JP7091962B2 - Lithium-ion battery system and method for adjusting charge / discharge characteristics of lithium-ion batteries - Google Patents

Lithium-ion battery system and method for adjusting charge / discharge characteristics of lithium-ion batteries Download PDF

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Description

本発明はリチウムイオン電池システム及びリチウムイオン電池の充放電特性調整方法に関する。 The present invention relates to a lithium ion battery system and a method for adjusting charge / discharge characteristics of a lithium ion battery.

リチウムイオン電池に関して、特許文献1には、電解液中の過充電を抑制するためのレドックスシャトル化合物の濃度に応じて、該電解液中の電解質の濃度を変更することが記載されている。レドックスシャトル化合物の濃度が電解質の濃度に依存するから、レドックスシャトル化合物の濃度が低いときは電解質の濃度を低下させることにより、レドックスシャトル現象を効率的に生じさせ、過充電を抑制するというものである。 Regarding the lithium ion battery, Patent Document 1 describes that the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is changed according to the concentration of the redox shuttle compound for suppressing overcharging in the electrolytic solution. Since the concentration of the redox shuttle compound depends on the concentration of the electrolyte, when the concentration of the redox shuttle compound is low, the concentration of the electrolyte is lowered to efficiently cause the redox shuttle phenomenon and suppress overcharging. be.

また、特許文献2には、リチウムイオン電池の電解液の電解質塩として、LiPFとLiPOとを併用し、全電解質塩の濃度を0.5M以上2.0M以下とし、LiPOの濃度を0.01M以上0.4M以下とすることが記載されている。 Further, in Patent Document 2, LiPF 6 and LiPO 2 F 2 are used in combination as an electrolyte salt of an electrolytic solution of a lithium ion battery, and the concentration of the total electrolyte salt is set to 0.5 M or more and 2.0 M or less, and LiPO 2 F. It is described that the concentration of 2 is 0.01 M or more and 0.4 M or less.

特開2014-229512号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-229512 特開2017-63043号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-63043

ところで、リチウムイオン電池は、その使用温度が低くなると、該電池を充放電(充電又は放電)したときの充放電抵抗が上昇することが知られている。充電抵抗が大きくなると急速充電に不利になり、放電抵抗が大きくなると、電圧降下が大きくなるため、出力が出にくくなる。 By the way, it is known that when the operating temperature of a lithium ion battery is lowered, the charge / discharge resistance when the battery is charged / discharged (charged or discharged) increases. When the charging resistance becomes large, it becomes disadvantageous for quick charging, and when the discharging resistance becomes large, the voltage drop becomes large and it becomes difficult to output.

本発明は、上述のごとき、リチウムイオン電池の使用温度が変わったときにその充放電特性が低下する問題に対策する。 The present invention addresses the problem that the charge / discharge characteristics of a lithium ion battery deteriorate when the operating temperature of the lithium ion battery changes, as described above.

本発明者は、リチウムイオン電池の充放電特性について実験・研究により、電解液の電解質として種類が異なる複数のリチウム塩を用いるとき、その電解質の混合比によって、充放電抵抗の温度特性が異なることを見出した。例えば、ある混合比のときは温度が高いときに充放電抵抗が小さくなり、それとは異なる混合比のときは温度が低いときに充放電抵抗が小さくなる、というものである。 The present inventor has conducted experiments and research on the charge / discharge characteristics of a lithium-ion battery, and when a plurality of different types of lithium salts are used as the electrolyte of the electrolytic solution, the temperature characteristics of the charge / discharge resistance differ depending on the mixing ratio of the electrolyte. I found. For example, at a certain mixing ratio, the charge / discharge resistance decreases when the temperature is high, and at a different mixing ratio, the charge / discharge resistance decreases when the temperature is low.

そこで、本発明は、上記電解質の混合比によって、リチウムイオン電池の充放電特性の温度依存関係が異なることを利用して、上記課題に対策する。 Therefore, the present invention addresses the above-mentioned problems by utilizing the fact that the temperature-dependent relationship of the charge / discharge characteristics of the lithium-ion battery differs depending on the mixing ratio of the above-mentioned electrolytes.

ここに開示するリチウムイオン電池システムは、
正極及び負極を備え、支持電解質として二種以上の電解質を溶媒に溶解させてなる電解液を用いるリチウムイオン電池と、
上記リチウムイオン電池の使用温度を検出する温度センサと、
上記温度センサによって検出される上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて、上記電解液における上記二種以上の電解質の混合比を変更する混合比変更手段とを備えていることを特徴とする。
The lithium-ion battery system disclosed here is
A lithium-ion battery having a positive electrode and a negative electrode, and using an electrolytic solution in which two or more kinds of electrolytes are dissolved in a solvent as a supporting electrolyte.
A temperature sensor that detects the operating temperature of the lithium-ion battery,
It is characterized by comprising a mixing ratio changing means for changing the mixing ratio of the two or more kinds of electrolytes in the electrolytic solution according to the operating temperature of the lithium ion battery detected by the temperature sensor.

これによれば、リチウムイオン電池の使用温度に応じた電解液における電解質の混合比の変更により、リチウムイオン電池の充放電特性が使用温度の変化に伴って低下することを抑制することが可能になる。 According to this, it is possible to suppress that the charge / discharge characteristics of the lithium ion battery decrease with the change of the operating temperature by changing the mixing ratio of the electrolyte in the electrolytic solution according to the operating temperature of the lithium ion battery. Become.

ここに、「リチウムイオン電池の使用温度」については、リチウムイオン電池自体の温度、電池周辺の温度(以下「環境温度」という。)、或いはリチウムイオン電池の充放電特性から推測される温度であってもよい。 Here, the "operating temperature of the lithium ion battery" is a temperature estimated from the temperature of the lithium ion battery itself, the temperature around the battery (hereinafter referred to as "environmental temperature"), or the charge / discharge characteristics of the lithium ion battery. You may.

上記リチウムイオン電池システムの一実施形態では、
上記リチウムイオン電池は、上記支持電解質として主電解質と副電解質を備え、
上記混合比変更手段は、上記温度センサによって検出される上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて、上記主電解質と上記副電解質の混合比を、上記リチウムイオン電池を充放電したときの充放電抵抗が小さい混合比になるように変更する。
In one embodiment of the lithium-ion battery system described above,
The lithium ion battery includes a main electrolyte and a sub-electrolyte as the supporting electrolytes.
The mixing ratio changing means sets the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte according to the operating temperature of the lithium-ion battery detected by the temperature sensor, and the charge / discharge resistance when the lithium-ion battery is charged / discharged. Is changed so that the mixing ratio is small.

これによれば、リチウムイオン電池の使用温度が変わると、これに応じて電解質の混合比が、充放電抵抗が小さい混合比になるように変更される。よって、広い温度範囲にわたって、急速充電特性の向上、並びに出力低下の抑制を図ることができる。 According to this, when the operating temperature of the lithium ion battery changes, the mixing ratio of the electrolyte is changed so as to have a small charge / discharge resistance. Therefore, it is possible to improve the quick charge characteristics and suppress the decrease in output over a wide temperature range.

