JP6627878B2 - 充電方法、電池装置、充電装置、電池パック、電動車両及び蓄電装置 - Google Patents
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Description
本技術者らの検討によれば特に低温側の環境においては、充電電圧を下げることは充電電気量を下げてしまう欠点があり、また、定電流充電の充電電流に対する制御がなされていない点で、長寿命化に対して不充分であった。
定電圧充電における充電電流を、充電電気量もしくは時間で2階微分した値が充電中に計算され、
充電開始直前の環境温度がT1である充電において、2階微分計算値の符号が正から負、もしくは負から正への変化が観測された場合、次回以降の充電開始直前の外界温度がT2(T1>T2)以下の場合に、定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定よりも下げるようになし、
T1及びT2の差が大きいほど、電流の下げる量を大きくする充電方法である。
本技術は、正極と、負極と、電解質とが外装体に収納されたリチウムイオン二次電池を有し、
定電圧充電における充電電流を、充電電気量もしくは時間で2階微分した値が充電中に計算され、
充電開始直前の環境温度がT1である充電において、2階微分計算値の符号が正から負、もしくは負から正への変化が観測された場合、次回以降の充電開始直前の外界温度がT2(T1>T2)以下の場合に、定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定よりも下げるように充電が制御され、
T1及びT2の差が大きいほど、電流の下げる量を大きくするように充電が制御される電池装置である。
本技術は、定電圧充電における充電電流を、充電電気量もしくは時間で2階微分した値が充電中に計算され、
充電開始直前の環境温度がT1である充電において、2階微分計算値の符号が正から負、もしくは負から正への変化が観測された場合、次回以降の充電開始直前の外界温度がT2(T1>T2)以下の場合に、定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定よりも下げるように充電が制御され、
T1及びT2の差が大きいほど、電流の下げる量を大きくするように充電が制御される充電装置である。
本技術は、上述した電池と、
電池を内包する外装とを有する電池パックである。
本技術は、上述した電池と、
電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両である。
本技術は、上述した電池を有し、電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置である。
(1−1)非水電解質電池の構成
本技術を適用できるラミネートフィルム型の電池について説明する。
図1は、かかる非水電解質電池1の構成を表すものである。この非水電解質電池1は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード2及び負極リード3が取り付けられた捲回電極体4をフィルム状の外装部材5の内部に収容したものである。
正極7は、正極集電体7Aの片面あるいは両面に正極活物質層7Bが設けられた構造を有している。
負極8は、負極集電体8Aの片面あるいは両面に負極活物質層8Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層8Bと正極活物質層7Bとが対向するように配置されている。
セパレータ9は、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の膜から構成される多孔質膜である。非水電解質電池にセパレータ9が適用された場合には、セパレータ9の空孔に非水電解液が保持される。セパレータ9は、所定の機械的強度を有する一方で、非水電解液に対する耐性が高く、反応性が低く、膨張しにくいという特性を要する。また、捲回構造を有する電極体に用いられる場合には、柔軟性も必要とされる。
電解質層10は、非水電解液と、この非水電解液を保持する保持体となる樹脂材料とを含有するゲル電解質層であっても良い。この場合、電解質層10は、非水電解液により高分子材料がゲル状になっているイオン伝導体である。
[非水電解液]
非水電解液は、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む。
電解質塩は、例えば、リチウム塩等の軽金属化合物の1種あるいは2種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6H4)4)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)等が挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム及び六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。
