KR101608125B1 - Secondary battery system and control apparatus for secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 부극에서의 리튬 석출을 방지함으로써 에너지 밀도의 저하를 방지하는 2차 전지 시스템을 제공하는 것이다.
2차 전지(2)와, 2차 전지(2)의 온도를 측정하는 온도 센서(4)와, 온도 센서(4)에 의해 측정된 2차 전지(2)의 온도가 상승하는 것에 수반하여 충전 시에 있어서의 2차 전지(2)의 전압이 상한 전압 미만이 되도록 제어하는 제어부(7)를 갖고, 제어부(7)는 부극 용량/정극 용량의 값을 1보다 큰 값으로 하기 위한 2차 전지(2)의 온도 대 상한 전압으로 이루어지는 대응 정보를 기억하고 있고, 당해 대응 정보를 기초로 하여, 2차 전지(2)의 전압이 상한 전압 미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 시스템.Disclosure of the Invention A problem to be solved by the present invention is to provide a secondary battery system which prevents lithium precipitation in the negative electrode and thereby prevents reduction in energy density.
A temperature sensor 4 for measuring the temperature of the secondary battery 2 and a secondary battery 3 for measuring the temperature of the secondary battery 2 when the temperature of the secondary battery 2 measured by the temperature sensor 4 rises And the control unit 7 controls the voltage of the secondary battery 2 to be less than the upper limit voltage. The control unit 7 controls the secondary battery 2 so that the value of the negative electrode capacity / (2), and controls the voltage of the secondary battery (2) to be less than the upper limit voltage based on the corresponding information.
Description
본 발명은, 2차 전지 시스템 및 2차 전지 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 리튬 이온 2차 전지를 사용한 2차 전지 시스템 및 리튬 이온 2차 전지를 충전하는 2차 전지 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery system and a secondary battery control device, and more particularly, to a secondary battery system using a lithium ion secondary battery and a secondary battery control device charging the lithium ion secondary battery.
최근 들어, 전기 자동차(EV)나 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 모터 구동용 전지로서 리튬 이온 2차 전지가 사용되고 있다.Recently, a lithium ion secondary battery has been used as a motor drive battery for an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV).
그리고 리튬 이온 2차 전지 중에는, 정극(正極)으로서 3원계 정극 활물질(예를 들어, NCM(Li[NiMnCo]O2) 또는 NCA(Li[NiAlCo]O2) 등)을 사용하는 기술이 있고, 그 특성 개량을 위한 여러 가지 개발이 행해지고 있다.In the lithium ion secondary battery, there is a technique of using a ternary positive electrode active material (for example, NCM (Li [NiMnCo] O 2 ) or NCA (Li [NiAlCo] O 2 ) Various developments have been made to improve the characteristics.
이러한 3원계 정극 활물질을 이용한 2차 전지의 문제 중 하나로서, 금속 이온이 부극(負極)으로 환원되어 석출되어 버리는 경우가 있다. 부극에서의 금속 석출을 방지하기 위해, 전해액에 첨가제로서 숙시노니트릴 0.5 내지 5 중량%와, 할로겐화 에틸렌카르보네이트 1 내지 10 중량% 및 비닐에틸렌카르보네이트 1 내지 5 중량% 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 한 기술이 있다(특허 문헌 1). 이 기술에 의하면, 전해액에 숙시노니트릴을 첨가한 것으로, 전해액 중에 용출되어 있는 니켈(Ni), 망간(Mn) 등의 금속 이온을 숙시노니트릴이 캡처하여, 부극에서의 금속 석출을 억제하고 있다. 게다가 금속 이온을 캡처하기 위해 충분한 양의 숙시노니트릴을 첨가하는 것으로 되어 있다(특히 특허 문헌 1의 단락 0014 참조).As one of the problems of the secondary battery using the ternary positive electrode active material, metal ions may be reduced to the negative electrode and precipitated. In order to prevent metal precipitation in the negative electrode, at least one of 0.5 to 5 wt% of succinonitrile, 1 to 10 wt% of halogenated ethylene carbonate, and 1 to 5 wt% of vinylethylene carbonate as an additive is added to the electrolyte solution (Patent Document 1). According to this technique, succinonitrile is added to an electrolytic solution, and succinonitrile captures metal ions such as nickel (Ni) and manganese (Mn) dissolved in an electrolytic solution to inhibit metal precipitation in the negative electrode . In addition, it is supposed to add a sufficient amount of succinonitrile to capture the metal ion (see paragraph 0014 of
그러나 종래 기술에 있어서의 첨가제로서 첨가한 숙시노니트릴은, Ni, Mn의 전해액 중으로의 용출을 억제하여, Ni, Mn의 금속 이온을 캡처하고 있을 뿐이다. 이로 인해, 종래 기술은 부극에서의 리튬(Li) 이온의 석출을 억제하는 것은 고려되어 있지 않다. 이로 인해 종래 기술에서는, 여전히 부극에서 리튬이 석출되거나 또는 첨가제에 캡처되거나 하여, 전해액 중에서 작용하는 리튬 이온의 양이 감소되어 에너지 밀도가 저하될 우려가 있다.However, the succinonitrile added as an additive in the prior art only captures the metal ions of Ni and Mn by inhibiting dissolution of Ni and Mn into the electrolytic solution. For this reason, the prior art does not consider suppressing precipitation of lithium (Li) ions in the negative electrode. As a result, in the prior art, lithium is still deposited in the negative electrode or captured in the additive, so that the amount of lithium ions acting in the electrolyte is reduced, which may lower the energy density.
따라서 본 발명의 목적은, 리튬 이온 2차 전지에 있어서 부극에서의 리튬 석출을 억제하여, 에너지 밀도가 저하되지 않도록 한 2차 전지 시스템 및 2차 전지 제어 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery system and a secondary battery control device in which lithium precipitation in a negative electrode is suppressed in a lithium ion secondary battery so that the energy density is not lowered.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 3원계 정극 활물질은 온도가 상승하면, 그에 따라서 일부 상전이가 일어나는 것에 의한 충전 용량이 증대하는 사상이 있는 것을 발견하였다. 그리고 이 현상으로부터, 통상 실온에서 얻어지는 정극 및 부극의 용량을 사용하여 설계되는 리튬 이온 2차 전지에 있어서는, 온도 변화에 의해 AC 밸런스[AC 밸런스=(정극 활물질층과 대향하고 있는 부극 활물질층으로부터 구해지는 용량의 합계값)/(부극 활물질층과 대향하고 있는 정극 활물질층으로부터 구해지는 용량의 합계값)]가 무너져서, 이것이 지나치게 작아질 경우에 부극 상에서 리튬이 석출되는 것을 밝혀냈다.As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have found that there is a tendency that, when the temperature rises, the ternary positive electrode active material increases in charge capacity due to the occurrence of some phase transition thereon. In view of this phenomenon, in a lithium ion secondary battery which is designed using capacities of a positive electrode and a negative electrode which are normally obtained at room temperature, the AC balance (AC balance = (obtained from the negative electrode active material layer opposed to the positive electrode active material layer (The total value of the capacitance obtained from the positive electrode active material layer opposed to the negative electrode active material layer)] is collapsed, and when it becomes too small, lithium is precipitated on the negative electrode.
즉, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2차 전지를 구비하고 있어, 이 2차 전지에 대하여 충전하는 2차 전지 시스템이다. 이 2차 전지 시스템은, 2차 전지의 온도를 측정하는 온도 센서와, 온도 센서에 의해 측정된 2차 전지의 온도가 상승하는 것에 수반하여, 충전 시에 있어서의 2차 전지의 상한 전압을 낮추도록 제어하는 제어부를 갖는다. 그리고 제어부는, 부극 용량/정극 용량의 값을 1보다 큰 값으로 하기 위한 2차 전지의 온도 대 상한 전압으로 이루어지는 대응 정보를 기억하고 있고, 이 대응 정보를 기초로 하여 2차 전지의 전압이 상한 전압 미만이 되도록 제어한다.That is, in order to accomplish the above object, the present invention provides a secondary battery system that includes a secondary battery and charges the secondary battery. This secondary battery system includes a temperature sensor for measuring the temperature of the secondary battery and a temperature sensor for measuring the temperature of the secondary battery when the temperature of the secondary battery is measured by the temperature sensor As shown in FIG. The control unit stores corresponding information composed of the temperature of the secondary battery and the upper limit voltage for setting the value of the negative electrode capacity / positive electrode capacity to a value larger than 1. Based on the corresponding information, the voltage of the secondary battery is set to the upper limit Voltage.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2차 전지에 충전하기 위한 2차 전지 제어 장치이다. 이 2차 전지 제어 장치는, 충전을 행하는 리튬 이온 2차 전지를 세트하기 위한 2차 전지 홀더를 구비한다. 그리고 이 홀더에 세트된 2차 전지의 온도를 측정하는 온도 센서와, 온도 센서에 의해 측정된 2차 전지의 온도가 상승하는 것에 수반하여, 충전 시에 있어서의 2차 전지의 상한 전압을 낮추도록 제어하는 제어부를 갖는다. 그리고 제어부는, 부극 용량/정극 용량의 값을 1보다 큰 값으로 하기 위한 2차 전지의 온도 대 상한 전압으로 이루어지는 대응 정보를 기억하고 있고, 이 대응 정보를 기초로 하여 2차 전지의 전압이 상한 전압 미만이 되도록 제어한다.In order to achieve the above object, the present invention is a secondary battery control device for charging a secondary battery. The secondary battery control device includes a secondary battery holder for setting a lithium ion secondary battery to be charged. A temperature sensor for measuring the temperature of the secondary battery set in the holder; and a temperature sensor for measuring the temperature of the secondary battery when the temperature of the secondary battery is measured by the temperature sensor. And a controller. The control unit stores corresponding information composed of the temperature of the secondary battery and the upper limit voltage for setting the value of the negative electrode capacity / positive electrode capacity to a value larger than 1. Based on the corresponding information, the voltage of the secondary battery is set to the upper limit Voltage.
본 발명에 따르면, 2차 전지의 온도에 대응한 상한 전압을 설정하여 충전함으로써, AC 밸런스를 항상 일정해지도록 제어할 수 있고, 리튬 이온 2차 전지의 부극에서의 리튬 석출을 방지하여, 에너지 밀도의 저하를 방지할 수 있다.According to the present invention, by setting and charging the upper limit voltage corresponding to the temperature of the secondary battery, it is possible to control the AC balance to be always constant, to prevent lithium precipitation in the negative electrode of the lithium ion secondary battery, Can be prevented.
도 1은, 본 제1 실시 형태의 2차 전지 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는, 충전 시의 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 3은, 3원계 정극 활물질과 3원계가 아닌 정극 활물질에 의한 정극 용량의 온도 의존성을 나타내는 개략 그래프이다.
도 4는, 비쌍극형으로 적층형의 리튬 이온 2차 전지의 전체 구조를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 5는, 쌍극형으로 적층형의 리튬 이온 2차 전지의 전체 구조를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 6은, 도 4 또는 도 5에 도시한 적층형의 리튬 이온 2차 전지의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 7은, 본 제2 실시 형태에 의한 2차 전지 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram for explaining a configuration of a secondary battery system according to the first embodiment.
2 is a flowchart showing a control procedure at the time of charging.
3 is a schematic graph showing the temperature dependency of the positive electrode capacity by the positive electrode active material other than the ternary positive electrode active material and the ternary negative electrode active material.
4 is a schematic cross-sectional view for explaining the overall structure of a lithium ion secondary battery of a lamination type in a non-bipolar manner.
5 is a schematic cross-sectional view for explaining the overall structure of a bipolar type stacked lithium ion secondary battery.
Fig. 6 is a perspective view showing the external appearance of the stacked lithium ion secondary battery shown in Fig. 4 or Fig. 5. Fig.
7 is a block diagram showing the configuration of a secondary battery control apparatus according to the second embodiment.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 실시 형태의 리튬 이온 2차 전지에 대하여 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명의 편의상, 과장되어 있으며, 실제 비율과는 다른 경우가 있다.Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.
[제1 실시 형태][First Embodiment]
[2차 전지 시스템][Secondary Battery System]
도 1은, 본 제1 실시 형태의 2차 전지 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram for explaining a configuration of a secondary battery system according to the first embodiment.
이 2차 전지 시스템(1)은, 리튬 이온 2차 전지[2차 전지(2)라고 함]를 구비한다. 그리고 2차 전지(2)의 정극 부극 간 전압을 측정하는 전압 센서(3), 2차 전지(2)의 온도를 측정하는 온도 센서(4), 충전 전력을 공급하는 전압 전류 조정부(5), 2차 전지(2)에 공급되는 전류값을 측정하는 전류 센서(6), 충전 시의 전압 및 전류를 제어하는 제어부(7)를 구비한다.This
이하 각 부의 상세를 설명한다.Details of each part will be described below.