上記リチウムイオン電池システムの一実施形態では、
上記リチウムイオン電池は、上記支持電解質として主電解質と副電解質を備え、
上記混合比変更手段は、
所定濃度の上記主電解質を含有する主電解液を上記リチウムイオン電池に供給する主電解液供給装置と、
所定濃度の上記副電解質を含有する副電解液を上記リチウムイオン電池に供給する副電解液供給装置と、
上記リチウムイオン電池から電解液を排出する電解液排出装置と、
上記リチウムイオン電池の電解液の上記主電解質と上記副電解質の混合比が上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて予め定めた混合比となるように、上記電解液排出装置による電解液の排出と、上記主電解液供給装置及び上記副電解液供給装置各々による上記主電解液及び上記副電解液の供給を制御するコントローラとを備えている。
In one embodiment of the lithium-ion battery system described above,
The lithium ion battery includes a main electrolyte and a sub-electrolyte as the supporting electrolytes.
The above-mentioned mixing ratio changing means is
A main electrolyte supply device that supplies a main electrolyte containing a predetermined concentration of the main electrolyte to the lithium ion battery, and a main electrolyte supply device.
A sub-electrolyte supply device that supplies a sub-electrolyte containing a predetermined concentration of the sub-electrolyte to the lithium-ion battery, and a sub-electrolyte supply device.
An electrolyte discharge device that discharges the electrolyte from the lithium-ion battery,
Discharge of the electrolytic solution by the electrolytic solution discharging device so that the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte of the electrolytic solution of the lithium ion battery becomes a predetermined mixing ratio according to the operating temperature of the lithium ion battery. A controller for controlling the supply of the main electrolyte and the sub-electrolyte by each of the main electrolyte supply device and the sub-electrolyte supply device is provided.

これによれば、電解液排出装置によるリチウムイオン電池からの電解液の排出と、主電解液供給装置及び副電解液供給装置各々によるリチウムイオン電池への主電解液及び副電解液の供給により、当該リチウムイオン電池の電解液における主電解質と副電解質の混合比を、充放電抵抗を小さくする上で最適な混合比にすることができる。 According to this, the electrolyte is discharged from the lithium ion battery by the electrolyte discharge device, and the main electrolyte and the sub-electrolyte are supplied to the lithium ion battery by each of the main electrolyte supply device and the sub-electrolyte supply device. The mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte in the electrolytic solution of the lithium ion battery can be set to the optimum mixing ratio in order to reduce the charge / discharge resistance.

上記リチウムイオン電池システムの一実施形態では、
上記主電解液供給装置は、所定濃度の主電解質を含有する主電解液を貯留する主電解液タンクを備え、
上記副電解液供給装置は、所定濃度の副電解質を含有する副電解液を貯留する副電解液タンクを備え、
上記電解液排出装置は、上記リチウムイオン電池から排出される電解液を上記主電解質を含有する電解液と上記副電解質を含有する電解液に分離する電解質分離装置と、分離された上記主電解質を含有する電解液を上記主電解液タンクに回収する主電解質回収ラインと、分離された上記副電解質を含有する電解液を上記副電解液タンクに回収する副電解質回収ラインとを備え、
上記主電解質回収ラインは、回収すべき電解液の主電解質濃度を上記主電解液タンクに貯留されている主電解液の上記所定濃度になるように調整する主電解質濃度調整装置を備え、
上記副電解質回収ラインは、回収すべき電解液の副電解質濃度を上記副電解液タンクに貯留されている副電解液の上記所定濃度になるように調整する副電解質濃度調整装置を備えている。
In one embodiment of the lithium-ion battery system described above,
The main electrolyte supply device includes a main electrolyte tank for storing the main electrolyte containing a predetermined concentration of the main electrolyte.
The sub-electrolyte supply device includes a sub-electrolyte tank for storing the sub-electrolyte containing a predetermined concentration of the sub-electrolyte.
The electrolyte discharge device includes an electrolyte separation device that separates the electrolyte discharged from the lithium ion battery into an electrolyte containing the main electrolyte and an electrolyte containing the sub-electrolyte, and the separated main electrolyte. It is provided with a main electrolyte recovery line for recovering the contained electrolyte solution in the main electrolyte solution tank and a sub-electrolyte recovery line for recovering the separated electrolyte solution containing the sub-electrolyte in the sub-electrolyte solution tank.
The main electrolyte recovery line includes a main electrolyte concentration adjusting device that adjusts the main electrolyte concentration of the electrolyte to be recovered to the predetermined concentration of the main electrolyte stored in the main electrolyte tank.
The sub-electrolyte recovery line is provided with a sub-electrolyte concentration adjusting device that adjusts the sub-electrolyte concentration of the electrolytic solution to be recovered to the predetermined concentration of the sub-electrolyte stored in the sub-electrolyte tank.

これによれば、主電解質の副電解質の混合比の変更に伴ってリチウムイオン電池から排出される電解液を当該リチウムイオン電池に再利用することができる。 According to this, the electrolytic solution discharged from the lithium ion battery due to the change of the mixing ratio of the sub-electrolyte of the main electrolyte can be reused in the lithium ion battery.

上記リチウムイオン電池システムの一実施形態では、
上記主電解質がLiPF(ヘキサフルオロリン酸リチウム)であり、上記副電解質がLiPO(ジフルオロリン酸リチウム)である。
In one embodiment of the lithium-ion battery system described above,
The main electrolyte is LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), and the sub-electrolyte is LiPO 2 F 2 (lithium difluorophosphate).

主電解質がLiPFであることにより、電位窓が広くなる、電気伝導率が高くなる、という利点が得られる。副電解質がLiPOであることにより、良質な被膜が正極及び負極界面に形成されるため、電解液の分解抑制に有利になる。 Since the main electrolyte is LiPF 6 , the advantages of widening the potential window and increasing the electrical conductivity can be obtained. Since the sub-electrolyte is LiPO 2 F 2 , a high-quality film is formed at the interface between the positive electrode and the negative electrode, which is advantageous in suppressing the decomposition of the electrolytic solution.

そうして、主電解質LiPFと副電解質LiPOの組み合わせにおいては、両者の混合比によってリチウムイオン電池の充放電抵抗の温度特性が変化する。よって、温度に応じてその混合比を変更することにより、広い温度範囲にわたって、リチウムイオン電池の充放電抵抗を低く抑えることができる。 Then, in the combination of the main electrolyte LiPF 6 and the sub-electrolyte LiPO 2 F 2 , the temperature characteristics of the charge / discharge resistance of the lithium ion battery change depending on the mixing ratio of both. Therefore, by changing the mixing ratio according to the temperature, the charge / discharge resistance of the lithium ion battery can be kept low over a wide temperature range.

上記リチウムイオン電池システムの一実施形態では、
上記混合比変更手段は、上記リチウムイオン電池の使用温度が低くなるほど、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を増加させる。例えば、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を、リチウムイオン電池の使用温度が25℃であるとき1%以上4%以下とし、リチウムイオン電池の使用温度が-30℃であるとき5%以上15%以下とする
これにより、広い温度範囲にわたって、リチウムイオン電池の充放電抵抗を低く抑えることができる。
In one embodiment of the lithium-ion battery system described above,
The mixing ratio changing means increases the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 as the operating temperature of the lithium ion battery becomes lower. For example, the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 is set to 1% or more and 4% or less when the operating temperature of the lithium ion battery is 25 ° C., and the operating temperature of the lithium ion battery is -30. When the temperature is 5% or more and 15% or less, the charge / discharge resistance of the lithium ion battery can be kept low over a wide temperature range.

ここに開示するリチウムイオン電池の充放電特性調整方法は、
そのリチウムイオン電池が、正極及び負極を備え、支持電解質としてLiPFとLiPOを溶媒に溶解させてなる電解液を用いるものであって、
上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて上記電解液におけるLiPFとLiPOの混合比を変更することを特徴とする。
The method for adjusting the charge / discharge characteristics of the lithium ion battery disclosed here is as follows.
The lithium ion battery is provided with a positive electrode and a negative electrode, and uses an electrolytic solution obtained by dissolving LiPF 6 and LiPO 2 F 2 in a solvent as supporting electrolytes.
It is characterized in that the mixing ratio of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 in the electrolytic solution is changed according to the operating temperature of the lithium ion battery.

