cycle life of a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode containing a composite oxide containing titanium, a nonaqueous electrolyte, and a separator can be improved. it can.

[実施例]
以下、実施形態に係る実施例を、図表を用いて詳細に説明する。以下の実施例における非水電解質二次電池は図4に示した電池構造を採用している。
[Example]
Hereinafter, examples according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The non-aqueous electrolyte secondary battery in the following examples employs the battery structure shown in FIG.

(実施例1)
正極活物質としてリチウム含有コバルト複合酸化物(LiCoO)粉末20重量%とリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)粉末70重量%を用い、導電剤としてアセチレンブラック2重量%およびグラファイト3重量%を用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を用いた。N−メチルピロリドン(NMP)を溶媒としてこれら正極活物質と導電剤とバインダーとをスラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥、圧延して幅67mm、長さ92mmの正極シートを複数作成した。各正極シートにおいて、アルミニウム箔の長さ方向末端5mm部分をスラリーの塗布されていない未塗布部分とした。この未塗布部分に幅5mm厚さ0.1mmのアルミニウムリボンを3箇所溶接して正極タブとした。こうして帯状正極シートを作製した。
Example 1
Using 20 wt% lithium-containing cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) powder and 70 wt% lithium-containing nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) powder as the positive electrode active material, 2% by weight of acetylene black and 3% by weight of graphite were used as a conductive agent, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as a binder. Using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent, these positive electrode active material, conductive agent and binder were slurried. The obtained slurry was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and rolled to prepare a plurality of positive electrode sheets having a width of 67 mm and a length of 92 mm. In each positive electrode sheet, the 5 mm end in the length direction of the aluminum foil was an uncoated portion where no slurry was applied. An aluminum ribbon having a width of 5 mm and a thickness of 0.1 mm was welded to the uncoated portion at three locations to form a positive electrode tab. Thus, a belt-like positive electrode sheet was produced.

負極活物質としてスピネル型チタン酸リチウム(LiTi12)粉末90重量%、導電材として人造黒鉛5重量%、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を、N−メチルピロリドン(NMP)溶液に加えて混合してスラリーを得た。得られたスラリーを厚さが25μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延した。得られた負極シートを幅68mm、長さ93mmに切出した。切り出した負極シートの各々について、アルミニウム箔の長さ方向末端5mm部分をスラリーの塗布されていない未塗布部とした。この未塗布部分に幅5mm厚さ0.1mmのアルミニウムリボンを3箇所溶接して、負極タブとした。こうして帯状負極シートを作製した。 90% by weight of spinel-type lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder as the negative electrode active material, 5% by weight of artificial graphite and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as the conductive material, N-methylpyrrolidone (NMP) solution In addition to mixing, a slurry was obtained. The obtained slurry was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 25 μm, dried and rolled. The obtained negative electrode sheet was cut out to have a width of 68 mm and a length of 93 mm. About each of the cut-out negative electrode sheet, the length direction terminal 5mm part of the aluminum foil was made into the non-application part to which the slurry was not apply | coated. Three aluminum ribbons having a width of 5 mm and a thickness of 0.1 mm were welded to the uncoated portion to form a negative electrode tab. In this way, a strip-shaped negative electrode sheet was produced.

セパレータには幅93mmのポリエチレン多孔質膜(ポリオレフィン多孔質膜の一種)を用いた。   As the separator, a polyethylene porous membrane having a width of 93 mm (a kind of polyolefin porous membrane) was used.

前記帯状正極シート、前記セパレータ、前記帯状負極シート、前記セパレータをそれぞれこの順序で10回、積層して電極コイルを作成した。正極タブを重ねて厚さ0.1mm幅30mm長さ50mmのアルミニウムシートに溶接して正極端子5とした。同様に負極タブを重ねて厚さ0.1mm幅30mm長さ50mmのアルミニウムシートに溶接して負極端子6とした。   The strip-like positive electrode sheet, the separator, the strip-like negative electrode sheet, and the separator were each laminated 10 times in this order to form an electrode coil. The positive electrode tab 5 was overlapped and welded to an aluminum sheet having a thickness of 0.1 mm, a width of 30 mm, and a length of 50 mm to form a positive electrode terminal 5. Similarly, the negative electrode tab 6 was overlapped and welded to an aluminum sheet having a thickness of 0.1 mm, a width of 30 mm, and a length of 50 mm to obtain a negative electrode terminal 6.

