JP2011159537A - リチウムイオン二次電池パック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リチウムイオン二次電池パック1は電池とその単電池2もしくは組電池3の電圧および温度を単電池単位もしくは組電池単位で電圧および電流を制御する制御装置とを有する。制御装置4は電圧検出部11と、温度検出部12と、電流検出部13と、選択部14と、充放電制御部15と、停止条件判定部16と、記憶部17と、バイパス動作制御部18と、通信部19とを備え、電圧・温度を取得し、記憶装置に記憶された停止上限電圧、停止上限温度と比較し停止条件に到達したことが判定されると所定時間回路を開回路状態にした後、電圧を取得し、電池の容量を算出する。定常駆動するリチウムイオン二次電地の容量と同等の容量まで放電し、放電させた単電池2または組電池を再使用に復帰させることができる。
【選択図】図2
Description
(1)開回路中に15≦t<30秒の一定間隔で電圧をモニターする場合、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が(0.1−0.6dt)mV/min以上になった時間であることが好ましい。
(2)開回路中に0.5≦dt<1分の一定間隔で電圧をモニターする場合、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が(―0.1−0.2dt)mV/min以上になった時間であることが好ましい。
(3)開回路中に1≦dt<2分の一定間隔で電圧をモニターする場合、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が(―0.2−0.1dt)mV/min以上になった時間であることが好ましい。
(4)開回路中に2≦dt≦5分の一定間隔で電圧をモニターする場合、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が―0.4mV/min以上になった時間であることが好ましい。
(5)制御の簡素化および精度の確保の両立を考えると1≦dt≦2分の間でモニターするのが好ましく、dt=2分でモニターするのが制御の簡素化の点で最も好ましい。
(式2)で表される鎖状カーボネート
(式1)で表される環状カーボネートの前記溶媒における組成比率が18.0vol%から30.0vol%の範囲であり、(式2)で表される鎖状カーボネートの前記溶媒における組成比率が70.0vol%から82.0vol%の範囲であり、前記添加剤が分子軌道計算によって求めたLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)エネルギーの値がエチレンカーボネートにおける計算値よりも低い(計算上耐還元性が劣る)値を示す物質であり、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)エネルギーがビニレンカーボネートにおける計算値と同等もしくは低い(計算上耐酸化性が優れる)値を示す物質である前記添加剤全量の前記混合溶媒と電解質塩とからなる溶液全重量に対し0wt%から20wt%の範囲であって、前記電解質として、LiPF6又はLiBF4で表されるリチウム塩のうちいずれかひとつを含み、前記電解質の濃度が、前記溶媒と前記添加剤の総量に対して0.5mol/Lから2.0mol/Lの範囲である前記溶媒、前記添加剤、前記電解質からなる電解液を有する構成が最も精度良く効果を示す。
図7は、本発明が適用されるリチウムイオン二次電池の捲回型電池の断面模式図である。
定常駆動用の放電下限電圧を2.7Vとし、充電上限電圧を4.1Vとしたサイクルを5サイクル行い、その後、4.1V(SOC100%)から各電流レートでSOC150%、200%、250%、300%まで1Cレート(2mA/cm2)で過充電しその後30分間の休止状態の電圧プロファイルを観察した。
2 リチウム二次電地(単電池)
3 モジュール(組電池)
4 制御装置
5 コネクタ
6 アプリケーション(外部負荷)
11 電圧検出部
12 温度検出部
13 電流検出部
14 選択部
15 充放電制御部
16 停止条件判定部
17 記憶部
18 バイパス動作制御部
19 通信部
21 セル電圧計測装置
22 バランシング回路
23 セル温度計測部
24 選択装置(マルチプレクサ)
25 温度センサ
26、26A、26B メイン用リレー
27、27A 27B バイパス用リレー
28、28A、28B プリチャージ用リレー
31 正極電極層
32 正極集電体
33 負極活物質合剤(負極材ペースト)
34 負極集電体
35 正極リード部
36 負極リード部
37 セパレータ
38 電池缶
39 電解質
40 破裂弁
41 正極端子部
42 ガスケット
43 電池蓋
Claims (20)
- リチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池の単電池もしくは組電池の電圧および温度を単電池単位もしくは組電池単位で電圧および電流を制御する制御装置とを有するパックであって、
前記制御装置は、制御手段として、アプリケーションの定常駆動用の充電上限電圧とは別に、充電上限電圧以上の非定常な過充電における停止上限電圧と、前記リチウムイオン二次電池の非定常な温度上昇における停止上限温度が設けてあり、