これによれば、リチウムイオン電池の使用温度に応じた、該リチウムイオン電池の電解液における電解質の混合比の変更により、リチウムイオン電池の充放電特性が使用温度の変化に伴って低下することを抑制することが可能になる。 According to this, the charge / discharge characteristics of the lithium ion battery deteriorate with the change of the operating temperature due to the change of the mixing ratio of the electrolyte in the electrolytic solution of the lithium ion battery according to the operating temperature of the lithium ion battery. It becomes possible to suppress.

上記充放電特性調整方法の一実施形態では、
上記リチウムイオン電池の使用温度が低くなるほど、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を増加させる。例えば、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を、リチウムイオン電池の使用温度が25℃であるとき1%以上4%以下とし、リチウムイオン電池の使用温度が-30℃であるとき5%以上15%以下とする
これにより、広い温度範囲にわたって、リチウムイオン電池の充放電抵抗を低く抑え、急速充電特性の向上、並びに出力低下の抑制を図ることができる。
In one embodiment of the charge / discharge characteristic adjustment method,
As the operating temperature of the lithium ion battery becomes lower, the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 increases. For example, the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 is set to 1% or more and 4% or less when the operating temperature of the lithium ion battery is 25 ° C., and the operating temperature of the lithium ion battery is -30. When the temperature is 5% or more and 15% or less, the charge / discharge resistance of the lithium ion battery can be suppressed low over a wide temperature range, the quick charging characteristics can be improved, and the output decrease can be suppressed.

本発明によれば、リチウムイオン電池の使用温度に応じて、該リチウムイオン電池の電解液における電解質の混合比を変更するから、リチウムイオン電池の充放電特性が使用温度の変化に伴って低下することを抑制することが可能になる。 According to the present invention, since the mixing ratio of the electrolyte in the electrolytic solution of the lithium ion battery is changed according to the operating temperature of the lithium ion battery, the charge / discharge characteristics of the lithium ion battery decrease with the change of the operating temperature. It becomes possible to suppress this.

リチウムイオン電池システムの構成図。Configuration diagram of the lithium-ion battery system. 同システムの制御系のブロック図。Block diagram of the control system of the system. 同システムの制御フロー図。Control flow diagram of the system. 使用温度25℃での電解質混合比とリチウムイオン電池の放電抵抗の関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the electrolyte mixture ratio and the discharge resistance of a lithium ion battery at an operating temperature of 25 ° C. 使用温度-10℃での電解質混合比とリチウムイオン電池の放電抵抗の関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the electrolyte mixture ratio and the discharge resistance of a lithium ion battery at an operating temperature of −10 ° C. 使用温度-20℃での電解質混合比とリチウムイオン電池の放電抵抗の関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the electrolyte mixture ratio and the discharge resistance of a lithium ion battery at an operating temperature of −20 ° C. 使用温度-30℃での電解質混合比とリチウムイオン電池の放電抵抗の関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the electrolyte mixture ratio and the discharge resistance of a lithium ion battery at an operating temperature of −30 ° C.

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary and is not intended to limit the invention, its applications or its uses.

図1に示すリチウムイオン電池システムにおいて、そのリチウムイオン電池1は、正極、負極及びこの正極と負極を絶縁するセパレータを備え、支持電解質として主電解質と副電解質を非水溶媒に溶解させてなる非水電解液を用いる。 In the lithium ion battery system shown in FIG. 1, the lithium ion battery 1 includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator that insulates the positive electrode and the negative electrode, and the main electrolyte and the sub-electrolyte are dissolved in a non-aqueous solvent as supporting electrolytes. Use a water electrolyte.

<リチウムイオン電池>
[正極]
正極は、正極活物質及び助剤(結着剤及び導電助剤)を混合して集電体に塗布してなる。好ましい集電体としてはアルミニウム箔が挙げられる。
<Lithium-ion battery>
[Positive electrode]
The positive electrode is formed by mixing a positive electrode active material and an auxiliary agent (binding agent and conductive auxiliary agent) and applying them to a current collector. Aluminum foil is mentioned as a preferable current collector.

好ましい正極活物質としては、コバルト、マンガン及びニッケルからなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するリチウムとの複合金属酸化物、リン酸系リチウム化合物、ケイ酸系リチウム化合物がある。特に、リン酸系リチウムを採用することが好ましい。これらの正極活物質は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Preferred positive electrode active materials include composite metal oxides with lithium containing one or more selected from the group consisting of cobalt, manganese and nickel, phosphoric acid-based lithium compounds, and silicic acid-based lithium compounds. In particular, it is preferable to use lithium phosphate. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

好ましいリン酸系リチウム化合物としては、例えば、オリビン型結晶構造のLiMPO(M=遷移金属Fe、Co、Ni、Mn等)、LiMPOF(M=遷移金属Fe、Co、Ni、Mn等)がある。なかでも、リン酸鉄リチウムLiFePOが好ましい。ケイ酸系リチウム化合物としては、例えば、LiMSiO(M=遷移金属Fe、Co、Ni、Mn等)がある。 Preferred phosphoric acid-based lithium compounds include, for example, LiMPO 4 (M = transition metal Fe, Co, Ni, Mn, etc.) and Li 2 MPO 4 F (M = transition metal Fe, Co, Ni, Mn) having an olivine crystal structure. Etc.). Of these, lithium iron phosphate LiFePO 4 is preferable. Examples of the silicic acid-based lithium compound include Li 2 MSiO 4 (M = transition metal Fe, Co, Ni, Mn, etc.).

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を好ましく採用することができる。導電助剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノファイバ(CNF)等を採用することができる。 As the binder, polyvinylidene fluoride (PVdF) can be preferably adopted. As the conductive auxiliary agent, carbon black, acetylene black, carbon nanofiber (CNF) and the like can be adopted.

[負極]
負極は、負極活物質及び助剤(結着剤及び導電助剤)を混合して集電体に塗布してなる。好ましい集電体としては銅箔が挙げられる。
[Negative electrode]
The negative electrode is formed by mixing a negative electrode active material and an auxiliary agent (binding agent and conductive auxiliary agent) and applying the negative electrode to a current collector. A copper foil is mentioned as a preferable current collector.

負極活物質としては、黒鉛系炭素材料、すなわち、人造黒鉛や天然黒鉛を採用することが好ましい。黒鉛系炭素材料は、Liイオンの吸蔵及び放出能力の向上の観点から、黒鉛化度が低いものが好ましい。黒鉛化度が低い人造黒鉛やハードカーボンは負極活物質として好ましい。結晶性の高い天然黒鉛単独では劣化が早いため、表面処理を行った天然黒鉛や人造黒鉛と併用することが好ましい。 As the negative electrode active material, it is preferable to use a graphite-based carbon material, that is, artificial graphite or natural graphite. The graphite-based carbon material preferably has a low degree of graphitization from the viewpoint of improving the storage and release capacity of Li ions. Artificial graphite and hard carbon, which have a low degree of graphitization, are preferable as the negative electrode active material. Since natural graphite with high crystallinity deteriorates quickly, it is preferable to use it in combination with surface-treated natural graphite or artificial graphite.