前記電極群を、アルミニウムラミネート外装に収めた。プロピレンカーボネート(PC)にLiPFを1M溶解して非水電解液を得た。前記電極群を収めたアルミニウムラミネート外装内に非水電解質を9g加え、前記アルミニウムラミネート外装を熱封止して閉じ、非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池に、第1の実施形態について説明したと同様の測定部と演算部と充放電コントローラとを実装して、電池パックを作製した。こうして得られた電池パックを、実施例1の電池パックとした。 The electrode group was housed in an aluminum laminate exterior. 1M LiPF 6 was dissolved in propylene carbonate (PC) to obtain a non-aqueous electrolyte. 9 g of a non-aqueous electrolyte was added to the aluminum laminate case containing the electrode group, and the aluminum laminate case was heat-sealed and closed to produce a non-aqueous electrolyte secondary battery. A measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller similar to those described in the first embodiment were mounted on the non-aqueous electrolyte secondary battery to produce a battery pack. The battery pack thus obtained was used as the battery pack of Example 1.

(実施例2)
正極活物質としてオリビン型リチウム鉄複合リン酸化合物(LiFePO)粉末90重量%、導電剤としてアセチレンブラック5重量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして帯状正極シートを作製した。
(Example 2)
As the positive electrode active material, 90% by weight of olivine type lithium iron composite phosphate compound (LiFePO 4 ) powder, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were used. Otherwise, a belt-like positive electrode sheet was produced in the same manner as in Example 1.

負極活物質として単斜晶型二酸化チタン(TiO)粉末90重量%、導電材として人造黒鉛5重量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして帯状負極シートを作製した。 As the negative electrode active material, 90% by weight of monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ) powder, 5% by weight of artificial graphite as a conductive material, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were used. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the strip | belt-shaped negative electrode sheet.

非水電解質として、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2に混合したものにLiPFを1M溶解したものを用いた。 As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving 1M LiPF 6 in a mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 2 was used.

帯状正極シート、帯状負極シートおよび非水電解質として上記の物を用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。また、この非水電解質二次電池を用いて、実施例2の電池パックを作製した。   A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above-described materials were used as the belt-like positive electrode sheet, the belt-like negative electrode sheet, and the nonaqueous electrolyte. Moreover, the battery pack of Example 2 was produced using this nonaqueous electrolyte secondary battery.

(実施例3)
負極活物質としてニオブチタン複合酸化物(NbTiO)粉末を用い、非水電解質として、プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2に混合したものにLiPFを1M溶解したものを用いたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。また、この非水電解質二次電池を用いて、実施例3の電池パックを作製した。
Example 3
Niobium titanium composite oxide (Nb 2 TiO 7 ) powder is used as the negative electrode active material, and 1M LiPF 6 is dissolved in a mixture of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 2 as the nonaqueous electrolyte. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained one was used. Moreover, the battery pack of Example 3 was produced using this nonaqueous electrolyte secondary battery.

(比較例1)
実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池には、測定部と演算部と充放電コントローラとの充電制御機構を実装しないこと以外は、実施例1と同様な構成の電池パックを作製した。これを比較例1の電池パックとした。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. In this nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery pack having the same configuration as that of Example 1 was manufactured except that a charge control mechanism including a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller was not mounted. This was designated as the battery pack of Comparative Example 1.

(比較例2)
実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池には、測定部と演算部と充放電コントローラとの充電制御機構を実装しないこと以外は、実施例2と同様な構成の電池パックを作製した。これを比較例2の電池パックとした。
(Comparative Example 2)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2. In this nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery pack having the same configuration as that of Example 2 was manufactured except that a charge control mechanism including a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller was not mounted. This was designated as the battery pack of Comparative Example 2.

(比較例3)
実施例3と同様にして非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池には、測定部と演算部と充放電コントローラとの充電制御機構を実装しないこと以外は、実施例3と同様な構成の電池パックを作製した。これを比較例3の電池パックとした。
(Comparative Example 3)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 3. In this nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery pack having the same configuration as that of Example 3 was prepared except that a charge control mechanism including a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller was not mounted. This was designated as the battery pack of Comparative Example 3.

