JP2017059386A - 電池パックおよび充電制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[電池パック]
実施形態の電池パックは、非水電解質二次電池と、測定部と、演算部と、充放電コントローラとを具備する。非水電解質二次電池は、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備する。測定部は、この非水電解質二次電池の充放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定し、その測定結果を出力値として演算部へと伝達する。演算部は、測定部より伝達された出力値に基づいて、充放電の際の時間当たりの電圧変化を算出し、この電圧変化に基づいて充放電曲線における電圧平坦部の電位位置を導出する。充放電コントローラは、基準として設定されている電位に対し、その電位位置が低下した量を算出し、その電位低下量と同じ分だけ規定値より低下させた値に最大充電電圧を再設定する。
実施形態の電池パックが具備する非水電解質二次電池1について説明する。以下においては、スタック電極群を内包するラミネート外装の非水電解質二次電池を例とした図4および図5を用いて説明するが、非水電解質二次電池の電極群の形式や外装は、下記の例に限定されるものではなく、従来から知られている捲回式電極群や金属缶外装などであってもよい。
正極11は、正極活物質を含有し、他に炭素等の電子導電性を有する物質や、結着剤を含むことができ、電子導電性を有する金属等の基材を集電体として、その集電体に接して用いる。
負極12は、負極活物質としてチタン含有複合酸化物を含み、この負極活物質を導電材や結着剤等を用いて、ペレット状、薄板状もしくはシート状に成形したものである。
前記セパレータ13としては、ポリオレフィン多孔質膜、セルロース不織布、ポリエチレンテレフタレート不織布、ポリオレフィン不織布を用いることができる。水やアルコール系の不純物の持ち込みを防止できることから、ポリオレフィン多孔質膜やポリオレフィン不織布が望ましい。また、不織布は粘度の高いスルホン系非水電解質の含浸性に優れるために望ましい。ただし、セルロース不織布は低価格であるという利点を有するものの吸湿性が高く、不純物として水を電池内に持ち込みやすいため、使用する場合は真空乾燥による水の除去が望ましい。異種の膜を積層したセパレータや、上記セパレータ3に非伝導性物質の層を形成して短絡防止機能や含浸性向上機能を持たせたセパレータを用いることもできる。
非水電解液は、溶媒にリチウム塩を溶かしたものである。溶媒としてエチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、ジメチルカーボネート(dimethylcarbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methylethylcarbonate;MEC)、ジエチルカーボネート(diethylcarbonate;DEC)、γ−ブチロラクトン (gamma-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、酢酸エチル(ethylacetate;EA)、トルエン、キシレンまたは酢酸メチル(methylacetate;MA)などを用いることができる。
外装材14として金属や樹脂製の缶もしくはラミネート外装を用いることができる。金属缶としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の角型の容器を用いることができる。また、プラスチック、セラミック等の角型容器を用いることもできる。ラミネート外装としては、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属に樹脂層を合わせたラミネート材を熱融着により袋状にして用いる。特に、ラミネート外装は、内部ガス発生時に、電池外観の変化として測定可能であるため、望ましい。
実施形態に係る充電制御方法では、正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備した非水電解質二次電池の充電時に、最大充電電圧を変動させる。ここで、該非水電解質二次電池を充電もしくは放電した際に得られる充放電曲線における電圧平坦部の電圧が、電圧平坦部の基準電圧と比較して低下した分と同じ値だけ、最大充電電圧を規定値より低下させる。具体的には、充電制御方法では、対象の非水電解質二次電池の充電もしくは放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定することと、測定した電圧の値に基づいて前記充電もしくは放電に際する時間当たりの電圧変化を算出し、前記電圧変化に基づいて前記充電に際する充電曲線もしくは前記放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置を算出することと、前記電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を規定値より低下させることとを含む。
以下、実施形態に係る実施例を、図表を用いて詳細に説明する。以下の実施例における非水電解質二次電池は図4に示した電池構造を採用している。