結着剤としては、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、該スチレン-ブタジエンゴムに増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを併用したもの(SBR-CMC)、PVdF、或いはイミド系バインダ等を好ましく採用することができる。導電助剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノファイバCNF等を好ましく採用することができる。 As the binder, styrene-butadiene rubber (SBR), styrene-butadiene rubber in combination with carboxymethyl cellulose as a thickener (SBR-CMC), PVdF, an imide-based binder and the like can be preferably adopted. .. As the conductive auxiliary agent, carbon black, acetylene black, carbon nanofiber CNF and the like can be preferably adopted.

[セパレータ]
セパレータについては、特に制限はないが、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンの単層又は積層の微多孔性フィルム、織布、不織布等を採用することができる。
[Separator]
The separator is not particularly limited, but a monolayer or laminated microporous film of polyolefin such as polypropylene or polyethylene, a woven fabric, a non-woven fabric or the like can be adopted.

[非水電解液]
非水電解液は、非水溶媒にリチウム塩(支持電解質)を溶解してなり、必要に応じて添加剤が添加される。
[Non-water electrolyte]
The non-aqueous electrolyte solution is obtained by dissolving a lithium salt (supporting electrolyte) in a non-aqueous solvent, and an additive is added as needed.

非水溶媒の種類については、特に制限はなく、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)等の鎖状炭酸エステル、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)等の環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。非水溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The type of non-aqueous solvent is not particularly limited, and is limited to cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl. Examples thereof include chain carbonate esters such as carbonate (DMC) and cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL). As the non-aqueous solvent, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

非水溶媒の添加剤としては、セパレータに対する電解液の濡れ性を改善する濡れ性改善溶媒とSEI形成溶媒がある。 Additives for the non-aqueous solvent include a wettability improving solvent and a SEI forming solvent for improving the wettability of the electrolytic solution with respect to the separator.

濡れ性改善溶媒としては、ジブチルカーボネート(DBC)、メチルブチルカーボネート(MBC)、エチルブチルカーボネート(EBC)等がある。濡れ性改善溶媒の添加量は、上記非水溶媒の3質量%以上10質量%以下程度にすることが好ましい。 Examples of the wettability improving solvent include dibutyl carbonate (DBC), methylbutyl carbonate (MBC), ethylbutyl carbonate (EBC) and the like. The amount of the wettability improving solvent added is preferably about 3% by mass or more and 10% by mass or less of the non-aqueous solvent.

SEI形成溶媒としては、ビニレンカーボネート(VC)、メチルビニレンカーボネート(MVC)、エチルビニレンカーボネート(EVC)、フルオロビニレンカーボネート(FVC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、エチニルエチレンカーボネート(EEC)、エチレンサルファイト(ES)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等がある。これらSEI形成溶媒は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。SEI形成溶媒の添加量は、上記非水溶媒の0.5質量%以上5質量%以下程度にすることが好ましい。 Examples of the SEI-forming solvent include vinylene carbonate (VC), methylvinylene carbonate (MVC), ethylvinylene carbonate (EVC), fluorovinylene carbonate (FVC), vinylethylene carbonate (VEC), ethynylethylene carbonate (EEC), and ethylenesulfite. (ES), fluoroethylene carbonate (FEC) and the like. These SEI-forming solvents can be used alone or in combination of two or more. The amount of the SEI-forming solvent added is preferably about 0.5% by mass or more and 5% by mass or less of the non-aqueous solvent.

好ましいリチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiN(SOF)、LiN(SOCF、LiN(SO等が挙げられる。リチウム塩は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Preferred lithium salts include LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , and the like. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more.

非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば、0.5M以上2.0M以下となるようにすればよい。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolytic solution may be, for example, 0.5 M or more and 2.0 M or less.

本実施形態では、主電解質としてLiPFを採用し、副電解質としてLiPOを採用し、溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とγ-ブチロラクトン(GBL)の混合溶媒(PC:GBL=80:20(体積比))を採用している。 In this embodiment, LiPF 6 is adopted as the main electrolyte, LiPO 2 F 2 is adopted as the sub-electrolyte, and a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and γ-butyrolactone (GBL) is adopted as the solvent (PC: GBL = 80: 20 (volume ratio)) is adopted.

<リチウムイオン電池システムの構成>
リチウムイオン電池システムは、リチウムイオン電池1の使用温度(本例の場合は環境温度)を検出する温度センサ2と、該温度センサ2によって検出されるリチウムイオン電池1の使用温度に基づいて、上記非水電解液における主電解質(LiPF)と副電解質(LiPO)の混合比を変更する混合比変更手段3とを備えている。混合比変更手段3は、主電解液供給装置4、副電解液供給装置5、電解液排出装置6及びマイクロコンピュータを用いたコントローラ7を備えている。
<Structure of lithium-ion battery system>
The lithium-ion battery system is based on the temperature sensor 2 that detects the operating temperature of the lithium-ion battery 1 (environmental temperature in this example) and the operating temperature of the lithium-ion battery 1 detected by the temperature sensor 2. It is provided with a mixing ratio changing means 3 for changing the mixing ratio of the main electrolyte (LiPF 6 ) and the sub-electrolyte (LiPO 2 F 2 ) in the non-aqueous electrolyte solution. The mixing ratio changing means 3 includes a main electrolytic solution supply device 4, an auxiliary electrolytic solution supply device 5, an electrolytic solution discharge device 6, and a controller 7 using a microcomputer.

リチウムイオン電池1には、その電解液中の主電解質の濃度及び副電解質の濃度を検出する電解質濃度センサ8が設けられている。 The lithium ion battery 1 is provided with an electrolyte concentration sensor 8 that detects the concentration of the main electrolyte and the concentration of the sub-electrolyte in the electrolytic solution.

主電解液供給装置4は、主電解液タンク11と、該タンク11からリチウムイオン電池1に延びる主電解液供給ライン12と、該ライン12に設けられたポンプ13、第1流量計14及びバルブ15を備えている。主電解液タンク11は所定濃度の主電解質を含有する主電解液を貯留する。ポンプ13の作動により、主電解液タンク11に貯留された主電解液が主電解液供給ライン12によってリチウムイオン電池1に供給される。 The main electrolyte supply device 4 includes a main electrolyte tank 11, a main electrolyte supply line 12 extending from the tank 11 to the lithium ion battery 1, a pump 13, a first flow meter 14, and a valve provided in the line 12. It is equipped with 15. The main electrolyte tank 11 stores the main electrolyte containing a predetermined concentration of the main electrolyte. By the operation of the pump 13, the main electrolytic solution stored in the main electrolytic solution tank 11 is supplied to the lithium ion battery 1 by the main electrolytic solution supply line 12.

副電解液供給装置5は、副電解液タンク16と、該タンク16からリチウムイオン電池1に延びる副電解液供給ライン17と、該ライン17に設けられたポンプ18、第2流量計19及びバルブ15を備えている。副電解液タンク16は所定濃度の副電解質を含有する副電解液を貯留する。ポンプ18の作動により、副電解液タンク16に貯留された副電解液が副電解液供給ライン17によってリチウムイオン電池1に供給される。 The sub-electrolyte solution supply device 5 includes a sub-electrolyte solution tank 16, a sub-electrolyte solution supply line 17 extending from the tank 16 to the lithium ion battery 1, a pump 18, a second flow meter 19, and a valve provided in the line 17. It is equipped with 15. The sub-electrolyte tank 16 stores the sub-electrolyte containing the sub-electrolyte having a predetermined concentration. By the operation of the pump 18, the sub-electrolyte solution stored in the sub-electrolyte solution tank 16 is supplied to the lithium ion battery 1 by the sub-electrolyte solution supply line 17.

