非水电解质二次电池的充放电方法及充放电系统技术方案

包含正极、具备负极集电体的负极、和非水电解质，且充电时在负极析出锂金属、放电时锂金属溶解于非水电解质中的非水电解质二次电池的充放电方法，包括充电步骤、和在充电步骤之后进行的放电步骤。充电步骤包括以电流密度为1.0mA/cm2以下的第1电流I1进行恒定电流充电的第1步骤、和第1步骤之后的以大于第1电流I1的第2电流I2进行恒定电流充电的第2步骤。放电步骤中，放电相当于满充电量的20％以上且80％以下的电量。80％以下的电量。80％以下的电量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质二次电池的充放电方法及充放电系统


[0001]本专利技术涉及非水电解质二次电池的充放电方法及充放电系统。

技术介绍

[0002]以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池具有高能量密度和高输出功率，有望作为智能手机等移动设备的电源、电动汽车等车辆的动力源、太阳光等自然能源的贮藏装置等。
[0003]但是，为了实现电池的高容量化，研究了在充电时在负极集电体上析出锂金属、在放电时该锂金属溶解的类型的非水电解质二次电池(例如专利文献1)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2001
‑
243957号公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]但是，难以控制锂金属的析出形态，枝晶生成的抑制不充分。在充电时在负极集电体上以枝晶状析出的锂金属，在放电时自负极集电体侧开始溶解，因此所析出的锂金属的一部分在放电时容易自负极(导电网络)孤立。随着反复充放电，锂金属自负极的孤立化进展，循环特性容易降低。
[0009]用于解决问题的方案
[0010]鉴于上述，本专利技术的一方案涉及包含正极、具备负极集电体的负极、和非水电解质，且充电时在前述负极析出锂金属、放电时前述锂金属溶解于前述非水电解质中的非水电解质二次电池的充放电方法，所述充放电方法包括充电步骤、和在前述充电步骤之后进行的放电步骤，前述充电步骤包括以电流密度为1.0mA/cm2以下的第1电流I1进行恒定电流充电的第1步骤、和前述第1步骤之后的以大于前述第1电流I1的第2电流I2进行恒定电流充电的第2步骤，前述放电步骤中，放电相当于满充电量的20％以上且80％以下的电量。
[0011]本专利技术的其他方案涉及一种非水电解质二次电池的充放电系统，其具备非水电解质二次电池和充放电装置，前述非水电解质二次电池包含正极、具备负极集电体的负极、和非水电解质，且充电时在前述负极析出锂金属、放电时前述锂金属溶解于前述非水电解质中，前述充放电装置具备充电控制部、和放电控制部，前述充电控制部以下述方式控制充电：以电流密度为1.0mA/cm2以下的第1电流I1进行第1恒定电流充电，前述第1恒定电流充电之后，以大于前述第1电流I1的第2电流I2进行第2恒定电流充电，前述放电控制部以下述方式控制放电：放电相当于满充电量的20％以上且80％以下的电量。
[0012]专利技术的效果
[0013]根据本专利技术，可以提高非水电解质二次电池的循环特性。
[0014]将本专利技术的新特征记载于随附的权利要求书，但是本专利技术涉及技术特征和内容这
两者，与本专利技术的其他目的和特征合并，通过对照附图的以下的详细说明进一步充分理解。
附图说明
[0015]图1为非水电解质二次电池的恒定电流充电时的负极的利用扫描电子显微镜(SEM)得到的图像。图1的(a)表示充电电流值为0.05C时的充电率50％下的负极集电体上的锂金属的析出状态。图1的(b)表示充电电流值为0.2C时的充电率50％下的负极集电体上的锂金属的析出状态。
[0016]图2为本专利技术的一实施方式的非水电解质二次电池的充放电系统的概略结构图。
[0017]图3为将本专利技术的一实施方式的充放电方法和充放电系统中使用的非水电解质二次电池的一部分切下而得到的概略立体图。
具体实施方式
[0018][非水电解质二次电池的充放电方法][0019]本专利技术的一实施方式的非水电解质二次电池的充放电方法，涉及包含正极、具备负极集电体的负极、和非水电解质，且充电时在负极析出锂金属、放电时该锂金属溶解于非水电解质中的非水电解质二次电池的充放电方法。上述充放电方法包括充电步骤、和在充电步骤之后进行的放电步骤。充电步骤包括以电流密度为1.0mA/cm2以下的第1电流I1进行恒定电流充电的第1步骤、和第1步骤之后的以大于第1电流I1的第2电流I2进行恒定电流充电的第2步骤。放电步骤中，放电相当于满充电量的20％以上且80％以下的电量。即，放电至后述的放电率达到20％、80％以下。
[0020]需要说明的是，电流密度(mA/cm2)指的是每正极与负极的单位对置面积(1cm2)的电流密度，利用与负极对置的正极复合材料层(或正极活性物质层)的总面积(以下也称为正极的实效总面积)，除被施加到电池的电流值来求出。对于正极的实效总面积，例如正极在正极集电体的两面具有正极复合材料层的情况下，指的是两面的正极复合材料层的总面积(也就是说两面的各正极复合材料层对正极集电体的一表面和另一表面的投影面积的总计)。