正極活物質としてリチウム含有コバルト複合酸化物(LiCoO2)粉末20重量%とリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)粉末70重量%を用い、導電剤としてアセチレンブラック2重量%およびグラファイト3重量%を用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を用いた。N−メチルピロリドン(NMP)を溶媒としてこれら正極活物質と導電剤とバインダーとをスラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥、圧延して幅67mm、長さ92mmの正極シートを複数作成した。各正極シートにおいて、アルミニウム箔の長さ方向末端5mm部分をスラリーの塗布されていない未塗布部分とした。この未塗布部分に幅5mm厚さ0.1mmのアルミニウムリボンを3箇所溶接して正極タブとした。こうして帯状正極シートを作製した。
正極活物質としてオリビン型リチウム鉄複合リン酸化合物(LiFePO4)粉末90重量%、導電剤としてアセチレンブラック5重量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして帯状正極シートを作製した。
負極活物質としてニオブチタン複合酸化物(Nb2TiO7)粉末を用い、非水電解質として、プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2に混合したものにLiPF6を1M溶解したものを用いたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。また、この非水電解質二次電池を用いて、実施例3の電池パックを作製した。
実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池には、測定部と演算部と充放電コントローラとの充電制御機構を実装しないこと以外は、実施例1と同様な構成の電池パックを作製した。これを比較例1の電池パックとした。
実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池には、測定部と演算部と充放電コントローラとの充電制御機構を実装しないこと以外は、実施例2と同様な構成の電池パックを作製した。これを比較例2の電池パックとした。
実施例3と同様にして非水電解質二次電池を作製した。この非水電解質二次電池には、測定部と演算部と充放電コントローラとの充電制御機構を実装しないこと以外は、実施例3と同様な構成の電池パックを作製した。これを比較例3の電池パックとした。
実施例1〜3並びに比較例1〜3の電池パックに対し、充放電サイクル試験を実施した。充放電サイクル試験における通算サイクル数は200サイクルだった。それぞれの電池パックについてのサイクル試験の詳細は、以下のとおりである。
Claims (8)
- 正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備する非水電解質二次電池と、
前記非水電解質二次電池の充電もしくは放電の際に、一定時間ごとに該非水電解質二次電池の電圧を測定する測定部と、
前記測定部から出力される出力値に基づいて前記充電もしくは放電に際する時間当たりの電圧変化を算出し、前記電圧変化に基づいて前記充電に際する充電曲線もしくは前記放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置を算出する演算部と、
前記電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ最大充電電圧を規定値より低下させる充放電コントローラとを具備する電池パック。 - 前記充放電コントローラは、前記1以上の電圧平坦部のうち、前記電位低下量が最大である電圧平坦部の電位低下量と同じ値だけ前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項1に記載の電池パック。
- 前記測定部は一定時間ごとに測定される前記電圧ごとの前記非水電解質二次電池の電流値をさらに測定し、前記演算部は前記測定部から出力される出力値に基づいて前記電流値と前記電圧との微分曲線をさらに算出し、前記充放電コントローラは前記微分曲線における1以上のピークの何れかのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項1に記載の電池パック。
- 前記充放電コントローラは前記1以上のピークのうち、ピーク強度が最大であるピークのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項3に記載の電池パック。
- 正極と、チタン含有複合酸化物を含む負極と、非水電解質と、セパレータとを具備した非水電解質二次電池の充電制御方法であって、該非水電解質二次電池の充電に際する充電曲線もしくは放電に際する放電曲線における1以上の電圧平坦部の何れかの電位位置が基準電位から低下した電位低下量と同じ値だけ、最大充電電圧を規定値より低下させる充電制御方法。
- 前記1以上の電圧平坦部のうち、前記電位低下量が最大である電圧平坦部の電位低下量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項5に記載の充電制御方法。
- 前記充電もしくは放電に際する時間当たりの電流値と電圧との微分曲線とを算出し、前記微分曲線における1以上のピークの何れかのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項5に記載の充電制御方法。
- 前記1以上のピークのうち、ピーク強度が最大であるピークのピーク位置のシフト量と同じ値だけ、前記最大充電電圧を前記規定値より低下させる請求項7に記載の充電制御方法。
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