JP3186811B2 - リチウム２次電池の充電方法 - Google Patents
リチウム２次電池の充電方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム２次電池の充
電に於て、パルス電流を充電方向と放電方向に交互に負
荷する充電方法で、特に多数回繰り返して充放電しても
内部短絡の危険性のない安全なリチウム２次電池の充電
方法に関する。
電に於て、パルス電流を充電方向と放電方向に交互に負
荷する充電方法で、特に多数回繰り返して充放電しても
内部短絡の危険性のない安全なリチウム２次電池の充電
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、益々強まる電機・電子機器の小形
軽量化、高性能化に対する市場のニーズに対応すべく、
従来の枠を越えた高エネルギー密度を有する２次電池の
開発が期待されている。金属リチウムを負極活物質とし
て用いる２次電池は、高電圧、高エネルギー密度という
優れた特性に加え、作動温度範囲が広く、保存特性が良
いなどの利点を備えており、従来のニッケル・カドミウ
ム２次電池に代わる次世代電池として注目されている。
軽量化、高性能化に対する市場のニーズに対応すべく、
従来の枠を越えた高エネルギー密度を有する２次電池の
開発が期待されている。金属リチウムを負極活物質とし
て用いる２次電池は、高電圧、高エネルギー密度という
優れた特性に加え、作動温度範囲が広く、保存特性が良
いなどの利点を備えており、従来のニッケル・カドミウ
ム２次電池に代わる次世代電池として注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属リ
チウムを負極活物質とする２次電池は、充放電を多数回
繰り返すと、負極リチウム表面からデンドライトが成長
するため、内部の電極間で短絡を起こして発火する危険
性があること、及び電子伝導的に孤立した金属リチウム
が発生することにより、充放電効率が劣化するなど、一
般市場で使用する上で多くの技術的な課題を有してい
る。この問題に対処するため負極活物質としてリチウム
合金を用いる電池、及び負極に炭素材料などを用いてリ
チウムの層間侵入反応（インターカレーション反応）を
利用する電池などが検討されているが、いずれもリチウ
ム２次電池が保有する高エネルギー密度特性を損なうも
のである。
チウムを負極活物質とする２次電池は、充放電を多数回
繰り返すと、負極リチウム表面からデンドライトが成長
するため、内部の電極間で短絡を起こして発火する危険
性があること、及び電子伝導的に孤立した金属リチウム
が発生することにより、充放電効率が劣化するなど、一
般市場で使用する上で多くの技術的な課題を有してい
る。この問題に対処するため負極活物質としてリチウム
合金を用いる電池、及び負極に炭素材料などを用いてリ
チウムの層間侵入反応（インターカレーション反応）を
利用する電池などが検討されているが、いずれもリチウ
ム２次電池が保有する高エネルギー密度特性を損なうも
のである。
【０００４】本発明は、前記課題を解決し、使用時電極
間の短絡などに起因する発火の危険性がなく、かつ充放
電サイクル特性に優れたリチウム２次電池を提供するこ
とを目的とする。
間の短絡などに起因する発火の危険性がなく、かつ充放
電サイクル特性に優れたリチウム２次電池を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
すべくなされたもので、リチウム２次電池の充電時に充
電方向と放電方向に交互にパルス電流を負荷し充電する
ことを特徴とする。即ち従来の充電方法は、連続した直
流電流で行っているのに対し、本発明では図１に示すよ
うに周波数が０．１Ｈｚないし１０ＫＨｚのパルス電流
を、充電方向に電流値が１μＡ／ｃｍ２ないし１００ｍ
Ａ／ｃｍ２、放電方向には充電方向の電流値の４分の１
以下（０を含まず）の電流値で交互に充電放電を連続繰
り返し行って、強制的にアノード電流を流すことによっ
て負極表面へのデンドライトの発生を抑制し、負極表面
への金属リチウムの折出を均一にし、長寿命でかつ安全
性に優れたリチウム２次電池を提供するものである。
すべくなされたもので、リチウム２次電池の充電時に充
電方向と放電方向に交互にパルス電流を負荷し充電する
ことを特徴とする。即ち従来の充電方法は、連続した直
流電流で行っているのに対し、本発明では図１に示すよ
うに周波数が０．１Ｈｚないし１０ＫＨｚのパルス電流
を、充電方向に電流値が１μＡ／ｃｍ２ないし１００ｍ
Ａ／ｃｍ２、放電方向には充電方向の電流値の４分の１
以下（０を含まず）の電流値で交互に充電放電を連続繰
り返し行って、強制的にアノード電流を流すことによっ
て負極表面へのデンドライトの発生を抑制し、負極表面
への金属リチウムの折出を均一にし、長寿命でかつ安全
性に優れたリチウム２次電池を提供するものである。
【０００６】即ち本発明は、１．リチウム２次電池の充
電時に、電池の充電方向と放電方向に交互にパルス電流
を負荷し、充電することを特徴とするリチウム２次電池
の充電方法である。２．請求項１記載のリチウム２次電