非水溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンあるいはε−カプロラクトン等のラクトン系溶媒、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチル等の炭酸エステル系溶媒、1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランあるいは2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、スルフォラン系溶媒、リン酸類、リン酸エステル溶媒、又はピロリドン類等の非水溶媒が挙げられる。溶媒は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
樹脂材料は、マトリックス高分子化合物として、溶媒に相溶可能な性質を有するものなどを用いることができる。このような樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体及びその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミド(特にアラミド)、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂又はポリエステル等の融点及びガラス転移温度の少なくとも一方が180℃以上の樹脂等が挙げられる。
電解質層10には無機もしくは有機の固体粒子を含ませることができる。
具体的には、電気絶縁性の無機粒子である金属酸化物、金属酸化物水和物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物等を挙げることができる。金属酸化物又は金属酸化物水和物としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)、ベーマイト(Al2O3H2O又はAlOOH)、酸化マグネシウム(マグネシア、MgO)、酸化チタン(チタニア、TiO2)、酸化ジルコニウム(ジルコニア、ZrO2)、酸化ケイ素(シリカ、SiO2)又は酸化イットリウム(イットリア、Y2O3)、酸化亜鉛(ZnO)等を好適に用いることができる。金属窒化物としては、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)又は窒化チタン(TiN)等を好適に用いることができる。金属炭化物としては、炭化ケイ素(SiC)又は炭化ホウ素(B4C)等を好適に用いることができる。金属硫化物としては、硫酸バリウム(BaSO4)等の硫酸塩化合物を好適に用いることができる。金属水酸化物としては水酸化アルミニウム(Al(OH)3)等を用いることができる。ケイ酸塩、チタン酸バリウム(BaTiO3)又はチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等の鉱物を用いてもよい。
この非水電解質電池1は、例えば、次の第1〜第2の例により製造することができる。
[正極の製造方法]
正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体7Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層7Bを形成し、正極7を作製する。
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体8Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層8Bを形成し、負極8を作製する。
非水電解液は、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
正極7及び負極8のそれぞれの両面に、非水電解液と、樹脂材料と、無機粒子と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層10を形成する。そののち、正極集電体7Aの端部に正極リード2を溶接により取り付けると共に、負極集電体8Aの端部に負極リード3を溶接により取り付ける。
また、この非水電解質電池1は、以下の樹脂層形成工程と、捲回工程と、電池組み立て工程とを順次行うことにより製造してもよい。
まず、セパレータ9の一方の面又は両方の面に樹脂層を形成する。樹脂層は、例えば、以下の第1の例及び第2の例により形成できる。
樹脂層を構成する樹脂材料と粒子とを所定の質量比で混合し、N−メチル−2−ピロリドン等の分散溶媒に添加し、樹脂材料を溶解させて樹脂溶液を得る。続いて、この樹脂溶液を、セパレータ9の少なくとも一方の面に塗布もしくは転写する。塗布方法としては、ダイコータ等により塗布する方法が挙げられる。
続いて、樹脂溶液が塗布されたセパレータ9を水浴に浸漬して樹脂溶液を相分離させ、樹脂層を形成する。セパレータ表面に塗布した樹脂溶液を、樹脂溶液に溶解した樹脂材料に対して貧溶媒であり、かつ樹脂材料を溶解させる分散溶媒に対しては良溶媒である水等に接触させ、最後に熱風にて乾燥させる。これにより、セパレータ表面に粒子を担持した三次元網目構造の樹脂材料からなる樹脂層が形成されたセパレータ9を得ることができる。
