JP6528585B2 - Non-aqueous secondary battery charging method and charging control device - Google Patents

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Description

本発明は、非水系二次電池の充電方法及び充電制御装置に関する。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery charging method and a charge control device.

非水系二次電池を充電する充電制御装置は、非水系二次電池に電流を供給することで非水系二次電池を充電する。   The charge control device for charging the non-aqueous secondary battery charges the non-aqueous secondary battery by supplying a current to the non-aqueous secondary battery.

非水系二次電池は、電解質を有機溶媒に溶解させた電解液を備えている。このため、非水系二次電池が高温の場合に高電圧下で充電すると、正常な電池の可逆反応の他に、電解液の分解を起こす副反応が生じることが懸念される。特に、Si系材料を負極活物質として用いた二次電池については、充放電により電極がヒステリシスの影響を受けて分極が大きくなるため、電解液の分解が懸念されている。電解液の分解により電解液や電極材料の表面劣化、正極及び負極の電位のズレ、寿命の低下などが生じて、非水系二次電池の充放電サイクル特性が低下するおそれがある。   The non-aqueous secondary battery includes an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent. For this reason, when the non-aqueous secondary battery is charged at high temperature when it is at high temperature, in addition to the reversible reaction of the normal battery, there is a concern that a side reaction causing decomposition of the electrolytic solution may occur. In particular, in the case of a secondary battery using a Si-based material as a negative electrode active material, the electrode is affected by the hysteresis due to charge and discharge to increase the polarization, so there is a concern about the decomposition of the electrolytic solution. The decomposition of the electrolytic solution may cause surface deterioration of the electrolytic solution and the electrode material, displacement of the potential of the positive electrode and the negative electrode, and a decrease in life, which may lower the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery.

そこで、特許文献1〜8には、非水系二次電池を充電するときに、温度に応じて電流を制御する方法が提案されている。   Then, the method of controlling an electric current according to temperature is proposed at patent document 1-8 when charging a non-aqueous secondary battery.

WO2014/104280WO 2014/104280 特開2012−10593号公報JP, 2012-10593, A 特開2010−277839号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-277839 特開2013−149609号公報JP, 2013-149609, A WO2012/081423WO 2012/081423 特開平8−205418号公報JP-A-8-205418 特開平2−119539号公報JP-A-2-119539 特開2012−16109号公報JP, 2012-16109, A

本願発明者は、非水系二次電池の充電時の電解液の分解を抑制して電池寿命を向上させるために、上記特許文献とは異なる新たな充電方法及び充電制御装置について鋭意探求した。   The inventor of the present application has keenly searched for a new charging method and charge control device different from the above-mentioned patent documents in order to suppress the decomposition of the electrolytic solution during charging of the non-aqueous secondary battery and improve the battery life.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電池寿命の向上を図ることができる非水系二次電池の充電方法及び充電制御装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a non-aqueous secondary battery charging method and a charge control device capable of improving the battery life.

本発明の非水系二次電池の充電方法は、非水系二次電池を充電して前記非水系二次電池の正味電圧を目標電圧とする充電方法であって、
充電前の前記非水系二次電池の温度が所定値以上であるか否かを判断する温度判断工程と、
前記温度判断工程において前記非水系二次電池の温度が所定値以上であると判断された場合に、
i)前記非水系二次電池を前記目標電圧まで充電する充電工程と前記充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す間欠充電工程、又は
ii)前記非水系二次電池を、前記目標電圧を超える超過電圧まで充電するオーバーシュート充電工程
を行うことを特徴とする。
The charging method of the non-aqueous secondary battery of the present invention is a charging method of charging the non-aqueous secondary battery and setting the net voltage of the non-aqueous secondary battery as a target voltage,
A temperature determination step of determining whether the temperature of the non-aqueous secondary battery before charging is equal to or higher than a predetermined value;
When it is determined in the temperature determining step that the temperature of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than a predetermined value,
i) an intermittent charging step of alternately repeating a charge-pause unit comprising a charging step of charging the non-aqueous secondary battery to the target voltage and a pausing step of pausing the charging temporarily, or ii) the non-aqueous secondary battery And an overshoot charging step of charging to an excess voltage exceeding the target voltage.

本発明の充電制御装置は、非水系二次電池を充電して前記非水系二次電池の正味電圧を目標電圧とするにあたり、前記非水系二次電池へ供給される電流を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
充電前の前記非水系二次電池の温度が所定値以上であるか否かを判断する温度判断部と、
前記非水系二次電池を前記目標電圧まで充電する充電工程と前記充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す間欠充電部と、
前記非水系二次電池を、前記目標電圧を超える超過電圧まで充電するオーバーシュート充電部と、
前記温度判断部において前記非水系二次電池の温度が所定値以上であると判断された場合に、前記間欠充電部及び前記オーバーシュート充電部のいずれかを選択する選択部と、を備えることを特徴とする。
The charge control device according to the present invention controls the current supplied to the non-aqueous secondary battery by charging the non-aqueous secondary battery and setting the net voltage of the non-aqueous secondary battery as a target voltage. Equipped
The control unit
A temperature determination unit that determines whether the temperature of the non-aqueous secondary battery before charging is equal to or higher than a predetermined value;
An intermittent charging unit that alternately repeats a charge-pause unit consisting of a charging step of charging the non-aqueous secondary battery to the target voltage and a pausing step of pausing the charging temporarily;
An overshoot charging unit for charging the non-aqueous secondary battery to an excess voltage exceeding the target voltage;
Providing a selection unit for selecting one of the intermittent charging unit and the overshoot charging unit when the temperature judgment unit judges that the temperature of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than a predetermined value. It features.

上記構成によれば、非水系二次電池の温度が所定値以上であると判断された場合には、間欠充電工程又はオーバーシュート充電工程を行っている。間欠充電工程では、一定電流での充電工程の後に休止工程を行うことで、正極及び負極の充電深度を深くする。これにより、電極活物質内での分極解消を図りつつ、過電圧による電解液の分解を抑制できる。また、休止工程での休止中に充電で発生した熱を外部に放出でき、電池の高温化を抑制できる。オーバーシュート充電工程では、非水系二次電池は目標電圧を超える超過電圧まで充電される。目標電圧よりも高い超過電圧に非水系二次電池を曝すと、電池反応が積極的に進み、短時間で非水系二次電池の正味電圧を目標電圧にすることができる。高温、高電圧下に非水系二次電池を曝す時間が少なくてすみ、電解液の分解を抑制でき、電解液劣化による電池容量の低下を抑制できる。   According to the above configuration, when it is determined that the temperature of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than the predetermined value, the intermittent charging process or the overshoot charging process is performed. In the intermittent charging step, the charging depth of the positive electrode and the negative electrode is deepened by performing the pausing step after the charging step at a constant current. Thereby, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution due to the overvoltage while achieving the polarization elimination in the electrode active material. Further, the heat generated by the charging can be released to the outside during the pausing of the pausing process, and the temperature increase of the battery can be suppressed. In the overshoot charge process, the non-aqueous secondary battery is charged to an excess voltage exceeding the target voltage. When the non-aqueous secondary battery is exposed to an excess voltage higher than the target voltage, the battery reaction proceeds positively, and the net voltage of the non-aqueous secondary battery can be made the target voltage in a short time. It takes less time to expose the non-aqueous secondary battery to high temperatures and high voltages, so that decomposition of the electrolytic solution can be suppressed, and a decrease in battery capacity due to deterioration of the electrolytic solution can be suppressed.

本発明は上記構成を有するため、電池寿命の向上を図ることができる非水系二次電池の充電方法及び充電制御装置を提供することができる。   Since the present invention has the above configuration, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery charging method and a charge control device capable of improving the battery life.

本発明の実施形態の充電制御装置の説明図である。It is an explanatory view of a charge control device of an embodiment of the present invention. 本実施形態の充電方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the charge method of this embodiment. 試験1の充電時の時間経過に伴う電圧変化を示す線図である。FIG. 6 is a diagram showing a voltage change with the passage of time at the time of charging in Test 1; 試験2の充電時の時間経過に伴う電圧変化を示す線図である。FIG. 7 is a graph showing a voltage change with the passage of time at the time of charging in Test 2; 試験3の充電時の時間経過に伴う電圧変化を示す線図である。FIG. 10 is a diagram showing a voltage change with the passage of time at the time of charging in Test 3; 試験1〜5の充電時の時間経過に伴う電圧変化を示す線図である。It is a graph which shows the voltage change accompanying time progress at the time of charge of the tests 1-5.

本発明の実施形態に係る非水系二次電池の充電制御装置及び充電方法について説明する。   A charge control device and a charge method of a non-aqueous secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.

本実施形態の充電制御装置1は、図1に示すように、非水系二次電池5を充電するにあたり、非水系二次電池5へ供給される電流を制御する。充電制御装置1は、車両50に搭載された非水系二次電池5に充電するために用いられる。車両としては、電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両であればよく、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電動フォークリフト、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車が挙げられる。   The charge control device 1 of the present embodiment controls the current supplied to the non-aqueous secondary battery 5 when charging the non-aqueous secondary battery 5, as shown in FIG. The charge control device 1 is used to charge the non-aqueous secondary battery 5 mounted on the vehicle 50. Any vehicle may be used as long as it uses electric energy from batteries for all or part of the power source. For example, electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, hybrid railway vehicles, electric forklifts, electric wheelchairs, electric assists There are bicycles and electric motorcycles.

充電制御装置1は、非水系二次電池5を充電して非水系二次電池5の正味電圧を目標電圧Vpとする装置である。「正味電圧」とは、非水系二次電池5の内部抵抗の影響を極力なくし且つ電極活物質全体間で均一な電圧としたときの非水系二次電池の電圧をいう。「目標電圧Vp」は、充電率が100%のときの非水系二次電池5の電圧であってもよいし、それよりも少ない充電率(例えば70%、80%、90%)の非水系二次電池5の電圧であってもよい。目標電圧Vpは、非水系二次電池5の性能劣化を起こすことなく使用可能な最大電圧又はそれ以下に設定されているとよい。本実施形態では、充電率100%の非水系二次電池5の電圧4.2Vを目標電圧Vpとした。非水系二次電池5の最低電圧は3.0Vとした。   The charge control device 1 is a device that charges the non-aqueous secondary battery 5 and sets the net voltage of the non-aqueous secondary battery 5 to the target voltage Vp. The "net voltage" refers to the voltage of the non-aqueous secondary battery when the influence of the internal resistance of the non-aqueous secondary battery 5 is minimized and the voltage is uniform across the entire electrode active material. The “target voltage Vp” may be the voltage of the non-aqueous secondary battery 5 when the charge rate is 100%, or a non-aqueous system with a charge rate smaller than that (for example, 70%, 80%, 90%) It may be the voltage of the secondary battery 5. The target voltage Vp may be set to the maximum voltage that can be used without causing the performance deterioration of the non-aqueous secondary battery 5 or less. In the present embodiment, the voltage 4.2 V of the non-aqueous secondary battery 5 with a charging rate of 100% is set as the target voltage Vp. The minimum voltage of the non-aqueous secondary battery 5 was 3.0V.

各非水系二次電池5は、リチウムイオン二次電池であり、負極と、正極と、セパレータと、非水系電解液とを備える。負極は、集電体と集電体表面を被覆し負極活物質を有する活物質層とからなる。正極は、集電体と集電体表面を被覆し正極活物質を有する活物質層とからなる。   Each non-aqueous secondary battery 5 is a lithium ion secondary battery, and includes a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution. The negative electrode includes a current collector and an active material layer that covers the surface of the current collector and has a negative electrode active material. The positive electrode includes a current collector and an active material layer that covers the surface of the current collector and has a positive electrode active material.