池の充電方法に於て、充電方向の電流値は１μＡ／ｃｍ
２ないし１００ｍＡ／ｃｍ２で、かつ放電方向の電流値
は充電方向の電流値に対応する４分の１以下（０を含ま
ず）の値であることを特徴とするリチウム２次電池の充
電方法である。３．請求項１記載のリチウム２次電池の
充電方法に於て、充電電流のパルス電流の周波数が０．
１Ｈｚないし１０ＫＨｚであることを特徴とするリチウ
ム２次電池の充電方法である。
電時に、電池の充電方向と放電方向に交互にパルス電流
を負荷し、充電することを特徴とするリチウム２次電池
の充電方法である。２．請求項１記載のリチウム２次電
池の充電方法に於て、充電方向の電流値は１μＡ／ｃｍ
２ないし１００ｍＡ／ｃｍ２で、かつ放電方向の電流値
は充電方向の電流値に対応する４分の１以下（０を含ま
ず）の値であることを特徴とするリチウム２次電池の充
電方法である。３．請求項１記載のリチウム２次電池の
充電方法に於て、充電電流のパルス電流の周波数が０．
１Ｈｚないし１０ＫＨｚであることを特徴とするリチウ
ム２次電池の充電方法である。
【０００７】
【作用】本発明によるリチウム２次電池の充電方法に於
て、充電方向の充電パルス電流の電流値の最大値は１０
０ｍＡ／ｃｍ２であり、パルス電流を用いることによ
り、通常のリチウム２次電池の充電方法より大電流で充
電することが可能となっている。ただし、１００ｍＡ／
ｃｍ２を越えると電解液が分解したり、負極のリチウム
の析出形態が不均一になり充放電特性が劣化する。一方
放電方向の電流値は、充電方向の電流値の１／４以下と
することにより、本発明の効果を発揮する。
て、充電方向の充電パルス電流の電流値の最大値は１０
０ｍＡ／ｃｍ２であり、パルス電流を用いることによ
り、通常のリチウム２次電池の充電方法より大電流で充
電することが可能となっている。ただし、１００ｍＡ／
ｃｍ２を越えると電解液が分解したり、負極のリチウム
の析出形態が不均一になり充放電特性が劣化する。一方
放電方向の電流値は、充電方向の電流値の１／４以下と
することにより、本発明の効果を発揮する。
【０００８】またパルス電流の周波数は０．１Ｈｚない
し１０ＫＨｚの範囲とするが、０．１Ｈｚ未満の周波数
領域ではパルス電流の効果が減少し、直流電流の場合と
同様な実用時のサイクル効率の劣化が見られるからであ
る。一方充電時１０ＫＨｚを越える周波数サイクルにお
いては、前記と同様に充放電特性のサイクル効率の劣化
が見られる。以上述べたような充電方法をリチウム２次
電池に適用することにより、充放電サイクル特性に優れ
たリチウム２次電池を得ることができる。
し１０ＫＨｚの範囲とするが、０．１Ｈｚ未満の周波数
領域ではパルス電流の効果が減少し、直流電流の場合と
同様な実用時のサイクル効率の劣化が見られるからであ
る。一方充電時１０ＫＨｚを越える周波数サイクルにお
いては、前記と同様に充放電特性のサイクル効率の劣化
が見られる。以上述べたような充電方法をリチウム２次
電池に適用することにより、充放電サイクル特性に優れ
たリチウム２次電池を得ることができる。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例について説明する。負極活物
質として金属リチウム、正極活物質として二酸化マンガ
ンを用い、電解液には濃度１規定の過塩素酸リチウム
（ＬｉＣｌＯ４）をプロピレンカーボネイト（ＰＣ）に
溶解させたものを用いて電池を構成した。この電池を用
いて表１に示す条件により充電及び放電のサイクル試験
を行い、サイクル度の放電時の放電容量を測定すること
により充放電特性を評価した。図２に、充電時、周波数
１００Ｈｚのパルス電流を用いて充放電のサイクル試験
を行った時の、充放電のサイクル回数に対する放電容量
の低下率（初期放電容量を１００％とする）の関係を、
表１に示す夫々の実施例の番号に対応して各充電電流値
についての放電特性を示す。なお、比較例として０．１
ｍＡ／ｃｍ２の定電流を用いて充放電を行った時の充放
電サイクル特性を同時に図２に示す。図２の特性図から
明らかなように、本発明の充電方法に於て、充電電流と
放電電流が非対称なパルス充電方法を用いることによ
り、連続した直流電流の場合に比べてリチウム電極の容
量低下が抑制され、充放電サイクル寿命が著しく向上し
ている。
質として金属リチウム、正極活物質として二酸化マンガ
ンを用い、電解液には濃度１規定の過塩素酸リチウム
（ＬｉＣｌＯ４）をプロピレンカーボネイト（ＰＣ）に
溶解させたものを用いて電池を構成した。この電池を用
いて表１に示す条件により充電及び放電のサイクル試験
を行い、サイクル度の放電時の放電容量を測定すること
により充放電特性を評価した。図２に、充電時、周波数
１００Ｈｚのパルス電流を用いて充放電のサイクル試験
を行った時の、充放電のサイクル回数に対する放電容量
の低下率（初期放電容量を１００％とする）の関係を、
表１に示す夫々の実施例の番号に対応して各充電電流値
についての放電特性を示す。なお、比較例として０．１
ｍＡ／ｃｍ２の定電流を用いて充放電を行った時の充放
電サイクル特性を同時に図２に示す。図２の特性図から