2차 전지(2)는 통상의 리튬 이온 2차 전지와 마찬가지이며, 정극 활물질을 포함하는 정극과, 부극 활물질을 포함하는 부극이 세퍼레이터를 개재시켜 마주 향하도록 배치되어, 세퍼레이터에는 전해질이 충전되어 있다. 또한, 리튬 이온 2차 전지의 상세에 대해서는 후술한다.The
전압 센서(3)는, 예를 들어 전압계가 좋고, 2차 전지(2)의 정극과 부극 사이의 전압을 측정한다. 전압 센서(3)의 부착 위치는, 특별히 제한은 없고, 2차 전지(2)에 접속되는 회로 내에 있어서 정극과 부극 사이의 전압을 측정할 수 있는 위치이면 된다.The
온도 센서(4)는, 2차 전지(2)의 온도를 측정한다. 온도 센서(4)는, 2차 전지(2)의 외장 표면 등에 부착되어 있다(후술하는 도 6 참조).The temperature sensor (4) measures the temperature of the secondary battery (2). The
전압 전류 조정부(5)는 외부 전원(도시하지 않음)으로부터의 전력을 제어부(7)로부터의 명령을 기초로 하여 전압, 전류를 조정하여 2차 전지(2)에 전력을 공급한다. 이러한 전압 전류 조정부(5)는, 예를 들어 외부 전원이 교류 전원일 경우에는, 교류를 직류로 변환한 다음, 전압, 전류를 조정하여 2차 전지(2)에 공급한다. 또한, 예를 들어 외부 전원이 직류 전원일 경우에는 외부로부터의 직류 전압, 전류를 조정하여 2차 전지(2)에 공급한다.The voltage /
전류 센서(6)는, 예를 들어 전류계이며, 충전 시에 전압 전류 조정부(5)로부터 2차 전지(2)로 공급되는 전력의 전류값을 측정한다. 전류 센서(6)의 부착 위치는, 특별히 제한은 없고, 전압 전류 조정부(5)로부터 2차 전지(2)에 전력을 공급하는 회로 내에 배치되어, 충전 시의 전류값을 측정할 수 있는 위치이면 된다.The
제어부(7)는, 예를 들어 마이크로칩 형태의 프로세서이며, CPU나 메모리(기억 장치) 등을 포함하고 있다. 제어부(7)는 후술하는 순서에 따라, 충전 시에 2차 전지(2)에 공급되는 전압 및 전류를 제어한다. 또한, 메모리는 불휘발성 메모리인 것이 바람직하고, 후술하는 충전 시의 2차 전지(2)의 온도와 2차 전지(2)에 있어서의 상한 전압의 관계를 규정한 온도 대 상한 전압의 대응표(대응 정보)를 기억하고 있다.The
이렇게 구성된 2차 전지 시스템에 있어서의 충전 시의 제어 순서를 설명한다.The control procedure at the time of charging in the thus constituted secondary battery system will be described.
도 2는, 충전 시의 제어 순서를 나타내는 흐름도이며, 특별히 언급하지 않는 한, 제어부(7)에 의해 행해지는 처리이다.Fig. 2 is a flowchart showing a control procedure at the time of charging, and is a process performed by the
이 충전 시의 제어는 2차 전지(2)에 대하여 외부 전원(도시하지 않음)에 2차 전지 시스템(1)이 접속되어, 2차 전지(2)에 대하여 충전 전력이 공급되는 상태에 있어서 행해진다. 또한, 이 제어는, 정전류 정전압 충전 방식에 의한 충전을 예로 한 것이다.This control at the time of charging is performed in a state where the
우선, 제어부(7)는 온도 센서(4)로부터의 2차 전지(2)의 현재 온도를 취득한다(S1).First, the
계속해서, 제어부(7)는 취득한 현재 온도가 한계 온도 미만인지의 여부를 판단해서(S2), 한계 온도 미만이 아니면(S2 : "아니오"), 외부 전원으로부터 전압 전류 조정부(5)로의 전력을 절단한다(S11). 그 후 처리는, S1로 돌아와, 현재 온도를 취득하여, 현재 온도가 내려갈 때까지 외부 전원으로부터의 전력 절단을 계속하게 된다. S1로 돌아와 온도가 내려가면 S3 이후의 처리를 계속하게 된다.Subsequently, the
여기서, 한계 온도라 함은, 2차 전지(2)의 온도가 충전에 적합하지 않을 정도로 지나치게 고온으로 된 온도이다. 예를 들어, 리튬 이온 2차 전지에 있어서는, 대부분은 60℃ 정도의 온도가 한계 온도로서 사용되고 있다. 이 한계 온도는 2차 전지(2)의 성능 등에 의해 적절히 설정하면 되는 것이다. S11에 있어서, 외부 전원으로부터 전압 전류 조정부(5)로의 전력을 차단한 것은, 한계 온도를 초과했다고 하는 것은, 무언가 이상 가능성도 있으므로, 2차 전지(2)에 공급되는 전력을 확실하게 차단하기 위해서이다.Here, the critical temperature is a temperature at which the temperature of the
또한, 2차 전지 시스템(1)에 미리 표시 장치(예를 들어 충전 중, 충전 완료, 충전 불가능 등의 상태를 나타내는 인디케이터 램프 등이라도 좋음)를 부착해 두어도 된다. 그리고 예를 들어, S11에 의해 외부 전원으로부터의 전력을 차단한 경우에는, 그 표시 장치에 충전 불가능한 취지의 표시를 행하도록 해도 된다. 또한, S11과 같은 외부 전원의 차단은, 제어부(7)에 의해 행하는 것이 아닌, 별도 온도 퓨즈 등 온도에 의해 전류의 흐름을 차단하는 기구를, 2차 전지(2)의 충전 계통의 배선 중에 부착해 두고, 그에 의해 한계 온도에 도달한 경우에는 외부로부터의 전력을 차단하도록 해도 된다.The
한편, S2에 있어서, 한계 온도 미만이면(S2 : "예"), 기억하고 있는 온도 대 상한 전압 대응표(상세하게 후술)를 참조하여, 취득한 현재 온도에 대응하는 상한 전압을 취득한다(S3). 이 온도와 상한 전압의 관계는, 미리 정한 AC 밸런스[AC 밸런스=(부극 용량/정극 용량)]가 1보다 커지도록 하기 위한 온도와 상한 전압이다. 이러한 AC 밸런스로 하기 위한 온도와 상한 전압의 관계를 이용함으로써, 부극에 있어서의 리튬 석출을 방지할 수 있는 것이다(상세는 후술).On the other hand, in S2, if the temperature is lower than the threshold temperature (S2: YES), the upper limit voltage corresponding to the acquired current temperature is obtained (S3) by referring to the stored temperature vs. upper limit voltage correspondence table (described later in detail). The relationship between this temperature and the upper limit voltage is a temperature and an upper limit voltage so that a predetermined AC balance (AC balance = (negative electrode capacity / positive electrode capacity)) is greater than 1. Lithium precipitation in the negative electrode can be prevented by using the relationship between the temperature and the upper limit voltage for achieving AC balance (details will be described later).
계속해서, 제어부(7)는 전압 센서(3)로부터 2차 전지(2)의 현재 전압을 취득한다(S4).Subsequently, the
계속해서, 제어부(7)는 취득한 2차 전지(2)의 현재 전압과 S3에서 취득한 상한 전압을 비교한다(S5). 여기서, 현재 전압이 상한 전압 미만이면(S5 : "예"), 전압 전류 조정부(5)로부터 2차 전지(2)로 미리 결정된 일정 전류에 의해 충전을 위한 전력을 공급한다(S6). 이 제어 순서 중에서 처음 S6에 이르렀을 때에는 정전류 모드로서 전압 전류 조정부(5)로부터 2차 전지(2)로 일정 전류에 의한 충전이 개시되게 된다. 또한, 충전 계속 중에 이 S6의 처리에 이르게 된 것이면, 그대로 전압 전류 조정부(5)로부터 2차 전지(2)로의 일정 전류의 공급에 의한 정전류 모드에서의 충전이 계속되게 된다. S6 이후는 S1로 돌아와 처리를 계속한다.Subsequently, the
이와 같이, 이 제어 순서에서는, 충전 중은 반드시 S1로 돌아오는 것으로 하였으므로, 충전 중은 항상 현재 온도를 다시 취득하게 되고, 충전 중에 온도가 상승한 경우에는, 그 상승한 온도에 대응한 상한 전압에 의한 충전으로 된다.As described above, in this control procedure, since the charging is always returned to S1, the current temperature is always acquired again during charging. When the temperature rises during charging, charging by the upper limit voltage corresponding to the increased temperature .
한편, S5에 있어서, 현재 전압이 상한 전압 미만이 아니면(S5 : "아니오"), S7로 처리가 진행되어 정전압 모드에 의한 충전이 된다.On the other hand, in S5, if the current voltage is not lower than the upper limit voltage (S5: "NO"), the process proceeds to S7 to charge by the constant voltage mode.
S7에 있어서 제어부(7)는 전압 전류 조정부(5)로부터 S3에서 취출한 상한 전압과 동일한 일정 전압에 의한 충전을 개시한다(S7). 따라서, 이 스텝 이후에 있어서, 2차 전지(2)의 전압이, 그때의 현재 온도에 대응한 상한 전압 이상이 되는 일은 없다.In S7, the
그리고 제어부(7)는 전류 센서(6)로부터 현재 전류값을 취득해(S8), 현재 전류값이 종지 전류 미만인지의 여부를 판단하여(S9), 종지 전류값 미만이 아니면(S9 : "아니오"), S1로 돌아와 처리를 계속한다. 여기에서 S1로 돌아와, 현재 온도를 다시 취득함으로써, 충전 중에 2차 전지(2)의 온도가 내려간 경우에는, S3에 있어서 다시 그 온도일 때의 상한 전압이 취득되고, 그 상한 전압이 될 때까지 정전류 모드에 의한 충전이 이루어진다(S4, S5 : "예", S6).The
한편, S9에 있어서, 현재 전류값이 종지 전류값 미만이면(S9 : "예"), 충전 완료로서 전압 전류 조정부(5)로부터 2차 전지(2)로의 전력 공급을 정지하고(S10), 처리를 종료한다.On the other hand, if the present current value is less than the termination current value (S9: YES) in S9, the power supply from the voltage /
이상의 순서에 의해, S4에서 취득한 현재 전압이, S3에서 취득한 현재 온도에 대응한 상한 전압 미만이 되도록, 충전이 행해지게 된다.By the above procedure, charging is performed so that the current voltage obtained in S4 is less than the upper limit voltage corresponding to the current temperature acquired in S3.
또한, 상기 설명한 충전 시의 제어 순서는, 정전류 정전압 충전 방식에 의한 것이지만, 이 대신에, 예를 들어 정전류 방식으로 해도 된다. 그 경우에는, 상기 순서 중의 S5에 있어서, 현재 전압이 상한 전압 미만이 아니면(S5 : "아니오"), 즉 현재 전압이 상한 전압 이상으로 된 경우, 그 시점에서 충전을 일단 정지하고 S1로 돌아오도록 한다. 이와 같이 해도, 현재 온도에 대응한 상한 전압 미만의 전압이 되도록 충전할 수 있다. 또한, 그 밖의 충전 방식에 있어서도 마찬가지이며, 2차 전지(2)의 전압이, 현재 온도에 대응한 상한 전압 미만의 전압이 되도록 충전하도록 하면 되는 것이다.The above-described control procedure at the time of charging is based on the constant-current constant-voltage charging method. Alternatively, for example, a constant-current method may be used. In this case, if the present voltage is not lower than the upper limit voltage in S5 of the above procedure (S5: "NO"), that is, if the current voltage is higher than the upper limit voltage, do. Even in this manner, the battery can be charged so as to have a voltage lower than the upper limit voltage corresponding to the current temperature. The same applies to other charging methods, and the
이어서, 2차 전지(2)의 온도와 상한 전압의 관계를 설명한다.Next, the relationship between the temperature and the upper limit voltage of the
도 3은, 3원계 정극 활물질과 3원계가 아닌 정극 활물질에 의한 정극 용량의 온도 의존성을 나타내는 개략 그래프다[중앙값을 상온(25℃)으로 함].3 is a graph showing the temperature dependency of the positive electrode capacity by the positive electrode active material other than the ternary positive electrode active material and the ternary negative electrode (the median value is taken as room temperature (25 占 폚)).
여기에서는 3원계 정극 활물질로서, Li(Ni, Co, Al)O2(동그라미 표시) 및 Li(Ni, Co, Mn)O2(마름모형 표시)를 예시하고 있다. 한편, 3원계가 아닌 정극 활물질로서는, LiMn2O4(망간산 리튬)(삼각 표시)을 도시하고 있다.Here, Li (Ni, Co, Al) O 2 (indicated by a circle) and Li (Ni, Co, Mn) O 2 (indicated by a diamond pattern) are exemplified as a ternary positive electrode active material. On the other hand, LiMn 2 O 4 (lithium manganese oxide) (triangular notation) is shown as a positive electrode active material other than a ternary system.