正極活物質としては、例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、リン酸鉄リチウム化合物、硫黄等が挙げられる。また、負極活物質としては、SiO、結晶性シリコン、シリコン材料などのSi系材料、黒鉛などの炭素材料が挙げられる。   Examples of the positive electrode active material include a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, a lithium-manganese composite oxide having a spinel structure, a lithium iron phosphate compound, sulfur and the like. Moreover, as a negative electrode active material, Si-type materials, such as SiO, crystalline silicon, a silicon material, and carbon materials, such as graphite, are mentioned.

上記シリコン材料の一態様として、CaSiと酸とを反応させてCaを除去したポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させる方法で製造されるシリコン材料を挙げることができる。当該シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する。この構造は、走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。当該シリコン材料を、リチウムイオン二次電池の活物質として使用することを考慮すると、リチウムイオンの効率的な挿入及び脱離反応のためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。また、板状シリコン体の長軸方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長軸方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。 As one embodiment of the above silicon material, a layered silicon compound mainly composed of a polysilane from which CaSi is removed by reacting CaSi 2 with an acid is synthesized, and the layered silicon compound is heated at 300 ° C. or higher to release hydrogen. Mention may be made of silicon materials produced by the method. The silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are stacked in the thickness direction. This structure can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. Considering using the silicon material as an active material of a lithium ion secondary battery, the plate-like silicon body has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm for efficient insertion and desorption reaction of lithium ions. Among them, those in the range of 20 nm to 50 nm are more preferable. The length of the plate-like silicon body in the long axis direction is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. The plate-like silicon body preferably has a (longitudinal direction length) / (thickness) in a range of 2 to 1000.

当該シリコン材料には、アモルファスシリコン及び/又はシリコン結晶子が含まれるのが好ましい。シリコン結晶子のサイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子のサイズは、シリコン材料に対してX線回折測定(XRD測定)を行い、得られたXRDチャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。   The silicon material preferably includes amorphous silicon and / or silicon crystallites. The size of the silicon crystallite is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The size of the silicon crystallite is calculated from X-ray diffraction measurement (XRD measurement) on the silicon material, and from the Scheller equation using the half width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the obtained XRD chart. Be done.

一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合における、シリコン材料の好ましい粒度分布としては、平均粒子径(D50)が1〜30μmの範囲内であることを例示でき、より好ましくは平均粒子径(D50)が1〜10μmの範囲内であることを例示できる。   As a preferable particle size distribution of a silicon material when it measures with a general laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus, it can illustrate that an average particle diameter (D50) exists in the range of 1-30 micrometers, More preferably, it is an average particle It can be exemplified that the diameter (D50) is in the range of 1 to 10 μm.

非水電解液は、非水溶媒と非水溶媒に溶解された電解質とを含んでいる。   The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent and an electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent.

非水溶媒として、例えば、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類が挙げられる。環状エステル類として、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンが挙げられる。鎖状エステル類として、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステルが挙げられる。エーテル類として、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンが挙げられる。非水溶媒としては、上記具体的な非水溶媒の化学構造のうち一部または全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用してもよい。非水溶媒の化学構造のうち一部または全部の水素がフッ素置換された化合物としては、例えばフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートが挙げられる。   Examples of non-aqueous solvents include cyclic esters, linear esters, and ethers. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester and acetic acid alkyl ester. As ethers, for example, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane can be mentioned. As the non-aqueous solvent, a compound in which part or all of hydrogens in the chemical structure of the specific non-aqueous solvent is substituted with fluorine may be adopted. Examples of compounds in which part or all of the hydrogen in the chemical structure of the non-aqueous solvent is fluorine-substituted include fluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate.

また上記非水電解液に溶解させる電解質として、例えばLiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を使用することができる。 Further, as the electrolyte to be dissolved in the non-aqueous electrolytic solution, for example, lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 can be used.

非水電解液として、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの溶媒にLiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/lから1.7mol/l程度の濃度で溶解させた溶液を使用することができる。 As a non-aqueous electrolytic solution, for example, 0.5 mol / l to 0.5 mol / l of lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 or LiCF 3 SO 3 in a solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate. A solution dissolved at a concentration of about 7 mol / l can be used.

セパレータは、必要に応じて用いられる。セパレータは、正極と負極とを分離し非水電解液を保持するものであり、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。   A separator is used as needed. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the non-aqueous electrolyte, and is a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), methyl cellulose Etc. are exemplified.

図1に示すように、充電制御装置1は、供給電源6と非水系二次電池5との間に設けられており、供給電源6から非水系二次電池5に供給される電流を制御する。供給電源6は、非水系二次電池5を充電するために電力を出力するもので、例えば、交流電源であってもよいし、交流電源を直流電源に変換して出力するものであってもよい。   As shown in FIG. 1, the charge control device 1 is provided between the power supply 6 and the non-aqueous secondary battery 5, and controls the current supplied from the power supply 6 to the non-aqueous secondary battery 5. . The power supply 6 outputs electric power to charge the non-aqueous secondary battery 5, and may be, for example, an AC power supply, or may convert the AC power into a DC power and output it. Good.

充電制御装置1は、制御部2と、操作部3とを有する。   The charge control device 1 includes a control unit 2 and an operation unit 3.

制御部2は、主としてコンピュータから構成されており、温度判断部21と、時間判断部22と、電流検知部23と、定電流定電圧充電部24と、間欠充電部25と、オーバーシュート充電部26と、選択部27とを有する。   The control unit 2 mainly includes a computer, and a temperature determination unit 21, a time determination unit 22, a current detection unit 23, a constant current constant voltage charging unit 24, an intermittent charging unit 25, and an overshoot charging unit And a selection unit 27.

車両50には、非水系二次電池5の温度Txを測定する温度センサ51が設けられている。温度センサ51は、例えば、サーミスタである。温度判断部21は、車両50の温度センサ51から発する電池温度信号に基づいて、非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であるか否かを判断する。所定値Toは、例えば、非水系二次電池5の電解液が分解する可能性のある温度の下限値である。所定値Toは、35〜55℃の範囲の特定の温度であることがよく、更には40〜50℃であることが好ましい。本実施形態において、所定値Toは45℃とする。   The vehicle 50 is provided with a temperature sensor 51 that measures the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5. The temperature sensor 51 is, for example, a thermistor. The temperature determination unit 21 determines whether the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is equal to or higher than a predetermined value To based on the battery temperature signal emitted from the temperature sensor 51 of the vehicle 50. The predetermined value To is, for example, the lower limit value of the temperature at which the electrolyte solution of the non-aqueous secondary battery 5 may be decomposed. The predetermined value To is preferably a specific temperature in the range of 35 to 55 ° C., and more preferably 40 to 50 ° C. In the present embodiment, the predetermined value To is 45 ° C.

時間判断部22は、非水系二次電池5の充電に費やすことができる充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であるか否かを判断する。基準充電時間Hoは、後述のように非水系二次電池5の正味電圧を目標電圧Vpまで高めるために必要な時間である。   Time determination unit 22 determines whether or not charge allowable time Ha that can be spent for charging non-aqueous secondary battery 5 is equal to or longer than reference charge time Ho. The reference charging time Ho is a time required to increase the net voltage of the non-aqueous secondary battery 5 to the target voltage Vp as described later.

充電許容時間Haは、充電制御装置1を操作する操作者により任意に設定される。例えば、時間判断部22は、操作部3に設けられた急速充電スイッチ32に接続されている。操作者が急速充電スイッチ32を操作したときには、時間判断部22は、充電許容時間Haが基準充電時間Ho未満であると判断する。急速充電スイッチ32が操作されない場合には、時間判断部22は、充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であると判断する。   The charge allowable time Ha is arbitrarily set by the operator operating the charge control device 1. For example, the time determination unit 22 is connected to the quick charge switch 32 provided in the operation unit 3. When the operator operates the quick charge switch 32, the time determination unit 22 determines that the charge allowable time Ha is less than the reference charge time Ho. When quick charge switch 32 is not operated, time determination unit 22 determines that charge allowable time Ha is equal to or longer than reference charge time Ho.

電流検知部23は、車両50に搭載された電流測定器52から送信されてくる電流信号を検知する。電流信号は、電流測定器52により測定された非水系二次電池5の電圧及び電流値に関する情報を有する。制御部2の定電流定電圧充電部24、間欠充電部25及びオーバーシュート充電部26は、電流検知部23から送信された電流信号に基づいて、非水系二次電池5に供給される電流を制御する。   The current detection unit 23 detects a current signal transmitted from the current measuring device 52 mounted on the vehicle 50. The current signal has information on the voltage and current value of the non-aqueous secondary battery 5 measured by the current measuring device 52. The constant current constant voltage charging unit 24, the intermittent charging unit 25 and the overshoot charging unit 26 of the control unit 2 are configured to supply the current supplied to the non-aqueous secondary battery 5 based on the current signal transmitted from the current detection unit 23. Control.

定電流定電圧充電部24は、定電流定電圧充電工程を行う。定電流定電圧充電工程では、非水系二次電池5を目標電圧Vpまで定電流で充電し、非水系二次電池5が目標電圧Vpに到達した後に目標電圧Vpを維持するように更に充電する。   The constant current constant voltage charging unit 24 performs a constant current constant voltage charging process. In the constant current constant voltage charging step, the non-aqueous secondary battery 5 is charged to a target voltage Vp with a constant current, and further charged so as to maintain the target voltage Vp after the non-aqueous secondary battery 5 reaches the target voltage Vp. .

定電流定電圧充電工程では、非水系二次電池5は、目標電圧Vpに到達した後に目標電圧Vpに所定時間曝される。非水系二次電池5が目標電圧Vpに到達した直後は、正極及び負極とも充電深度が浅い。即ち、非水系二次電池5が目標電圧Vpに到達した直後は、正極活物質では専ら表面からLiイオンが放出され、内部のLiイオンの放出量は少ない。負極活物質の表面にLiイオンが偏在し、負極活物質の内部までLiイオンが拡散していない。専ら正極活物質と負極活物質の表面間では目標電圧Vpに達しているが、正極活物質と負極活物質の内部間では目標電圧Vpに達していない。また、比較的大きな電流が非水系二次電池5に流れる場合、目標電圧Vpに到達した直後の目標電圧Vpは電池の内部抵抗の影響が大きい。   In the constant current constant voltage charging step, the non-aqueous secondary battery 5 is exposed to the target voltage Vp for a predetermined time after reaching the target voltage Vp. Immediately after the non-aqueous secondary battery 5 reaches the target voltage Vp, both the positive and negative electrodes have a shallow charging depth. That is, immediately after the non-aqueous secondary battery 5 reaches the target voltage Vp, in the positive electrode active material, Li ions are exclusively released from the surface, and the amount of internal Li ions released is small. Li ions are unevenly distributed on the surface of the negative electrode active material, and the lithium ions are not diffused to the inside of the negative electrode active material. Although the target voltage Vp is reached exclusively between the surfaces of the positive electrode active material and the negative electrode active material, the target voltage Vp is not reached between the inside of the positive electrode active material and the negative electrode active material. When a relatively large current flows in the non-aqueous secondary battery 5, the target voltage Vp immediately after reaching the target voltage Vp is largely affected by the internal resistance of the battery.