明らかなように、本発明の充電方法に於て、充電電流と
放電電流が非対称なパルス充電方法を用いることによ
り、連続した直流電流の場合に比べてリチウム電極の容
量低下が抑制され、充放電サイクル寿命が著しく向上し
ている。
【表１】
【００１０】なほ表１に於て放電側の数字の−（マイナ
ス）の符号は、放電方向を示すための表示である。図３
は、充電時のパルス電流の電流値が等しく周波数が異な
る条件で充放電のサイクル試験を行った例について、充
放電サイクル回数に対する放電容量の低下率の関係を示
す。なお連続した直流電流による充電を行い、放電した
時の比較例も同図に示す。図３の特性図から明らかなよ
うに、本発明による充電方法を用いることにより、連続
直流電流による充電の場合より充放電のサイクル寿命が
著しく向上する。
ス）の符号は、放電方向を示すための表示である。図３
は、充電時のパルス電流の電流値が等しく周波数が異な
る条件で充放電のサイクル試験を行った例について、充
放電サイクル回数に対する放電容量の低下率の関係を示
す。なお連続した直流電流による充電を行い、放電した
時の比較例も同図に示す。図３の特性図から明らかなよ
うに、本発明による充電方法を用いることにより、連続
直流電流による充電の場合より充放電のサイクル寿命が
著しく向上する。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように本発明による充電方法
に於て、充電方向と放電方向に交互にそれぞれの電流値
が充電方向は電流値１μＡ／ｃｍ２ないし１００ｍＡ／
ｃｍ２で、かつ放電方向は夫々の充電電流の４分の１以
下（０を含まず）で、かつ周波数が０．１Ｈｚないし１
０ＫＨｚのパルス電流を負荷してリチウム２次電池の充
電を行うことにより、従来の連続直流電流による充電方
法の時に比べて充放電サイクルの寿命に優れ、かつ、電
極間にデンドライトの発生することのなく、内部短絡の
危険性を除去し安全性が飛躍的に向上したリチウム２次
電池の充電方法を提供することが出来る。なお、本発明
の実施例に於いては図１に示したパルス交番電流で構成
しているが、正弦波電流、及び若干の過度現象を伴った
交番電流においても本発明と同様の効果があることは明
白である。
に於て、充電方向と放電方向に交互にそれぞれの電流値
が充電方向は電流値１μＡ／ｃｍ２ないし１００ｍＡ／
ｃｍ２で、かつ放電方向は夫々の充電電流の４分の１以
下（０を含まず）で、かつ周波数が０．１Ｈｚないし１
０ＫＨｚのパルス電流を負荷してリチウム２次電池の充
電を行うことにより、従来の連続直流電流による充電方
法の時に比べて充放電サイクルの寿命に優れ、かつ、電
極間にデンドライトの発生することのなく、内部短絡の
危険性を除去し安全性が飛躍的に向上したリチウム２次
電池の充電方法を提供することが出来る。なお、本発明
の実施例に於いては図１に示したパルス交番電流で構成
しているが、正弦波電流、及び若干の過度現象を伴った
交番電流においても本発明と同様の効果があることは明
白である。
【図１】充電時の充電電流であるパルス電流の波形を示
す図。
す図。
【図２】表１に示す実施例の番号を示す充電放電条件
と、放電容量低下率のサイクル特性を示す特性図。
と、放電容量低下率のサイクル特性を示す特性図。
【図３】表１に示す実施例の番号に示す充電放電条件
と、放電容量低下率のサイクル特性を示す特性図。
と、放電容量低下率のサイクル特性を示す特性図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−274682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−82672（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−31702（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 H02J 7/00 - 7/36
Claims (3)
- 【請求項１】 リチウム２次電池の充電時に、電池の充
電方向と放電方向に交互にパルス電流を負荷し、充電す
ることを特徴とするリチウム２次電池の充電方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のリチウム２次電池の充電
方法に於て、充電方向の電流値は１μＡ／ｃｍ２ないし
１００ｍＡ／ｃｍ２で、かつ放電方向の電流値は充電方
向の電流値に対応する４分の１以下（０を含まず）の値
であることを特徴とするリチウム２次電池の充電方法。 - 【請求項３】 請求項１記載のリチウム２次電池の充電
方法に於て、充電電流のパルス電流の周波数が０．１Ｈ
ｚないし１０ＫＨｚであることを特徴とするリチウム２