도 3에 도시한 바와 같이, LiMn2O4(삼각 표시)에서는, 온도 변화에 대한 용량 증감율에 변화가 없어, 온도 의존성이 없는 것을 알 수 있다. 즉, LiMn2O4는 온도 의존성이 없는 반면, 에너지 밀도는 낮다. 이러한 정극 활물질에서는, 발열에 의한 수열 상태에서 전지 특성에 큰 불균일성을 수반하는 것은 아니다.As shown in Fig. 3, in LiMn 2 O 4 (triangular display), there is no change in the rate of change in capacity with respect to temperature change, and it is found that there is no temperature dependency. That is, LiMn 2 O 4 has no temperature dependency, while the energy density is low. In such a positive electrode active material, there is not a large nonuniformity in battery characteristics in a hydrothermal state due to heat generation.
한편, 도 3에 도시한, Li(Ni, Co, Al)O2(동그라미 표시) 및 Li(Ni, Co, Mn)O2(마름모형 표시)에서는, 온도 변화(증가 또는 감소)에 대한 용량 증감율의 변화(증가 또는 감소)가 정비례의 관계에 있다. 이로 인해, 충방전 시의 발열에 의한 수열 상태에서 전지 특성에 큰 불균일성을 수반하는 것을 알 수 있다. 이러한 온도 의존성이 있는 정극 활물질은 육방정 층상 구조인 층상 암염형으로 되어 있다.On the other hand, in the case of Li (Ni, Co, Al) O 2 (circled) and Li (Ni, Co, Mn) O 2 The change (increase or decrease) of the increase / decrease rate is in direct proportion. As a result, it can be seen that there is a large nonuniformity in the battery characteristics in a hydrothermal state due to heat generation during charging and discharging. The positive electrode active material having such a temperature dependency has a layered rock salt type which is a hexagonal layered structure.
그 결과, 이러한 3원계 정극 활물질에서는, 온도를 무시하고 항상 일정한 상한 전압에 도달할 때까지 충전해 버리면, 정극과 부극에서 AC 균형이 깨져 버리는 것이다.As a result, in such a ternary positive electrode active material, the AC balance is broken at the positive electrode and the negative electrode if the battery is charged until the constant upper limit voltage is always ignored, ignoring the temperature.
AC 밸런스는, 엄밀하게는 하기 (1)식과 같다.The AC balance is strictly expressed by the following equation (1).
AC 밸런스=(정극 활물질층과 대향하고 있는 부극 활물질층으로부터 구해지는 용량의 합계값)/(부극 활물질층과 대향하고 있는 정극 활물질층으로부터 구해지는 용량의 합계값)…(1)AC balance = (total value of capacities obtained from the negative electrode active material layer facing the positive electrode active material layer) / (total value of capacities obtained from the positive electrode active material layer facing the negative electrode active material layer) ... (One)
여기서, 정극 활물질층과 대향하고 있는 부극 활물질층으로부터 구해지는 용량의 합계값은 부극 용량이며, 부극 활물질층과 대향하고 있는 정극 활물질층으로부터 구해지는 용량의 합계값은 정극 용량이다. 따라서, 단적으로 말하면, AC 밸런스는, 부극(Anode) 용량과 정극(Cathode) 용량의 용량비(A/C), 즉 AC 밸런스=부극 용량/정극 용량이라 할 수 있다.Here, the total value of the capacities obtained from the negative electrode active material layer facing the positive electrode active material layer is the negative electrode capacity, and the total value of the capacities obtained from the positive electrode active material layer facing the negative electrode active material layer is the positive electrode capacity. Therefore, simply speaking, the AC balance can be defined as the capacity ratio (A / C) of the anode capacity and the cathode capacity, that is, AC balance = anode capacity / cathode capacity.
지금까지는 3원계 정극 활물질을 사용한 2차 전지(2)라도, 망간산 리튬과 마찬가지로, 온도에 관계없이, 일정한 전압(통상 25℃에서 4.2V)이 되도록 충방전하고 있다. 그러나 도 3에 도시한 바와 같이, 3원계 정극 활물질에서는 온도에 의해 정극 용량이 증가한다. 이로 인해 이러한 현상을 무시하고 온도에 상관없이 일정 전압이 될 때까지 충전해 버리면, 정극측의 용량이 점점 증가하게 된다. 한편, 부극측에서는, 온도가 바뀌어도 용량의 변화는 일어나지 않는다. 이로 인해 AC 밸런스=부극 용량/정극 용량의 식에 있어서, 분모가 커지고, AC 밸런스가 1 미만이 되어 버린다. 이러한 상태가 되면, 부극에서는 과잉 리튬(Li) 이온이 환원되어 석출되어 버리게 되는 것이다.Until now, the
따라서, 본 실시 형태에서는, 이러한 온도 의존성이 있는 정극 활물질에 대하여, 그 온도에 대하여 최적인 AC 밸런스가 되도록 온도에 따른 상한 전압을 설정하고, 2차 전지(2)의 전압을 온도에 따라서 제어하기로 한 것이다(상술한 제어 순서대로). 여기에서 최적인 AC 밸런스는, 1보다 큰 값이며, 바람직하게는 1.2 이상이다. 이것은 AC 밸런스를 1보다 큰 값으로 함으로써, 부극 용량 쪽이 커지는 것을 나타내고 있으며, 이에 의해 부극에서의 리튬 이온의 석출을 방지하는 것이다. 또한, 바람직하게는 AC 밸런스는 1.2 이상으로 함으로써 여유를 갖게 할 수 있다.Therefore, in the present embodiment, the positive electrode active material having such a temperature dependency is set to an upper limit voltage according to the temperature so as to have the optimum AC balance with respect to the temperature, and the voltage of the
또한, AC 밸런스의 값은, 충전 대상이 되는 2차 전지에 따라서 적절히 결정하면 되고, 1보다 큰 값이면 그 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 지나치게 크면 정극 활물질에 대하여 부극 활물질이 너무 과잉이 되어, 에너지 밀도가 낮은 상태가 된다. 이로 인해, 자원의 효율적인 이용을 고려한 경우에는, AC 밸런스는 2 미만으로 하는 것이 바람직하다.The value of AC balance may be appropriately determined according to the secondary battery to be charged. If the value is larger than 1, the upper limit is not particularly limited. However, if it is too large, the negative electrode active material becomes excessively excessive with respect to the positive electrode active material, The energy density becomes low. Therefore, in consideration of efficient use of resources, it is preferable that the AC balance is less than 2.
이어서, 온도와 상한 전압의 대응표(대응 정보)의 작성 방법을 설명한다.Next, a description will be given of a method of generating a correspondence table (corresponding information) of the temperature and the upper limit voltage.
우선, 2차 전지 온도가 변화되지 않도록 상온(예를 들어 25℃)을 유지하면서, 정전류 정전압 충전을 행한다. 즉 일정 전류에 의해 소정의 상한 전압까지 충전하고, 그 후 일정한 전압으로 충전하여, 2차 전지(2)에의 전류가 소정의 전류값 미만으로 된 시점(또는 미리 결정된 시간이 경과한 시점)에서 충전을 종료한다. 이에 의해, 상온에서 만충전으로 된다. 통상은 이때의 전압은 4.2V가 된다. 그리고 이때의 충전 용량을 기록한다[만충전이 될 때까지의 전류량(A)과 시간(h)으로부터 용량이 구해짐].First, the constant-current constant-voltage charging is performed while keeping the temperature of the secondary battery unchanged at room temperature (for example, 25 占 폚). That is, the
그 후, 2차 전지(2)의 분위기 온도를 다양하게 변경하여, 강제적으로 2차 전지 온도를 바꾸면서(예를 들어 2차 전지를 둔 환경 온도를 바꿈), 각 온도별로 조금 전 상온에서의 충전 용량과 동일한 충전 용량이 될 때까지 정전류 충전을 행한다. 즉, 완전히 방전시킨 2차 전지(2)에 대하여 일정한 전류값에 의해 충전을 행하고, 충전 전류값이 소정의 하한값 미만까지 내려간 시점을 만충전으로 하여, 그때의 2차 전지의 전압을 기록한다. 그리고 기록한 만충전 시에 있어서의 전압이, 그 온도에 있어서의 충전 시의 상한 전압이 되므로, 이에 의해 온도 대 상한 전압의 대응표를 만든다.Thereafter, the ambient temperature of the
통상, 전지의 구성(정극 활물질의 조성, 사용량, 정극 및 부극의 크기, 전해질의 조성 등)이 동일하면, 충전 용량, 상한 전압은 동일해진다. 이로 인해 온도 대 상한 전압의 대응표는, 기준이 되는 샘플을 이용하여, 상기와 같이 하여 온도 대 상한 전압의 대응표를 작성하면, 이후는 동일한 구성의 2차 전지에 적용할 수 있다. 또한, 원리적으로는 하나의 샘플로부터 온도 대 상한 전압의 대응표를 작성해도 되지만, 실제로는 제품마다 다소 편차도 있으므로, 복수의 샘플을 이용하여 온도 대 상한 전압의 대응표를 작성하는 것이 바람직하다.Normally, when the constitution of the battery (the composition of the positive electrode active material, the amount used, the size of the positive electrode and the negative electrode, the composition of the electrolyte, and the like) are the same, the charging capacity and the upper limit voltage become equal. Accordingly, the correspondence table of the temperature versus the upper limit voltage can be applied to the secondary battery having the same configuration afterwards, by preparing the correspondence table of the temperature versus the upper limit voltage as described above by using the reference sample. In principle, it is also possible to create a correspondence table of the temperature versus the upper limit voltage from one sample. However, since there is a slight variation in each product in practice, it is preferable to prepare the correspondence table of the temperature versus the upper limit voltage by using a plurality of samples.
이와 같이 하여 작성된 대응표는, 2차 전지(2)의 온도가 상승하는 것에 수반하여 상한 전압을 낮추게 된다(후술하는 실시예 참조). 이것은, 도 3으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 온도가 상승하면 정극 용량이 증가하므로, 그대로 충전해서는 이미 설명한 바와 같이, 정극 용량만이 많아져서 AC 균형이 깨진다. 따라서, 온도 상승에 수반하여 충전 시에 있어서의 2차 전지(2)의 상한 전압을 낮추도록 제어함으로써, 이러한 AC 균형이 깨지는 것을 방지할 수 있는 것이다.The correspondence table created in this way lowers the upper limit voltage as the temperature of the
작성된 대응표(온도 대 상한 전압의 대응 정보)는 제어부(7) 내에 기억시켜 두게 된다(예를 들어 메모리 내에 기억해 둠). 제어부(7) 내에 기억시키는 대응표는, 구체적으로는 제어부(7)(하드웨어인 CPU)에 의해 실행되는 제어 순서(프로그램)를 취급할 수 있는 데이터 테이블 등이다.The correspondence table (temperature-to-upper-voltage correspondence information) is stored in the control unit 7 (for example, stored in the memory). The correspondence table stored in the
또한, 실제 운용에 있어서는, 1℃ 간격으로 온도 대 상한 전압의 대응표를 작성해도 되지만, 수℃ 간격으로 해도 된다. 예를 들어, 경험적으로는 3℃ 정도의 범위 내이면, 사용하고 있는 부재, 셀 설계의 공차로부터 허용할 수 있다. 따라서, 대응표 자체를 3℃ 간격의 온도와 그에 대응한 상한 전압의 관계로 해도 된다. 물론 AC 균형이 깨지지 않는 범위이면 그 밖의 온도 간격이라도 된다.In actual operation, the correspondence table of the temperature vs. the upper limit voltage may be created at an interval of 1 占 폚, but it may be an interval of several 占 폚. For example, if it is within the range of about 3 캜, it can be accepted from the tolerance of the member and the cell design being used. Therefore, the correspondence table itself may be set at a relationship of the temperature at intervals of 3 占 폚 and the corresponding upper limit voltage. Of course, other temperature intervals may be used if the AC balance is not broken.
[2차 전지][Secondary Battery]
이하에서는, 2차 전지(2)의 일례로서, 적층형의 리튬 이온 2차 전지에 대하여 설명한다.Hereinafter, a stacked lithium ion secondary battery as an example of the
(비쌍극형 리튬 이온 2차 전지)(Non-bipolar lithium ion secondary battery)
도 4는, 비쌍극형이며 적층형의 리튬 이온 2차 전지의 전체 구조를 설명하기 위한 개략 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view for explaining the overall structure of a lithium ion secondary battery of a non-bipolar type and a stacked type.