そこで、本実施形態では、目標電圧Vpに到達した後、非水系二次電池5が目標電圧Vpを維持するように電流を徐々に少なくして、正味電圧が目標電圧に到達するまで充電を持続する。これにより、正極と負極の各電極活物質表面間だけでなく、正極と負極の各電極活物質内部間での電圧も目標電圧Vpに到達させることができ、また、電池の内部抵抗の影響をなくした状態で、電池正味の電圧、即ち正味電圧を目標電圧Vpに到達させることができる。   Therefore, in the present embodiment, after reaching the target voltage Vp, the current is gradually decreased so that the non-aqueous secondary battery 5 maintains the target voltage Vp, and charging is continued until the net voltage reaches the target voltage. Do. As a result, the voltage between not only the surface of the positive electrode and the negative electrode active material but also the voltage between the positive electrode and the negative electrode can reach the target voltage Vp. In the lost state, the battery net voltage, that is, the net voltage can reach the target voltage Vp.

定電流定電圧充電工程において、目標電圧Vpを維持している間、正極は高い電位を維持する。このため、正極近傍の電解液は酸化状態に曝される。しかし、非水系二次電池5の温度Txが所定値To未満のため、電解液の分解は生じにくい。このため、非水系二次電池5の温度Txが所定値To未満の場合には、比較的高い電流を定電流で且つ定電圧で流す定電流定電圧充電を行っても、電解液の分解は生じにくく、優れたサイクル特性を発揮できる。なお、非水系二次電池5の温度Txが所定値To未満の場合には、上記の定電流定電圧充電工程で行われる定電流定電圧充電に代えて、定電流充電や定電圧充電を行うことも可能である。定電流定電圧充電、定電流充電及び定電圧充電の中では、同じ電流値の電流で充電した場合には、定電流定電圧充電が短時間で充電可能である。   In the constant current constant voltage charging step, the positive electrode maintains a high potential while maintaining the target voltage Vp. For this reason, the electrolytic solution in the vicinity of the positive electrode is exposed to the oxidation state. However, since the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is less than the predetermined value To, decomposition of the electrolytic solution is unlikely to occur. Therefore, when the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is less than the predetermined value To, even if constant current constant voltage charging is performed in which a relatively high current is flowed at a constant current and constant voltage, decomposition of the electrolyte is It is hard to occur and can exhibit excellent cycle characteristics. If the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is less than the predetermined value To, constant current charging or constant voltage charging is performed instead of constant current constant voltage charging performed in the constant current constant voltage charging step described above. It is also possible. In constant current constant voltage charging, constant current charging and constant voltage charging, constant current constant voltage charging can be performed in a short time when charging is performed with a current of the same current value.

定電流定電圧充電工程において、目標電圧Vp到達後に電流値を徐々に小さくして充電することで目標電圧Vpを維持するが、終止電流値が0.3Cレート以下、更には0.2Cレート以下、0.15Cレート以下、0.1Cレート以下となるまで目標電圧Vpを維持するとよい。なお、1Cレートとは一定電流において1時間で電池を完全充電又は完全放電させるために要する電流値を意味する。   In the constant current constant voltage charging step, the target voltage Vp is maintained by gradually reducing the current value after reaching the target voltage Vp to maintain the target voltage Vp, but the end current value is 0.3 C rate or less, further 0.2 C rate or less The target voltage Vp may be maintained until the 0.15 C rate or less and the 0.1 C rate or less. The 1 C rate means a current value required to completely charge or completely discharge the battery in one hour at a constant current.

間欠充電部25は間欠充電工程を行う。間欠充電工程では、非水系二次電池5を目標電圧Vpまで充電する充電工程と充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す。一般的に、非水系二次電池5に目標電圧Vpを長時間印加し続けると、正極が酸化状態を維持して、特に正極近傍で電解液の分解が進む。そこで、間欠充電工程では、一定電流での充電工程の後に休止工程を行うことで、Liの正極活物質内部への拡散を促しつつ、過電圧による電解液の分解を抑制できる。また、休止工程中に、充電工程で発生した熱を外部に放出でき、電解液の分解反応を抑制できる。   The intermittent charging unit 25 performs an intermittent charging process. In the intermittent charging step, a charge-pause unit consisting of a charging step of charging the non-aqueous secondary battery 5 to the target voltage Vp and a pausing step of pausing charging is alternately repeated. In general, when the target voltage Vp is continuously applied to the non-aqueous secondary battery 5 for a long time, the positive electrode maintains an oxidation state, and decomposition of the electrolyte proceeds particularly in the vicinity of the positive electrode. Therefore, in the intermittent charging step, by performing the pausing step after the charging step at a constant current, it is possible to suppress the decomposition of the electrolyte solution due to the overvoltage while promoting the diffusion of Li into the inside of the positive electrode active material. In addition, during the pausing step, the heat generated in the charging step can be released to the outside, and the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed.

間欠充電工程において、充電−休止単位の充電工程での充電の電流値は、直前の充電−休止単位の充電工程での充電の電流値よりも小さくするとよい。これにより、後の充電−休止単位ほど充電深度を高め、電池全体を均一に目標電圧Vpにすることができる。また、電池の内部抵抗による電圧誤差を抑えることができる。ゆえに、電池の正味電圧を目標電圧Vpに近づけることができる。   In the intermittent charging step, the current value of the charging in the charging step of the charging-pause unit may be smaller than the current value of the charging in the charging step of the immediately previous charging-pause unit. As a result, it is possible to increase the charge depth to a later charge-pause unit and uniformly bring the entire battery to the target voltage Vp. Moreover, the voltage error due to the internal resistance of the battery can be suppressed. Therefore, the net voltage of the battery can be brought close to the target voltage Vp.

充電工程直後は、正極活物質では専ら表面からLiイオンが放出され、内部のLiイオンの放出量は少ない。負極活物質の表面にLiイオンが偏在し、負極活物質の内部までLiイオンが拡散していない。特に、Si系の負極活物質は、充放電による膨張と収縮が大きく、Liイオンが負極活物質の表面に偏在して、充放電曲線のヒステリシスが大きい。そこで、本実施形態では、充電工程の後に休止工程を行うことで、充放電曲線のヒステリシスをなくし、Liを負極活物質全体に拡散させて、電池全体を均一な電圧とすることができる。   Immediately after the charging step, Li ions are exclusively released from the surface of the positive electrode active material, and the amount of Li ions released inside is small. Li ions are unevenly distributed on the surface of the negative electrode active material, and the lithium ions are not diffused to the inside of the negative electrode active material. In particular, the Si-based negative electrode active material has large expansion and contraction due to charge and discharge, and Li ions are unevenly distributed on the surface of the negative electrode active material, and the hysteresis of the charge and discharge curve is large. Therefore, in the present embodiment, by performing the pausing step after the charging step, the hysteresis of the charge and discharge curve can be eliminated, Li can be diffused in the entire negative electrode active material, and the entire battery can be made to have a uniform voltage.

間欠充電工程の休止工程では、充電制御装置1を非水系二次電池5に接続したままで、電力供給を停止することで、充電を一時休止している。   In the pause process of the intermittent charge process, the charge control device 1 is temporarily connected to the non-aqueous secondary battery 5 and the charge is suspended by stopping the power supply.

間欠充電工程の充電−休止単位の休止工程において、非水系二次電池5が目標電圧Vp未満となるまで充電を休止することが好ましい。これにより、印加された電圧が電極活物質の全体に均一に行き渡り、充電深度を深くすることができる。   It is preferable to suspend charging until the non-aqueous secondary battery 5 becomes lower than the target voltage Vp in the charging-stop unit stopping step in the intermittent charging step. Thereby, the applied voltage can be uniformly spread over the entire electrode active material, and the charging depth can be deepened.

間欠充電工程において、充電−休止単位は、非水系二次電池の正味電圧が目標電圧Vpとなるまで繰り返す。更に、充電−休止単位の繰り返しは、休止工程終了時の非水系二次電池5の電圧が目標電圧Vpに近い電圧を維持したときに終了することが好ましい。例えば、間欠充電工程において、休止工程終了時の非水系二次電池5の電圧、即ち電流検知器23で検知された電圧が目標電圧Vpの90%以上、更には95%以上、97%以上、99%以上を維持したときに充電−休止単位の繰り返しを終了することがよい。   In the intermittent charge process, the charge-pause unit is repeated until the net voltage of the non-aqueous secondary battery reaches the target voltage Vp. Furthermore, the repetition of the charge-pause unit is preferably ended when the voltage of the non-aqueous secondary battery 5 at the end of the pause step maintains a voltage close to the target voltage Vp. For example, in the intermittent charging step, the voltage of the non-aqueous secondary battery 5 at the end of the pause step, that is, the voltage detected by the current detector 23 is 90% or more, and further 95% or more, 97% or more of the target voltage Vp. It is good to end the charge-pause unit repetition when maintaining 99% or more.

本実施形態では、第1回目の充電−休止単位の充電工程で非水系二次電池5に供給される電流値は1Cレートとした。各サイクルの充電−休止単位の充電工程での電流値は、直前の充電−休止工程の充填工程の電流値の1/3とした。各サイクルの充電−休止単位における休止工程は1時間とした。   In the present embodiment, the current value supplied to the non-aqueous secondary battery 5 in the first charging-pause unit charging step is a 1 C rate. The current value in the charge step of each cycle of charge-rest unit is set to 1/3 of the current value of the charge step of the previous charge-rest step. The rest step in the charge-rest unit of each cycle was one hour.

オーバーシュート充電部26はオーバーシュート充電工程を行う。オーバーシュート充電工程は、非水系二次電池5を、目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電する。超過電圧Vqは、間欠充電工程及び定電流定電圧充電工程において非水系二次電池5に曝される目標電圧Vpよりも高い。超過電圧Vqまで充電されたときに、非水系二次電池5の充電率は所望の充電率となっているとよい。目標電圧Vpよりも高い超過電圧Vqに非水系二次電池5を曝すと、超過電圧Vqに到達した直後は、正極活物質と負極活物質の表面間の電圧と内部間の電圧に差があるが、超過電圧Vq到達後しばらくすると正極活物質と負極活物質の中でLiイオンが移動して、正極活物質と負極活物質の全体が目標電圧Vpになる。オーバーシュート充電工程によれば、電池反応が積極的に進み、短時間で非水系二次電池の正味電圧を目標電圧Vpにすることができる。高温、高電圧下に非水系二次電池5を曝す時間が少なくてすみ、電解液の分解を抑制でき、電解液劣化による電池容量の低下を抑制できる。   The overshoot charge unit 26 performs an overshoot charge process. The overshoot charge process charges the non-aqueous secondary battery 5 to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp. The excess voltage Vq is higher than the target voltage Vp exposed to the non-aqueous secondary battery 5 in the intermittent charging step and the constant current constant voltage charging step. When charged to the excess voltage Vq, the charging rate of the non-aqueous secondary battery 5 may be a desired charging rate. When the non-aqueous secondary battery 5 is exposed to the excess voltage Vq higher than the target voltage Vp, immediately after the excess voltage Vq is reached, there is a difference between the voltage between the surface of the positive electrode active material and the surface of the negative electrode active material However, after reaching the excess voltage Vq for a while, Li ions move in the positive electrode active material and the negative electrode active material, and the whole of the positive electrode active material and the negative electrode active material becomes the target voltage Vp. According to the overshoot charge process, the battery reaction proceeds positively, and the net voltage of the non-aqueous secondary battery can be made the target voltage Vp in a short time. The time for exposing the non-aqueous secondary battery 5 to high temperature and high voltage can be reduced, the decomposition of the electrolyte can be suppressed, and the decrease in battery capacity due to the deterioration of the electrolyte can be suppressed.