バルブ15は、リチウムイオン電池1に対する主電解液供給ライン12と副電解液供給ライン17の接続を切り換えるものである。 The valve 15 switches the connection between the main electrolyte supply line 12 and the sub-electrolyte solution supply line 17 to the lithium ion battery 1.

主電解液供給装置4によって主電解液がリチウムイオン電池1に供給されるときは、リチウムイオン電池1の電解液における主電解質と副電解質の混合比は、副電解質の割合が少なくなる方向に変化する。副電解液供給装置5によって副電解液がリチウムイオン電池1に供給されるときは、リチウムイオン電池1の当該混合比は、副電解質の割合が多くなる方向に変化する。 When the main electrolyte is supplied to the lithium ion battery 1 by the main electrolyte supply device 4, the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte in the electrolyte of the lithium ion battery 1 changes in the direction of decreasing the ratio of the sub-electrolyte. do. When the sub-electrolyte is supplied to the lithium ion battery 1 by the sub-electrolyte supply device 5, the mixing ratio of the lithium ion battery 1 changes in the direction of increasing the proportion of the sub-electrolyte.

電解液排出装置6は、リチウムイオン電池1から延びる電解液排出ライン21と、該排出ライン21から分岐した主電解質回収ライン22及び副電解質回収ライン23を備えている。ライン22,23の分岐部には、電解液排出ライン21に対する電解質回収ライン22,23の接続を切り換えるバルブ24が設けられている。 The electrolyte discharge device 6 includes an electrolyte discharge line 21 extending from the lithium ion battery 1, a main electrolyte recovery line 22 and a sub-electrolyte recovery line 23 branched from the discharge line 21. A valve 24 for switching the connection of the electrolyte recovery lines 22 and 23 to the electrolyte discharge line 21 is provided at the branch portion of the lines 22 and 23.

電解液排出ライン21にはポンプ25及び電解質分離装置26が設けられている。電解液排出ライン21の電解質分離装置26よりも上流側には、溶媒タンク28の溶媒を供給する溶媒供給ライン29が接続されている。当該接続部には、リチウムイオン電池1及び溶媒タンク28の両者を電解質分離装置26に接続した状態と遮断した状態とを切り換えるバルブ31が設けられている。電解質分離装置26は、主電解質の陰イオンPF -1の透過性と副電解質の陰イオンPO -1の透過性に差があるアニオン交換膜を備えてなる。 The electrolyte discharge line 21 is provided with a pump 25 and an electrolyte separator 26. A solvent supply line 29 for supplying the solvent of the solvent tank 28 is connected to the upstream side of the electrolyte separation device 26 of the electrolyte discharge line 21. The connection portion is provided with a valve 31 for switching between a state in which both the lithium ion battery 1 and the solvent tank 28 are connected to the electrolyte separation device 26 and a state in which the solvent tank 28 is disconnected. The electrolyte separator 26 includes an anion exchange membrane having a difference between the permeability of the anion PF 6-1 of the main electrolyte and the permeability of the anion PO 2 F 2-1 of the sub - electrolyte.

副電解質回収ライン23を電解液排出ライン21にバルブ24によって接続し、リチウムイオン電池1及び溶媒タンク28の両者を電解質分離装置26にバルブ31によって接続し、ポンプ25を作動させる。これにより、リチウムイオン電池1の電解液が溶媒タンク28の溶媒と共に電解質分離装置26に供給され、電解液中の副電解質の陰イオンPO -1が電解質分離装置26のアニオン交換膜を透過して副電解質回収ライン23に流れる。 The sub-electrolyte recovery line 23 is connected to the electrolyte discharge line 21 by a valve 24, both the lithium ion battery 1 and the solvent tank 28 are connected to the electrolyte separation device 26 by a valve 31 to operate the pump 25. As a result, the electrolytic solution of the lithium ion battery 1 is supplied to the electrolyte separation device 26 together with the solvent of the solvent tank 28, and the anion PO 2 F 2-1 of the sub - electrolyte in the electrolytic solution forms the anion exchange film of the electrolyte separation device 26. It permeates and flows to the sub-electrolyte recovery line 23.

所定時間経過後、バルブ24を作動させて、主電解質回収ライン22を電解液排出ライン21に接続する。これにより、電解液中の主電解質の陰イオンPF -1が電解質分離装置26のアニオン交換膜を透過して主電解質回収ライン22に流れる。 After a lapse of a predetermined time, the valve 24 is operated to connect the main electrolyte recovery line 22 to the electrolyte discharge line 21. As a result, the anion PF 6-1 of the main electrolyte in the electrolytic solution permeates the anion exchange membrane of the electrolyte separation device 26 and flows to the main electrolyte recovery line 22.

主電解質回収ライン22は主電解液タンク11に接続されている。主電解質回収ライン22には、電解質分離装置26で分離されて送られる電解液中の主電解質の濃度を検出する主電解質濃度センサ32と主電解質濃度調整装置33が設けられている。主電解質濃度調整装置33は、主電解質濃度センサ32によって検出される主電解質の濃度に基づいて主電解質又は溶媒を供給することにより、当該電解液を主電解液タンク11に貯留されている主電解液と同じ主電解質濃度になるように調整する。この主電解質濃度が調整された電解液が主電解液タンク11に供給される。 The main electrolyte recovery line 22 is connected to the main electrolyte tank 11. The main electrolyte recovery line 22 is provided with a main electrolyte concentration sensor 32 for detecting the concentration of the main electrolyte in the electrolytic solution separated and sent by the electrolyte separation device 26, and a main electrolyte concentration adjusting device 33. The main electrolyte concentration adjusting device 33 supplies the main electrolyte or a solvent based on the concentration of the main electrolyte detected by the main electrolyte concentration sensor 32, so that the main electrolyte is stored in the main electrolyte tank 11. Adjust so that the concentration of the main electrolyte is the same as that of the liquid. The electrolytic solution having an adjusted main electrolyte concentration is supplied to the main electrolytic solution tank 11.

副電解質回収ライン23は副電解液タンク16に接続されている。副電解質回収ライン23には、電解質分離装置26で分離されて送られる電解液中の副電解質の濃度を検出する副電解質濃度センサ34と副電解質濃度調整装置35が設けられている。副電解質濃度調整装置35は、副電解質濃度センサ34によって検出される副電解質の濃度に基づいて副電解質又は溶媒を供給することにより、当該電解液を副電解液タンク16に貯留されている副電解液と同じ副電解質濃度になるように調整する。この副電解質濃度が調整された電解液が副電解液タンク16に供給される。 The sub-electrolyte recovery line 23 is connected to the sub-electrolyte tank 16. The sub-electrolyte recovery line 23 is provided with a sub-electrolyte concentration sensor 34 for detecting the concentration of the sub-electrolyte in the electrolytic solution separated and sent by the electrolyte separation device 26, and a sub-electrolyte concentration adjusting device 35. The sub-electrolyte concentration adjusting device 35 supplies the sub-electrolyte or the solvent based on the concentration of the sub-electrolyte detected by the sub-electrolyte concentration sensor 34, so that the sub-electrolyte is stored in the sub-electrolyte tank 16. Adjust so that the concentration of sub-electrolyte is the same as that of the liquid. The electrolytic solution having an adjusted sub-electrolyte concentration is supplied to the sub-electrolyte tank 16.