樹脂溶液が塗布されたセパレータを水浴に浸漬して樹脂溶液を相分離させる際に、浴槽に超音波を加えることが好ましい。この際の超音波のエネルギーが大きいほど、完成後の樹脂層をより疎な状態とし、そして、後工程で樹脂層が非水電解液に含浸されることにより形成される電解質層10を疎な状態とすることができる。なお、樹脂溶液を相分離させる際に、浴槽に超音波を加えることにより、粒子もしくは二次粒子化した粒子群が互いに独立して分散状態にすることができるためより好ましい。また、相分離の速度を調整することによっても、樹脂層の状態を制御し、後工程で樹脂層が非水電解液に含浸されることにより形成される電解質層10の状態を制御できる。相分離の速度は、例えば、相分離時に用いる、分散溶媒に対して良溶媒である水等の溶媒中に、N−メチル−2−ピロリドン等の分散溶媒を少量添加することで調整可能である。例えば、水に混合するN−メチル−2−ピロリドンの混合量が多いほど、相分離の速度が遅くなり、水のみを用いて相分離を行った場合にはもっとも急激に相分離が生じる。相分離の速度が遅いほど完成後の樹脂層をより疎な状態とし、そして、後工程で樹脂層に非水電解液が含浸されることで形成される電解質層10をより疎な状態とすることができる。
樹脂層を構成する樹脂材料と粒子とを所定の質量比で混合し、2−ブタノン(メチルエチルケトン;MEK)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の分散溶媒に添加し、溶解させて、樹脂溶液を得る。続いて、この樹脂溶液を、セパレータの少なくとも一方の面に塗布する。
次に、正極7及び負極8を、一主面又は両主面に樹脂層が形成されたセパレータ9を介し積層及び捲回することにより、捲回構造を有する捲回電極体4を作製する。
次に、ラミネートフィルムからなる外装部材5を深絞り加工することで凹部を形成し、捲回電極体4をこの凹部に挿入し、外装部材5の未加工部分を凹部上部に折り返し、凹部の外周の一部(例えば一辺)を除いて熱溶着する。その際、正極リード2及び負極リード3と外装部材5との間には密着フィルム6を挿入する。
上述の例では、捲回電極体4が外装部材5で外装された非水電解質電池1について説明したが、図3A〜図3Cに示すように、捲回電極体4の代わりに積層電極体20を用いてもよい。図3Aは、積層電極体20を収容した非水電解質電池1の外観図である。図3Bは、外装部材5に積層電極体20が収容される様子を示す分解斜視図である。
上述したように、正極と、負極と、電解液もしくは電解液と該電解液を保持する樹脂材料を含むゲル状電解質と、これらを収納するラミネートフィルム外装体とを有するリチウムイオン二次電池の充電方法として定電流充電と定電圧充電とを組合せたもの(定電流定電圧方式)が知られている。
<電池の作成>
[正極の作製]
正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)97質量%と、導電剤であるカーボンブラック1質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)2質量%とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を分散媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて正極合剤スラリーとした。この正極合剤スラリーを厚さ12μmの帯状アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、正極集電体の一部が露出するようにして塗布した。この後、塗布した正極合剤スラリーの分散媒を蒸発・乾燥させ、ロールプレスにて圧縮成型することにより、正極活物質層を形成した。最後に、正極端子を正極集電体露出部に取り付け、正極を形成した。
負極活物質である平均粒径20μmの粒状黒鉛粉末96質量%と、結着剤としてPVdFの4質量%とを負極合剤とし、さらに適量の水を加えて攪拌することにより、負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを厚さ10μmの帯状銅箔からなる負極集電体の両面に、負極集電体の一部が露出するようにして塗布した。この後、塗布した負極合剤スラリーの分散媒を蒸発・乾燥させ、ロールプレスにて圧縮成型することにより、負極活物質層を形成した。最後に、負極端子を正極集電体露出部に取り付け、負極を形成した。
