JPWO2012127775A1 - 非水電解質二次電池の充電方法、及び電池パック - Google Patents
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Abstract
Description
(1)前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)に達するまで(ただし、kは1以上、かつn−1以下の整数)、電流Ic(k)で充電し、
(2)電池1個あたりの充電電圧が前記電圧Ec(k)に達すると、前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)よりも高い電圧Ec(k+1)に達するまで、電流Ic(k)よりも小さい電流Ic(k+1)で充電し、
(3)前記1以上の二次電池の使用頻度または充放電回数に応じて、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)を設定する、非水電解質二次電池の充電方法に関する。
前記制御部が、nステップ(ただし、nは2以上の整数)の定電流充電により前記1以上の二次電池を充電し、かつ
(1)前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)に達するまで(ただし、kは1以上、かつn−1以下の整数)、電流Ic(k)で充電し、
(2)電池1個あたりの充電電圧が前記電圧Ec(k)に達すると、前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)よりも高い電圧Ec(k+1)に達するまで、電流Ic(k)よりも小さい電流Ic(k+1)で充電するように、前記充電回路を制御するとともに、
(3)前記1以上の二次電池の使用頻度または充放電回数に応じて、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)を設定する、電池パックに関する。
図1に、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の充電方法が適用される、電池パックを機能ブロック図により示す。
下記手順により、図2に示すような円筒形リチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O2の100重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン1.7重量部と、導電材としてのアセチレンブラック2.5重量部と、適量のN−メチル−2−ピロリドンとを双腕式練合機にて攪拌し、正極ペーストを得た。
負極活物質としてのグラファイト100重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン0.6重量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース1重量部と、適量の水とを双腕式練合機にて攪拌し、負極ペーストを得た。この負極ペーストを厚み8μmの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、それを乾燥することで負極集電体の両面に負極活物質層を形成した。これにより、シート状の負極を得た。この負極を圧延した後、裁断することで帯状の負極(厚み0.155mm、幅58.5mm、長さ745mm)を得た。
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとを体積比1:1:8の割合で混合した非水溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解することで、非水電解液を調製した。
上記(1)および(2)で得られた正極と負極と、両電極を隔離するセパレータとを渦巻き状に捲回して電極群を構成した。セパレータには、厚み16μmのポリプロピレン製の微多孔膜を用いた。この電極群を有底円筒形の電池ケース(径18mm、高さ65mm)内に挿入した。このとき、電極群の上部および下部にそれぞれ上側絶縁板および下側絶縁板を配置した。上記で得られた非水電解液を電池ケース内に注入した。負極より引き出された負極リードを電池ケースの内底面に溶接し、正極より引き出された正極リードを組立封口板の下面に溶接した。電池ケースの開口端部を、ガスケットを介して組立封口板の周縁部にかしめつけ、電池ケースの開口部を封口した。このようにして、18650サイズの円筒形リチウムイオン二次電池(径18mm、高さ65mm、定格容量2000mAh)を作製した。
上記で得られた6個の電池を2並列×3直列で電気的に接続して、組電池を作製した。そして、その組電池にBMU(電池管理ユニット)を備えさせることで電池パックを作製した。
上記で作製した電池パックに対して以下の内容の充放電サイクル寿命試験を実施した。すなわち、電池パックを、充電電圧が12.0Vの上限電圧に達するまで(このとき、各電池に対する上限電圧は4.0Vである)、0.7Itの一定の電流で充電した(1ステップ目の定電流充電)。
I(m,1)=Ic(1)×Icsm-1 …(1)
ここで、サイクル数は、電池パックのBMUの充放電回数計数機能を利用してカウントした。
正極活物質をLiCoO2とした電池(定格容量1800mAh)を使用したこと、並びに、放電終止電圧を9.0Vとしたこと(このとき、各電池に対する放電終止電圧は3.0Vである)以外は実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
1ステップ目の定電流充電の上限電圧を11.4Vとしたこと(このとき、各電池に対する上限電圧は3.8Vである)以外は実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
1ステップ目の定電流充電の充電電流を2.0Itとしたこと以外は実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
2ステップ目の定電流充電の上限電圧を12.6Vとする(このとき、各電池に対する上限電圧は4.2Vである)とともに、充電電流を0.3Itとした。2ステップ目の定電圧充電の充電電圧を12.6Vとする(このとき、各電池に対する充電電圧は4.2Vである)とともに、各電池の下限電流(充電終止電流)を50mAとした。3ステップ目の定電流充電および定電圧充電は実行しなかった。以上のこと以外は、実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
正極活物質にLiCoO2を使用した。2ステップ目の定電流充電の上限電圧を13.2Vとする(このとき、各電池に対する上限電圧は4.4Vである)とともに、充電電流を0.3Itとした。2ステップ目の定電圧充電の充電電圧を13.2Vとする(このとき、各電池に対する充電電圧は4.4Vである)とともに、各電池の下限電流(充電終止電流)を50mAとした。3ステップ目の定電流充電および定電圧充電は実行しなかった。以上のこと以外は、実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理で、1ステップ目の定電流充電の充電電流だけを補正し、2ステップ目以降の定電流充電の上限電圧、並びに、1ステップ目以降の全ての定電圧充電の下限電圧を補正しなかったこと以外は、実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理で、1ステップ目の定電流充電の充電電流だけを補正し、2ステップ目以降の定電流充電の上限電圧、並びに、1ステップ目以降の全ての定電圧充電の下限電圧を補正しなかったこと以外は、実施例2と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理で、1ステップ目の定電流充電の充電電流だけを補正し、2ステップ目以降の定電流充電の上限電圧、並びに、1ステップ目以降の全ての定電圧充電の下限電圧を補正しなかったこと以外は、実施例3と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理で、1ステップ目の定電流充電の充電電流だけを補正し、2ステップ目以降の定電流充電の上限電圧、並びに、1ステップ目以降の全ての定電圧充電の下限電圧を補正しなかったこと以外は、実施例4と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理で、1ステップ目の定電流充電の充電電流だけを補正し、2ステップ目以降の定電流充電の上限電圧、並びに、1ステップ目以降の全ての定電圧充電の下限電圧を補正しなかったこと以外は、実施例5と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理で、1ステップ目の定電流充電の充電電流だけを補正し、2ステップ目以降の定電流充電の上限電圧、並びに、1ステップ目以降の全ての定電圧充電の下限電圧を補正しなかったこと以外は、実施例6と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
上記の充電電流補正処理を全てのステップの定電流充電および定電圧充電で実行しなかったこと以外は、実施例1と同様の手順で上記の充放電サイクル寿命試験を実施した。
Cc=[Cd(300)/Cd(1)]×100
…(2)
ただし、Cd(300):300サイクル目の放電容量、Cd(1):1サイクル目の放電容量、である。
12 二次電池
14 充放電回路
16 電圧検出部
17 電流検出部
18 制御部
24 リチウムイオン二次電池
26 正極
Claims (10)
- (1)1以上の非水電解質二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)に達するまで、電流Ic(k)で充電する工程(ただし、kは1以上、かつn−1以下(n≧2)の整数である)、および
(2)電池1個あたりの充電電圧が前記電圧Ec(k)に達すると、前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)よりも高い電圧Ec(k+1)に達するまで、電流Ic(k)よりも小さい電流Ic(k+1)で充電する工程を含む、nステップの定電流充電により前記1以上の二次電池を充電する方法であって、
前記1以上の二次電池の使用頻度または充放電回数に応じて、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)を設定する、非水電解質二次電池の充電方法。 - 電池1個あたりの充電電圧が前記電圧Ec(k)に達した後、充電電流が電流Ic(k+1)に低下するまで、前記1以上の二次電池を、前記電圧Ec(k)で充電する工程、および
電池1個あたりの充電電圧が前記電圧Ec(k+1)に達した後、充電電流が電流Ic(k+2)に低下するまで、前記1以上の二次電池を、前記電圧Ec(k+1)で充電する工程をさらに含む、請求項1記載の非水電解質二次電池の充電方法。 - 前記使用頻度または充放電回数が一定数だけ増加する毎に、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)をそれぞれ小さくする、請求項1または2記載の非水電解質二次電池の充電方法。
- 前記使用頻度または充放電回数が一定数だけ増加する毎に、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)をそれぞれ同じ低減率で小さくするとともに、前記使用頻度または充放電回数が増加するにつれて、前記低減率を徐々に小さくしていく、請求項3記載の非水電解質二次電池の充電方法。
- 前記使用頻度または充放電回数が一定数に達しているときに、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)をそれぞれ初期値よりも小さくする、請求項1または2記載の非水電解質二次電池の充電方法。
- 前記電流Ic(k+1)と前記電流Ic(k)との比、Ic(k+1)/Ic(k)が、0.1以上、かつ0.75以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池の充電方法。
- 前記1以上の二次電池が、正極、負極及び非水電解質を具備し、
前記正極が、一般式:LiNixCoyM1-x-yO2(ただし、Mは、長周期型周期表における、2族元素、3族元素、4族元素、7族元素及び13族元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素であり、0.3≦x<1、0<y<0.4)で表される材料を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池の充電方法。 - kが1であるとき、前記電流Ic(k)が、0.7It以上、かつ2It以下であり、前記電圧Ec(k)が、3.8V以上、かつ4V以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池の充電方法。
- 前記定電流充電のステップの総数がfであり、前記電流Ic(f)が、0.3It以上、かつ0.7It以下であり、前記電圧Ec(f)が、4Vを超え、かつ4.4V以下である、請求項7記載の非水電解質二次電池の充電方法。
- 1以上の非水電解質二次電池と、前記二次電池を外部電源からの電力により充電する充電回路と、前記充電回路を制御する制御部とを具備した電池パックであって、
前記制御部が、
(1)前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)に達するまで、電流Ic(k)で充電する工程(ただし、kは1以上、かつn−1以下(n≧2)の整数である)、および
(2)電池1個あたりの充電電圧が前記電圧Ec(k)に達すると、前記1以上の二次電池を、電池1個あたりの充電電圧が電圧Ec(k)よりも高い電圧Ec(k+1)に達するまで、前記電流Ic(k)よりも小さい電流Ic(k+1)で充電する工程を含む、nステップの定電流充電により前記1以上の二次電池を充電するように前記充電回路を制御するとともに、前記1以上の二次電池の使用頻度または充放電回数に応じて、前記電流Ic(k)およびIc(k+1)を設定する、電池パック。
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