도 4에 도시한, 리튬 이온 2차 전지(10)에서는, 전지 외장재(22)를 사용하여, 발전 요소(17)를 수납 밀봉한 구성을 갖고 있다. 여기서 발전 요소(17)는 정극 집전체(11)의 양면에 정극 활물질층(12)이 형성된 정극판, 전해질층(13) 및 부극 집전체(14)의 양면(발전 요소의 최하층 및 최상층용은 편면)에 부극 활물질층(15)이 형성된 부극판을 적층한 구성을 갖고 있다. 적층 시, 하나의 정극판 편면의 정극 활물질층(12)과 상기 하나의 정극판에 인접하는 하나의 부극판 편면의 부극 활물질층(15)이 전해질층(13)을 개재하여 마주 향하도록 하여, 정극판, 전해질층(13), 부극판 순으로 복수 적층되어 있다.In the lithium ion
이에 의해, 인접하는 정극 활물질층(12), 전해질층(13) 및 부극 활물질층(15)은 하나의 단전지층(16)을 구성한다. 따라서, 이 리튬 이온 2차 전지(10)는 단전지층(16)이 복수 적층됨으로써, 전기적으로 병렬 접속되어 이루어지는 구성을 갖는다고도 할 수 있다. 또한, 발전 요소(17)의 양 최외층에 위치하는 최외층 정극 집전체(11a)에는, 모두 편면에만 정극 활물질층(12)이 형성되어 있다. 또한, 정극판과 부극판의 배치를 바꾸어도 된다. 그때는, 발전 요소(17)의 양 최외층에 최외층 부극 집전체(도시하지 않음)가 위치하도록 하고, 상기 최외층 부극 집전체의 경우에도 편면에만 부극 활물질층(15)이 형성되어 있도록 한다.Thereby, the adjacent positive electrode
상기한 각 전극판(정극판 및 부극판)과 도통되는 정극 탭(18) 및 부극 탭(19)이 정극 단자 리드(20) 및 부극 단자 리드(21)를 개재하여 각 전극판의 정극 집전체(11) 및 부극 집전체(14)에 초음파 용접이나 저항 용접 등에 의해 부착되어 있다. 이에 의해, 정극 집전체(11) 및 부극 집전체(14)에 전기적으로 접속된 정극 탭(18) 및 부극 탭(19)은 전지 외장재(22)의 외부에 노출되는 구조를 갖고 있다.The
이러한 전극의 구조로부터 본 경우, 이 리튬 이온 2차 전지(10)는, 후술하는 도 5에 도시한 구조와 대비하여, 비쌍극형 리튬 이온 2차 전지라고 칭한다.In view of the structure of such an electrode, the lithium ion
(쌍극형 리튬 이온 2차 전지)(Bipolar lithium ion secondary battery)
도 5는, 다른 형태인 쌍극형이며 적층형의 리튬 이온 2차 전지의 전체 구조를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 여기서 쌍극형이라 함은, 상기 비쌍극형에 대응한 용어로서 사용하고 있다.5 is a schematic cross-sectional view for explaining the overall structure of a bipolar lithium ion secondary battery of another type. Here, the term bipolar is used as a term corresponding to the above-mentioned non-bipolar type.
도 5에 도시한, 리튬 이온 2차 전지(30)는 실제로 충방전 반응이 진행되는 발전 요소(37)가 전지 외장재(42)의 내부에 밀봉된 구조를 갖는다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이 쌍극형인 2차 전지(30)의 발전 요소(37)는 2매 이상으로 구성되는 쌍극형 전극(34) 사이에 전해질층(35)을 끼우고, 인접하는 쌍극형 전극(34)의 정극 활물질층(32)과 부극 활물질층(33)이 전해질층(35)을 개재하여 대향하도록 되어 있다. 여기서, 쌍극형 전극(34)은 집전체(31)의 편면에 정극 활물질층(32)을 설치하고, 다른 한쪽 면에 부극 활물질층(33)을 설치한 구조를 갖고 있다. 즉, 쌍극형 2차 전지(30)에서는, 집전체(31)의 한쪽 면 위에 정극 활물질층(32)을 갖고, 다른 쪽 면 위에 부극 활물질층(33)을 갖는 쌍극형 전극(34)을 전해질층(35)을 개재하여 복수매 적층한 구조의 발전 요소(37)를 구비하여 이루어지는 것이다.The lithium ion
인접하는 정극 활물질층(32), 전해질층(35) 및 부극 활물질층(33)은 하나의 단전지층(36)을 구성한다. 따라서, 쌍극형 2차 전지(30)는 단전지층(36)이 적층되어 이루어지는 구성을 갖는다고도 할 수 있다. 또한, 전해질층(35)으로부터의 전해액의 누설에 의한 액계를 방지하기 위해 단전지층(36)의 주변부에는 절연층(시일부)(43)이 배치되어 있다. 상기 절연층(43)을 설치함으로써 인접하는 집전체(31) 사이를 절연하고, 인접하는 전극[정극 활물질층(32) 및 부극 활물질층(33)] 사이의 접촉에 의한 단락을 방지할 수도 있다.The adjacent positive electrode
발전 요소(37)의 최외층에 위치하는 정극측 전극(34a) 및 부극측 전극(34b)은 쌍극형 전극 구조가 아니어도 된다. 예를 들어, 집전체(31a, 31b)에 필요한 편면만의 정극 활물질층(32) 또는 부극 활물질층(33)을 배치한 구조로 해도 된다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 발전 요소(37)의 최외층에 위치하는 정극측의 최외층 집전체(31a)에는, 편면에만 정극 활물질층(32)이 형성되어 있도록 해도 된다. 마찬가지로, 발전 요소(37)의 최외층에 위치하는 부극측의 최외층 집전체(31b)에는, 편면에만 부극 활물질층(33)이 형성되어 있도록 해도 된다. 또한, 쌍극형 리튬 이온 2차 전지(30)에서는, 상하 양단부의 정극측 최외층 집전체(31a) 및 부극측 최외층 집전체(31b)의 더욱 외측에 집전판(38a 및 39b)이 각각 설치되어 있다. 집전판(38a 및 39b)은 각각 연장되어서 정극 탭(38) 및 부극 탭(39)으로 되어 있다. 집전판(38a 및 39b)은 필요에 따라서 정극 단자 리드 및 부극 단자 리드를 개재하여 접합되어 있어도 된다. 또한, 정극측 최외층 집전체(31a)가 연장되어서 정극 탭(38)이 되고, 전지 외장재(42)인 라미네이트 시트로부터 도출되어 있어도 된다. 마찬가지로, 부극측 최외층 집전체(31b)가 연장되어서 부극 탭(39)이 되고, 마찬가지로 전지 외장재(42)인 라미네이트 시트로부터 도출되는 구조로 해도 된다.The
또한, 쌍극형 리튬 이온 2차 전지(30)라도, 발전 요소(37) 부분을 전지 외장재(42)에 감압 봉입하고, 정극 탭(38) 및 부극 탭(39)을 전지 외장재(42)의 외부로 취출한 구조로 하는 것이 좋다. 이러한 구조로 함으로써, 사용할 때의 외부로부터의 충격, 환경 열화를 방지할 수 있기 때문이다. 이 쌍극형 리튬 이온 2차 전지(30)의 기본 구성은, 복수 적층한 단전지층(36)이 직렬로 접속된 구성이라 할 수 있는 것이다.Even in the bipolar lithium ion
(외관 형상)(Outer shape)
도 6은, 도 4 또는 도 5에 도시한 적층형의 리튬 이온 2차 전지의 외관을 나타낸 사시도이다. 이러한 외관 형상으로 인해 편평형 2차 전지라고도 칭해지고 있다.Fig. 6 is a perspective view showing the external appearance of the stacked lithium ion secondary battery shown in Fig. 4 or Fig. 5. Fig. This outer shape is also called a flat secondary battery.
도 6에 도시한 바와 같이, 적층형의 편평한 리튬 이온 2차 전지(50)에서는, 직사각 형상의 편평한 형상을 갖고 있으며, 그 양측부로부터는 전력을 취출하기 위한 정극 탭(58), 부극 탭(59)이 인출되어 있다. 발전 요소(57)는 리튬 이온 2차 전지(50)의 전지 외장재(52)에 의해 싸이고, 그 주위는 열 융착되어 있고, 발전 요소(57)는 정극 탭(58) 및 부극 탭(59)을 외부로 인출한 상태로 밀봉되어 있다. 여기서, 발전 요소(57)는 앞서 설명한 도 4 및 도 5에 도시한 비쌍극형 또는 쌍극형의 리튬 이온 2차 전지(10, 30)의 발전 요소(17, 37)에 상당하는 것이며, 정극층(12), 전해질층(13) 및 부극층(15)으로 구성되는 단전지층(단셀)(16)이 복수 적층된 것이다.6, the flat type lithium ion
그리고 본 실시 형태에서는, 이 적층형의 편평한 리튬 이온 2차 전지(50)의 외장 부재 표면에, 온도 센서(4)를 부착하고 있다. 이에 의해 2차 전지 시스템(1)으로서 필요한 2차 전지(2)의 현재 온도를 측정하고 있다.In this embodiment, the
또한, 도 6에 도시한 탭(58, 59)의 취출은, 특별히 제한되는 것은 아니며, 정극 탭(58)과 부극 탭(59)을 동일한 변으로부터 인출하도록 해도 되고, 정극 탭(58)과 부극 탭(59)을 각각 복수로 나누어, 각 변으로부터 취출하도록 해도 되는 등, 도 6에 나타낸 형태에 제한되는 것은 아니다.The
이어서, 상기와 같은 형태의 2차 전지(2)에 있어서의 각 부재의 상세를 설명한다.Next, the details of each member in the
[집전체][Whole house]
집전체는, 도전성 재료로 구성된다. 집전체를 구성하는 재료는, 도전성을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 금속이나 도전성 고분자 등 종래 공지된 것을 적절히 이용할 수 있다. 구체적으로는, Fe, Cr, Ni, Mn, Ti, Mo, V, Nb, Al, Cu, Ag, Au, Pt 및 카본을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되어 이루어지는 적어도 1종류 이상, 예를 들어 2종류 이상의 합금을 포함하여 이루어지는 스테인리스 등 그 집전체 재료가 바람직하게 사용될 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는, Ni와 Al의 클래드재, Cu와 Al의 클래드재, 또는 이들 집전체 재료의 조합 도금재 등도 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 집전체 재료인 금속(Al을 제외함) 표면에, 다른 집전체 재료인 Al을 피복시킨 집전체라도 된다. 또한, 경우에 따라서는, 2개 이상의 상기 집전체 재료인 금속박을 맞댄 집전체를 사용해도 된다.The current collector is made of a conductive material. The material constituting the current collector is not particularly limited as far as it has conductivity, and conventionally known materials such as metal and conductive polymer can be suitably used. Concretely, at least one or more kinds selected from the group consisting of Fe, Cr, Ni, Mn, Ti, Mo, V, Nb, Al, Cu, Ag, Au, Or alloys thereof, such as stainless steel, may preferably be used. In the present embodiment, a clad material of Ni and Al, a clad material of Cu and Al, or a combination plating material of these current collector materials can also be preferably used. Alternatively, the current collector may be formed by coating Al, which is another current collector material, on the surface of the metal (excluding Al) as the current collector material. Further, in some cases, the current collector may be used to return the metal foil to two or more of the current collector materials.
집전체의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 어떠한 집전체도 통상은 1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛ 정도다. 단, 상기 범위를 벗어나는 경우라도, 본 발명의 작용 효과를 손상시키지 않는 범위 내이면, 본 발명의 기술 범위에 포함되는 것이다.The thickness of the current collector is not particularly limited, but any current collector usually has a thickness of 1 to 100 mu m, preferably 1 to 50 mu m. However, even if the above-mentioned range is exceeded, it falls within the technical scope of the present invention as far as it does not impair the function and effect of the present invention.
또한, 집전체는 상기 재료를 사용한 박 외에, 도 1의 비쌍극형 전지에서는, 상기 재료를 사용한 메쉬, 익스팬드 그리드(익스팬드 메탈), 펀치드 메탈 등으로 구성되는 것을 사용해도 된다. 메쉬의 눈금, 선 직경, 메쉬 수 등은, 특별히 제한되지 않으며, 종래 공지된 것을 사용할 수 있다.Further, in the non-bipolar battery of Fig. 1, in addition to the foil using the above-described material, the current collector may be composed of a mesh using an above-described material, an expanded grid (expanded metal), punched metal or the like. The mesh scale, line diameter, number of meshes and the like are not particularly limited, and conventionally known ones can be used.