図2に示すように、上記温度センサ2、電解質濃度センサ8、流量計14,19、主電解質濃度センサ32及び副電解質濃度センサ34各々の検出信号はコントローラ7に与えられる。コントローラ7は、リチウムイオン電池1の使用温度に応じた主電解質と副電解質の最適混合比に関するデータ、主電解液タンク11に貯留されている主電解液の主電解質濃度に関するデータ、並びに副電解液タンク16に貯留されている副電解液の副電解質濃度に関するデータを備えている。上記ポンプ13,18,25、バルブ15,24,31及び電解質濃度調整装置33,35は、上記検出信号及び各種データに基づいて、コントローラ7によって作動が制御される。 As shown in FIG. 2, the detection signals of the temperature sensor 2, the electrolyte concentration sensor 8, the flow meters 14, 19, the main electrolyte concentration sensor 32, and the sub-electrolyte concentration sensor 34 are given to the controller 7. The controller 7 has data on the optimum mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte according to the operating temperature of the lithium ion battery 1, data on the main electrolyte concentration of the main electrolyte stored in the main electrolyte tank 11, and the sub-electrolyte. It contains data on the sub-electrolyte concentration of the sub-electrolyte stored in the tank 16. The operation of the pumps 13, 18, 25, valves 15, 24, 31 and the electrolyte concentration adjusting devices 33, 35 is controlled by the controller 7 based on the detection signals and various data.

<電解質混合比の変更制御>
図3に示すように、コントローラ7は、スタート後のステップS1において、温度センサ2及び電解質濃度センサ8によって検出されるリチウムイオン電池1の使用温度及び主電解質と副電解質の混合比を取得する。続くステップS2において、上記使用温度と最適混合比に関するデータに基づいて、現時点の電解質混合比が当該使用温度に対して適切か否かを判定する。それが適切であれば、当該制御は終了する。
<Control of change of electrolyte mixing ratio>
As shown in FIG. 3, in step S1 after the start, the controller 7 acquires the operating temperature of the lithium ion battery 1 detected by the temperature sensor 2 and the electrolyte concentration sensor 8 and the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte. In the following step S2, it is determined whether or not the current electrolyte mixing ratio is appropriate for the operating temperature based on the data on the operating temperature and the optimum mixing ratio. If it is appropriate, the control ends.

ステップS2において、現時点の電解質混合比が当該使用温度に対して適切でないと判定されたときは、ステップS3に進んで、上述の使用温度と最適混合比に関するデータから当該使用温度での最適混合比が取得される。続くステップS4において、リチウムイオン電池1の電解液の主電解質と副電解質の混合比が当該使用温度に応じた最適混合比となるように、リチウムイオン電池1への主電解液又は副電解液の供給及びリチウムイオン電池1からの電解液の排出(電解質の回収)が行なわれる。 When it is determined in step S2 that the current electrolyte mixing ratio is not appropriate for the operating temperature, the process proceeds to step S3, and the optimum mixing ratio at the operating temperature is obtained from the above-mentioned data on the operating temperature and the optimum mixing ratio. Is obtained. In the following step S4, the main electrolyte or the sub-electrolyte to the lithium-ion battery 1 is charged so that the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte of the electrolyte of the lithium-ion battery 1 becomes the optimum mixing ratio according to the operating temperature. Supply and discharge of the electrolytic solution from the lithium ion battery 1 (recovery of the electrolyte) are performed.

まず、リチウムイオン電池1の当該混合比が最適混合比からみて副電解質の割合が多い状態にあるときは、当該混合比を最適混合比にするために必要な主電解液の量が求められる。この主電解液の必要量の算出においては、当該混合比の変更においてリチウムイオン電池1から電解液の一部を排出することに伴って生ずる主電解質及び副電解質各々の減少量が考慮される。 First, when the mixing ratio of the lithium ion battery 1 is in a state where the ratio of the sub-electrolyte is large in view of the optimum mixing ratio, the amount of the main electrolyte required to make the mixing ratio the optimum mixing ratio is obtained. In calculating the required amount of the main electrolyte, the decrease in each of the main electrolyte and the sub-electrolyte caused by discharging a part of the electrolyte from the lithium ion battery 1 in the change of the mixing ratio is taken into consideration.

そうして、第1バルブ15により、主電解液供給ライン12がリチウムイオン電池1に接続される。電解液排出ライン21は第2バルブ24によって副電解質回収ライン23に接続され、溶媒タンク28が第3バルブ31によって電解液排出ライン21に接続される。 Then, the main electrolytic solution supply line 12 is connected to the lithium ion battery 1 by the first valve 15. The electrolyte discharge line 21 is connected to the sub-electrolyte recovery line 23 by the second valve 24, and the solvent tank 28 is connected to the electrolyte discharge line 21 by the third valve 31.

ポンプ13,25の作動により、リチウムイオン電池1に主電解液が上記必要量供給される一方、この必要量に対応する量の電解液がリチウムイオン電池1から排出される。排出された電解液から電解質分離装置26のアニオン交換膜によって副電解質の陰イオンPO -1が分離され、このPO -1を含む電解液が副電解質回収ライン23に送られる。このPO -1を含む電解液は、副電解質濃度調整装置35によって副電解質の濃度が調整されて副電解液タンク16に送られる。 By the operation of the pumps 13 and 25, the required amount of the main electrolytic solution is supplied to the lithium ion battery 1, while the required amount of the electrolytic solution is discharged from the lithium ion battery 1. The anion PO 2 F 2-1 of the sub - electrolyte is separated from the discharged electrolyte solution by the anion exchange membrane of the electrolyte separator 26, and the electrolyte solution containing this PO 2 F 2-1 is sent to the sub - electrolyte recovery line 23. .. The electrolytic solution containing PO 2 F 2-1 is sent to the sub - electrolyte tank 16 after the concentration of the sub-electrolyte is adjusted by the sub-electrolyte concentration adjusting device 35.

所定時間経過後、電解液排出ライン21が主電解質回収ライン22に接続されるように第2バルブ24が切り換えられる。これにより、電解質分離装置26のアニオン交換膜によって分離された主電解質の陰イオンPF -1を含む電解液が主電解質回収ライン22に送られる。このPF -1を含む電解液は、主電解質濃度調整装置33によって主電解質の濃度が調整されて主電解液タンク11に送られる。 After a lapse of a predetermined time, the second valve 24 is switched so that the electrolyte discharge line 21 is connected to the main electrolyte recovery line 22. As a result, the electrolytic solution containing the anion PF 6-1 of the main electrolyte separated by the anion exchange membrane of the electrolyte separation device 26 is sent to the main electrolyte recovery line 22. The electrolytic solution containing the PF 6-1 is sent to the main electrolytic solution tank 11 after the concentration of the main electrolyte is adjusted by the main electrolyte concentration adjusting device 33.

リチウムイオン電池1の当該混合比が最適混合比からみて副電解質の割合が少ない状態にあるときは、当該混合比を最適混合比にするために必要な副電解液の量が求められる。この副電解液の必要量の算出においては、先の主電解液の供給の場合と同じく、リチウムイオン電池1から電解液の排出に伴って生ずる主電解質及び副電解質各々の減少量が考慮される。 When the mixing ratio of the lithium ion battery 1 is in a state where the ratio of the sub-electrolyte is small with respect to the optimum mixing ratio, the amount of the sub-electrolyte required to make the mixing ratio the optimum mixing ratio can be obtained. In calculating the required amount of the sub-electrolyte, the reduction amounts of the main electrolyte and the sub-electrolyte caused by the discharge of the electrolyte from the lithium ion battery 1 are taken into consideration as in the case of the supply of the main electrolyte. ..

そうして、副電解液供給ライン17が第1バルブ15によってリチウムイオン電池1に接続され、電解液排出ライン21が第2バルブ24によって主電解質回収ライン22に接続され、溶媒タンク28が第3バルブ31によって電解液排出ライン21に接続される。 Then, the sub-electrolyte supply line 17 is connected to the lithium ion battery 1 by the first valve 15, the electrolyte discharge line 21 is connected to the main electrolyte recovery line 22 by the second valve 24, and the solvent tank 28 is the third. It is connected to the electrolyte discharge line 21 by the valve 31.

ポンプ18,25の作動により、リチウムイオン電池1に副電解液が上記必要量供給される一方、この必要量に対応する量の電解液がリチウムイオン電池1から排出される。先の主電解液の供給の場合と同じく、排出された電解液は、電解質分離装置26のアニオン交換膜によって主電解質を含む電解液と副電解質を含む電解液に分離され、主電解質回収ライン22及び副電解質回収ライン23によって主電解液タンク11及び副電解液タンク16各々に回収される。 By the operation of the pumps 18 and 25, the required amount of the auxiliary electrolytic solution is supplied to the lithium ion battery 1, while the required amount of the electrolytic solution is discharged from the lithium ion battery 1. As in the case of supplying the main electrolyte, the discharged electrolyte is separated into an electrolyte containing a main electrolyte and an electrolyte containing a sub-electrolyte by the anion exchange film of the electrolyte separation device 26, and the main electrolyte recovery line 22 is used. And is recovered in each of the main electrolyte tank 11 and the sub-electrolyte tank 16 by the sub-electrolyte recovery line 23.

<電解質混合比がリチウムイオン電池の充電抵抗に及ぼす影響>
主電解質LiPFと副電解質LiPOの総量に占める副電解質LiPOの割合が異なる複数のリチウムイオン電池を作成した。各リチウムイオン電池について、容量50%の充電状態にし、25℃、-10℃、-20℃及び-30℃の各使用温度(環境温度)において、所定時間(0.1秒,1秒,3秒及び10秒)の定電流放電を行ない、各時間後の電圧降下と電流値の関係から放電抵抗を算出した。結果を図4乃至図7に示す。
<Effect of electrolyte mixing ratio on charging resistance of lithium-ion batteries>
A plurality of lithium ion batteries having different ratios of the sub-electrolyte LiPO 2 F 2 to the total amount of the main electrolyte LiPF 6 and the sub-electrolyte LiPO 2 F 2 were prepared. Each lithium-ion battery is charged with a capacity of 50%, and at each operating temperature (environmental temperature) of 25 ° C, -10 ° C, -20 ° C, and -30 ° C, for a predetermined time (0.1 seconds, 1 second, 3). Constant current discharge was performed for seconds and 10 seconds), and the discharge resistance was calculated from the relationship between the voltage drop and the current value after each time. The results are shown in FIGS. 4 to 7.

図4に示すように、使用温度25℃では、副電解質LiPOの濃度が2%であるときに放電抵抗が最も小さく、その濃度が大きくなるに従って、放電抵抗が増大する傾向が出ている。使用温度-10℃(図5)のケースでも、放電抵抗は図4に示す使用温度25℃と同様の傾向になっている。 As shown in FIG. 4, at an operating temperature of 25 ° C., the discharge resistance is the smallest when the concentration of the sub-electrolyte LiPO 2 F 2 is 2%, and the discharge resistance tends to increase as the concentration increases. There is. Even in the case where the operating temperature is −10 ° C. (FIG. 5), the discharge resistance tends to be the same as the operating temperature of 25 ° C. shown in FIG.

これに対して、使用温度-20℃(図6)になると、副電解質LiPOの濃度が5%であるときに放電抵抗が最も小さくなっている。さらに、使用温度が-30℃(図7)になると、副電解質LiPOの濃度が5%であるときよりも10%であるときの方が放電抵抗が小さくなっている。 On the other hand, when the operating temperature reaches −20 ° C. (FIG. 6), the discharge resistance becomes the smallest when the concentration of the sub-electrolyte LiPO 2 F 2 is 5%. Further, when the operating temperature reaches −30 ° C. (FIG. 7), the discharge resistance becomes smaller when the concentration of the sub-electrolyte LiPO 2 F 2 is 10% than when it is 5%.

以上から、リチウムイオン電池の使用温度に応じて電解質の混合比を変更することにより、リチウムイオン電池の放電特性が使用温度によって低下することを抑制できることがわかる。すなわち、リチウムイオン電池の放電抵抗を低く抑える上では、リチウムイオン電池の使用温度が低くなるほど、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を増加させることが好ましいことがわかる。特に、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を、リチウムイオン電池の使用温度が25℃であるとき1%以上4%以下とし、上記リチウムイオン電池の使用温度が-30℃であるとき5%以上15%以下とすることが好ましいことがわかる。 From the above, it can be seen that by changing the mixing ratio of the electrolyte according to the operating temperature of the lithium ion battery, it is possible to suppress the decrease in the discharge characteristics of the lithium ion battery depending on the operating temperature. That is, in order to keep the discharge resistance of the lithium ion battery low, it can be seen that it is preferable to increase the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 as the operating temperature of the lithium ion battery becomes lower. .. In particular, the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 is set to 1% or more and 4% or less when the operating temperature of the lithium ion battery is 25 ° C., and the operating temperature of the lithium ion battery is-. It can be seen that when the temperature is 30 ° C., it is preferably 5% or more and 15% or less.

なお、上記実施形態は本発明を実施する上での一例を示すものであり、リチウムイオン電池の電解質としては上記LiPFとLiPOの二種混合に限られるものではなく、他の電解質を用いることができ、また、3種以上の電解質を混合して用いるケースでも、本発明は適用することができる。 The above embodiment shows an example in carrying out the present invention, and the electrolyte of the lithium ion battery is not limited to the above-mentioned two-kind mixture of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 , and other electrolytes. The present invention can be applied even in the case where three or more kinds of electrolytes are mixed and used.

1 リチウムイオン電池
2 温度センサ
3 混合比変更手段
4 主電解液供給装置
5 副電解液供給装置
6 電解液排出装置
7 コントローラ
8 電解質濃度センサ
11 主電解液タンク
14 第1流量計
16 副電解液タンク
19 第2流量計
22 主電解質回収ライン
23 副電解質回収ライン
32 主電解質濃度センサ
33 主電解質濃度調整装置
34 副電解質濃度センサ
35 副電解質濃度調整装置
1 Lithium ion battery 2 Temperature sensor 3 Mixing ratio changing means 4 Main electrolyte supply device 5 Sub-electrolyte supply device 6 Electrolyte discharge device 7 Controller 8 Electrolyte concentration sensor 11 Main electrolyte tank 14 1st flow meter 16 Sub-electrolyte tank 19 2nd flow meter 22 Main electrolyte recovery line 23 Sub-electrolyte recovery line 32 Main electrolyte concentration sensor 33 Main electrolyte concentration adjuster 34 Sub-electrolyte concentration sensor 35 Sub-electrolyte concentration adjuster

Claims (10)