オーバーシュート充電工程において、超過電圧Vqは、目標電圧Vpに対して100%を超えて大きく130%以下であることが好ましい。この場合には、電解液の分解を抑制しながら、短時間で充電を行うことができる。超過電圧Vqが目標電圧Vpに対して過剰に高い場合には、電解液の分解が過度に生じたり、また、正極活物質が損傷したりするおそれがある。制御部2は、充電中に非水系二次電池5が超過電圧Vqに到達した場合には、充電を停止する。   In the overshoot charging step, the excess voltage Vq is preferably more than 100% and 130% or less of the target voltage Vp. In this case, charging can be performed in a short time while suppressing the decomposition of the electrolytic solution. When the over voltage Vq is excessively high with respect to the target voltage Vp, there is a possibility that the decomposition of the electrolytic solution may be excessive or the positive electrode active material may be damaged. When the non-aqueous secondary battery 5 reaches the excess voltage Vq during charging, the control unit 2 stops charging.

オーバーシュート充電工程、間欠充電工程での最初の充電−休止単位、及び定電流定電圧充電工程における充電時の電流値は、一定で互いに同じとすることが好ましい。どの工程が選択された場合にも、非水系二次電池5に適した電流値で充電できる。   It is preferable that current values at the time of charging in the overshoot charge step, the first charge-pause unit in the intermittent charge step, and the constant current constant voltage charge step be constant and equal to one another. Regardless of which process is selected, charging can be performed with a current value suitable for the non-aqueous secondary battery 5.

オーバーシュート充電工程、間欠充電工程での最初の充電−休止単位、及び定電流定電圧充電工程における充電時の電流値は、0.2Cレート以上3Cレート以下であるとよく、更に0.5Cレート以上2Cレート以下であることが好ましく、0.7Cレート以上1.5Cレート以下であることが望ましい。この場合には、電解液の分解を抑制しつつ短時間で超過電圧Vqまで充電することができる。当該電流値が過少の場合には、充電に要する時間が長すぎるおそれがある。当該電流値が過大の場合には、充電時に電解液が副反応により分解するおそれがある。   The current value during charging in the overshoot charge process, initial charge-pause unit in intermittent charge process, and constant current constant voltage charge process should be 0.2 C rate or more and 3 C rate or less, and further 0.5 C rate The rate is preferably 2 C rate or less, and more preferably 0.7 C rate or more and 1.5 C rate or less. In this case, it is possible to charge to the excess voltage Vq in a short time while suppressing the decomposition of the electrolytic solution. If the current value is too low, the time required for charging may be too long. If the current value is excessive, the electrolyte may be decomposed by a side reaction during charging.

オーバーシュート充電工程に要する時間は、間欠充電工程に要する時間よりも短い。また、オーバーシュート充電工程に要する時間は、定電流定電圧充電工程に要する時間よりも短いとよい。   The time required for the overshoot charge process is shorter than the time required for the intermittent charge process. Further, the time required for the overshoot charging step may be shorter than the time required for the constant current constant voltage charging step.

選択部27は、温度判断部21において、非水系二次電池5の温度Txが所定値To未満であると判断された場合には定電流定電圧充電部24を選択し、非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であると判断された場合には、間欠充電部25又はオーバーシュート充電部26を選択する。選択部27は、更に、時間判断部22において充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であると判断されたときには間欠充電部25を選択し、充電許容時間Haが基準充電時間Ho未満と判断されたときにはオーバーシュート充電部26を選択する。   Selection unit 27 selects constant current constant voltage charging unit 24 if temperature Tx of non-aqueous secondary battery 5 is determined to be less than predetermined value To in temperature determination unit 21, and non-aqueous secondary battery When it is determined that the temperature Tx of 5 is equal to or higher than the predetermined value To, the intermittent charging unit 25 or the overshoot charging unit 26 is selected. Selection unit 27 further selects intermittent charging unit 25 when it is determined in time determination unit 22 that charge allowable time Ha is equal to or longer than reference charge time Ho, and it is determined that charge allowable time Ha is less than reference charge time Ho. When it happens, the overshoot charging unit 26 is selected.

定電流定電圧充電部24、間欠充電部25及びオーバーシュート充電部26は、それぞれ公知の電力変換回路を備えている。定電流定電圧充電部24、間欠充電部25及びオーバーシュート充電部26のいずれかが選択部27により選択されると、各充電部の電力変換回路により、選択された工程に合うように電流が制御される。制御された電流は、電力取り出し部59を通じて、車両50内の非水系二次電池5に供給される。   The constant current constant voltage charging unit 24, the intermittent charging unit 25 and the overshoot charging unit 26 each include a known power conversion circuit. When any one of constant current constant voltage charging unit 24, intermittent charging unit 25 and overshoot charging unit 26 is selected by selection unit 27, the power conversion circuit of each charging unit causes the current to match the selected process. It is controlled. The controlled current is supplied to the non-aqueous secondary battery 5 in the vehicle 50 through the power extracting unit 59.

操作部3は、開始ボタン31と、急速充電ボタン32とを有する。開始ボタン31を操作すると、充電制御装置1の充電が開始される。開始ボタン31を操作し、更に、急速充電ボタン32を操作すると、非水系二次電池の温度Txが所定値To以上の場合にオーバーシュート充電工程が選択される。   The operation unit 3 has a start button 31 and a quick charge button 32. When the start button 31 is operated, charging of the charge control device 1 is started. When the start button 31 is operated and the quick charge button 32 is further operated, the overshoot charge process is selected when the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than a predetermined value To.

充電制御装置1を用いて非水系二次電池5を充電する充電方法について説明する。   A charging method for charging the non-aqueous secondary battery 5 using the charge control device 1 will be described.

充電制御装置1が、車両50の電気取り入れ部51に接続され、開始ボタン31が操作されると、充電制御装置1による充電が開始される。充電制御装置1による充電は、図2に示すフローチャートにしたがって行われる。   When the charge control device 1 is connected to the electricity intake unit 51 of the vehicle 50 and the start button 31 is operated, charging by the charge control device 1 is started. Charging by the charge control device 1 is performed according to the flowchart shown in FIG.

図2に示すように、ステップS1において、制御部2は、非水系二次電池5が停止していることを確認する。   As shown in FIG. 2, in step S <b> 1, the control unit 2 confirms that the non-aqueous secondary battery 5 is stopped.

ステップS2において、温度判断部21は、充電前の非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であるか否かを判断する(温度判断工程)。ステップS2において、充電前の非水系二次電池5の温度Txが所定値To(45℃)以上の場合には、ステップS4に進む。充電前の非水系二次電池5の温度Txが所定値To(45℃)未満の場合には、選択部27によりステップS3の定電流定電圧充電部24が選択される。   In step S2, the temperature determination unit 21 determines whether the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 before charging is equal to or higher than a predetermined value To (temperature determination step). In step S2, if the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 before charging is equal to or higher than the predetermined value To (45 ° C.), the process proceeds to step S4. When the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 before charging is less than the predetermined value To (45 ° C.), the selection unit 27 selects the constant current constant voltage charging unit 24 in step S3.

ステップS3において、定電流定電圧充電部24は、定電流定電圧充電工程を行う。定電流定電圧充電工程では、非水系二次電池5に目標電圧Vp(4.2V)まで1Cレートの定電流で充電し、非水系二次電池5が目標電圧Vpに到達した後に目標電圧Vpを維持するように電流値を徐々に小さくしながら更に充電する。   In step S3, the constant current constant voltage charging unit 24 performs a constant current constant voltage charging process. In the constant current constant voltage charging step, the non-aqueous secondary battery 5 is charged to a target voltage Vp (4.2 V) at a constant current of 1 C rate, and after the non-aqueous secondary battery 5 reaches the target voltage Vp, the target voltage Vp To keep the current while gradually reducing the current value.

ステップS4において、時間判断部22は、充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であるか否かを判断する。基準充電時間Hoは、間欠充電工程において非水系二次電池の正味電圧を目標電圧Vpとするまでの時間とする。基準充電時間Hoをもとめるために、1Cレートの一定電流で目標電圧Vp(4.2V)まで充電した後に1時間休止する充電−休止単位を繰り返し、初期の充電の電流値を1Cレートとし、後の充電は直前の充電−休止単位の充電の電流値の1/3として、充電率が0%から100%になるまで繰り返すために必要とされる時間を算出し、当該算出値を基準充電時間Hoとする。本実施形態において、間欠充電工程の上記の条件で計算された基準充電時間Hoは3時間であった。   In step S4, time determination unit 22 determines whether or not charge allowable time Ha is equal to or longer than reference charge time Ho. The reference charging time Ho is a time until the net voltage of the non-aqueous secondary battery is made the target voltage Vp in the intermittent charging step. In order to determine the reference charge time Ho, repeat the charge-pause unit, which pauses for 1 hour after charging to the target voltage Vp (4.2 V) at a constant current of 1 C rate, and set the initial charge current value to 1 C rate Calculate the time required to repeat the charge rate from 0% to 100% as 1/3 of the current value of the charge of the previous charge-pause unit, and calculate the calculated value as the reference charge time. I will call it Ho. In the present embodiment, the reference charging time Ho calculated under the above conditions of the intermittent charging step was 3 hours.

ステップS4において、急速充電ボタン32が操作されていないとき、時間判断部22により、充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であると判断する。この場合には、選択部27は、ステップS5の間欠充電工程を選択する。一方、急速充電ボタン32が操作されているときには、時間判断部22により充電許容時間Haが基準充電時間Ho未満であると判断する。この場合には、選択部27は、ステップS6のオーバーシュート充電部26を選択する。   In step S4, when the quick charge button 32 is not operated, the time determination unit 22 determines that the charge allowable time Ha is equal to or longer than the reference charge time Ho. In this case, the selection unit 27 selects the intermittent charging process of step S5. On the other hand, when the quick charge button 32 is operated, the time determination unit 22 determines that the charge allowable time Ha is less than the reference charge time Ho. In this case, the selection unit 27 selects the overshoot charging unit 26 in step S6.