次電池の充電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34230691A JP3186811B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | リチウム２次電池の充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34230691A JP3186811B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | リチウム２次電池の充電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152002A JPH05152002A (ja) | 1993-06-18 |
| JP3186811B2 true JP3186811B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=18352708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34230691A Expired - Fee Related JP3186811B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | リチウム２次電池の充電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3186811B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10044182B2 (en) | 2013-01-21 | 2018-08-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Secondary battery, secondary battery module, power storage system, and method for operating thereof |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3740323B2 (ja) | 1998-07-31 | 2006-02-01 | キヤノン株式会社 | 二次電池の充電方法及びその装置 |
| JP4784194B2 (ja) * | 2005-08-04 | 2011-10-05 | パナソニック株式会社 | 非水電解液二次電池の製造法 |
| KR101935364B1 (ko) * | 2012-09-26 | 2019-01-07 | 삼성전자주식회사 | 2차 전지의 충전 장치 및 충전 방법 |
| WO2014109272A1 (en) | 2013-01-11 | 2014-07-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electronic device charging method |
| JP2014158414A (ja) | 2013-01-21 | 2014-08-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 蓄電体を有する車両 |
| US9787126B2 (en) | 2013-02-08 | 2017-10-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Driving method of electrochemical device |
| JP2014194925A (ja) * | 2013-02-28 | 2014-10-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 電気化学デバイス |
| TWI661641B (zh) | 2013-03-01 | 2019-06-01 | 日商半導體能源研究所股份有限公司 | 蓄電系統 |
| CN116080381A (zh) | 2016-01-29 | 2023-05-09 | 株式会社半导体能源研究所 | 轮毂及移动体 |
| WO2022130755A1 (ja) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | 株式会社スリーダム | 電池制御装置、電池回復処理方法 |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP34230691A patent/JP3186811B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10044182B2 (en) | 2013-01-21 | 2018-08-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Secondary battery, secondary battery module, power storage system, and method for operating thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05152002A (ja) | 1993-06-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |