JP5430794B2 - リチウムイオン二次電池の充電方法 - Google Patents
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Description
本発明の充電方法は、Siの超微粒子がSiO2中に分散した構造を持つ複合材料(SiOx)のような、Siを含む負極材料を用いたリチウムイオン二次電池(以下Si含有リチウムイオン二次電池と記述する)を対象とし、同二次電池を充電する場合に特有の特徴を有するものである。従って、この項の説明では、実施の形態についての説明に先立ち、Si含有リチウムイオン二次電池に関し、本発明の基礎となる特有の特性について説明する。
(1)各区間の充電時間の関係
tT1(T1区間の充電時間)<tT2(T2区間の充電時間)
(2)各区間における充電量の関係
tT1*Iq<tT2*Iq (Iqは充電電流)
(3)各区間における温度勾配の関係
ΔT1(T1区間温度勾配)>ΔT2(T2区間温度勾配)
(4)各区間における温度増加量の関係
δT1(T1区間温度増加量)≧δT2(T2区間温度増加量)
(5)CC区間の充電に伴う発熱総量=δT1+δT2
このように、Si含有リチウムイオン二次電池は、T1区間における短時間で大きく発熱し、T2区間での発熱はT1区間に比べ抑制され、もしくは同等である。従って、CC区間における総発熱量を抑制するためには、T1区間における温度上昇を抑制する事が効果的である。これを考慮して、以下に説明する本発明の実施の形態における充電方法は、T1区間に対応するCC充電領域では小電流で充電を行い、T2区間に対応するCC充電領域では、従来と同様の大電流で充電することを特徴とする。また、T2区間の終了期間を充電率80%を超える区域まで広げることができる。
本発明の実施の形態1におけるリチウムイオン二次電池の充電方法について、図2を参照して説明する。図2において、横軸は時間、縦軸は電流、充電率、及び温度を示す。
本発明の実施の形態2におけるリチウムイオン二次電池の充電方法は、大略、実施の形態1の方法と同様である。本実施の形態では、実施の形態1の場合の切替時間ts1が切替時間ts2によって置き換えられる。従って、図1、図2に示した内容は、切替時間ts1以外は本実施の形態でも共通であり、得られる効果も実施の形態1の場合と同様である。
本発明の実施の形態3におけるリチウムイオン二次電池の充電方法も、大略、実施の形態1の方法と同様である。図1、図2に示した内容は、本実施の形態でも共通であり、実施の形態1と同様の原理に基づく。本実施の形態は、充電開始前にリチウムイオン二次電池の充電状態を判定するステップを有する点が、実施の形態1とは相違する特徴であり、これにより、更に充電時間を短縮する効果が向上する。
Claims (10)
- 所定の設定電圧までは定電流(CC)充電を行うステップと、前記設定電圧に達してからは、定電圧(CV)充電に切換えて前記設定電圧を維持するように充電電流を減少させながら充電を行うステップとからなる定電流定電圧(CCCV)充電によりリチウムイオン二次電池を充電する方法であって、
前記リチウムイオン二次電池は、Siを含む負極材料を用いて構成され、前記CC充電の期間において、充電の進行に伴い電池の温度が上昇する際の温度上昇勾配に変化点Taが存在し、前記変化点Taを境界とする初期のT1区間における温度上昇勾配が前記T1区間に続くT2区間における温度上昇勾配よりも急峻である特性を有し、
予め測定により得た、充電率が0%の状態から前記CC充電を開始して前記変化点Taが発生した時点に対応する充電時間tTに基づき、切替時間tsを、tT≦ts≦(tT×1.2)の範囲で設定し、
前記CC充電の期間には、充電開始から前記切替時間tsが経過するまでは第1電流値によりCC充電を行い、前記切替時間tsが経過した後は前記第1電流値よりも大きな第2電流値によりCC充電を行うことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 所定の設定電圧までは定電流(CC)充電を行うステップと、前記設定電圧に達してからは、定電圧(CV)充電に切換えて前記設定電圧を維持するように充電電流を減少させながら充電を行うステップとからなる定電流定電圧(CCCV)充電によりリチウムイオン二次電池を充電する方法であって、
前記リチウムイオン二次電池は、Siを含む負極材料を用いて構成され、前記CC充電の期間において、充電の進行に伴い電池の温度が上昇する際の温度上昇勾配に変化点Taが存在し、前記変化点Taを境界とする初期のT1区間における温度上昇勾配が前記T1区間に続くT2区間における温度上昇勾配よりも急峻である特性を有し、
予め測定により得た、充電率が0%の状態から前記CC充電を開始して前記変化点Taが発生した時点に対応する充電時間tTに基づき、切替時間tsを、tT≦ts≦(tT×1.2)の範囲で設定し、
充電を開始する前に、前記リチウムイオン二次電池の充電状態を判定し、前記CC充電の期間には、
前記充電状態が前記変化点Taの前の状態であれば、充電開始から前記切替時間tsが経過するまでは第1電流値によりCC充電を行い、前記切替時間tsが経過した後は前記第1電流値よりも大きな第2電流値によりCC充電を行い、
前記充電状態が前記変化点Taを超えた状態であれば、前記第1電流値よりも大きな第2電流値によりCC充電を行うことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 充電を開始する前に、前記リチウムイオン二次電池の充電率を測定し、
前記充電率が10%以下であった場合には、前記充電状態が前記変化点Taの前の状態であると判定し、
充電率が10%を超えていた場合には、前記充電状態が前記変化点Taを超えた状態と判定する請求項2に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 前記充電時間tTとして、充電率が0%の状態から充電を開始して充電率が10%に達するまでの充電時間tT10を用い、前記切替時間tsとして切替時間ts1を、tT10≦ts1≦(tT10×1.2)の範囲で設定する請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 前記充電時間tTとして、充電率が0%の状態から充電を開始して前記温度上昇勾配の変化点が検出されるまでの充電時間tTAを用い、前記切替時間tsとして切替時間ts2を、tTA≦ts2≦(tTA×1.2)の範囲で設定する請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 満充電状態の前記リチウムイオン二次電池を1時間で放電可能な電流値を1Cとするとき、前記第1電流値を、0.7〜0.8Cの範囲内に設定する請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 前記第2電流値を、1.5C以上に設定する請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 前記T2区間の終了時の充電率が80%を超えるように設定する請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 前記リチウムイオン二次電池は、前記負極材料として、Siの超微粒子がSiO2中に分散した構造を持つ複合材料(SiOx)を用いて構成された請求項1〜8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
- 前記複合材料(SiOx)は、珪素に対する酸素の原子比xが0.5≦x≦1.5である材料を含むコアと、コアの表面を被覆する炭素の被覆層とで構成されている請求項9に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
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