ステップS5において、間欠充電部25は、間欠充電工程を行う。間欠充電工程では、制御部2は、非水系二次電池5を目標電圧Vpまで充電する充電工程と充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す。第1回目の充電−休止単位の充電工程で非水系二次電池5に供給される電流値は1Cとした。各サイクルの充電−休止単位の充電工程での電流値は、直前の充電−休止工程の充填工程の電流値の1/3とした。各サイクルの充電−休止単位における休止工程は1時間とした。充電−休止単位は、非水系二次電池5の正味電圧が目標電圧Vpとなるまで繰り返す。または、非水系二次電池5の正味電圧を目標電圧Vpとするには、充電−休止単位は、非水系二次電池5が所望の充電率となるまで繰り返すとよく、好ましくは充電率が100%となるまで繰り返す。又は、休止工程終了時の非水系二次電池5の電圧、即ち電流検知器23で検知された電圧が目標電圧Vpの99%以上を維持するまで充電−休止単位の繰り返すとよい。本実施形態においては、休止工程終了時の非水系二次電池5の電圧が目標電圧Vpの99%以上を維持するまで充電−休止単位を繰り返し、その後終了する。   In step S5, the intermittent charging unit 25 performs an intermittent charging process. In the intermittent charging step, the control unit 2 alternately repeats a charge-pause unit consisting of a charging step of charging the non-aqueous secondary battery 5 to the target voltage Vp and a pausing step of suspending charging temporarily. The current value supplied to the non-aqueous secondary battery 5 in the first charge-stop unit charging step was 1C. The current value in the charge step of each cycle of charge-rest unit is set to 1/3 of the current value of the charge step of the previous charge-rest step. The rest step in the charge-rest unit of each cycle was one hour. The charge-pause unit is repeated until the net voltage of the non-aqueous secondary battery 5 reaches the target voltage Vp. Alternatively, to set the net voltage of the non-aqueous secondary battery 5 to the target voltage Vp, the charge-pause unit may be repeated until the non-aqueous secondary battery 5 has a desired charge rate, preferably 100 Repeat until%. Alternatively, the charge-pause unit may be repeated until the voltage of the non-aqueous secondary battery 5 at the end of the pause step, that is, the voltage detected by the current detector 23 maintains 99% or more of the target voltage Vp. In the present embodiment, the charge-pause unit is repeated until the voltage of the non-aqueous secondary battery 5 at the end of the pause step maintains 99% or more of the target voltage Vp, and then the procedure is terminated.

ステップS6において、オーバーシュート充電部26は、オーバーシュート充電工程を行う。オーバーシュート充電工程では、オーバーシュート充電部26は、非水系二次電池5に1Cレートの一定電流を流す。一定電流を非水系二次電池5に流し続けていくと、非水系二次電池5は目標電圧Vp(4.2V)を超えた超過電圧Vq(4.35V)に到達する。超過電圧Vqである4.35Vは、目標電圧Vpを100%とした場合に、104%である。オーバーシュート充電部26は、非水系二次電池5の電圧が超過電圧Vqとなったときに、非水系二次電池5に一定電流を流すことを停止して、オ―バーシュート充電工程を終了する。   In step S6, the overshoot charge unit 26 performs an overshoot charge process. In the overshoot charge process, the overshoot charge unit 26 applies a constant current of 1 C rate to the non-aqueous secondary battery 5. When the constant current is continuously supplied to the non-aqueous secondary battery 5, the non-aqueous secondary battery 5 reaches the excess voltage Vq (4.35 V) exceeding the target voltage Vp (4.2 V). The excess voltage Vq of 4.35 V is 104% when the target voltage Vp is 100%. When the voltage of the non-aqueous secondary battery 5 reaches the excess voltage Vq, the overshoot charging unit 26 stops the constant current from flowing to the non-aqueous secondary battery 5, and ends the overshoot shooting process. Do.

以上により、非水系二次電池の充電を終了する。   With the above, the charging of the non-aqueous secondary battery is completed.

本実施形態では、非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であると判断された場合には、間欠充電工程又はオーバーシュート充電工程を行っている。間欠充電工程では、一定電流での充電後に充電を一時休止する工程を挟むことで、充電深度を高めて正極活物質内及び負極活物質内での分極解消を図りつつ、過電圧による電解液の分解を抑制できる。また、休止工程において、充電工程で発生した熱を外部に放出でき、電解液の分解を抑制できる。オーバーシュート充電工程では、非水系二次電池5は目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電される。目標電圧Vpよりも高い超過電圧Vqに非水系二次電池5を曝すと、電池反応が積極的に進み、短時間で正味電圧を目標電圧Vpとすることができる。高温、高電圧下に非水系二次電池5を曝す時間が短くてすみ、電解液の分解を抑制でき、電解液劣化による電池容量の低下を抑制できる。   In the present embodiment, when it is determined that the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is equal to or higher than the predetermined value To, the intermittent charging step or the overshoot charging step is performed. In the intermittent charging step, the step of temporarily stopping charging after charging with a constant current is performed to increase the charging depth and to eliminate the polarization in the positive electrode active material and the negative electrode active material while the electrolyte is decomposed due to an overvoltage. Can be suppressed. Further, in the pausing step, the heat generated in the charging step can be released to the outside, and the decomposition of the electrolytic solution can be suppressed. In the overshoot charge process, the non-aqueous secondary battery 5 is charged to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp. When the non-aqueous secondary battery 5 is exposed to the excess voltage Vq higher than the target voltage Vp, the cell reaction proceeds positively, and the net voltage can be made the target voltage Vp in a short time. The time for which the non-aqueous secondary battery 5 is exposed to high temperature and high voltage can be short, so that the decomposition of the electrolyte can be suppressed, and the decrease in battery capacity due to the deterioration of the electrolyte can be suppressed.

特に、Si系材料を負極活物質として用いるリチウムイオン二次電池は、充放電曲線にヒステリシスがあり、電極活物質内での分極が大きい。そこで、非水系二次電池の温度が高い場合に間欠充電工程又はオーバーシュート充電工程を行うことで、電解液の分解反応を抑え、電池寿命を長くすることができる。   In particular, a lithium ion secondary battery using a Si-based material as a negative electrode active material has hysteresis in the charge / discharge curve, and the polarization in the electrode active material is large. Therefore, the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed and the battery life can be extended by performing the intermittent charging step or the overshoot charging step when the temperature of the non-aqueous secondary battery is high.

また、充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であるときには間欠充電工程を行い、基準充電時間Ho未満のときにはオーバーシュート充電工程を行っている。このため、高温時の充電において十分な時間をかけることができるときには、充電中に休止を挟む間欠充電を行うことで、電極活物質内での分極の解消を図りつつ電解液の分解を抑制することができる。短時間で充電したい場合には、オーバーシュート充電工程にて目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電して正負極間の電位差を大きくとることでLiに関わる反応を積極的に進め、非水系二次電池5を高温・高電圧下に曝す時間を短縮することで、容量の低下を相対的に抑制することができる。   Further, the intermittent charging process is performed when the allowable charging time Ha is equal to or more than the reference charging time Ho, and the overshoot charging process is performed when the allowable charging time Ha is less than the reference charging time Ho. For this reason, when sufficient time can be taken in charging at a high temperature, intermittent decomposition is performed while holding a pause during charging, thereby suppressing the decomposition of the electrolytic solution while eliminating the polarization in the electrode active material. be able to. When it is desired to charge in a short time, the reaction involving Li is positively advanced by charging up to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp in the overshoot charging step to increase the potential difference between the positive and negative electrodes. By shortening the time for exposing the secondary battery 5 to high temperature and high voltage, it is possible to relatively suppress the decrease in capacity.

一方、非水系二次電池5の温度Txが所定値To未満の場合には、電解液の分解の発生する温度域まで達しない。このため、定電流定電圧充電工程において、目標電圧Vpまで定電流にて充電した後、正味電圧が目標電圧Vpとなるまで充電することで、電池寿命の低下を抑制できる。   On the other hand, when the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is less than the predetermined value To, the temperature does not reach the temperature range where the decomposition of the electrolytic solution occurs. For this reason, in the constant current / constant voltage charging step, after charging with the constant current to the target voltage Vp, it is possible to suppress a decrease in battery life by charging until the net voltage reaches the target voltage Vp.

以下、非水系二次電池5について、試験1〜5の各種充電方法を採用したサイクル試験を行い、サイクル試験後の容量維持率を測定した。   The non-aqueous secondary battery 5 was subjected to a cycle test employing various charging methods of Tests 1 to 5 to measure the capacity retention rate after the cycle test.

(非水系二次電池)
まず、充電に供されるリチウムイオン二次電池の構成について説明する。リチウムイオン二次電池の正極は、正極活物質層と、正極活物質層で被覆された集電体とからなる。正極活物質層は、必要に応じて結着剤及び導電助剤を含んでもよい。
(Non-aqueous secondary battery)
First, the configuration of a lithium ion secondary battery to be charged will be described. The positive electrode of the lithium ion secondary battery comprises a positive electrode active material layer and a current collector coated with the positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer may contain a binder and a conductive aid as required.

正極活物質層は、正極活物質と、結着剤と、導電助剤とを有する。正極活物質は、LiNi0.5Co0.2Mn0.3で表される層状岩塩構造のリチウム含有金属酸化物とLiFePOで表されるオリビン型リチウムリン酸複合酸化物からなる。結着剤は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる。導電助剤は、アセチレンブラック(AB)からなる。集電体は、アルミニウム箔からなる。正極活物質層を100質量部としたときの、正極活物質と結着剤と導電助剤との含有質量比は、94:3:3である。上記活物質層を片面目付27.0mg/cmとなるようアルミニウム箔の両面に塗工を行い、90度5分間、120度5分間の乾燥を行いn−メチルピロリドン(NMP)を揮発させて除去した。その後、所定の密度までプレスを行った後、所定の形状(40mm×80mmの矩形状)に切り取り、正極とした。 The positive electrode active material layer has a positive electrode active material, a binder, and a conductive aid. The positive electrode active material is composed of a lithium-containing metal oxide having a layered rock salt structure represented by LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 and an olivine-type lithium phosphate composite oxide represented by LiFePO 4 . The binder comprises polyvinylidene fluoride (PVDF). The conductive aid comprises acetylene black (AB). The current collector is made of aluminum foil. The content mass ratio of the positive electrode active material to the binder and the conductive additive is 94: 3: 3 when the positive electrode active material layer is 100 parts by mass. The above active material layer is coated on both sides of an aluminum foil so as to have a surface weight of 27.0 mg / cm 2 , dried at 90 ° for 5 minutes, 120 ° for 5 minutes, and the n-methylpyrrolidone (NMP) is volatilized Removed. Thereafter, pressing was performed to a predetermined density, and then cut into a predetermined shape (a rectangular shape of 40 mm × 80 mm) to obtain a positive electrode.

負極は、負極活物質層と、負極活物質層で被覆された集電体とからなる。負極活物質層は、負極活物質として炭素で被覆されたシリコン材料58質量部と、天然黒鉛24質量部、結着剤としてポリアミドイミド樹脂11質量部、導電助剤としてアセチレンブラック7質量部とからなる。集電体は銅箔である。上記活物質層を片面目付4.9mg/cmとなるよう銅箔の両面に塗工を行い、80度5分間の乾燥を行い、NMPを揮発させて除去した。その後、所定の密度までプレスを行った後、所定の形状(44mm×84mmの矩形状)に切り取り、負極とした。 The negative electrode is composed of a negative electrode active material layer and a current collector coated with the negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer is composed of 58 parts by weight of a silicon material coated with carbon as a negative electrode active material, 24 parts by weight of natural graphite, 11 parts by weight of polyamideimide resin as a binder, and 7 parts by weight of acetylene black as a conductive additive. Become. The current collector is a copper foil. The above active material layer was coated on both sides of a copper foil so as to have a surface weight of 4.9 mg / cm 2 and dried at 80 ° C. for 5 minutes to volatilize and remove NMP. Thereafter, pressing was performed to a predetermined density, and then cut into a predetermined shape (44 mm × 84 mm rectangular shape) to obtain a negative electrode.

非水系電解液は、リチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。有機溶媒としてエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートの混合溶媒(体積比3:3:4)を用い、リチウム塩としてLiPFを用いた。非水系電解液におけるLiPFの濃度は1.0mol/Lであった。
ラミネート型リチウムイオン二次電池を次のようにして作製した。
The non-aqueous electrolytic solution is one in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent. A mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate and dimethyl carbonate (volume ratio 3: 3: 4) was used as an organic solvent, and LiPF 6 was used as a lithium salt. The concentration of LiPF 6 in the non-aqueous electrolyte was 1.0 mol / L.
A laminate type lithium ion secondary battery was produced as follows.