또한, 비쌍극형 전지(10)의 정극 집전체(11)로서는, Al, Ni, 스테인리스(SUS) 등을 사용할 수 있지만, 박막으로 가공하기 쉽고, 저렴하다는 점에서 Al이 바람직하다. 상기 정극 집전체에 정극 활물질층(정극합제)을 담지시키는 방법으로서는, 가압 성형하는 방법 또는 용매 등을 사용하여 페이스트화하고, 집전체 위에 도포 건조 후 프레스하는 등 하여 고정 부착하는 방법을 들 수 있다. 상기 정극 집전체에 정극 활물질층(정극합제)을 담지시키는 방법은, 부극 집전체에 부극 활물질층(부극합제)을 담지시키는 방법에도 적용할 수 있다.Al, Ni, stainless steel (SUS) or the like can be used as the
[정극 활물질층(정극합제)][Positive electrode active material layer (positive electrode mixture)]
정극 활물질층(정극합제)은 집전체 위에 형성되어, 충방전 반응의 중심을 담당하는 정극 활물질을 포함하는 층이다. 정극 활물질층(정극합제)은 정극 활물질과, 전기 전도성을 높이기 위한 도전재(도전 보조제라고도 함), 바인더 등을 함유하는 것을 들 수 있다. 또한, 이들 성분의 배합비는, 특별히 한정되지 않고 기존의 리튬 이온 2차 전지에 대한 공지의 지식을 적절히 참조함으로써, 조정될 수 있다.The positive electrode active material layer (positive electrode material mixture) is a layer formed on the current collector and including a positive electrode active material serving as a center of charge / discharge reaction. The positive electrode active material layer (positive electrode mixture) includes those containing a positive electrode active material, a conductive material (also referred to as a conductive auxiliary agent) for improving electrical conductivity, a binder, and the like. The compounding ratio of these components is not particularly limited and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge on existing lithium ion secondary batteries.
(정극 활물질)(Positive electrode active material)
이미 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 2차 전지(2)는 정극 활물질로서 3원계 정극 활물질을 사용하는 것이 바람직하다.As described above, in the
정극 활물질로서는, 예를 들어 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, Li(Ni, Co, Mn)O2, Li2MnO3, Li2MnO3-LiMO2계(M=Co, Ni 등) 고용체 및 이들 전이 금속의 일부가 다른 원소에 의해 치환된 것 등의 리튬-전이 금속 복합 산화물, 리튬-전이 금속 인산 화합물, 리튬-전이 금속 황산 화합물 등을 들 수 있다. 경우에 따라서는, 2종류 이상의 정극 활물질이 병용되어도 된다. 바람직하게는, 용량, 출력 특성의 관점에서, 리튬-전이 금속 복합 산화물이, 정극 활물질로서 사용된다. 또한, 상기 이외의 정극 활물질이 사용되어도 되는 것은 물론이다.Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni, Co, Mn) O 2 , Li 2 MnO 3 , Li 2 MnO 3 -LiMO 2 Transition metal complex oxides, lithium-transition metal sulfate compounds, and the like can be given as examples of the lithium-transition metal complex oxide and the lithium-transition metal complex oxide in which some of these transition metals are substituted by other elements. In some cases, two or more kinds of positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoints of capacity and output characteristics, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material. It goes without saying that other positive electrode active materials may be used.
특히 본 실시 형태에서는, 이미 설명한 바와 같이 온도 의존성이 있어 발열에 의한 수열 상태에서 전지 특성에 불균일성을 수반하는 정극 활물질에 대하여 적절하게 적용할 수 있는 것이다. 구체적으로는, LiNiO2, LiNiO2의 Ni의 일부가 Co나 Al 등의 다른 원소에 의해 치환된 것, LiCoO2, Li(Ni, Co, Mn)O2(=LiNixCoyMnzO2; x+y+z=1 등이라고도 칭해지고 있음), Li2MnO3, Li2MnO3-LiMO2계(M=Co, Ni 등) 고용체 등의 육방정 층상 구조[(최밀 충전) 층상 암염형, 암염형 층상 구조 등이라고도 칭해짐]를 갖는 정극 활물질이다.Particularly, in the present embodiment, as described above, it can be suitably applied to a positive electrode active material which has temperature dependency and is accompanied with non-uniformity in battery characteristics in a hydrothermal state due to heat generation. Specifically, LiNiO 2 , a material in which a part of Ni of LiNiO 2 is substituted by another element such as Co or Al, LiCoO 2 , Li (Ni, Co, Mn) O 2 (= LiNixCoyMnzO 2 ; x + y + z = 1), a hexagonal layered structure such as Li 2 MnO 3 , Li 2 MnO 3 -LiMO 2 (M = Co, Ni etc.) solid solution, etc. [Highly filling layered rock salt type, rock salt type layered structure Or the like).
(도전재)(Conductive material)
상기 도전재(도전 보조제라고도 함)라고 함은, 정극 활물질층(정극합제)의 도전성을 향상시키기 위하여 배합되는 첨가물을 말한다. 도전 보조제는 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙, 그래파이트, 탄소 섬유 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 도전재로서, 각각 단독으로 사용해도 되고, 예를 들어 인조 흑연과 카본 블랙을 혼합하여 사용해도 된다. 도전 보조제를 함유하면, 활물질층의 내부에 있어서의 전자 네트워크가 효과적으로 형성되어, 전지의 출력 특성의 향상에 기여할 수 있다.The conductive material (also referred to as a conductive auxiliary agent) refers to an additive compounded to improve the conductivity of the positive electrode active material layer (positive electrode material mixture). The conductive auxiliary agent is not particularly limited and conventionally known ones can be used. For example, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber can be cited. As the conductive material, each of them may be used alone, or for example, a mixture of artificial graphite and carbon black may be used. When the conductive auxiliary agent is contained, the electronic network inside the active material layer is effectively formed, contributing to the improvement of the output characteristics of the battery.
(바인더)(bookbinder)
바인더는, 활물질끼리 또는 활물질과 집전체나 도전 보조제를 결착시켜서 전극 구조(3차원 네트워크)를 유지할 목적으로 활물질층에 첨가된다.The binder is added to the active material layer for the purpose of maintaining the electrode structure (three-dimensional network) by binding the active materials or binding the active material with the current collector or the conductive auxiliary agent.
상기 바인더로서는, 폴리불화비닐리덴(이하, PVDF라고 하는 경우가 있음), 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE라고 하는 경우가 있음), 사불화에틸렌·육불화 프로필렌·불화비닐리덴계 공중합체, 육불화 프로필렌·불화비닐리덴계 공중합체, 사불화에틸렌·퍼플루오로비닐에테르계 공중합체, 폴리아세트산 비닐, 폴리이미드 및 아크릴 수지 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 우레아 수지 등의 열경화성 수지, 및 스티렌부타디엔 고무(SBR) 등의 고무계 재료를 들 수 있다. 이들을 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 이들 바인더는, 제조 과정에서는 N-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP라 칭하는 경우가 있음)이나 물 등, 바인더가 가용 또는 분산 가능한 용매에 용해 또는 분산시킨 것을 사용할 수도 있다.Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (hereinafter may be referred to as PVDF), polytetrafluoroethylene (hereinafter may be referred to as PTFE), polytetrafluoroethylene, hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymer, Polyvinylidene fluoride copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoro vinyl ether copolymer, polyvinyl acetate, polyimide and acrylic resin, epoxy resin, polyurethane resin and urea resin, and the like. Resin, and rubber-based materials such as styrene butadiene rubber (SBR). These may be used alone or in combination of two or more. In addition, these binders may be dissolved or dispersed in a solvent in which a binder is soluble or dispersible, such as N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, sometimes referred to as NMP) or water.
바인더로서 불소 수지와 폴리올레핀 수지를, 정극 활물질층(정극합제) 중의 상기 불소 수지의 비율이 1 내지 10 질량%이며, 상기 폴리올레핀 수지의 비율이 0.1 내지 10 질량%가 되도록, 본 실시 형태의 정극 활물질 분말과 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 집전체와의 결착성이 우수하고, 또한 가열 시험에 대표되는 외부 가열에 대한 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 더욱 향상할 수 있으므로 바람직하다.The positive electrode active material layer (positive electrode active material composition) of the present embodiment is formed so that the proportion of the fluororesin in the positive electrode active material layer (positive electrode material mixture) is 1 to 10 mass% and the proportion of the polyolefin resin is 0.1 to 10 mass% It is preferable to use it in combination with the powder. By doing so, it is preferable that the lithium ion secondary battery is excellent in bondability to the current collector and the safety of the lithium ion secondary battery against external heating typified by the heating test can be further improved.
(전해질·지지염)(Electrolyte, support salt)
지지염(리튬염)으로서는, 구체적으로는 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10 등의 무기산 음이온염 ; LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N 등의 유기산 음이온염을 들 수 있다. 이들 지지염은, 단독으로 사용해도 또는 2종류 이상 혼합하여 사용해도 된다.Specific examples of the supporting salt (lithium salt) include inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 and Li 2 B 10 Cl 10 ; Organic acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These support salts may be used alone or in combination of two or more.
(정극 활물질의 그 밖의 상세)(Other Details of Positive Electrode Active Material)
정극 활물질의 평균 입자 직경은 특별히 제한되지 않는다. 단, 이 평균 입자 직경이 너무 크면, 활물질의 반응 표면적이 작아지거나, 또는 활물질의 입자 내부에 있어서의 리튬 이온 전도가 활물질층에 있어서의 리튬 이온 전도를 율속해 버리게 된다. 이러한 관점에서, 활물질의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 0.1 내지 100㎛이며, 보다 바람직하게는 1 내지 50㎛이며, 더욱 바람직하게는 1 내지 20㎛이다. 단, 이들 범위를 벗어나는 형태도 또한, 채용될 수 있다. 또한, 활물질의 평균 입자 직경은, 레이저 회절식 입도 분포 측정(레이저 회절 산란법)에 의해 측정된 값을 채용하는 것으로 한다.The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited. However, if the average particle diameter is too large, the reaction surface area of the active material becomes small, or lithium ion conduction within the particle of the active material causes the lithium ion conductivity in the active material layer to be controlled. From this viewpoint, the average particle diameter of the active material is preferably 0.1 to 100 占 퐉, more preferably 1 to 50 占 퐉, and still more preferably 1 to 20 占 퐉. However, forms deviating from these ranges may also be employed. The average particle diameter of the active material is assumed to be a value measured by laser diffraction particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method).
또한, 정극 활물질층(정극합제)에 있어서의 정극 활물질의 함유량은, 바람직하게는 정극 활물질층의 합계 질량에 대하여 70 내지 98 질량%이며, 보다 바람직하게는 80 내지 98 질량%이다. 정극 활물질의 함유량이 상기 범위이면, 에너지 밀도를 높게 할 수 있으므로 적합하다.The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer (positive electrode material mixture) is preferably 70 to 98 mass%, more preferably 80 to 98 mass%, based on the total mass of the positive electrode active material layer. When the content of the positive electrode active material is within the above range, the energy density can be increased, which is preferable.
정극 활물질층의 두께(집전체의 편면측 두께)는, 바람직하게는 20 내지 500㎛이며, 보다 바람직하게는 20 내지 300㎛이며, 더욱 바람직하게는 20 내지 150㎛이다.The thickness of the positive electrode active material layer (thickness of the one surface of the current collector) is preferably 20 to 500 탆, more preferably 20 to 300 탆, and still more preferably 20 to 150 탆.
[부극 활물질층][Negative electrode active material layer]
부극 중의 부극 활물질층은, 집전체 위에 형성되어, 충방전 반응의 중심을 담당하는 부극 활물질 및 Li 입자를 포함하는 층이다. 부극 활물질층은, 부극 활물질과, 필요에 따라, 전기 전도성을 높이기 위한 도전재(도전 보조제라고도 함), 바인더, 전해질(중합체 매트릭스, 이온 전도성 중합체, 전해액 등), 이온 전도성을 높이기 위한 지지염(전해질염) 등을 함유하는 것을 들 수 있다. 또한, 이들 성분의 배합비는, 특별히 한정되지 않고 리튬 이온 2차 전지에 대한 공지의 지식을 적절히 참조함으로써, 조정될 수 있다.The negative electrode active material layer in the negative electrode is a layer formed on the current collector and containing a negative electrode active material and Li particles that are central to the charging / discharging reaction. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a conductive material (also referred to as a conductive auxiliary agent), a binder, an electrolyte (a polymer matrix, an ion conductive polymer, an electrolytic solution or the like) for enhancing electrical conductivity, Electrolytic salts), and the like. The compounding ratio of these components is not particularly limited, and can be adjusted by properly referring to known knowledge of the lithium ion secondary battery.