前記制御装置は、前記リチウムイオン二次電池の単電池もしくは組電池の過充電における停止上限電圧到達もしくは停止上限温度到達による停止後、停止したリチウムイオン二次電池の単電池もしくは組電池を所定時間開回路状態にさせ、所定時間後の前記停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の電圧値から電池の容量を算出し、定常駆動するリチウムイオン二次電池の単電池もしくは組電池と同等の容量まで放電し、前記定常駆動するリチウムイオン二次電池の単電池もしくは組電池と同等の容量まで放電したリチウムイオン二次電池の単電池もしくは組電池をアプリケーションの定常駆動用に再復帰させることが可能なリチウムイオン二次電池パック。 - 制御装置における停止上限電圧の設定値が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の値であり、あらかじめ前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池と同じ仕様の電極、電解液およびセパレータ構成からなる電池において、定常駆動用の充電上限電圧から1Cレートの定電流充電を2時間行い、その後15分以上開回路状態にさせた後の開回路電圧値であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 制御装置における停止上限電圧の設定値が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の値であり、あらかじめ前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池と同じ仕様の電極、電解液およびセパレータ構成からなる電池において、定常駆動用の充電上限電圧から1Cレートの定電流充電を2時間行い、その後15分以上60分未満開回路状態にさせた後の開回路電圧値であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 制御装置における停止上限電圧の設定値が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の値であり、あらかじめ前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池と同じ仕様の電極、電解液およびセパレータ構成からなる電池において、定常駆動用の充電上限電圧から1Cレートの定電流充電を2時間行い、その後15分以上30分未満開回路状態にさせた後の開回路電圧値であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の開回路中に15≦dt<30秒の一定間隔で電圧をモニターし、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が(0.1−0.6dt)mV/min以上になった時間であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の開回路中に0.5≦dt<1分の一定間隔で電圧をモニターし、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が(―0.1−0.2dt)mV/min以上になった時間であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の開回路中に1≦dt<2分の一定間隔で電圧をモニターし、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が(―0.2−0.1dt)mV/min以上になった時間であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の開回路中に2≦dt≦5分の一定間隔で電圧をモニターし、開回路中にdt間隔でモニターした電圧変化dVおよびモニター時間dtからなる関数dV/dtの値が―0.4mV/min以上になった時間であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 請求項3〜6に記載のモニター時間を決定する関数dV/dtの値が30分のモニター時間を越えても到達しない場合、電圧モニターを終了し停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池を再復帰させないことを特徴とする請求項3〜6に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 制御装置における停止上限温度の設定値が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の値であり、あらかじめ前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池と同じ仕様の電極、電解液およびセパレータ構成からなる電池において、定常駆動用の充電上限電圧から1Cレートの定電流充電を2時間行い、その後30分開回路状態にさせた後の正極および負極の電極を取り出しジメチルカーボネートで洗浄し、前記洗浄した電極の示差走査熱量測定を行い、正極もしくは負極のうち80℃以上において最も低い温度でかつ活物質重量に対して3W/g以上の発熱量で検出されるピークトップの温度とすることを特徴とした請求項2、9に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の電圧値からの電池容量の算出方法が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の方法であり、あらかじめ前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池と同じ仕様の電極、電解液およびセパレータ構成からなる電池において、定常駆動用の放電下限電圧から充電上限電圧まで1Cレート以下の低電流での定電流充電を行い、その際の電圧と容量の関係式を制御装置に組み込み計算させる方法であることを特徴とする請求項10に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の電圧値からの電池容量の算出方法が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の方法であり、前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池の単電池および組電池において、アプリケーション駆動前に定常駆動用の放電下限電圧まで1Cレート以下の低電流での定電流放電を行い、15分以上の開回路状態後、放電下限電圧から充電上限電圧まで1Cレート以下の低電流での定電流充電を行い、その際の電圧と容量の関係式を制御装置に組み込み計算させる方法であることを特徴とする請求項10に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 