上記の正極2枚及び負極を3枚用いて、ラミネート型リチウムイオン二次電池を製作した。詳しくは、正極および負極の間に、セパレータとして多孔性のポリエチレンフィルムからなる矩形状シート(48mm×88mm、厚さ25μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに電解液を注入した。   A laminate-type lithium ion secondary battery was manufactured using the above two positive electrodes and three negative electrodes. Specifically, a rectangular sheet (48 mm × 88 mm, 25 μm thickness) made of a porous polyethylene film as a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a pair of laminate films, the three sides were sealed, and then an electrolytic solution was injected into the bag-like laminate film.

リチウムイオン二次電池の0.2Cにおける容量は500mAhであった。   The capacity at 0.2 C of the lithium ion secondary battery was 500 mAh.

リチウムイオン二次電池について、以下の試験1〜5の各条件でサイクル試験を行い、サイクル試験後の容量維持率を測定した。   About the lithium ion secondary battery, a cycle test was performed under each of the conditions of the following tests 1 to 5, and the capacity retention rate after the cycle test was measured.

(試験1)
上記のリチウムイオン二次電池について定電流で定電圧充電を行う定電流定電圧充電工程を行った。充電条件は、25℃で、1Cレートの定電流で4.2Vの定電圧で充電した。リチウムイオン二次電池が目標電圧Vpである4.2Vに到達した後に目標電圧4.2Vを維持するように電流値を小さくして更に充電をした。終止電流値は0.1Cレートであった。この定電流定電圧充電の経過時間に伴う電圧の変化を図3、図6に示した。
(Test 1)
The above-described lithium ion secondary battery was subjected to a constant current constant voltage charging step of constant voltage charging at a constant current. The charging conditions were: 25 ° C., charging at a constant current of 1 C rate and a constant voltage of 4.2 V. After the lithium ion secondary battery reached the target voltage Vp of 4.2 V, the current value was further decreased to maintain the target voltage of 4.2 V, and the battery was further charged. The termination current value was 0.1 C rate. The change of the voltage with the elapsed time of this constant current constant voltage charge was shown in FIG. 3, FIG.

充電後に放電を行った。放電条件は、25℃、1Cレートとした。   Discharge was performed after charging. Discharge conditions were 25 ° C. and 1 C rate.

定電流定電圧充電工程と放電工程を200回繰り返すサイクル試験を行った。   A cycle test was performed in which the constant current constant voltage charging step and the discharging step were repeated 200 times.

(試験2)
試験2においては、リチウムイオン二次電池について60℃でオーバーシュート充電工程を行った点を除いて、試験1と同様にサイクル試験を行った。オーバーシュート充電工程では、60℃で、1Cレートの定電流で超過電圧Vqである4.35Vまで充電した。このオーバーシュート充電工程の経過時間に伴う電圧の変化を図4、図6に示した。
(Test 2)
In Test 2, a cycle test was performed in the same manner as in Test 1 except that the overshoot charge step was performed at 60 ° C. for the lithium ion secondary battery. In the overshoot charging step, charging was performed at 60 ° C. at a constant current of 1 C rate to 4.35 V which is the excess voltage Vq. The change of the voltage with the elapsed time of this overshoot charge process was shown in FIG. 4, FIG.

(試験3)
試験3においては、リチウムイオン二次電池について60℃で間欠充電工程を行った点を除いて、試験1と同様にサイクル試験を行った。間欠充電工程では、60℃で充電−休止単位を3回繰り返した。
(Test 3)
In Test 3, a cycle test was performed in the same manner as in Test 1 except that the intermittent charging step was performed at 60 ° C. for the lithium ion secondary battery. In the intermittent charging step, charge-pause units were repeated three times at 60 ° C.

間欠充電工程において、第1回目の充電−休止単位は、1Cレートの定電流で目標電圧4.2Vまで充電し、その後1時間休止した。   In the intermittent charge step, the first charge-pause unit was charged to a target voltage of 4.2 V at a constant current of 1 C rate and then rested for 1 hour.

続いて、第2回目の充電−休止単位は、1/3Cレートの定電流で目標電圧4.2Vまで充電し、その後1時間休止した。   Subsequently, the second charge-pause unit was charged to a target voltage of 4.2 V at a constant current of 1/3 C rate and then rested for 1 hour.

第3回目の充電−休止単位は1/9Cレートの定電流で目標電圧4.2Vまで充電した。これにより、充電を終了した。この間欠充電工程の経過時間に伴う電圧の変化を図5、図6に示した。   The third charge-pause unit was charged to a target voltage of 4.2 V at a constant current of 1/9 C rate. This ended charging. The change of the voltage with the elapsed time of this intermittent charge process was shown in FIG. 5, FIG.

(試験4)
試験4は、充電時に1/3Cレートの定電流で4.2Vまで定電流充電を行った点を除いて、試験1と同様にサイクル試験を行った。この定電流充電の経過時間に伴う電圧の変化を図6に示した。
(Test 4)
In Test 4, a cycle test was performed in the same manner as Test 1 except that constant current charging was performed to 4.2 V at a constant current of 1/3 C rate during charging. The change of the voltage with the elapsed time of this constant current charge is shown in FIG.

(試験5)
試験5は、充電時の非水系二次電池の温度を60℃とした点を除いて、試験1と同様にサイクル試験を行った。試験5の定電流定電圧充電の経過時間に伴う電圧の変化を図6に示した。
(Test 5)
In the test 5, a cycle test was conducted in the same manner as the test 1 except that the temperature of the non-aqueous secondary battery at the time of charge was 60 ° C. The change of the voltage with the elapsed time of the constant current constant voltage charge of the test 5 was shown in FIG.

(容量維持率)
試験1〜5のリチウム非水系二次電池の容量維持率について測定し、結果を表1に示した。表1には、試験1〜5において充電に要した時間を示した。放電容量維持率は、サイクル試験後の放電容量を初回の放電容量で除した値の百分率(100×(サイクル試験後の放電容量)/(初回の放電容量))で算出される。
(Capacity maintenance rate)
It measured about the capacity | capacitance maintenance factor of the lithium non-aqueous secondary battery of the test 1-5, and the result was shown in Table 1. Table 1 shows the time required for charging in Tests 1 to 5. The discharge capacity retention rate is calculated as a percentage of a value obtained by dividing the discharge capacity after the cycle test by the first discharge capacity (100 × (discharge capacity after the cycle test) / (first discharge capacity)).

表1に示すように、25℃で充電を行った試験1,4では、容量維持率が高かった。60℃で充電を行った試験2,3は、25℃で充電を行った試験1,4に比べて、容量維持率が若干低かった。試験5については、試験2,3に比べて容量維持率が著しく低かった。試験5は、試験1と温度が異なるが、いずれも同じ条件で定電流定電圧充電を行っている。しかし、60℃で充電を行った試験5は、25℃で充電を行った試験1に比べて、著しく容量維持率が低かった。試験1,4は、容量維持率については大差なかったが、充電時間については試験1が試験4に比べて短かった。試験2,3については、容量維持率については大差なかったが、充電時間については試験2は試験3に比べて短かった。

Figure 0006528585
As shown in Table 1, in Tests 1 and 4 in which charging was performed at 25 ° C., the capacity retention rate was high. Tests 2 and 3 in which the battery was charged at 60 ° C. had slightly lower capacity retention than the tests 1 and 4 in which the battery was charged at 25 ° C. In Test 5, the capacity retention rate was significantly lower than in Tests 2 and 3. Test 5 is different from Test 1 in temperature, but both perform constant current constant voltage charging under the same conditions. However, in the test 5 in which the battery was charged at 60 ° C., the capacity retention rate was significantly lower than in the test 1 in which the battery was charged at 25 ° C. Tests 1 and 4 did not have much difference in capacity retention rate, but test 1 was shorter than test 4 in charge time. For the tests 2 and 3, the capacity retention rate was not significantly different, but for the charge time, the test 2 was shorter than the test 3.
Figure 0006528585

リチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and various shapes such as cylindrical, square, coin, and laminate types can be adopted.

以上、本発明のリチウムイオン二次電池及びその製造方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although the embodiment of the lithium ion secondary battery of this invention and its manufacturing method was described, this invention is not limited to the said embodiment. In the range which does not deviate from the summary of the present invention, it can carry out with various forms which gave change, improvement, etc. which a person skilled in the art can make.

(1)本実施形態の非水系二次電池の充電方法は、非水系二次電池を充電して非水系二次電池の正味電圧を目標電圧Vpとする充電方法であって、
充電前の非水系二次電池の温度が所定値To以上であるか否かを判断する温度判断工程と、
温度判断工程において非水系二次電池の温度が所定値To以上であると判断された場合に、
i)非水系二次電池を目標電圧Vpまで充電する充電工程と充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す間欠充電工程、又は
ii)非水系二次電池を、目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電するオーバーシュート充電工程
を行うことを特徴と有する。
(1) The charging method of the non-aqueous secondary battery of the present embodiment is a charging method of charging the non-aqueous secondary battery and setting the net voltage of the non-aqueous secondary battery to the target voltage Vp.
A temperature determination step of determining whether the temperature of the non-aqueous secondary battery before charging is equal to or higher than a predetermined value To;
When it is determined in the temperature determination step that the temperature of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than a predetermined value To,
i) an intermittent charging step of alternately repeating a charge-pause unit consisting of a charging step of charging the non-aqueous secondary battery to the target voltage Vp and a pausing step of pausing the charging, or ii) targeting the non-aqueous secondary battery It is characterized in that an overshoot charging step of charging to an excess voltage Vq exceeding the voltage Vp is performed.

上記構成によれば、非水系二次電池の温度Txが所定値To以上であると判断された場合には、間欠充電工程又はオーバーシュート充電工程を行っている。間欠充電工程では、一定電流での充電工程の後に休止工程を挟むことで、電極活物質内での分極解消を図りつつ、過電圧による電解液の分解を抑制できる。また、休止工程での休止中に充電で発生した熱を外部に放出でき、電池の高温化を抑制できる。オーバーシュート充電工程では、非水系二次電池は目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電される。目標電圧Vpよりも高い超過電圧Vqに非水系二次電池を曝すと、電池反応が積極的に進み、短時間で非水系二次電池の正味電圧を目標電圧にすることができる。高温、高電圧下に非水系二次電池を曝す時間が少なくてすみ、電解液の分解を抑制でき、電解液劣化による電池容量の低下を抑制できる。   According to the above configuration, when it is determined that the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than the predetermined value To, the intermittent charging step or the overshoot charging step is performed. In the intermittent charging step, by putting the pause step after the charging step at a constant current, it is possible to suppress the decomposition of the electrolyte solution due to the overvoltage while aiming to eliminate the polarization in the electrode active material. Further, the heat generated by the charging can be released to the outside during the pausing of the pausing process, and the temperature increase of the battery can be suppressed. In the overshoot charge process, the non-aqueous secondary battery is charged to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp. When the non-aqueous secondary battery is exposed to the excess voltage Vq higher than the target voltage Vp, the battery reaction proceeds positively, and the net voltage of the non-aqueous secondary battery can be made the target voltage in a short time. It takes less time to expose the non-aqueous secondary battery to high temperatures and high voltages, so that decomposition of the electrolytic solution can be suppressed, and a decrease in battery capacity due to deterioration of the electrolytic solution can be suppressed.