正極及び負極を備え、支持電解質として二種以上のリチウム塩を溶媒に溶解させてなる電解液を用いるリチウムイオン電池と、
上記リチウムイオン電池の使用温度を検出する温度センサと、
上記温度センサによって検出される上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて、上記電解液における上記二種以上の電解質の混合比を変更する混合比変更手段とを備えていることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
A lithium ion battery having a positive electrode and a negative electrode, and using an electrolytic solution in which two or more kinds of lithium salts are dissolved in a solvent as a supporting electrolyte.
A temperature sensor that detects the operating temperature of the lithium-ion battery,
The lithium ion is provided with a mixing ratio changing means for changing the mixing ratio of the two or more kinds of electrolytes in the electrolytic solution according to the operating temperature of the lithium ion battery detected by the temperature sensor. Battery system.
請求項1において、
上記リチウムイオン電池は、上記支持電解質として主電解質と副電解質を備え、
上記混合比変更手段は、上記温度センサによって検出される上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて、上記主電解質と上記副電解質の混合比を、上記リチウムイオン電池を充放電したときの充放電抵抗が小さい混合比になるように変更することを特徴とするリチウムイオン電池システム。
In claim 1,
The lithium ion battery includes a main electrolyte and a sub-electrolyte as the supporting electrolytes.
The mixing ratio changing means sets the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte according to the operating temperature of the lithium-ion battery detected by the temperature sensor, and the charge / discharge resistance when the lithium-ion battery is charged / discharged. A lithium-ion battery system characterized by changing to a smaller mixing ratio.
請求項2において、
上記混合比変更手段は、
所定濃度の上記主電解質を含有する主電解液を上記リチウムイオン電池に供給する主電解液供給装置と、
所定濃度の上記副電解質を含有する副電解液を上記リチウムイオン電池に供給する副電解液供給装置と、
上記リチウムイオン電池から電解液を排出する電解液排出装置と、
上記リチウムイオン電池の電解液の上記主電解質と上記副電解質の混合比が上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて予め定めた混合比となるように、上記電解液排出装置による電解液の排出と、上記主電解液供給装置及び上記副電解液供給装置各々による上記主電解液及び上記副電解液の供給を制御するコントローラとを備えていることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
In claim 2,
The above-mentioned mixing ratio changing means is
A main electrolyte supply device that supplies a main electrolyte containing a predetermined concentration of the main electrolyte to the lithium ion battery, and a main electrolyte supply device.
A sub-electrolyte supply device that supplies a sub-electrolyte containing a predetermined concentration of the sub-electrolyte to the lithium-ion battery, and a sub-electrolyte supply device.
An electrolyte discharge device that discharges the electrolyte from the lithium-ion battery,
Discharge of the electrolyte by the electrolyte discharge device so that the mixing ratio of the main electrolyte and the sub-electrolyte of the electrolyte of the lithium-ion battery becomes a predetermined mixing ratio according to the operating temperature of the lithium-ion battery. The lithium ion battery system comprises a controller for controlling the supply of the main electrolyte and the sub-electrolyte by each of the main electrolyte supply device and the sub-electrolyte supply device.
請求項3において、
上記主電解液供給装置は、所定濃度の主電解質を含有する主電解液を貯留する主電解液タンクを備え、
上記副電解液供給装置は、所定濃度の副電解質を含有する副電解液を貯留する副電解液タンクを備え、
上記電解液排出装置は、上記リチウムイオン電池から排出される電解液を上記主電解質を含有する電解液と上記副電解質を含有する電解液に分離する電解質分離装置と、分離された上記主電解質を含有する電解液を上記主電解液タンクに回収する主電解質回収ラインと、分離された上記副電解質を含有する電解液を上記副電解液タンクに回収する副電解質回収ラインとを備え、
上記主電解質回収ラインは、回収すべき電解液の主電解質濃度を上記主電解液タンクに貯留されている主電解液の上記所定濃度になるように調整する主電解質濃度調整装置を備え、
上記副電解質回収ラインは、回収すべき電解液の副電解質濃度を上記副電解液タンクに貯留されている副電解液の上記所定濃度になるように調整する副電解質濃度調整装置を備えていることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
In claim 3,
The main electrolyte supply device includes a main electrolyte tank for storing the main electrolyte containing a predetermined concentration of the main electrolyte.
The sub-electrolyte supply device includes a sub-electrolyte tank for storing the sub-electrolyte containing a predetermined concentration of the sub-electrolyte.
The electrolyte discharge device includes an electrolyte separation device that separates the electrolyte discharged from the lithium ion battery into an electrolyte containing the main electrolyte and an electrolyte containing the sub-electrolyte, and the separated main electrolyte. It is provided with a main electrolyte recovery line for recovering the contained electrolyte solution in the main electrolyte solution tank and a sub-electrolyte recovery line for recovering the separated electrolyte solution containing the sub-electrolyte in the sub-electrolyte solution tank.
The main electrolyte recovery line includes a main electrolyte concentration adjusting device that adjusts the main electrolyte concentration of the electrolyte to be recovered to the predetermined concentration of the main electrolyte stored in the main electrolyte tank.
The sub-electrolyte recovery line is provided with a sub-electrolyte concentration adjusting device that adjusts the sub-electrolyte concentration of the electrolyte to be recovered to the above-mentioned predetermined concentration of the sub-electrolyte stored in the sub-electrolyte tank. A lithium-ion battery system featuring.
請求項2乃至請求項4において、
上記主電解質がLiPFであり、上記副電解質がLiPOであることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
In claims 2 to 4,
A lithium ion battery system characterized in that the main electrolyte is LiPF 6 and the sub-electrolyte is LiPO 2 F 2 .
請求項5において、
上記混合比変更手段は、上記リチウムイオン電池の使用温度が低くなるほど、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を増加させることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
In claim 5,
The lithium ion battery system is characterized in that, as the operating temperature of the lithium ion battery becomes lower, the mixing ratio changing means increases the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 .
請求項6において、
上記混合比変更手段は、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を、上記リチウムイオン電池の使用温度が25℃であるとき1%以上4%以下とし、上記リチウムイオン電池の使用温度が-30℃であるとき5%以上15%以下とすることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
In claim 6,
The mixing ratio changing means sets the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 to 1% or more and 4% or less when the operating temperature of the lithium ion battery is 25 ° C., and the lithium ion. A lithium ion battery system characterized in that it is 5% or more and 15% or less when the operating temperature of the battery is −30 ° C.
正極及び負極を備え、支持電解質としてLiPFとLiPOを溶媒に溶解させてなる電解液を用いるリチウムイオン電池の充放電特性調整方法であって、
上記リチウムイオン電池の使用温度に応じて上記電解液におけるLiPFとLiPOの混合比を変更することを特徴とするリチウムイオン電池の充放電特性調整方法。
A method for adjusting the charge / discharge characteristics of a lithium ion battery, which comprises a positive electrode and a negative electrode and uses an electrolytic solution in which LiPF 6 and LiPO 2 F 2 are dissolved in a solvent as supporting electrolytes.
A method for adjusting charge / discharge characteristics of a lithium ion battery, which comprises changing the mixing ratio of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 in the electrolytic solution according to the operating temperature of the lithium ion battery.
請求項8において、
上記リチウムイオン電池の使用温度が低くなるほど、LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を低下させることを特徴とするリチウムイオン電池の充放電特性調整方法。
In claim 8,
A method for adjusting the charge / discharge characteristics of a lithium ion battery, which comprises lowering the ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 as the operating temperature of the lithium ion battery becomes lower.
請求項9において、
LiPFとLiPOの総量に占めるLiPOの割合を、上記リチウムイオン電池の使用温度が25℃であるとき1%以上4%以下とし、上記リチウムイオン電池の使用温度が-30℃であるとき5%以上15%以下とすることを特徴とするリチウムイオン電池の充放電特性調整方法。
In claim 9.
The ratio of LiPO 2 F 2 to the total amount of LiPF 6 and LiPO 2 F 2 is set to 1% or more and 4% or less when the operating temperature of the lithium ion battery is 25 ° C., and the operating temperature of the lithium ion battery is -30. A method for adjusting charge / discharge characteristics of a lithium ion battery, characterized in that the temperature is 5% or more and 15% or less when the temperature is high.
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