炭酸エチレン(EC)と炭酸プロピレン(PC)とスクシノニトリルと炭酸ビニレン(VC)とを、質量比50:49:0.5:0.5で混合した非水溶媒に対して、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/dm3の濃度で溶解させることにより、非水電解液を調製した。続いて、非水電解液を保持する高分子化合物(樹脂材料)として、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用い、非水電解液と、ポリフッ化ビニリデンと、炭酸ジメチル(DMC)と、ベーマイト粒子とを混合して、ゾル状の前駆溶液を調製した。続いて、正極及び負極の両面に、前駆溶液を塗布し、乾燥させて可塑剤を除去した。これにより、正極及び負極の表面にゲル電解質層を形成した。
電解質層が両面に形成された正極及び負極と、セパレータとを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層し、長手方向に多数回、扁平形状に捲回させた後、巻き終わり部分を粘着テープで固定することにより捲回電極体を形成した。次に、捲回電極体を軟質アルミニウム層を有するラミネートフィルムで外装し、捲回電極体周辺の正極端子及び負極端子の導出辺と、他の二辺とを減圧下で熱融着して封止し、密閉した。これにより、電池形状が厚さ37mm、幅49mm、高さ81mm(374981サイズ)、電池容量が2000mAhである、ラミネートフィルム型電池を作製した。
上記セルを、23℃にて恒温槽にて表1に記載の条件で、充電開始直前に周囲温度を測定したのち、(2000mA−4.35V)の定電流定電圧充電を行い、充電電流が100mAに低下した段階で充電を終了した。30分間の休止の後、2000mAにて定電流放電を行い、電池電圧3Vにて放電を終了し初期容量をもとめた。
比較例1Aに対して充電電流を75%(1500mA)一定として充電した。
<比較例3A>
比較例1Aに対して、変曲点が検出された後、充電電流を100%(2000mA)から90%(1800mA)に切り替えるようにした。
<比較例4A>
比較例1Aに対して温度条件を(環境温度15℃)とした。充電電流は、2000mA一定である。
上記比較例1Aと同様に、表1に記載の恒温槽温度と充電電流にてサイクル試験を行った。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、比較例3Aでは、定電流充電の電流値を90%(1800mA)に制限しているのに対し、実施例1Aでは、80%(1600mA)に制限する。
比較例4Aと同様に環境温度を15℃とした。充電電流は、比較例4Aに対して、変曲点が検出された後、充電電流を100%(2000mA)から40%(800mA)に切り替えるようにした。
上記比較例1Aと同様に、表1に記載の恒温槽温度と充電電流にてサイクル試験を行った。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、実施例5Aでは、100%(2000mA)から40%(800mA)に切り替える。
上記比較例1Aと同様に、表1に記載の恒温槽温度と充電電流にてサイクル試験を行った。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、実施例6Aでは、100%(2000mA)から60%(1200mA)に切り替える。
実施例1Aと同様に充電を行う。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、実施例1Aでは、定電流充電の電流値を全域80%(1600mA)に制限しているのに対し、実施例7Aでは、初期容量2000mAhの30%にあたる600mAh充電されるまでは、2000mAhで充電し、充電電気量が600mAhを超える定電流充電分については、1600mAにて充電を行った。
実施例7は、電池の初期満充電量を100%とするとき、定電流充電部のうちで 初期満充電量の30%以降の充電電気量に当たる部分のみ、定電流充電電流の低減を行うようにしたものである。
比較例1Aに対して温度条件を変動させた。すなわち、充放電の100サイクル毎に環境温度を(15℃−25℃−35℃−45℃)と順に上昇させることを繰り返した。充電電流は、2000mA一定である。
本技術では、充電開始直前の環境温度をTとするとき、電流変曲点が観測された以降の充電に関し、次回以降の充電開始直前の外界温度がT以下の場合にのみ、定電流充電電流部のすべてもしくは一部の電流を、初期設定の80%以下40%以上の値に下げるものである。したがって、環境温度が上昇した場合には、充電電流を低減しないようになされる。
比較例6Aと同様に温度条件を変動させた。電流変曲点が観測された以降の充電に関し、環境温度が低下した場合にのみ、充電電流を、2000mAからその80%の1600mAに切り替える。例えば充電電流を1600mAに切り替えた後に、環境温度が25℃から35℃に上昇した場合に、充電電流が2000mAに戻される。
比較例1Aに対して温度条件を変動させた。すなわち、充放電の100サイクル毎に環境温度を(45℃−35℃−25℃−15℃)と順に下降させることを繰り返した。充電電流は、2000mA一定である。