(2)温度判断工程において非水系二次電池の温度が所定値To未満であると判断された場合に、非水系二次電池を目標電圧Vpまで定電流で充電し、非水系二次電池が目標電圧Vpに到達した後に目標電圧Vpを維持するように更に充電する定電流定電圧充電工程を更に有することが好ましい。   (2) If it is determined in the temperature determination step that the temperature of the non-aqueous secondary battery is less than the predetermined value To, the non-aqueous secondary battery is charged with a constant current to the target voltage Vp, and the non-aqueous secondary battery is It is preferable to further include a constant current constant voltage charging step of further charging to maintain the target voltage Vp after reaching the target voltage Vp.

上記構成によれば、非水系二次電池の温度が所定値To未満の場合には、電解液の分解の発生する温度域まで達しない。このため、定電流定電圧充電工程において、目標電圧Vpまで定電流にて充電し、その後定電圧で保持して非水系二次電池の正味電圧を目標電圧Vpにすることで、短時間で且つ寿命の低下を抑制できる。   According to the above configuration, when the temperature of the non-aqueous secondary battery is less than the predetermined value To, the temperature does not reach the temperature range where the decomposition of the electrolytic solution occurs. For this reason, in the constant current constant voltage charging step, charging is performed at a constant current to the target voltage Vp, and thereafter held at a constant voltage, and the net voltage of the non-aqueous secondary battery is made the target voltage Vp. It is possible to suppress the decrease in life.

(3)非水系二次電池の充電に費やすことができる充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であるときには間欠充電工程を選択し、充電許容時間Haが基準充電時間Ho未満のときにはオーバーシュート充電工程を選択する選択工程を更に有することが好ましい。   (3) The intermittent charging process is selected when the allowable charging time Ha that can be spent charging the non-aqueous secondary battery is longer than the reference charging time Ho, and the overshoot charging is performed when the allowable charging time Ha is less than the reference charging time Ho It is preferable to further include a selection step of selecting a step.

上記構成によれば、高温時の充電において十分な時間をかけることができるときには、充電中に休止を挟む間欠充電を行うことで、電極活物質内での分極の解消を図りつつ電解液の分解を抑制することができる。短時間で充電したい場合には、オーバーシュート充電工程にて目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電して正負極間の電位差を大きくとることでLiに関わる反応を積極的に進め、非水系二次電池を高温・高電圧下に曝す時間を短縮することで、容量の低下を相対的に抑制することができる。   According to the above-mentioned configuration, when sufficient time can be taken in charging at high temperature, by performing intermittent charging with a pause during charging, it is possible to eliminate the polarization in the electrode active material while decomposing the electrolyte. Can be suppressed. When it is desired to charge in a short time, the reaction involving Li is positively advanced by charging up to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp in the overshoot charging step to increase the potential difference between the positive and negative electrodes. By shortening the time for which the secondary battery is exposed to high temperature and high voltage, the decrease in capacity can be relatively suppressed.

(4)充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であるか否かを判断する時間判断工程を更に有することが好ましい。   (4) It is preferable to further include a time determination step of determining whether or not the allowable charging time Ha is equal to or longer than the reference charging time Ho.

上記構成によれば、充電許容時間Haに応じて充電時間を選択することができるか否かを選ぶことができる。   According to the above configuration, it can be selected whether or not the charging time can be selected according to the charging allowable time Ha.

(5)前記間欠充電工程において、前記充電−休止単位の前記充電工程での充電の電流値は、直前の前記充電−休止単位の前記充電工程での充電の電流値よりも小さくすることが好ましい。   (5) In the intermittent charging step, the current value of the charging in the charging step of the charging-pause unit is preferably smaller than the current value of the charging in the charging step of the charging-pause unit immediately before. .

上記構成によれば、電極活物質の内部での電圧を上昇させて充電深度を高め、電池全体を均一に目標電圧Vpにすることができる。また、電池の内部抵抗による電圧誤差を抑えることができる。これにより、非水系二次電池の正味電圧を目標電圧Vpに近づけることができる。   According to the above configuration, the voltage inside the electrode active material can be increased to increase the charging depth, and the entire battery can be uniformly set to the target voltage Vp. Moreover, the voltage error due to the internal resistance of the battery can be suppressed. Thereby, the net voltage of the non-aqueous secondary battery can be brought close to the target voltage Vp.

(6)前記間欠充電工程での最初の前記充電−休止単位、前記オーバーシュート充電工程、及び前記定電流定電圧充電工程における充電時の電流値は、一定で互いに同じとすることが好ましい。   (6) It is preferable that current values at the time of charging in the first charging-pause unit in the intermittent charging step, the overshoot charging step, and the constant current / constant voltage charging step be constant and equal to each other.

各工程で充電時の電流値が相違すると、各電流値ごとに電池設計を変更する必要がある。上記構成のように、間欠充電工程での最初の充電−休止単位、オーバーシュート充電工程、及び定電流定電圧充電工程における充電時の電流値を一定で互いに同じとすることで、いずれの工程を行う場合にも、電池に適した電流を供給することができる。   If the current value during charging is different in each process, it is necessary to change the battery design for each current value. As in the above configuration, any process can be performed by setting the current values at the time of charging in the first charging-pause unit in the intermittent charging process, the overshoot charging process, and the constant current constant voltage charging process constant and equal to each other. Even in the case, the current suitable for the battery can be supplied.

(7)間欠充電工程の充電−休止単位の休止工程において、非水系二次電池が目標電圧Vp未満となるまで充電を休止することが好ましい。   (7) Charging in the Intermittent Charging Step In the pause step of the pause unit, it is preferable to pause charging until the non-aqueous secondary battery becomes lower than the target voltage Vp.

上記構成によれば、印加された電圧が電極活物質の全体に均一に行き渡り、充電深度を深くすることができる。   According to the above configuration, the applied voltage can be uniformly spread over the entire electrode active material, and the charging depth can be deepened.

(8)間欠充電工程において、休止工程終了時の非水系二次電池の電圧が目標電圧Vpの90%以上を維持したときに充電−休止単位の繰り返しを終了することが好ましい。   (8) In the intermittent charging step, it is preferable to end the repetition of the charge-pause unit when the voltage of the non-aqueous secondary battery at the end of the pause step maintains 90% or more of the target voltage Vp.

上記構成によれば、印加された電圧が電極活物質の全体に均一に行き渡り、充電深度を深くすることができる。   According to the above configuration, the applied voltage can be uniformly spread over the entire electrode active material, and the charging depth can be deepened.

(9)オーバーシュート充電工程において、超過電圧Vqは、目標電圧Vpに対して100%を超えて大きく130%以下であることが好ましい。   (9) In the overshoot charging step, the excess voltage Vq is preferably more than 100% and 130% or less of the target voltage Vp.

上記構成によれば、電解液の分解を抑制しながら、短時間で充電を行うことができる。   According to the above configuration, charging can be performed in a short time while suppressing the decomposition of the electrolytic solution.

(10)本発明の充電制御装置1は、非水系二次電池5を充電して非水系二次電池5の正味電圧を目標電圧とするにあたり、非水系二次電池へ供給される電流を制御する制御部2を備え、
制御部2は、
充電前の非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であるか否かを判断する温度判断部21と、
非水系二次電池5を目標電圧Vpまで充電する充電工程と充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す間欠充電部25と、
非水系二次電池5を、目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電するオーバーシュート充電部26と、
温度判断部21において非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であると判断された場合に、間欠充電部25及びオーバーシュート充電部26のいずれかを選択する選択部27と、を備えることを特徴とする。
(10) The charge control device 1 of the present invention controls the current supplied to the non-aqueous secondary battery in charging the non-aqueous secondary battery 5 and setting the net voltage of the non-aqueous secondary battery 5 as the target voltage. Control unit 2, and
The control unit 2
A temperature determination unit 21 that determines whether the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 before charging is equal to or higher than a predetermined value To;
An intermittent charge unit 25 alternately repeating a charge-pause unit consisting of a charge step of charging the non-aqueous secondary battery 5 to the target voltage Vp and a pause step of pause the charge temporarily;
An overshoot charge unit 26 for charging the non-aqueous secondary battery 5 to an excess voltage Vq exceeding a target voltage Vp;
And a selection unit 27 for selecting one of the intermittent charging unit 25 and the overshoot charging unit 26 when the temperature judgment unit 21 determines that the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is equal to or higher than a predetermined value To. It is characterized by having.

上記構成によれば、非水系二次電池5の温度Txが所定値To以上であると判断された場合には、間欠充電工程又はオーバーシュート充電工程を行っている。間欠充電工程では、一定電流での充電工程の後に休止工程を挟むことで、Liイオンの電極活物質内部への拡散を促して電池内での分極解消を図りつつ、過電圧による電解液の分解を抑制できる。また、休止工程での休止中に充電で発生した熱を外部に放出でき、電池の高温化を抑制できる。オーバーシュート充電工程では、非水系二次電池は目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電される。目標電圧Vpよりも高い超過電圧Vqに非水系二次電池を曝すと、電池反応が積極的に進み、短時間で非水系二次電池の正味電圧を目標電圧にすることができる。高温、高電圧下に非水系二次電池を曝す時間が少なくてすみ、電解液の分解を抑制でき、電解液劣化による電池容量の低下を抑制できる。   According to the above configuration, when it is determined that the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery 5 is equal to or higher than the predetermined value To, the intermittent charging step or the overshoot charging step is performed. In the intermittent charging step, the pause step is inserted after the charging step at a constant current to promote the diffusion of Li ions into the electrode active material to eliminate the polarization in the battery, and to decompose the electrolyte solution due to the overvoltage. It can be suppressed. Further, the heat generated by the charging can be released to the outside during the pausing of the pausing process, and the temperature increase of the battery can be suppressed. In the overshoot charge process, the non-aqueous secondary battery is charged to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp. When the non-aqueous secondary battery is exposed to the excess voltage Vq higher than the target voltage Vp, the battery reaction proceeds positively, and the net voltage of the non-aqueous secondary battery can be made the target voltage in a short time. It takes less time to expose the non-aqueous secondary battery to high temperatures and high voltages, so that decomposition of the electrolytic solution can be suppressed, and a decrease in battery capacity due to deterioration of the electrolytic solution can be suppressed.

(11)制御部2は、非水系二次電池を目標電圧Vpまで定電流で充電し、非水系二次電池が目標電圧Vpに到達した後に目標電圧Vpを維持するように更に充電する定電流定電圧充電部24を更に備え、
選択部27は、温度判断部21において非水系二次電池の温度Txが所定値To未満であると判断された場合に、定電流定電圧充電工程を選択することが好ましい。
(11) The control unit 2 charges the non-aqueous secondary battery to a target voltage Vp with a constant current, and further charges the non-aqueous secondary battery to maintain the target voltage Vp after reaching the target voltage Vp. The constant voltage charging unit 24 is further provided,
It is preferable that the selection unit 27 select the constant current constant voltage charging process when the temperature determination unit 21 determines that the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery is less than the predetermined value To.