[0021]通常，通过充电步骤使电池形成满充电状态。需要说明的是，满充电状态的电池指的是被充电至形成推定为被充电额定容量份的电压(例如4.1V)的电池。满充电量指的是充电至完全放电状态的电池形成满充电状态时的充电电量。完全放电状态的电池指的是被放电至形成推定为被放电额定容量份的电压(例如3V)的电池。以下，被充电的电量相对于满充电量的比率称为充电率。被放电的电量相对于满充电量的比率称为放电率。满充电状态时，充电率为100％。完全放电状态时，放电率为100％。
[0022]进行上述的充电步骤和放电步骤的情况下，放电时锂金属自负极孤立化得到抑制，由于该孤立化所导致的容量降低得到抑制。由于反复充放电所伴随的上述孤立化的进展导致的循环特性的降低得到抑制。
[0023]第1步骤(充电初期)中，第1电流I1时的电流密度小、为1.0mA/cm2以下，容易在负极集电体上以块状(粒状)析出锂金属。块状Li在放电时难以孤立化。第2步骤中，与第1步骤相比增大充电速率、能够实现充电时间的缩短。第2步骤中，以某种程度析出枝晶状的锂金属，但是析出于在充电初期(主要是第1步骤)析出的块状Li上，容易与块状Li牢固地一体化，放
电时Li的孤立化得到抑制。第1电流I1可以为0.1C以下。
[0024]放电相当于满充电量的20％以上且80％以下的电量的情况下，放电步骤结束时容易在负极集电体的表面充分残留块状Li。由此，在整个充放电在负极集电体上维持优质的块状Li，充电时锂金属在优质的块状Li上切实地析出，与块状Li牢固地一体化，放电时的Li的孤立化得到抑制。放电步骤结束时的放电率可以为50％以上且80％以下、也可以为50％以上且75％以下。
[0025]需要说明的是，(1/X)C表示用X小时恒定电流充电或恒定电流放电相当于额定容量的电量时的电流值。例如0.1C为用10小时恒定电流充电或恒定电流放电相当于额定容量的电量时的电流值。
[0026](充电步骤)
[0027]第1步骤中，可以充电相当于充电步骤的总充电电量(充电步骤中被充电的总电量)的5％以上且15％以下的电量。此时，容易使块状Li充分析出。另外，此时，通过与放电至20％以上且80％以下的放电率的放电步骤组合，在整个充放电容易在负极集电体上维持充分量的优质的块状Li。例如充放电步骤不包括后述的预充电步骤的情况下，可以通过初次的充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非水电解质二次电池的充放电方法，其为包含正极、具备负极集电体的负极、和非水电解质，且充电时在所述负极析出锂金属、放电时所述锂金属溶解于所述非水电解质中的非水电解质二次电池的充放电方法，所述充放电方法包括充电步骤、和在所述充电步骤之后进行的放电步骤，所述充电步骤包括以电流密度为1.0mA/cm2以下的第1电流I1进行恒定电流充电的第1步骤、和所述第1步骤之后的以大于所述第1电流I1的第2电流I2进行恒定电流充电的第2步骤，所述放电步骤中，放电相当于满充电量的20％以上且80％以下的电量。2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述第1步骤中，以0.1C以下的所述第1电流I1进行恒定电流充电。3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述第1步骤中，充电相当于所述充电步骤的总充电电量的5％以上且15％以下的电量。4.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述充电步骤在所述第2步骤之后包括以第3电流I3进行恒定电流充电的第3步骤，所述第2电流I2大于所述第1电流I1、并且电流密度为4.0mA/cm2以下，所述第3电流I3大于所述第2电流I2、并且电流密度为4.0mA/cm2以上。5.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述第2步骤中，以大于所述第1电流I1、并且0.4C以下的所述第2电流I2进行恒定电流充电，所述第3步骤中，以大于所述第2电流I2、并且0.4C以上的所述第3电流I3进行恒定电流充电。6.根据权利要求4或5所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述第1步骤中，以所述第1步骤的充电电量成为所述充电步骤的总充电电量的15％以下的方式进行恒定电流充电，所述第2步骤中，以所述第1步骤和所述第2步骤合在一起的充电电量成为所述充电步骤的总充电电量的50％以下的方式进行恒定电流充电。7.根据权利要求1～6中任一项所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其在初次的所述充电步骤之前还包括以电流密度为0.5mA/cm2以下的电流I0进行恒定电流充电的预充电步骤。8.根据权利要求7所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述预充电步骤中，以0.05C以下的所述电流I0进行恒定电流充电。9.根据权利要求1～8中任一项所述的非水电解质二次电池的充放电方法，其中，所述正极包含：具有层状岩盐型的晶体结构、且含有锂和镍的复合氧化物，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：福冈隆弘，蚊野聪，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：