比較例7Aと同様に温度条件を変動させた。電流変曲点が観測された以降の充電に関し、環境温度が低下した場合にのみ、充電電流を、2000mAからその80%の1600mAに切り替える。例えば環境温度が25℃の場合に、充電電流を1600mAに切り替えた後に、環境温度が15℃となっても、充電電流が1600mAに維持される。そして、環境温度が15℃から45℃に上昇した場合に、充電電流が2000mAに戻される。
<電池の作成>
[正極の作製]
正極活物質であるコバルトニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)97質量%と、導電剤であるカーボンブラック1質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)2質量%とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を分散媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて正極合剤スラリーとした。この正極合剤スラリーを厚さ12μmの帯状アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、正極集電体の一部が露出するようにして塗布した。この後、塗布した正極合剤スラリーの分散媒を蒸発・乾燥させ、ロールプレスにて圧縮成型することにより、正極活物質層を形成した。最後に、正極端子を正極集電体露出部に取り付け、正極を形成した。
負極活物質である平均粒径20μmの粒状黒鉛粉末95質量%と、結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体のアクリル酸変性体1.5質量%と、粒径0.3μmの微粒子ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を2質量%、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.5質量%とを混合して負極合剤とし、さらに適量の水を加えて攪拌することにより、負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを厚さ15μmの帯状銅箔からなる負極集電体の両面に、負極集電体の一部が露出するようにして塗布した。この後、塗布した負極合剤スラリーの分散媒を蒸発・乾燥させ、ロールプレスにて圧縮成型することにより、負極活物質層を形成した。最後に、負極端子を正極集電体露出部に取り付け、負極を形成した。
炭酸エチレン(EC)と炭酸メチルエチル(MEC)と炭酸ビニレン(VC)とを、質量比30:69:0.5:0.5で混合した非水溶媒に対して、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/dm3の濃度で溶解させることにより、非水電解液を調製した。
厚さ12ミクロンのポリエチレンとポリプロピレンを含むセパレータにPVdFのN−メチルピロリドン溶液を塗布したのち水浴に浸漬してPVdF溶液を相分離させ、さらに、温風乾燥した。
次に、矩形状の正極及び負極と、セパレータとを、正極、セパレータ、負極(両面にPVdF層が形成されたもの)、セパレータの順に積層して積層電極体を形成した。
次に、積層電極体を軟質アルミニウム層を有するラミネートフィルムで外装し、積層電極体周辺の正極端子及び負極端子の導出辺と、他の3辺とを熱融着して封止し、密閉した。次にプレスによりセル形状を整形した。
これにより、電池形状が厚さ37mm、幅49mm、高さ84mm(374984サイズ)、電池容量が2100mAhである、ラミネートフィルム型電池を作製した。
上記セルを、23℃にて恒温槽にて表2に記載の条件で、充電開始直前に周囲温度を測定したのち、(2100mA−4.2V)の定電流定電圧充電を行い、充電電流が100mAに低下した段階で充電を終了した。30分間の休止の後、6300mAにて定電流放電を行い、電池電圧3Vにて放電を終了し初期容量をもとめた。
比較例1Bに対して充電電流を75%(1570mA)一定として充電した。
<比較例3B>
比較例1Bに対して、変曲点が検出された後、充電電流を100%(2100mA)から90%(1890mA)に切り替えるようにした。
上記比較例3Bと同様に、表2に記載の恒温槽温度と充電電流にてサイクル試験を行った。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、比較例3Bでは、定電流充電の電流値を90%(1890mA)に制限しているのに対し、実施例1Bでは、80%(1680mA)に制限する。
上記比較例1Bと同様に、表2に記載の恒温槽温度と充電電流にてサイクル試験を行った。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、充電電流を100%(2100mA)から40%(840mA)に切り替えるようにした。
上記比較例1Bと同様に、表2に記載の恒温槽温度と充電電流にてサイクル試験を行った。ただし電流変曲点が観測された以降の充電に関し、実施例5Bと同様に、100%(2100mA)から60%(800mA)に切り替える。さらに、充電電流を60%(1260mA)とする。