上記構成によれば、非水系二次電池の温度Txが所定値To未満の場合には、非水系二次電池は、電解液の分解の発生する温度域まで達しない。このため、定電流定電圧充電工程において、目標電圧Vpまで定電流にて充電した後に定電圧で保持することにより、短時間で且つ寿命の低下を抑制できる。   According to the above configuration, when the temperature Tx of the non-aqueous secondary battery is less than the predetermined value To, the non-aqueous secondary battery does not reach a temperature range where decomposition of the electrolytic solution occurs. For this reason, in the constant current / constant voltage charging step, by charging with the constant current to the target voltage Vp and then holding it at the constant voltage, it is possible to suppress a decrease in life in a short time.

(12)制御部2は、充電許容時間Haが非水系二次電池の充電に費やすことができる基準充電時間Ho以上であるか否かを判断する時間判断部22を更に備え、
選択部27は、時間判断部において充電許容時間Haが基準充電時間Ho以上であるときには間欠充電部25を選択し、充電許容時間Haが基準充電時間Ho未満のときにはオーバーシュート充電部26を選択することが好ましい。
(12) The control unit 2 further includes a time determination unit 22 that determines whether or not the allowable charging time Ha is equal to or longer than a reference charging time Ho that can be spent charging the non-aqueous secondary battery,
Selection unit 27 selects intermittent charge unit 25 when charge allowable time Ha is equal to or longer than reference charge time Ho in the time determination unit, and selects overshoot charge unit 26 when charge allowable time Ha is less than reference charge time Ho. Is preferred.

上記構成によれば、高温時の充電において十分な時間をかけることができるときには、充電中に休止を挟む間欠充電を行うことで、電極内での分極の解消を図りつつ電解液の分解を抑制することができる。短時間で充電したい場合には、オーバーシュート充電工程にて目標電圧Vpを超える超過電圧Vqまで充電して正負極間の電位差を大きくとることでLiに関わる反応を積極的に進め、非水系二次電池を高温・高電圧下に曝す時間を短縮することで、容量の低下を相対的に抑制することができる。   According to the above configuration, when sufficient time can be taken at the time of charging at high temperature, by performing intermittent charging with a pause during charging, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution while eliminating the polarization in the electrode. can do. When it is desired to charge in a short time, the reaction involving Li is positively advanced by charging up to the excess voltage Vq exceeding the target voltage Vp in the overshoot charging step to increase the potential difference between the positive and negative electrodes. By shortening the time for which the secondary battery is exposed to high temperature and high voltage, the decrease in capacity can be relatively suppressed.

1:充電制御装置、2:制御部、21:温度判断部、22:時間判断部、23:電流検知部、24:定電流定電圧充電部、25:間欠充電部、26:オーバーシュート充電部、27:選択部、3:操作部、31:開始ボタン、32:急速充電ボタン、5:非水系二次電池、50:電気自動車、51:温度センサ、52:電流測定器、6:供給電源 1: Charge control device 2: Control unit 21: Temperature determination unit 22: Time determination unit 23: Current detection unit 24: Constant current constant voltage charging unit 25: Intermittent charging unit 26: Overshoot charging unit , 27: selection unit, 3: operation unit, 31: start button, 32: quick charge button, 5: non-aqueous secondary battery, 50: electric car, 51: temperature sensor, 52: current measuring device, 6: power supply

Claims (11)

非水系二次電池を充電して前記非水系二次電池の正味電圧を目標電圧とする充電方法であって、
充電前の前記非水系二次電池の温度が所定値以上であるか否かを判断する温度判断工程と、
前記温度判断工程において前記非水系二次電池の温度が所定値以上であると判断された場合に、
i)前記非水系二次電池を前記目標電圧まで充電する充電工程と前記充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す間欠充電工程、又は
ii)前記非水系二次電池を、前記目標電圧を超える超過電圧まで充電するオーバーシュート充電工程
有し、
前記非水系二次電池の充電に費やすことができる充電許容時間が基準充電時間以上であるときには前記間欠充電工程を選択し、前記充電許容時間が前記基準充電時間未満のときには前記オーバーシュート充電工程を選択する選択工程を有することを特徴とする非水系二次電池の充電方法。
A charging method for charging a non-aqueous secondary battery and setting a net voltage of the non-aqueous secondary battery as a target voltage,
A temperature determination step of determining whether the temperature of the non-aqueous secondary battery before charging is equal to or higher than a predetermined value;
When it is determined in the temperature determining step that the temperature of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than a predetermined value,
i) an intermittent charging step of alternately repeating a charge-pause unit comprising a charging step of charging the non-aqueous secondary battery to the target voltage and a pausing step of pausing the charging temporarily, or ii) the non-aqueous secondary battery And overshoot charging to charge the battery to an excess voltage exceeding the target voltage ,
The intermittent charging step is selected when the allowable charge time for charging the non-aqueous secondary battery is equal to or greater than the reference charge time, and when the allowable charge time is less than the reference charge time, the overshoot charge step is selected. A method of charging a non-aqueous secondary battery comprising a selection step to be selected .
前記温度判断工程において前記非水系二次電池の温度が所定値未満であると判断された場合に、前記非水系二次電池を目標電圧まで定電流で充電し、前記非水系二次電池が前記目標電圧に到達した後に前記目標電圧を維持するように更に充電する定電流定電圧充電工程を更に有する請求項1に記載の非水系二次電池の充電方法。   When it is determined in the temperature determination step that the temperature of the non-aqueous secondary battery is less than a predetermined value, the non-aqueous secondary battery is charged to a target voltage with a constant current, and the non-aqueous secondary battery is The method for charging a non-aqueous secondary battery according to claim 1, further comprising a constant current constant voltage charging step of further charging so as to maintain the target voltage after reaching the target voltage. 前記充電許容時間が前記基準充電時間以上であるか否かを判断する時間判断工程を更に有する請求項1又は2に記載の非水系二次電池の充電方法。 The method for charging a non-aqueous secondary battery according to claim 1 , further comprising a time determination step of determining whether the charge allowable time is equal to or longer than the reference charge time. 前記間欠充電工程において、前記充電−休止単位の前記充電工程での充電の電流値は、直前の前記充電−休止単位の前記充電工程での充電の電流値よりも小さくする請求項1〜3のいずれかに記載の非水系二次電池の充電方法。 4. The intermittent charge process according to claim 1 , wherein the current value of the charge in the charge process in the charge-pause unit is smaller than the current value in the charge process in the charge-suspension unit immediately before. The charging method of the non-aqueous secondary battery in any one. 前記間欠充電工程での最初の前記充電−休止単位、前記オーバーシュート充電工程、及び前記非水系二次電池を目標電圧まで定電流で充電し、前記非水系二次電池が前記目標電圧に到達した後に前記目標電圧を維持するように更に充電する定電流定電圧充電工程における充電時の電流値は、一定で互いに同じとする請求項2〜4に記載の非水系二次電池の充電方法。 The first charge-pause unit in the intermittent charge step, the overshoot charge step, and the non-aqueous secondary battery are charged to a target voltage with a constant current, and the non-aqueous secondary battery reaches the target voltage 5. The method of charging a non-aqueous secondary battery according to claim 2 , wherein the current values at the time of charging in the constant current constant voltage charging step of further charging so as to maintain the target voltage later are constant and equal. 前記間欠充電工程の前記充電−休止単位の前記休止工程において、前記非水系二次電池が前記目標電圧未満となるまで前記充電を休止する請求項1〜5のいずれかに記載の非水系二次電池の充電方法。 The non-aqueous secondary according to any one of claims 1 to 5 , wherein the non-aqueous secondary battery is suspended until the non-aqueous secondary battery becomes lower than the target voltage in the pause step of the charge-pause unit in the intermittent charge step. How to charge the battery. 前記間欠充電工程において、前記休止工程終了時の前記非水系二次電池の電圧が前記目標電圧の90%以上を維持したときに前記充電−休止単位の繰り返しを終了する請求項1〜6のいずれかに記載の非水系二次電池の充電方法。 In the intermittent charging process, the voltage of the nonaqueous secondary battery during the rest step completed the charging when maintaining more than 90% of the target voltage - any of claims 1 to 6 to end repetition of the resting units A method of charging a non-aqueous secondary battery according to any one of 前記オーバーシュート充電工程において、前記超過電圧は、前記目標電圧に対して100%を超えて大きく130%以下である請求項1〜7のいずれかに記載の非水系二次電池の充電方法。 The method for charging a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 7 , wherein in the overshoot charging step, the excess voltage is more than 100% and is 130% or less with respect to the target voltage. 非水系二次電池を充電して前記非水系二次電池の正味電圧を目標電圧とするにあたり、前記非水系二次電池へ供給される電流を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
充電前の前記非水系二次電池の温度が所定値以上であるか否かを判断する温度判断部と、
前記非水系二次電池を前記目標電圧まで充電する充電工程と前記充電を一時休止する休止工程とからなる充電−休止単位を交互に繰り返す間欠充電部と、
前記非水系二次電池を、前記目標電圧を超える超過電圧まで充電するオーバーシュート充電部と、
前記温度判断部において前記非水系二次電池の温度が所定値以上であると判断された場合に、前記間欠充電部及び前記オーバーシュート充電部のいずれかを選択する選択部と、を備えることを特徴とする充電制御装置。
A control unit is provided to control the current supplied to the non-aqueous secondary battery in order to charge the non-aqueous secondary battery and set the net voltage of the non-aqueous secondary battery as a target voltage,
The control unit
A temperature determination unit that determines whether the temperature of the non-aqueous secondary battery before charging is equal to or higher than a predetermined value;
An intermittent charging unit that alternately repeats a charge-pause unit consisting of a charging step of charging the non-aqueous secondary battery to the target voltage and a pausing step of pausing the charging temporarily;
An overshoot charging unit for charging the non-aqueous secondary battery to an excess voltage exceeding the target voltage;
Providing a selection unit for selecting one of the intermittent charging unit and the overshoot charging unit when the temperature judgment unit judges that the temperature of the non-aqueous secondary battery is equal to or higher than a predetermined value. Characteristic charge control device.
前記制御部は、前記非水系二次電池を目標電圧まで定電流で充電し、前記非水系二次電池が前記目標電圧に到達した後に前記目標電圧を維持するように更に充電する定電流定電圧充電部を更に備え、
前記選択部は、前記温度判断部において前記非水系二次電池の温度が所定値未満であると判断された場合に、前記定電流定電圧充電を選択する請求項9に記載の充電制御装置。
The control unit charges the non-aqueous secondary battery with a constant current to a target voltage, and further charges the non-aqueous secondary battery to maintain the target voltage after the non-aqueous secondary battery reaches the target voltage. It further has a charging unit,
10. The charge control device according to claim 9 , wherein the selection unit selects the constant current constant voltage charging unit when the temperature determination unit determines that the temperature of the non-aqueous secondary battery is less than a predetermined value. .
前記制御部は、前記非水系二次電池の充電に費やすことができる充電許容時間基準充電時間以上であるか否かを判断する時間判断部を更に備え、
前記選択部は、前記時間判断部において前記充電許容時間が前記基準充電時間以上であるときには前記間欠充電部を選択し、前記充電許容時間が前記基準充電時間未満のときには前記オーバーシュート充電部を選択する請求項9又は10に記載の充電制御装置。
The control unit further includes a time determination unit that determines whether or not the charge allowance time that can be spent for charging the non-aqueous secondary battery is equal to or greater than a reference charge time.
The selection unit selects the intermittent charge unit when the charge allowable time is equal to or longer than the reference charge time in the time determination unit, and selects the overshoot charge unit when the charge allowable time is less than the reference charge time. The charge control device according to claim 9 or 10 .
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