(充放電サイクル試験)
実施例1〜3並びに比較例1〜3の電池パックに対し、充放電サイクル試験を実施した。充放電サイクル試験における通算サイクル数は200サイクルだった。それぞれの電池パックについてのサイクル試験の詳細は、以下のとおりである。
(Charge / discharge cycle test)
A charge / discharge cycle test was performed on the battery packs of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. The total number of cycles in the charge / discharge cycle test was 200 cycles. Details of the cycle test for each battery pack are as follows.

実施例1の電池パックについては、先ず、初期の最大充電電圧(規定値)を2.8V、放電終始電圧を1.5Vとして、1C相当電流(1時間率電流)で45℃での充放電サイクルを実施した。また、1回の充電と1回の放電とを1サイクルとした。3サイクル目の充放電における電圧平坦部の電位位置を充電制御に用いる電圧平坦部の基準電位とした。その時の充電カーブにおける電圧平坦部の電位位置は、2.386Vと2.212Vであった。これら2つの電圧平坦部の電位位置の充放電サイクル毎の移動量を検討したところ、100サイクル目での移動量は、いずれについても5mVであった。そのため、実施例1の電池パックについては、3サイクル目から100サイクル目にかけての電圧平坦部の電位低下量は、5mVであると判定された。次の100サイクルにおいては、最大充電電圧を初期の規定値2.8Vから5mVを差し引いた2.795Vに設定し、充放電サイクルが実施された。   For the battery pack of Example 1, first, the initial maximum charging voltage (specified value) was 2.8 V, the discharge starting voltage was 1.5 V, and charging / discharging at 45 ° C. with a 1 C equivalent current (one hour rate current). A cycle was performed. One charge and one discharge are defined as one cycle. The potential position of the voltage flat part in the charge / discharge of the third cycle was used as the reference potential of the voltage flat part used for charge control. The potential position of the voltage flat part in the charging curve at that time was 2.386V and 2.212V. When the amount of movement of the potential position of these two voltage flat portions for each charge / discharge cycle was examined, the amount of movement at the 100th cycle was 5 mV for both. Therefore, for the battery pack of Example 1, it was determined that the potential decrease amount of the voltage flat portion from the 3rd cycle to the 100th cycle was 5 mV. In the next 100 cycles, the maximum charge voltage was set to 2.795 V obtained by subtracting 5 mV from the initial specified value of 2.8 V, and a charge / discharge cycle was performed.

実施例2の電池パックについては、温度条件を60℃とした以外は、初期の充放電サイクル(最初の100サイクル)の条件を実施例1の電池パックと同様に設定した。3サイクル目の充電カーブにおける電圧平坦部の電位位置は、1.874Vと1.934Vであった。これらのうち、dQ/dVピークがより大きく、サイクルに伴うピークトップの移動量の大きい1.874Vの電位に対応するピークに着目して充電制御を実施して、充放電サイクル試験を行った。具体的には、100サイクル目での1.874Vの電位に対応するピークのシフト量は8mVであったため、101サイクル目から200サイクル目の充放電では、最大充電電圧を初期の規定値2.8Vから8mVを差し引いた2.792Vに設定して充放電が実施された。   For the battery pack of Example 2, the conditions for the initial charge / discharge cycle (first 100 cycles) were set in the same manner as the battery pack of Example 1 except that the temperature condition was 60 ° C. The potential positions of the voltage flat portion in the charge curve at the third cycle were 1.874V and 1.934V. Among these, charge control was performed focusing on a peak corresponding to a potential of 1.874 V where the dQ / dV peak is larger and the peak top movement amount associated with the cycle is large, and a charge / discharge cycle test was performed. Specifically, since the peak shift amount corresponding to the potential of 1.874 V in the 100th cycle is 8 mV, the maximum charge voltage is set to the initial specified value 2 in the charge and discharge from the 101st cycle to the 200th cycle. Charging / discharging was performed by setting to 2.792 V obtained by subtracting 8 mV from 8 V.