比較例1Bに対して温度条件を変動させた。すなわち、充放電の100サイクル毎に環境温度を(15℃−25℃−35℃−45℃)と順に上昇させることを繰り返した。充電電流は、2100mA一定である。
比較例4Bと同様に温度条件を変動させた。電流変曲点が観測された以降の充電に関し、環境温度が低下した場合にのみ、充電電流を、2100mAからその80%の1680mAに切り替える。例えば充電電流を1680mAに切り替えた後に、環境温度が25℃から35℃に上昇した場合に、充電電流が2100mAに戻される。
本技術では、充電開始直前の環境温度をTとするとき、電流変曲点が観測された以降の充電に関し、次回以降の充電開始直前の外界温度がT以下の場合にのみ、定電流充電電流部のすべてもしくは一部の電流を、初期設定の80%以下40%以上の値に下げるものである。したがって、環境温度が上昇した場合には、充電電流を低減しないようになされる。
比較例1Bに対して温度条件を変動させた。すなわち、充放電の100サイクル毎に環境温度を(45℃−35℃−25℃−15℃)と順に下降させることを繰り返した。充電電流は、2100mA一定である。
比較例5Bと同様に温度条件を変動させた。電流変曲点が観測された以降の充電に関し、環境温度が低下した場合にのみ、充電電流を、2100mAからその80%の1680mAに切り替える。例えば環境温度が25℃の場合に、充電電流を1600mAに切り替えた後に、環境温度が15℃となっても、充電電流が1680mAに維持される。そして、環境温度が15℃から45℃に上昇した場合に、充電電流が2100mAに戻される。
上述の一実施の形態では、充電電流を減少させる場合、予め設定した値としている。しかしながら、前回の充電開始直前の環境温度をTaとし、今回の充電開始直前の環境温度をTbとするとき、表3に示すように、(Ta−Tb=ΔT)の大きさによって、充電電流を減少させる量(ΔI)を異ならせても良い。下記の表では、(ΔT1<ΔT2<ΔT3<ΔT4)の関係があり、(ΔI1<ΔI2<ΔI3<ΔI4)の関係がある。
「電池パック」
図9は、本技術の非水電解質電池を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、二次電池の電池セル31と制御部32と関連する素子とが同一の筐体(ケース)内に収納されている。電池セル31は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池セル31の規定充電電圧が例えば4.35Vに設定されている。
本技術は、多数の電池セルを使用して高い電圧を発生することができる蓄電モジュールに対しても適用することができる。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電力貯蔵装置と称する。さらに、複数の電力貯蔵装置を接続する電力貯蔵システムも可能である。蓄電素子としては、電池以外にキャパシタ等を使用しても良い。
本技術の電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図15を参照して説明する。例えば住宅401用の蓄電システム400においては、火力発電402a、原子力発電402b、水力発電402cなどの集中型電力系統402から電力網409、情報網412、スマートメータ407、パワーハブ408などを介し、電力が蓄電装置403に供給される。これと共に、家庭内の発電装置404などの独立電源から電力が蓄電装置403に供給される。蓄電装置403に供給された電力が蓄電される。蓄電装置403を使用して、住宅401で使用する電力が給電される。住宅401に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図16を参照して説明する。図16に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
以上、本技術の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
たとえば、上述の実施の形態及び実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等を用いてもよい。
また、上述の実施の形態及び実施例の構成、方法、工程、形状、材料及び数値等は、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
上述の電解質層に代えて、以下の電解質で構成した他の電解質層を用いてもよい。他の電解質層の第1の例として、例えば、吸熱粒子とイオン伝導性の高分子材料と電解質塩とを含み、イオン伝導性の高分子材料と電解質塩とによりイオン伝導性を有する固体状の電解質で構成した固体電解質層を用いてもよい。イオン伝導性の高分子材料としては、例えば、ポリエーテル、ポリエステル、ポリフォスファゼン、あるいはポリシロキサンなどを挙げることができる。他の電解質層の第2の例として、例えば、吸熱粒子とイオン伝導性の高分子材料とを含み、高分子材料によりイオン伝導性を有する固体状の電解質で構成した固体電解質層を用いてもよい。他の電解質層の第3の例としては、吸熱粒子とイオン伝導性の無機材料とを含み、無機材料によりイオン伝導性を有する固体状の電解質で構成した固体電解質層を用いてもよい。イオン伝導性の無機材料としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性結晶あるいはイオン伝導性ガラスなどを挙げることができる。