(부극 활물질)(Negative electrode active material)
부극 활물질층에 사용되는 부극 활물질로서는, 카본(탄소)이며, 리튬을 도프·탈도프할 수 있는 재료가 바람직하다. 카본으로서는, 예를 들어 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등의 흑연계 탄소 재료, 카본 블랙, 활성탄, 탄소 섬유, 코크스, 소프트 카본, 하드 카본 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 경우에 따라서는, 2종류 이상의 부극 활물질이 병용되어도 된다.As the negative electrode active material used for the negative electrode active material layer, carbon (carbon) is preferable, and a material capable of doping and dedoping lithium is preferable. Examples of the carbon include carbon materials such as graphite carbon materials such as natural graphite, artificial graphite and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon and hard carbon. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination.
단, 부극 활물질 자체가, 금속 석출이 일어나지 않는 물질이나 조성의 경우, 예를 들어 리튬 전이 금속-복합 산화물의 일부 조성의 것 등은 본 실시 형태를 적용하는 의미가 없다. 이것은, 부극에 있어서 금속(특히 리튬)의 석출이 일어나지 않으면, 그에 의한 용량 저하 등이 없기 때문이다.However, in the case of the material or composition in which the negative electrode active material itself does not cause metal precipitation, for example, the lithium transition metal-composite oxide having a partial composition is not applicable to the present embodiment. This is because if the metal (particularly lithium) is not precipitated in the negative electrode, there is no reduction in capacity due to the precipitation.
단, 부극은 카본(탄소)에 한정되는 것은 아니며, 부극에 있어서 금속(특히 리튬)의 석출이 일어나는 물질이나 조성의 것을 사용한 경우에, 본 실시 형태는 적합하다.However, the negative electrode is not limited to carbon (carbon), and the present embodiment is suitable when a substance or composition in which metal (particularly lithium) is precipitated in the negative electrode is used.
(도전재, 바인더, 전해질, 지지염)(Conductive material, binder, electrolyte, support salt)
도전재, 바인더에 대해서는, 정극 활물질층의 항에서 설명한 것을 마찬가지로 사용할 수 있다. 특히, 리튬과 합금화하는 재료와 같이 도전성을 갖지 않는 부극 활물질을 사용할 경우에, 도전재는 유효하게 이용된다. 또한, 부극 활물질에 도전성의 금속·합금이나 탄소 재료 등을 사용할 경우에는, 도전재를 생략할 수도 있다.As for the conductive material and the binder, those described in the section of the positive electrode active material layer can be similarly used. Particularly, when a negative electrode active material having no conductivity such as a material for alloying with lithium is used, the conductive material is effectively used. When a conductive metal, alloy, carbon material, or the like is used for the negative electrode active material, the conductive material may be omitted.
부극 활물질의 평균 입자 직경은 특별히 제한되지 않는다. 단, 이 평균 입자 직경이 지나치게 크면, 활물질의 반응 표면적이 작아지거나, 또는 활물질의 입자 내부에 있어서의 리튬 이온 전도가 활물질층에 있어서의 리튬 이온 전도를 율속 해 버릴 우려가 있다. 이러한 관점에서, 활물질의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 0.1 내지 20㎛이다. 단, 이들 범위를 벗어나는 형태도 또한, 채용될 수 있다. 또한, 본 출원에 있어서 활물질의 평균 입자 직경은, 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치에 의해 측정된 값을 채용하는 것으로 한다.The average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited. However, if the average particle diameter is too large, the reaction surface area of the active material may become small, or lithium ion conduction in the particles of the active material may lead to the lithium ion conduction in the active material layer. From this viewpoint, the average particle diameter of the active material is preferably 0.1 to 20 占 퐉. However, forms deviating from these ranges may also be employed. In the present application, the average particle diameter of the active material is assumed to be a value measured by a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus.
[전해질층][Electrolyte Layer]
전해질(층)은 전해질과, 또한 필요에 따라 유기 용매(가소제)와 세퍼레이터를 포함하여 이루어진다.The electrolyte (layer) comprises an electrolyte and, if necessary, an organic solvent (plasticizer) and a separator.
전해질로서는, 예를 들어 액체 전해질 또는 중합체 전해질이 사용될 수 있다.As the electrolyte, for example, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte may be used.
(액체 전해질)(Liquid electrolyte)
액체 전해질(전해질염 및 유기 용매)로서는, 특별히 제한되어야 할 것은 아니며, 종래 기지의 각종 전해액을 적절히 사용할 수 있는 것이다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10 등의 무기산 음이온염, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N(LiBETI라고도 함) 등의 유기산 음이온염 중에서 선택되는, 적어도 1종류의 지지염(전해질염)을 포함하고, 프로필렌카르보네이트, 에틸렌카르보네이트 등의 환상 카르보네이트류; 디메틸카르보네이트, 메틸에틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트 등의 쇄상 카르보네이트류; 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1, 4-디옥산, 1, 2-디메톡시에탄, 1, 2-디부톡시에탄 등의 에테르류; γ-부티로락톤 등의 락톤류; 아세트니트릴 등의 니트릴류; 프로피온산 메틸 등의 에스테르류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 아세트산 메틸, 포름산 메틸 중에서 선택되는 적어도 1종류 또는 2종류 이상을 혼합한, 비프로톤성 용매 등의 가소제(유기 용매)를 사용한 것 등을 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다.The liquid electrolyte (electrolytic salt and organic solvent) is not particularly limited, and conventionally various electrolytic solutions can be appropriately used. For example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4,
(중합체 전해질)(Polymer electrolyte)
한편, 중합체 전해질은 전해액을 포함하는 겔 전해질과, 전해액을 포함하지 않는 진성 중합체 전해질로 분류된다.On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.
겔 전해질이란 이온 전도성을 갖는 고체 고분자 전해질에, 종래 공지된 리튬 이온 2차 전지에서 사용되는 전해액을 포함한 것이지만, 또한 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자의 골격 중에, 전해액을 보유 지지시킨 것도 포함되는 것이다. 이온 도연고성을 갖는 고체 고분자 전해질로서는, 예를 들어 폴리에틸렌옥시드(PEO), 폴리프로필렌옥시드(PPO), 이들 공중합체와 같은 공지된 고체 고분자 전해질을 들 수 있다. 이 이온 전도성을 갖는 고체 고분자 전해질은, 진성(전고체) 중합체 전해질에 사용된다.The gel electrolyte includes an electrolytic solution used in a conventionally known lithium ion secondary battery in a solid polymer electrolyte having ion conductivity, and also includes a polymer having an electrolyte in a skeleton of a polymer having no lithium ion conductivity. Examples of the solid polymer electrolyte having ionic conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and known solid polymer electrolytes such as copolymers thereof. This solid polymer electrolyte having ion conductivity is used in an intrinsic (all solid) polymer electrolyte.
겔 전해질에 사용되는 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, PAN, PMMA 등은, 어느 쪽인가 하면 이온 전도성이 거의 없는 부류에 들어가는 것이므로, 상기 이온 전도성을 갖는 고분자로 할 수도 있지만, 여기에서는 고분자 겔 전해질에 사용되는 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자로서 예시한 것이다.Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used in the gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA) Can be used. However, the present invention is not limited thereto. The PAN, PMMA and the like can be used as the polymer having ion conductivity, since any one of them can enter into a class having almost no ionic conductivity. Here, as the polymer having no lithium ion conductivity used for the polymer gel electrolyte, It is.
또한, 전해질층이 액체 전해질이나 겔 전해질로 구성될 경우에는, 전해질층에 세퍼레이터를 사용해도 된다. 세퍼레이터의 구체적인 형태로서는, 예를 들어 불소 수지, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 나일론(미 듀퐁사의 등록 상표 : 폴리이미드), 방향족 아라미드 등을 포함하여 이루어지는 미다공막, 부직포, 직포 등의 형태를 갖는 재료를 들 수 있다. 상기 세퍼레이터의 두께는 전지로서의 체적 에너지 밀도가 올라가고, 내부 저항이 작아진다고 하는 관점에서, 기계적 화학적 강도가 유지되는 한 얇을수록 좋아, 5 내지 200㎛가 바람직하다.When the electrolyte layer is composed of a liquid electrolyte or a gel electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer. Specific examples of the separator include polyolefin such as fluororesin, polyethylene and polypropylene, nylon (registered trademark of Mydupont), aromatic aramid, and the like having a shape of a microporous film, a nonwoven fabric, Materials. The thickness of the separator is preferably from 5 to 200 mu m as the thickness becomes thinner as long as the mechanical and chemical strength is maintained, from the viewpoint of increasing the volume energy density as a battery and decreasing the internal resistance.
진성 중합체 전해질은, 상기 이온 도전성을 갖는 고체 고분자 전해질인 매트릭스 중합체에 지지염(리튬염)이 용해되어 이루어지는 구성을 갖고, 가소제인 유기 용매를 포함하지 않는다. 따라서, 전해질층이 진성 중합체 전해질로 구성될 경우에는 전지로부터의 액 누설의 염력가 없어, 전지의 신뢰성을 향상할 수 있다.The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a support salt (lithium salt) is dissolved in a matrix polymer which is a solid polymer electrolyte having ionic conductivity and does not contain an organic solvent as a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is constituted of an intrinsic polymer electrolyte, there is no leakage of liquid from the battery, and the reliability of the battery can be improved.
그 밖에, 전해질층(전해액)에는, 여러 가지 첨가제가 포함되어 있어도 된다.In addition, various additives may be contained in the electrolyte layer (electrolytic solution).
[절연층(시일부)][Insulating layer (seal part)]
절연층(시일부)(43)은, 리튬 이온 2차 전지, 특히 도 2의 쌍극형 전지(30)에 있어서, 전지 내에서 인접하는 집전체끼리가 접촉하거나, 적층 전극 단부의 약간의 불일치 등에 의한 단락이 일어나거나 하는 것을 방지하기 위해 단전지층(36)의 주변부에 배치되어 있다. 절연층(43)으로서는, 절연성, 고체 전해질의 탈락에 대한 시일성이나 외부로부터의 수분 투습에 대한 시일성(밀봉성), 전지 동작 온도 하에서의 내열성 등을 갖는 것이면 된다. 예를 들어, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리이미드 수지, 고무 등이 사용될 수 있다. 그 중에서도, 내식성, 내약품성, 제작 용이함(제막성), 경제성 등의 관점에서, 우레탄 수지, 에폭시 수지가 바람직하다.The insulating layer (the sealed portion) 43 is a layer which is formed in the lithium ion secondary battery, particularly in the
[탭][Tab]
탭[정극 탭(18, 38) 및 부극 탭(19, 39)]의 재질은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스강, 이들 합금 등을 사용할 수 있다. 이들은 특별히 제한되지 않고, 탭으로서 종래 사용되고 있는 공지된 재질이 사용될 수 있다.The material of the tabs (
[외장체][Exterior]
리튬 이온 2차 전지(10, 30)에서는, 사용 시의 외부로부터의 충격이나 환경 열화를 방지하기 위해, 전해질 보유 지지층이 형성된 발전 요소 전체를 전지 외장재(22, 42) 내지 전지 케이스(도시하지 않음)에 수용하는 것이 바람직하다. 외장재로서는, 종래 공지된 금속관 케이스를 사용할 수 있는 것 외에, 알루미늄을 포함하는 라미네이트 시트를 사용한 발전 요소를 덮을 수 있는 주머니 형상의 케이스를 사용할 수 있다. 라미네이트 시트는 형상의 자유도가 높기 때문에, 좁은 공간에 실장하기 쉬운 것 외에, 팽창 수축이 큰 부극 재료를 사용한 전지에도 적절하게 적용할 수 있다.In the lithium ion
금속관 케이스 타입의 외장체는 강도를 갖기 때문에, 관 내의 발전 요소가 다소 팽창 수축해도 흡수할 수 있어, 셀의 두께 변화는 발생하지 않는다. 또한, 관의 재질, 판 두께의 설계 및 외장관과 발전 요소의 클리어런스 등을 검토함으로써, 원하는 강도 및 크기를 갖는 관 케이스를 얻는 것이 가능하다.Since the outer casing of the metal pipe case type has strength, even if the power generating element in the pipe is expanded or contracted slightly, the thickness of the cell does not change. It is also possible to obtain a tube case having a desired strength and size by examining the material of the tube, the design of the plate thickness, and the clearance between the outer tube and the power generation element.
고분자-금속 복합 라미네이트 시트로서는, 특별히 제한되지 않고, 고분자 필름 사이에 금속 필름을 배치해 전체를 적층 일체화하여 이루어지는 종래 공지의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 고분자 필름을 포함하여 이루어지는 외장 보호층(라미네이트 최외층), 금속 필름층, 고분자 필름을 포함하여 이루어지는 열 융착층(라미네이트 최내층)과 같이 배치하여 전체를 적층 일체화하여 이루어지는 것을 들 수 있다.The polymer-metal composite laminate sheet is not particularly limited, and conventionally known ones in which a metal film is disposed between the polymer films so that the entire laminated body is integrated can be used. Concretely, a laminate is formed by laminating together a heat-sealable layer (laminate innermost layer) comprising an outer protective layer (laminate outermost layer) comprising a polymer film, a metal film layer and a polymer film, have.