実施例3の電池パックについては、初期の充放電サイクル(最初の100サイクル)の条件を実施例1の電池パックと同様に設定した。3サイクル目の充電カーブにおける電圧平坦部の電位位置は、2.095Vと2.265Vであった。100サイクル目での電位低下量は、いずれについても1.3mVであったため、3サイクル目から100サイクル目にかけての電圧平坦部の電位低下量は、1.3mVであると判定された。101サイクル目から200サイクル目の充放電では、最大充電電圧を初期の2.8Vから1.3mVを差し引いた2.7987mVに設定して充放電が実施された。   For the battery pack of Example 3, the conditions of the initial charge / discharge cycle (first 100 cycles) were set in the same manner as the battery pack of Example 1. The potential positions of the voltage flat portion in the charge curve at the third cycle were 2.095V and 2.265V. Since the potential decrease amount at the 100th cycle was 1.3 mV in all cases, the potential decrease amount of the voltage flat portion from the 3rd cycle to the 100th cycle was determined to be 1.3 mV. In charging and discharging from the 101st cycle to the 200th cycle, charging and discharging were performed with the maximum charging voltage set to 2.7987 mV obtained by subtracting 1.3 mV from the initial 2.8 V.

比較例1の電池パックには、測定部と演算部と充放電コントローラとが実装されていなかったため、充電制御を実施せずに、200サイクルの充放電が実施された。具体的には、実施例1の電池パックについての初期の充放電と同様に、各サイクルにおける最大充電電圧を2.8V、放電終始電圧を1.5Vとして、1C相当電流で45℃での充放電サイクルを実施した。   Since the measurement part, the calculating part, and the charge / discharge controller were not mounted on the battery pack of Comparative Example 1, 200 cycles of charge / discharge were performed without performing charge control. Specifically, similarly to the initial charge / discharge of the battery pack of Example 1, the maximum charge voltage in each cycle is 2.8 V, the discharge start voltage is 1.5 V, and the charge at 45 ° C. is performed at a current equivalent to 1 C. A discharge cycle was performed.

比較例2の電池パックには、測定部と演算部と充放電コントローラとが実装されていなかったため、充電制御を実施せずに、200サイクルの充放電が実施された。具体的には、実施例2の電池パックについての初期の充放電と同様に、各サイクルにおける最大充電電圧を2.8V、放電終始電圧を1.5Vとして、1C相当電流で60℃での充放電サイクルを実施した。   Since the measurement part, the calculating part, and the charge / discharge controller were not mounted on the battery pack of Comparative Example 2, 200 cycles of charge / discharge were performed without performing charge control. Specifically, similarly to the initial charge / discharge of the battery pack of Example 2, the maximum charge voltage in each cycle was 2.8 V, the discharge start voltage was 1.5 V, and the charge at 60 ° C. was performed at a current equivalent to 1 C. A discharge cycle was performed.

比較例3の電池パックには、測定部と演算部と充放電コントローラとが実装されていなかったため、充電制御を実施せずに、200サイクルの充放電が実施された。具体的には、実施例3の電池パックについての初期の充放電と同様に、各サイクルにおける最大充電電圧を2.8V、放電終始電圧を1.5Vとして、1C相当電流で45℃での充放電サイクルを実施した。   Since the measurement part, the calculating part, and the charge / discharge controller were not mounted on the battery pack of Comparative Example 3, 200 cycles of charge / discharge were performed without performing charge control. Specifically, similarly to the initial charge / discharge of the battery pack of Example 3, the maximum charge voltage in each cycle was 2.8 V, the discharge start voltage was 1.5 V, and the charge at 45 ° C. was performed at a current equivalent to 1 C. A discharge cycle was performed.

得られた実施例1〜3および比較例1〜3の電池パックについて、充放電を200サイクル実施した後の放電容量を測定し、それを初期状態とした3サイクル目での放電容量で除した値を200サイクル放電容量維持率とした。実施例1〜3および比較例1〜3の電池パックについて得られた200サイクル放電容量維持率を下記表に示す。   For the obtained battery packs of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the discharge capacity after carrying out 200 cycles of charge / discharge was measured and divided by the discharge capacity at the third cycle in which it was the initial state. The value was defined as a 200 cycle discharge capacity retention rate. The 200 cycle discharge capacity retention rates obtained for the battery packs of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in the following table.