5・・・外装部材
4・・・捲回電極体
7・・・正極
7A・・・正極集電体
7B・・・正極活物質含有塗膜
8・・・負極
8A・・・負極集電体
8B・・・負極活物質含有塗膜
9・・・セパレータ
2・・・正極リード
3・・・負極リード
31・・・電池セル
41・・・電池パック
Claims (14)
- 正極と、負極と、電解質とが外装体に収納されたリチウムイオン二次電池を充電する場合に、
定電圧充電における充電電流を、充電電気量もしくは時間で2階微分した値が充電中に計算され、
充電開始直前の環境温度がT1である充電において、2階微分計算値の符号が正から負、もしくは負から正への変化が観測された場合、次回以降の充電開始直前の外界温度がT2(T1>T2)以下の場合に、定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定よりも下げるようになし、
前記T1及びT2の差が大きいほど、前記電流の下げる量を大きくする充電方法。 - 前記定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定の80%以下40%以上の値に下げるようにする、請求項1に記載の充電方法。
- 2階微分計算値は、前記定電圧充電における充電電流値が定電圧充電開始時の100%から10%まで減衰するまでの期間に観測される請求項1又は2に記載の充電方法。
- 電池電圧が設定電圧値に達するまでは定電流充電、パルス充電または定電流の電流値を段階的に変更して充電するステップ充電を行い、
前記電池電圧が設定電圧値に達した後は、前記定電圧充電を行う請求項1から3のいずれかに記載の充電方法。 - 前記電池の初期満充電量を100%とするとき
定電流充電部のうちで、初期満充電量の30%以降の充電電気量に当たる部分のみ、
前記定電流充電電流の低減を行う請求項1から4のいずれかに記載の充電方法。 - 前記リチウムイオン二次電池の正極材料が 少なくともNiとCoとMnを含むLi含有複合酸化物、もしくは少なくともNiとCoとAlを含むLi含有複合酸化物を含む請求項1から5のいずれかに記載の充電方法。
- 正極と、負極と、電解質とが外装体に収納されたリチウムイオン二次電池を有し、
定電圧充電における充電電流を、充電電気量もしくは時間で2階微分した値が充電中に計算され、
充電開始直前の環境温度がT1である充電において、2階微分計算値の符号が正から負、もしくは負から正への変化が観測された場合、次回以降の充電開始直前の外界温度がT2(T1>T2)以下の場合に、定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定よりも下げるように充電が制御され、
前記T1及びT2の差が大きいほど、前記電流の下げる量を大きくするように充電が制御される電池装置。 - 前記定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定の80%以下40%以上の値に下げるようにする、請求項7に記載の電池装置。
- 2階微分計算値は、前記定電圧充電における充電電流値が定電圧充電開始時の100%から10%まで減衰するまでの期間に観測される請求項7又は8に記載の電池装置。
- 電池電圧が設定電圧値に達するまでは定電流充電、パルス充電または定電流の電流値を段階的に変更して充電するステップ充電を行い、
前記電池電圧が設定電圧値に達した後は、前記定電圧充電を行う請求項7から9までのいずれかに記載の電池装置。 - 定電圧充電における充電電流を、充電電気量もしくは時間で2階微分した値が充電中に計算され、
充電開始直前の環境温度がT1である充電において、2階微分計算値の符号が正から負、もしくは負から正への変化が観測された場合、次回以降の充電開始直前の外界温度がT2(T1>T2)以下の場合に、定電流充電電流部のすべて、もしくは一部の電流を、初期設定よりも下げるように充電が制御され、
前記T1及びT2の差が大きいほど、前記電流の下げる量を大きくするように充電が制御される充電装置。 - 請求項7に記載の電池装置と、前記電池を内包する外装とを有する電池パック。
- 請求項7に記載の電池装置と、
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する 電動車両。 - 請求項7に記載の電池装置を有し、前記電池装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
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