锂离子二次电池的充电方法、充电装置和电力供给装置制造方法及图纸

本发明专利技术的锂离子二次电池的充电方法，它使用具有正极、负极和含有锂盐的非水电解质溶液的锂离子二次电池，该正极包含以至少含有Ｌｉ、Ｍｎ和Ｎｉ作为金属成分的复合金属氧化物作为正极活性物质，包含在相当于满足２Ｃ≤ｎＣ≤６０Ｃ表示的条件的一个设定值ｎＣ的设定充电电流值Ｉ１下，进行定电流充电的定电流充电工序。本发明专利技术的充电装置可为应充电的锂离子二次电池充电，其至少具有将电力供给锂离子二次电池的电源；根据本发明专利技术的充电方法，在充电时控制上述电源部，调节锂离子二次电池的充电率的充电控制部。本发明专利技术的电力供给装置至少具有锂离子二次电池和给锂离子二次电池充电的充电装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子二次电池的充电方法、充电装置和电力供给装置。
技术介绍
因为锂离子二次电池具有高容量，高能量密度，充放电循环特性 好，充放电循环特性好，可长期保持额定输出等特点，因此大多作为 移动电话、笔记本型电脑，PDA等机器的驱动电源使用。在锂离子二次电池的充电中通常使用定电流定电压方式。在定电 流定电压(CCCV)方式中，首先利用定电流进行充电至给定的上限电 压，然后，保持在该电压。当进入定电压模式时，由于电流值衰减， 在达到规定的电流值时刻充电结束(参照特开平5-111184号公报)。
技术实现思路
然而，锂离子二次电池的充电，由于锂离子二次电池使用电阻大 的非水溶剂作为电解质溶液的溶剂，达到电池完全充电要花费时间。 由于在上述移动或无线机器的驱动电源中，要求急速充电，因此希望 縮短锂离子二次电池的充电时间。在上述定电流定电压方式的充电方法中，为了縮短充电时间，有 在定电流充电区间将充电电流值设定为较高的充电方法或将上限电压 值设定得较高的方法。然而，在使用LiCo02作为正极活性物质的锂离 子二次电池等中，在过大电流或过大电压下进行充电的情况下，正极 活性物质中的Li过分脱离，格子被破坏，产生充放电循环特性变坏的 问题。由于这样，现有的锂离子二次电池的充电，在负极活性物质为碳系材料的情况下，在将上限电压值设为+4.2V，在1CA[相当于锂离子二次电池的额定容量值(Ah)的电流值]下，进行定电流充电，然后， 需要以+4.2V士0.05V的高精度充电电压值边控制边进行定电压充电。 另外，在负极活性物质为钛酸锂的情况下，需要将上限电压值控制为 +2.7V,定电压充电时的电压值控制为+2.7V土0.05V。在这种条件下进 行充电时，通常需要2 8小时的充电时间。本专利技术是考虑上述现有技术的问题而提出的，其目的是要提供一 种不会使充放电循环特性显著降低，可以用比目前短的时间进行充电 的锂离子二次电池的充电方法，充电装置和电力供给装置。本专利技术者为了达到上述目的进行了精心研究，结果发现，如上所 述，目前在1CA[相当于锂离子二次电池的额定容量值(Ah)的电流值] 以下的条件下，进行定电流充电，不论业界一般的认识如何，作为正 极活性物质使用特定的复合金属氧化物，而且采用在相当于超过电池 额定容量值的值的特定电流值下，进行定电流充电，可以极有效地达 到上述目的，从而完成了本专利技术。艮口本专利技术的锂离子二次电池的充电方法，其特征为，使用具有 正极、负极和含有锂盐的非水电解质溶液的锂离子二次电池，该正极 包含作为正极活性物质的复合金属氧化物，该复合金属氧化物至少含 有Li、 Mn和Ni作为金属成分，所述充电方法包含在相当于满足下式 (1)表示的条件的一个设定值nC的设定充电电流值Il下，进行定电 流充电的定电流充电工序，2C《nC《60C…(1) [式1中，C表示上述锂离子二次电池的额定容量值，n表示2 60的 数值。J在本专利技术中，负极和正极构成的电极为可进行锂离子(或金属锂) 作为氧化还原种参与的电子移动反应的反应场。另外，所谓进行电 子移动反应是指作为应被搭载的机器的电源或辅助电源所要求的电 池寿命范围内，进行上述电子移动反应。在本说明书中，负极是以 电池放电时的极性为基准的电极，是通过放电时的氧化反应而放出电 子的电极。另外，所谓正极是以电池放电时的极性为基准的电极， 是通过放电时的还原反应接收电子的电极。上述设定充电电流值Il设定为相当于满足上式(l)表示的条件的 一个设定值nC的值。例如，在令使用的锂离子二次电池的额定容量值(C)为1Ah (1000mAh)，只在定电流充电下进行充电的情况下，在 本专利技术中，由于设定充电电流值Il设定为相当于在2C 60C范围内设 定的一个设定值nC的值，实际的设定充电电流值II为在2A (2000mA) 60A (60000mA)范围内设定的一个电流值。在单位用 Ah表示的额定容量值C的情况下，设定充电电流值II的单位为A， 在单位用mAh表示额定容量值C的情况下，设定充电电流值II的单 位为mA。例如，在n为5，额定容量值C为lAh的情况下，nC为5Ah， 相当的设定充电电流值Il为5A。