表1に示すとおり、電池パックが具備した充電制御機構(測定部、演算部、および充放電コントローラ)により充電制御が実施された実施例1〜3の電池パックにおける放電容量維持率は、それぞれが充電制御機構を備えず充電制御が実施されなかった比較例1〜3の電池パックの放電容量維持率よりも高かった。また、充電制御が実施された電池パックと充電制御が実施されなかった電池パックとの放電容量維持率の差は、負極活物質としてLTOを用いた実施例1と比較例1との差に対して比較すると、TiOを用いた実施例2と比較例2との差並びにNTOを用いた実施例3と比較例3との差において、より大きいことが示された。 As shown in Table 1, the discharge capacity maintenance rates in the battery packs of Examples 1 to 3 in which the charge control was performed by the charge control mechanism (measurement unit, calculation unit, and charge / discharge controller) included in the battery pack were It was higher than the discharge capacity maintenance rate of the battery packs of Comparative Examples 1 to 3 in which the charge control mechanism was not provided and the charge control was not performed. Moreover, the difference of the discharge capacity maintenance rate of the battery pack in which charge control was implemented and the battery pack in which charge control was not implemented is with respect to the difference between Example 1 and Comparative Example 1 using LTO as the negative electrode active material. When compared, the difference between Example 2 and Comparative Example 2 using TiO 2 and the difference between Example 3 and Comparative Example 3 using NTO were shown to be larger.

以上の結果、電圧平坦部の移動量に基づいて最大充電電圧を制御することにより、非水電解質二次電池の充放電サイクル寿命を向上させられることが分かった。   As a result, it was found that the charge / discharge cycle life of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved by controlling the maximum charge voltage based on the amount of movement of the voltage flat portion.

以上に示した実施形態および実施例によれば、非水電解質二次電池と、測定部と、演算部と、充放電コントローラとを具備した電池パックが提供される。電池パックが具備する非水電解質二次電池は、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備する。測定部は、この非水電解質二次電池の充電もしくは放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定する。演算部は、測定部から出力される出力値に基づいて、充電もしくは放電に際する時間当たりの電圧変化を算出し、この電圧変化に基づいて充電に際する充電曲線もしくは放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置を算出する。充放電コントローラは、その電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を規定値より低下させる。この電池パックは、高い充放電サイクル寿命を示す。   According to the embodiments and examples described above, a battery pack including a nonaqueous electrolyte secondary battery, a measurement unit, a calculation unit, and a charge / discharge controller is provided. The nonaqueous electrolyte secondary battery included in the battery pack includes a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a nonaqueous electrolyte, and a separator. The measurement unit measures the voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery at regular intervals when the nonaqueous electrolyte secondary battery is charged or discharged. The calculation unit calculates a voltage change per time during charging or discharging based on the output value output from the measuring unit, and based on this voltage change, a charging curve during charging or a discharging curve during discharging The potential position of one or more voltage flat portions in is calculated. The charge / discharge controller lowers the maximum charge voltage below the specified value by the same value as the potential drop amount whose potential position has dropped from the reference potential. This battery pack exhibits a high charge / discharge cycle life.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1・・・非水電解質二次電池、2・・・測定部、3・・・演算部、4・・・充放電コントローラ、5・・・AC/DC変換回路、6・・・AC電源、7・・・外部負荷、11・・・正極、11a・・・正極活物質層、11b・・・正極集電体、12・・・負極、12a・・・負極活物質層、12b・・・負極集電体、13・・・セパレータ、14・・・外装材(ラミネート外装)、15・・・正極端子、16・・・負極端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nonaqueous electrolyte secondary battery, 2 ... Measurement part, 3 ... Calculation part, 4 ... Charge / discharge controller, 5 ... AC / DC conversion circuit, 6 ... AC power supply, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... External load, 11 ... Positive electrode, 11a ... Positive electrode active material layer, 11b ... Positive electrode collector, 12 ... Negative electrode, 12a ... Negative electrode active material layer, 12b ... Negative electrode current collector, 13 ... Separator, 14 ... Exterior material (laminate outer package), 15 ... Positive electrode terminal, 16 ... Negative electrode terminal