그 중에서도 특히, 형상의 자유도가 높은 알루미늄 라미네이트 필름의 외장체를 사용하는 것이 바람직하다. 알루미늄 라미네이트라 함은 알루미늄을 포함하는 적층물을 말한다. 알루미늄 라미네이트 필름의 구체적인 형태로서는, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 알루미늄, 나일론을 이 순서대로 적층하여 이루어지는 3층 구조의 라미네이트 필름 등을 들 수 있지만, 이들에 전혀 제한되는 것은 아니다.In particular, it is preferable to use an aluminum laminate film having a high degree of freedom in shape. Aluminum laminate refers to a laminate containing aluminum. Specific examples of the aluminum laminate film include a laminate film of a three-layer structure formed by laminating polypropylene (PP), aluminum, and nylon in this order, but the present invention is not limited thereto.
이상 설명한 형태의 2차 전지가, 이미 설명한 2차 전지 시스템(1) 중의 2차 전지(2)로서 사용되게 된다.The secondary battery of the above-described type is used as the
[실시예][Example]
여기서, 본 실시 형태를 적용한 실시예를 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 효과를 비교하기 위한 비교예를 설명한다. 단, 본 발명의 기술적 범위가 이하의 실시예에 나타내는 형태에만 제한되는 것은 아니다.Here, an embodiment to which the present embodiment is applied will be described. A comparative example for comparing the effects of the present embodiment will be described. However, the technical scope of the present invention is not limited to the forms shown in the following embodiments.
<실시예><Examples>
(1) 리튬 이온 2차 전지의 제작(1) Production of lithium ion secondary battery
정극 활물질로서 Li[Ni0 .5Mn0 .3Co0 .2]O2, 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 및 도전재로서 아세틸렌 블랙을 94 : 3 : 3의 중량비로 혼합한 후, N-메틸-2-피롤리돈으로 분산시켜서 정극 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 20㎛의 알루미늄박에 코팅한 후, 건조 압연하여 정극을 제조하였다. 부극 활물질로서 인조 흑연, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무 및 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스를 96 : 3 : 1의 중량비로 혼합한 후, 물에 분산시켜서 부극 활물질의 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 10㎛의 동박 위에 코팅한 후, 건조 압연하여 부극을 제조하였다.As a positive electrode active material Li [Ni Mn 0 .3 0 .5 0 .2 Co] O 2, acetylene black 94 as polyvinylidene fluoride (PVDF) and a conductive material as a binder: and mixed in a weight ratio of 3: 3 And dispersed with N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry. This slurry was coated on an aluminum foil having a thickness of 20 mu m and then dried and rolled to prepare a positive electrode. Styrene-butadiene rubber as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber as a binder, and carboxymethyl cellulose as a thickener were mixed at a weight ratio of 96: 3: 1 and dispersed in water to prepare a slurry of negative active material. This slurry was coated on a copper foil having a thickness of 10 mu m and then dried and rolled to prepare a negative electrode.
시험용 전지로서, 정극 및 부극을, 세퍼레이터를 개재하여, 부극 8매, 정극 7매를 각각 적층한 것을, 상기 전지 외장재인 라미네이트 필름 안에 수납하였다. 그 후, 세퍼레이터로부터 정극 집전체, 부극 집전체의 각각을 대향하는 면으로부터 돌출시켜, Al로 이루어진 정극 단자 리드, Ni로 이루어진 부극 단자 리드를 용접하였다. 이어서, 정극 단자 리드, 부극 단자 리드를 각각 전지의 대향하는 변으로부터 돌출시켜 외장 라미네이트 필름에 끼워 넣고, 주연부의 3변을 가열 용착하였다. 그 후, 에틸렌카르보네이트(EC)와 디에틸카르보네이트(DEC)를 체적%로 3 : 7의 비율로 혼합한 용액에, LiPF6 전해질의 농도를 1M으로서 용해시킨 후에, 비닐렌카르보네이트(VC), 숙시노니트릴을 각각 1.5 중량%, 0.5 중량%, 첨가, 용해하여 전해액을 제작하였다. 이 전해액을, 3변을 밀봉한 외장 안에 주액해 전체를 밀봉하였다. 계속해서, 초기 충전, 에이징을 실시하여, 리튬 이온 2차 전지를 제조하였다.As a test battery, eight positive electrodes and seven positive electrodes were stacked on a positive electrode and a negative electrode via a separator, respectively, and these were stacked in a laminate film as a battery outer cover material. Thereafter, each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector was protruded from the opposing face from the separator, and a positive electrode terminal lead made of Al and a negative electrode terminal lead made of Ni were welded. Subsequently, the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead were respectively protruded from the opposite sides of the battery and sandwiched in the external laminate film, and the three sides of the periphery were heat-welded. Thereafter, the concentration of the LiPF 6 electrolyte was dissolved to 1 M in a mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 3: 7, and then vinylene carbonate (VC), and succinonitrile were added and dissolved in an amount of 1.5 wt% and 0.5 wt%, respectively, to prepare an electrolytic solution. This electrolytic solution was poured into an enclosure sealed at three sides to seal the whole. Subsequently, initial charging and aging were performed to produce a lithium ion secondary battery.
또한, 이미 얻고 있던 온도 25℃에서의 단위 면적당의 정극, 부극의 충방전 용량을 기초로 하여, AC 밸런스는 1.2로 설정하였다.The AC balance was set to 1.2 based on the charge / discharge capacity of the positive electrode and the negative electrode per unit area at a temperature of 25 占 폚 that had already been obtained.
(2) 충방전 용량의 측정(25℃)(2) Measurement of charging / discharging capacity (25 ° C)
상기 (1)에서 제작한 리튬 이온 2차 전지를, 이하의 조건으로 정전류 정전압 충전 및 정전류 방전에 의한 충방전 시험을 실시하였다.The lithium ion secondary battery produced in the above (1) was subjected to a charge-discharge test by constant-current constant-voltage charging and constant-current discharge under the following conditions.
충전 : 충전 상한 전압 : 4.2V, 충전 시간 : 2.5 시간, C레이트 : 1CCharging: Charging upper limit voltage: 4.2 V, Charging time: 2.5 hours, C rate: 1 C
방전 : 방전 하한 전압 : 2.5V, C레이트 : 1CDischarge: Lower discharge voltage: 2.5V, C rate: 1C
분위기 온도 : 25℃Ambient temperature: 25 ℃
얻어진 충전 용량은 A(Ah), 방전 용량은 B(Ah)로 한다.The obtained charge capacity is A (Ah) and the discharge capacity is B (Ah).
(3) 각 온도에서의 충방전 용량의 측정(3) Measurement of charge / discharge capacity at each temperature
상기 (2)의 실시 후에, 리튬 이온 2차 전지의 온도를 다양하게 변경하고, 그 이외의 조건은 (2)와 마찬가지로 하여 충방전 용량을 측정하였다. 얻어진 각 온도에서의 충전 용량과, 25℃에서의 충전 용량이 일치하는 충전 전압으로부터, 온도-상한 전압의 대응표(표 1)를 작성하였다.After the execution of the above (2), the temperature of the lithium ion secondary battery was variously changed, and the charging / discharging capacity was measured in the same manner as in (2). The correspondence table of the temperature-upper limit voltage (Table 1) was prepared from the charging voltage at which the charging capacity at each temperature obtained coincides with the charging capacity at 25 占 폚.
그리고 이 대응표에 따라, 실시 형태와 같이 충전 시의 상한 전압을, 2차 전지 온도에 따라서 제어해 충방전을 반복하였다. 그 후, 리튬 이온 2차 전지를 보아도 부극측에 리튬의 석출은 확인되지 않았다.In accordance with this correspondence table, the charge / discharge was repeated by controlling the upper limit voltage at the time of charging according to the secondary battery temperature as in the embodiment. Thereafter, precipitation of lithium on the negative electrode side was not observed even when the lithium ion secondary battery was observed.
<비교예><Comparative Example>
<실시예>의 (2)에서 얻어진 리튬 이온 2차 전지에 대하여, 25℃ 이상의 2차 전지 온도로 바꾼 것 이외는, <실시예>의 (2) 기재의 조건으로 충방전 용량의 측정을 하였다.The charge-discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained in (2) of Example was measured under the conditions described in (2) of Example, except that the secondary battery temperature was changed to 25 占 폚 or more .
이 비교예에서는, 온도 상승에 대하여 충전 용량은 단조 증가이며, 25℃에서의 값과의 차이가 현저할 경우에는, 부극측에 리튬의 석출이 확인되었다. 게다가, 실시예 및 비교예는 모두 숙시노니트릴을 넣고 있다. 그리고 비교예로부터 알 수 있는 바와 같이, 간단히 숙시노니트릴을 넣은 것만으로는, 부극에서의 리튬 석출을 억제할 수 없는 것을 알 수 있다. 한편, 실시예와 같이, 온도에 따라서 상한 전압을 제어함으로써, 부극에서의 리튬 석출을 방지할 수 있었던 것을 알 수 있다.In this comparative example, the charging capacity was monotonous with respect to the temperature rise, and when the difference from the value at 25 캜 was remarkable, precipitation of lithium was confirmed on the negative electrode side. In addition, the examples and comparative examples all contain succinonitrile. As can be seen from the comparative example, it can be seen that lithium precipitation in the negative electrode can not be suppressed by simply adding succinonitrile. On the other hand, it can be seen that lithium precipitation in the negative electrode can be prevented by controlling the upper limit voltage according to the temperature as in the embodiment.
이들 실시예, 비교예의 결과로부터, 온도에 따라서 충전 시에 2차 전지가 도달하는 전압(상한 전압)을 제어함으로써, 부극에서의 리튬 석출을 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 실시 형태의 제어에 의해, 부극에서의 리튬 석출을 원인으로 하는 전해액 중에 있어서의 리튬 이온의 감소에 수반하는 에너지 밀도의 저하를 방지할 수 있다.From the results of these Examples and Comparative Examples, it was found that lithium precipitation in the negative electrode can be prevented by controlling the voltage (upper limit voltage) reached by the secondary battery upon charging according to the temperature. Therefore, by the control of the present embodiment, it is possible to prevent a reduction in the energy density due to the reduction of lithium ions in the electrolytic solution caused by the lithium precipitation in the negative electrode.
또한, 이들 실시예 및 비교예로부터 AC 밸런스를 1보다 큰 값으로 유지하기 위해서는, 2차 전지의 온도가 상승할수록 상한 전압을 내리게 되는 것을 알 수 있다.From these Examples and Comparative Examples, it can be seen that, in order to maintain the AC balance at a value larger than 1, the upper limit voltage decreases as the temperature of the secondary battery rises.
[제2 실시 형태][Second Embodiment]
제2 실시 형태는, 미리 결정된 타입의 리튬 이온 2차 전지에 충전을 행하기 위한 2차 전지 제어 장치다(소위 충전기가 되는 것임).The second embodiment is a secondary battery control device (so-called charger) for charging a predetermined type of lithium ion secondary battery.
도 7은, 본 제2 실시 형태에 의한 2차 전지 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도면에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부여하였다.7 is a block diagram showing the configuration of a secondary battery control apparatus according to the second embodiment. In the drawings, members having the same configuration and functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
이 2차 전지 제어 장치(100)는 충전을 행하는 리튬 이온 2차 전지를 세트하기 위한 2차 전지 홀더(8)를 갖는다. 그리고 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전압 센서(3), 온도 센서(4), 전압 전류 조정부(5), 전류 센서(6), 제어부(7)를 구비한다.This secondary
여기서, 전압 센서(3)는 2차 전지 홀더(8)에 세트된 리튬 이온 2차 전지의 정극-부극 간의 전압을 측정한다. 또한, 온도 센서(4)는 동일하게 2차 전지 홀더(8)에 세트된 리튬 이온 2차 전지의 온도를 측정한다. 그 밖에 각 부재의 구성, 기능은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명은 생략한다.Here, the
그리고 본 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 충전 순서에 의해, 2차 전지 홀더(8)에 세트된 2차 전지에 대하여, 측정된 온도에 따라서 충전 시의 상한 전압을 제어한다.In the second embodiment, the upper limit voltage at the time of charging is controlled in accordance with the measured temperature with respect to the secondary battery set in the
여기서, 충전을 행하는 리튬 이온 2차 전지는, 미리 그 온도와 상한 전압의 관계가 정해져 있다. 그러나 이미 설명한 바와 같이, 2차 전지(2)는 그 구성(정극 활물질의 조성, 사용량, 정극 및 부극의 크기, 전해질의 조성 등)으로부터, 동일한 구성이 것이면, 온도와 상한 전압의 관계도 동일하다. 따라서, 샘플이 되는 2차 전지(하나라도 좋지만 바람직하게는 복수)에 의해 작성된 온도와 상한 전압의 대응표를 미리 2차 전지 제어 장치(100) 내에 기억해 두면, 동일한 타입의 2차 전지(2)에 대하여 온도에 따라서 상한 전압을 제어하여 충전할 수 있다. 또한, 복수 타입의 2차 전지(2)에 대응시키기 위해, 타입마다 온도 대 상한 전압의 대응표를 미리 제어부(7) 내의 메모리에 기억시켜 두고, 2차 전지 홀더(8)에 세트되는 2차 전지의 타입에 따라서, 대응표를 전환하여 사용하도록 해도 된다. 또한, 온도 대 상한 전압의 대응표는, 제어부(7) 내의 메모리에 들어 있는 것을 교체하도록 해도 된다.Here, the relationship between the temperature and the upper limit voltage is predetermined in the lithium ion secondary battery to be charged. However, as described above, the
[실시 형태의 효과][Effect of Embodiment]
이어서, 이상 설명한 제1 및 제2 실시 형태에 의한 효과를 설명한다.Next, the effects of the first and second embodiments described above will be described.
(1) 본 제1 및 제2 실시 형태는 2차 전지의 온도와 상한 전압의 대응 정보를 사용하여, 2차 전지의 온도에 따라서 충전 시에 있어서의 2차 전지의 상한 전압을 제어하는 것으로 했으므로, 2차 전지의 온도가 변화해도 AC 밸런스를 일정하게 유지할 수 있다. 이로 인해, 부극에 있어서의 리튬 석출을 방지하여, 리튬의 석출에 수반하는 에너지 밀도의 저하를 방지할 수 있다.(1) In the first and second embodiments, the upper limit voltage of the secondary battery at the time of charging is controlled in accordance with the temperature of the secondary battery using the information of the temperature and the upper limit voltage of the secondary battery , The AC balance can be kept constant even if the temperature of the secondary battery changes. As a result, lithium precipitation in the negative electrode is prevented, and reduction in energy density accompanying precipitation of lithium can be prevented.
또한, 본 제1 및 제2 실시 형태에서는, 2차 전지로서는, 종래부터 있는 구조나 각 재료 조성의 것을 그대로 사용할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 종래 기술(특허 문헌 1)과 같이, 새로운 조성의 첨가물, 또는 그러한 첨가물이 가해진 전해액 등을 제조할 필요가 없는 것이다. 이로 인해 지금까지 개발, 생산되어 온 2차 전지를 그대로 사용할 수 있어 2차 전지 시스템(1)을 구성한 경우에도, 2차 전지의 비용 상승은 없다.In the first and second embodiments, as the secondary battery, a conventional structure or a material composition can be used as it is. That is, in the present embodiment, it is not necessary to produce an additive of a new composition or an electrolytic solution to which such additive is added as in the prior art (Patent Document 1). As a result, the secondary battery which has been developed and produced so far can be used as it is, so that the cost of the secondary battery is not increased even when the
(2) 본 제1 및 제2 실시 형태는 AC 밸런스가 1보다 큰 값이 되도록 했으므로, AC 균형이 깨져서 부극 용량에 대하여 정극 용량이 너무 많아져, 부극에 리튬이 석출되는 현상을 방지할 수 있다.(2) In the first and second embodiments, since the AC balance is set to a value larger than 1, the AC balance is broken and the positive electrode capacity is excessively increased with respect to the negative electrode capacity, thereby preventing lithium from precipitating in the negative electrode .
(3) 본 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 정극 용량에 온도 의존성이 있는 육방정 층상 구조를 갖는 정극 활물질을 사용한 리튬 이온 2차 전지를 충전할 때에 효과적이며, 전해액 중에 용해되어 있는 리튬 이온이, 부극에서 리튬으로서 석출되는 것을 방지할 수 있다.(3) In the first and second embodiments, when the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material having the hexagonal layered structure having the temperature dependency on the positive electrode capacity is charged, the lithium ion dissolved in the electrolyte Can be prevented from being precipitated as lithium in the negative electrode.
(4) 본 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 2차 전지의 정극 활물질로서, 구체적으로는, 예를 들어 리튬과 니켈을 포함하는 복합 산화물, 리튬과 망간을 포함하는 복합 산화물, 리튬과 코발트를 포함하는 복합 산화물 등이다. 이러한 정극 활물질을 사용한 경우에 있어서의 부극에서의 리튬 이온의 석출을 방지할 수 있다.(4) In the first and second embodiments, as the positive electrode active material of the secondary battery, specifically, for example, a composite oxide containing lithium and nickel, a composite oxide containing lithium and manganese, And the like. It is possible to prevent precipitation of lithium ions in the negative electrode when such a positive electrode active material is used.
(5) 제2 실시 형태에 있어서는, 2차 전지 홀더(8)를 구비하는 것으로 하였으므로, 2차 전지를 2차 전지 홀더(8)에 세트하고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 충전함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지로 2차 전지의 에너지 밀도의 저하를 방지할 수 있다.(5) In the second embodiment, since the
(6) 또한, 제1 및 제2 실시 형태는 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차나 연료 전지차나 하이브리드 연료 전지 자동차 등의 대용량 전원으로서, 고체적 에너지 밀도, 고체적 출력 밀도가 구해지는 차량 구동용 전원이나 보조 전원에 사용되고 있는 2차 전지의 충전에 적절하게 이용할 수 있다.(6) In addition, the first and second embodiments are a large-capacity power source such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle, in which a power source for driving a vehicle for obtaining a solid energy density and a solid output density It can be suitably used for charging the secondary battery used in the auxiliary power source.
이상, 본 발명을 적용한 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이들 실시 형태나 실시예에 한정되는 것은 아니다.While the embodiments and the examples to which the present invention has been applied have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples.
예를 들어, 2차 전지(2)의 형태로서는, 적층형의 편평한 리튬 이온 2차 전지를 예로 들어 설명했지만, 권회형의 리튬 이온 전지, 나아가 원통형 형상의 것을 변형시켜서 직사각 형상의 편평한 형상으로 한 것이라도 되는 등, 특별히 제한되는 것은 아니다.For example, as a form of the
또한, 본 발명은 용량에 온도 의존성이 있는 육방정 층상 구조를 갖는 3원계 정극 활물질을 시청한 2차 전지에 적합하기는 하지만, 본 발명은 반드시 이러한 3원계 정극 활물질에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 망간산 리튬 등 온도 의존성이 없는 정극 활물질을 사용한 2차 전지라도, 본 발명을 적용하여, 현재 온도에 대응하는 상한 전압을 엄밀하게 관리함으로써, 부극에서의 리튬 석출을 방지하여 에너지 밀도의 저하를 방지할 수 있다.Further, although the present invention is suitable for a secondary battery that watches a ternary positive electrode active material having a hexagonal layered structure having a temperature dependency on capacity, the present invention is not necessarily limited to such a ternary positive electrode active material. For example, even in a secondary battery using a positive electrode active material having no temperature dependency such as lithium manganese oxide, the present invention is applied to strictly control the upper limit voltage corresponding to the current temperature, thereby preventing lithium precipitation in the negative electrode, Can be prevented.
그 밖에, 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 구성을 기초로 하여 여러 가지 변형 형태가 가능한 것은 물론이다.In addition, it goes without saying that the present invention can be variously modified on the basis of the constitution described in the claims.
1 : 2차 전지 시스템
2 : 2차 전지
3 : 전압 센서
4 : 온도 센서
5 : 전압 전류 조정부
6 : 전류 센서
7 : 제어부
8 : 2차 전지 홀더
10 : 리튬 이온 2차 전지
11 : 정극 집전체
12, 32 : 정극 활물질층
13, 35 : 전해질층
14 : 부극 집전체
15, 33 : 부극 활물질층
16, 36 : 단전지층
17, 37 : 발전 요소
18, 38 : 정극 탭
19, 39 : 부극 탭
20 : 정극 단자 리드
21 : 부극 단자 리드
22 : 전지 외장재
30 : 쌍극형 리튬 이온 2차 전지
31 : 쌍극형 리튬 이온 2차 전지의 집전체
31a : 정극측의 최외층 집전체
31b : 부극측의 최외층 집전체
34 : 쌍극형 전극
34a : 정극측 전극
34b : 부극측 전극
38a : 정극측 최외층 집전체의 더욱 외측의 집전판
39a : 부극측 최외층 집전체의 더욱 외측의 집전판
43 : 절연층(시일부)
50 : 적층형의 편평한 리튬 이온 2차 전지
52 : 전지 외장재(라미네이트 필름)
57 : 발전 요소
58 : 정극 탭
59 : 부극 탭
100 : 2차 전지 제어 장치1: Secondary battery system
2: secondary battery
3: Voltage sensor
4: Temperature sensor
5: Voltage &
6: Current sensor
7:
8: Secondary battery holder
10: Lithium ion secondary battery
11: positive electrode current collector
12, 32: Positive electrode active material layer
13, 35: electrolyte layer
14: anode collector whole
15, 33: Negative electrode active material layer
16, 36:
17, 37: Power generation elements
18, 38: positive electrode tab
19, 39: negative electrode tap
20: Positive terminal lead
21: Negative terminal lead
22: Battery enclosure
30: Bipolar Lithium Ion Rechargeable Battery
31: collector of bipolar lithium ion secondary battery
31a: Outermost layer current collector on the positive electrode side
31b: Outermost layer collector on the negative electrode side
34: bipolar electrode
34a: positive electrode
34b: negative electrode
38a: a collector plate on the outer side of the outermost layer collector on the positive electrode side
39a: a collector plate on the outer side of the outermost collector layer on the negative electrode side
43: insulating layer (sealing portion)
50: stacked flat lithium ion secondary battery
52: Battery exterior material (laminated film)
57: Elements of power generation
58: positive electrode tab
59: Negative electrode tab
100: secondary battery control device
Claims (6)
상기 2차 전지의 온도를 측정하는 온도 센서와,
상기 2차 전지의 정극과 부극 사이의 전압을 측정하는 전압 센서와,
상기 온도 센서에 의해 측정된 상기 2차 전지의 온도가 상승하는 것에 수반하여, 충전 시에 있어서의 상기 2차 전지의 상한 전압을 낮추도록 제어하는 제어부를 갖고,
상기 제어부는, 부극 용량/정극 용량의 값을 1보다 큰 값으로 하기 위한 상기 2차 전지의 온도 대 상한 전압으로 이루어지는 대응 정보를 기억하고 있고, 당해 대응 정보로부터 취득한 상한 전압과 상기 전압 센서에 의해 측정된 2차 전지의 전압을 비교하여, 상기 2차 전지의 전압이 상기 상한 전압 미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지 시스템.A secondary battery,
A temperature sensor for measuring a temperature of the secondary battery;
A voltage sensor for measuring a voltage between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery,
And a control unit for controlling to lower the upper limit voltage of the secondary battery at the time of charging as the temperature of the secondary battery measured by the temperature sensor rises,
The control unit stores correspondence information composed of the temperature of the secondary battery and the upper limit voltage for setting the value of the negative electrode capacity / positive electrode capacity to a value larger than 1, and the upper limit voltage obtained from the corresponding information and the voltage And the voltage of the secondary battery is compared with the voltage of the secondary battery so that the voltage of the secondary battery is controlled to be less than the upper limit voltage.
2차 전지의 온도를 측정하는 온도 센서와,
상기 2차 전지의 정극과 부극 사이의 전압을 측정하는 전압 센서와,
상기 온도 센서에 의해 측정된 상기 2차 전지의 온도가 상승하는 것에 수반하여, 충전 시에 있어서의 상기 2차 전지의 상한 전압을 낮추도록 제어하는 제어부를 갖고,
상기 제어부는, 부극 용량/정극 용량의 값을 1보다 큰 값으로 하기 위한 상기 2차 전지의 온도 대 상한 전압으로 이루어지는 대응 정보를 기억하고 있고, 당해 대응 정보로부터 취득한 상한 전압과 상기 전압 센서에 의해 측정된 2차 전지의 전압을 비교하여, 상기 2차 전지의 전압이 상기 상한 전압 미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지 제어 장치.A secondary battery holder for setting a lithium ion secondary battery to be charged,
A temperature sensor for measuring the temperature of the secondary battery,
A voltage sensor for measuring a voltage between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery,
And a control unit for controlling to lower the upper limit voltage of the secondary battery at the time of charging as the temperature of the secondary battery measured by the temperature sensor rises,
The control unit stores correspondence information composed of the temperature of the secondary battery and the upper limit voltage for setting the value of the negative electrode capacity / positive electrode capacity to a value larger than 1, and the upper limit voltage obtained from the corresponding information and the voltage And controls the voltage of the secondary battery to be less than the upper limit voltage by comparing the voltages of the secondary batteries.
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