这种情况下的电流值为额定容量值C 为1Ah的电池，在12分钟内从全放电状态至满充电的电流值。在n为 10，额定容量值C为100mAh的情况下，nC为1000mAh，相当的设定 充电电流值II为1000mA。这种情况下的电流值为额定容量值C为 lOOmAh的电池，在6分钟内从全放电状态至满充电的电流值。本专利技术的锂离子二次电池的充电方法，其特征为，使用具有正极 锂离子二次电池，该正极包含作为正极活性物质的复合金属氧化物， 该复合金属氧化物至少含有Li、 Mn、 Ni作为金属成分，通过在满足上 述条件的设定充电电流值Il下，进行定电流充电的定电流充电工序， 不致使锂离子二次电池的充放电循环特性显著降低，可用比目前短的 充电时间进行充电。当设定充电电流值II不足与2C相当的电流值时，充电时间縮短 的效果不充分。另一方面，当设定充电电流值I1超过60C时，由于极 化大，电解质溶液分解，电极活性物质劣化，得不到本专利技术的效果。从容易而可靠地得到本专利技术的效果的观点来看，本专利技术锂离子二 次电池的充电方法，其特征为，上述复合金属氧化物优选为同时满足 下述一般式(I ) (IV)表示的条件的复合金属氧化物。 LixMnyNizCo(1-y-z)02 …[I] 0.85《X《1.1 ……[II]0.1《Y《0.5 ......[III]0.2《Z《0.8 ......[IV][式(1)中，X,Y和Z为同时满足式(II) (IV)的条件的数值。]当上述一般式(I)中的X不足0.85时，每克活性物质的充放电容 量有减小的倾向，当超过l.l时，每克活性物质的充放电容量也有减小 的倾向。另外，当Y不足0.1时，有活性物质热稳定性受损的倾向， 当超过0.5时，每克活性物质的充放电容量有减小的倾向。另外当Z 不足0.2时，每克活性物质的充放电容量有减小的倾向，而超过0.8时， 则活性物质的热稳定性有受损的倾向。另外，从容易和可靠地得出本专利技术的效果的观点来看，所述的锂 离子二次电池的充电方法，其特征为，上述设定充电流值Il为相当于 满足下式(2)表示的条件的一个设定值nC的充电电流值，<formula>formula see original document page 7</formula>[式(2)中，C与上述一般式(1)所述的C意义相同，n与上述 一般式(1)所述的n意义相同。]在本专利技术中，从更可靠地縮短充电时间的观点看，优选设定充电 电流值Il为相当于满足下式(7)表示的条件的一个设定值nC的充电 电流值。<formula>formula see original document page 7</formula>[式(7)中C为与上述一般式(1)所述的C意义相同，n与上述一般 式(1)中所述的n意义相同。]另外，在本专利技术中，在上述定电流充电工序中，在监视阳极电位 [Vvs.SHE]情况下进行定电流充电，直到该电位到达+1.3V +2.0V范围 内的设定电位E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池的充电方法，其特征为，使用具有正极、负极和含有锂盐的非水电解质溶液的锂离子二次电池，所述正极含有复合金属氧化物作为正极活性物质，所述复合金属氧化物至少含有Ｌｉ、Ｍｎ和Ｎｉ作为金属成分，所述锂离子二次电池的充电方法包括定电流充电工序，该定电流充电工序为：在与满足下述式（１）表示的条件的一个设定值ｎＣ相当的设定充电电流值Ｉ１下进行定电流充电，２Ｃ≤ｎＣ≤６０Ｃ…（１）式（１）中，Ｃ表示所述锂离子二次电池的额定容量值，ｎ表示２～６０的数值，所述负极中包含钛酸锂作为负极活性物质，在所述定电流充电工序中，监视电池电压，进行定电流充电直到该电压到达＋２．８Ｖ～＋３．５Ｖ范围内的设定电压值ΔＥ１。

【技术特征摘要】
JP 2003-11-20 2003-3908581.一种锂离子二次电池的充电方法，其特征为，使用具有正极、负极和含有锂盐的非水电解质溶液的锂离子二次电池，所述正极含有复合金属氧化物作为正极活性物质，所述复合金属氧化物至少含有Li、Mn和Ni作为金属成分，所述锂离子二次电池的充电方法包括定电流充电工序，该定电流充电工序为在与满足下述式(1)表示的条件的一个设定值nC相当的设定充电电流值I1下进行定电流充电，2C≤nC≤60C…(1)式(1)中，C表示所述锂离子二次电池的额定容量值，n表示2～60的数值，所述负极中包含钛酸锂作为负极活性物质，在所述定电流充电工序中，监视电池电压，进行定电流充电直到该电压到达+2.8V～+3.5V范围内的设定电压值ΔE1。2. 如权利要求1所述的锂离子二次电池的充电方法，其特征为， 还包括定电压充电工序，该定电压充电工序为在所述定电流充电工序后，保持所述设定电压值AE1而将充电电压调节至一定，在所述定电压充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭岛刚，小川和也，田中敏文，丸山哲，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]