Claims (8)

正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備する非水電解質二次電池と、
前記非水電解質二次電池の充電もしくは放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定する測定部と、
前記測定部から出力される出力値に基づいて前記充電もしくは放電に際する時間当たりの電圧変化を算出し、前記電圧変化に基づいて前記充電に際する充電曲線もしくは前記放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置を算出する演算部と、
前記電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を規定値より低下させる充放電コントローラとを具備する電池パック。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode including a titanium-containing composite oxide, a non-aqueous electrolyte, and a separator;
When charging or discharging the nonaqueous electrolyte secondary battery, a measurement unit that measures the voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery at regular intervals;
Based on the output value output from the measurement unit, the voltage change per time during the charge or discharge is calculated, and the charge curve during the charge or the discharge curve during the discharge based on the voltage change An arithmetic unit that calculates a potential position of one or more voltage flat portions;
A battery pack comprising: a charge / discharge controller that reduces the maximum charge voltage below a specified value by the same value as a potential decrease amount at which the potential position has decreased from a reference potential.
前記充放電コントローラは、前記1以上の電圧平坦部のうち、前記電位低下量が最大である電圧平坦部の電位低下量と同じ値だけ前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項1に記載の電池パック。   The charge / discharge controller reduces the maximum charge voltage below the specified value by the same value as the potential decrease amount of the voltage flat portion having the maximum potential decrease amount among the one or more voltage flat portions. The battery pack described. 前記測定部は一定時間ごとに測定される前記電圧ごとの前記非水電解質二次電池の電流値をさらに測定し、前記演算部は前記測定部から出力される出力値に基づいて前記電流値と前記電圧との微分曲線をさらに算出し、前記充放電コントローラは前記微分曲線における1以上のピークの何れかのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項1に記載の電池パック。   The measurement unit further measures a current value of the nonaqueous electrolyte secondary battery for each voltage measured at regular intervals, and the calculation unit calculates the current value based on an output value output from the measurement unit. A differential curve with respect to the voltage is further calculated, and the charge / discharge controller lowers the maximum charge voltage from the specified value by the same value as a shift amount of any one of one or more peaks in the differential curve. Item 6. The battery pack according to Item 1. 前記充放電コントローラは前記1以上のピークのうち、ピーク強度が最大であるピークのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項3に記載の電池パック。   4. The battery pack according to claim 3, wherein the charge / discharge controller reduces the maximum charge voltage from the specified value by the same value as a shift amount of a peak position of a peak having a maximum peak intensity among the one or more peaks. . 正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備した非水電解質二次電池の充電制御方法であって、該非水電解質二次電池の充電に際する充電曲線もしくは放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ、最大充電電圧を規定値より低下させる充電制御方法。   A charge control method for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode containing a titanium-containing composite oxide, a non-aqueous electrolyte, and a separator, and a charging curve for charging the non-aqueous electrolyte secondary battery Alternatively, a charge control method in which the maximum charge voltage is lowered from a specified value by the same value as the potential drop amount at which any one of the one or more voltage flat portions in the discharge curve during discharge is lowered from the reference potential. 前記1以上の電圧平坦部のうち、前記電位低下量が最大である電圧平坦部の電位低下量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項5に記載の充電制御方法。   6. The charge control method according to claim 5, wherein, among the one or more voltage flat portions, the maximum charge voltage is decreased from the specified value by the same value as the potential decrease amount of the voltage flat portion having the maximum potential decrease amount. . 前記充電もしくは放電に際する時間当たりの電流値と電圧との微分曲線とを算出し、前記微分曲線における1以上のピークの何れかのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項5に記載の充電制御方法。   A differential curve of current value and voltage per time during the charging or discharging is calculated, and the maximum charging voltage is set to the same value as the shift amount of any one of the one or more peaks in the differential curve. The charge control method according to claim 5, wherein the charge control method lowers the specified value. 前記1以上のピークのうち、ピーク強度が最大であるピークのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項7に記載の充電制御方法。   The charge control method according to claim 7, wherein the maximum charge voltage is reduced from the specified value by the same value as a shift amount of a peak position of a peak having a maximum peak intensity among the one or more peaks.
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