停止上限電圧および停止上限温度によって停止したリチウムイオン二次電池の単電池および組電池の電圧値からの電池容量の算出方法が、リチウムイオン二次電池パックに搭載するリチウムイオン二次電池固有の方法であり、前記リチウムイオン二次電池パックに詰めるリチウムイオン二次電池の単電池および組電池において、アプリケーション駆動前および定期的に定常駆動用の放電下限電圧まで1Cレート以下の低電流での定電流放電を行い、15分以上の開回路状態後、放電下限電圧から充電上限電圧まで1Cレート以下の低電流での定電流充電を行い、その際の電圧と容量の関係式を前記定期的に更新し制御装置に組み込み計算させる方法であることを特徴とする請求項10に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- リチウムイオン二次電池がLi遷移金属酸化物の活物質を主体とする活物質合剤を含む正極と炭素の活物質を主体とする活物質合剤を含む負極と有機電解液とを含むリチウムイオン二次電池パックにおいて、前記正極の活物質がLiMnxM1yM2zO2(式中、M1がCo,Niから選ばれる少なくとも1種、M2がCo,Ni,Al,B,Fe,Mg,Crから選ばれる少なくとも1種、x+y+z=1,0.2≦x≦0.6,0.2≦y≦0.6,0.05≦z≦0.4)で表されるLi遷移金属酸化物であり、前記負極の活物質がX線回折により求めた(002)面の平均面間隔が、0.38nm以上0.40nm以下である炭素であり、前記有機電解液が複数の溶媒と添加剤と電解質とを含み、前記溶媒として、(式1)で表される環状カーボネート
(式2)で表される鎖状カーボネート
を含み、
(式1)で表される環状カーボネートの前記溶媒における組成比率が18.0vol%から30.0vol%の範囲であり、(式2)で表される鎖状カーボネートの前記溶媒における組成比率が70.0vol%から82.0vol%の範囲であり、前記添加剤が分子軌道計算によって求めたLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)エネルギーの値がエチレンカーボネートにおける計算値よりも低い(計算上耐還元性が劣る)値を示す物質であり、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)エネルギーがビニレンカーボネートにおける計算値と同等もしくは低い(計算上耐酸化性が優れる)値を示す物質である前記添加剤全量の前記混合溶媒と電解質塩とからなる溶液全重量に対し0wt%から20wt%の範囲であって、前記電解質として、LiPF6又はLiBF4で表されるリチウム塩のうちいずれかひとつを含み、前記電解質の濃度が、前記溶媒と前記添加剤の総量に対して0.5mol/Lから2.0mol/Lの範囲である前記溶媒、前記添加剤、前記電解質からなる電解液を有することを特徴とする請求項11、12、13に記載のリチウムイオン二次電池パック。 - 前記環状カーボネートが、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートの少なくとも一つを含み、前記鎖状カーボネートが、ジメチルカーボネート又はエチルメチルカーボネートの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項14に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 前記環状カーボネートがエチレンカーボネートであって、前記鎖状カーボネートがジメチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートであることを特徴とする請求項14に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 前記エチルメチルカーボネートに対する前記ジメチルカーボネートの体積比が、1.0以上1.4以下であることを特徴とする請求項14に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 制御装置における停止上限電圧の設定値が4.7V〜4.6Vの範囲であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 制御装置における停止上限温度の設定値が90〜110℃の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
- 制御装置における停止上限電圧の設定値が4.7V〜4.6Vの範囲であり、停止上限温度の設定値が90〜110℃の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池パック。
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CN109638351A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-04-16 | 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 | 一种兼顾高低温性能的高电压电解液及其锂离子电池 |
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