[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2010027409A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2010027409A
JP2010027409A JP2008187995A JP2008187995A JP2010027409A JP 2010027409 A JP2010027409 A JP 2010027409A JP 2008187995 A JP2008187995 A JP 2008187995A JP 2008187995 A JP2008187995 A JP 2008187995A JP 2010027409 A JP2010027409 A JP 2010027409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium ion
positive electrode
active material
electrode active
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008187995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomitaro Hara
富太郎 原
Akira Tsujiko
曜 辻子
Daisuke Teramoto
大介 寺本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008187995A priority Critical patent/JP2010027409A/en
Publication of JP2010027409A publication Critical patent/JP2010027409A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery capable of exhibiting a stable output characteristic, and capable of detecting easily a state (charge state, abnormality or the like) thereof. <P>SOLUTION: Positive active materials contained in the lithium ion secondary battery 100 are positive active materials comprising compounds expressed by the same compositional expression (for example, LiFePO<SB>4</SB>), and for carrying out two phase coexistence type charge and discharge, and are the positive active materials (the first positive active material 153b and the second positive active material 153c) of two kinds or more different in lithium ion diffusion coefficients. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、携帯機器の電源として、また、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として注目されている。現在、リチウムイオン二次電池としては、LiMO2(Mは、Co,Ni,Mn,V,Al,Mgなど)からなる正極活物質と、グラファイトからなる負極活物質と、Li塩と非水系溶媒からなる非水電解液とを有するものが主流となっている(例えば、特許文献1〜3参照)。このリチウムイオン二次電池は、高い放電電圧を示し、高出力であるという利点がある。 Lithium ion secondary batteries are attracting attention as power sources for portable devices and as power sources for electric vehicles and hybrid vehicles. Currently, as a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material made of LiMO 2 (M is Co, Ni, Mn, V, Al, Mg, etc.), a negative electrode active material made of graphite, a Li salt, and a non-aqueous solvent are used. The thing which has the nonaqueous electrolyte solution which consists of has become the mainstream (for example, refer patent documents 1-3). This lithium ion secondary battery has the advantage of exhibiting a high discharge voltage and high output.

特開2005−336000号公報JP 2005-336000 A 特開2003−100300号公報JP 2003-100300 A 特開2003−059489号公報JP 2003-059489 A 特開2003−36889号公報JP 2003-36889 A 特開2006−12613号公報JP 2006-12613 A

ところで、特許文献1〜3に開示されているリチウムイオン二次電池は、充電時には充電するにしたがって徐々に電池電圧が上昇し、逆に、放電時には放電するにしたがって徐々に電池電圧が低下する特性を有している。このため、充放電時の電池電圧の変化が大きくなるので、出力変動が大きく、電池の充電状態(蓄電量)により出力特性が変化して使いにくいという課題があった。   By the way, the lithium ion secondary batteries disclosed in Patent Documents 1 to 3 have characteristics that the battery voltage gradually increases as the battery is charged during charging, and conversely the battery voltage gradually decreases as the battery discharges during discharging. have. For this reason, since the change of the battery voltage at the time of charging / discharging becomes large, the output fluctuation is large, and there is a problem that the output characteristics change depending on the state of charge (charged amount) of the battery and are difficult to use.

これに対し、特許文献4,5には、正極活物質として、組成式LiFePO4等で表されるオリビン構造のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた二次電池が提案されている。LiFePO4等で表されるオリビン構造のリチウム遷移金属複合酸化物は、充放電電位が充放電の際にも略一定であり、リチウムイオンを脱離・吸蔵してもほとんど変化しない。その理由は、例えば、LiFePO4で表されるオリビン構造のリチウム遷移金属複合酸化物は、Liの吸蔵・脱離時に、LiFePO4とFePO4との2相共存状態となるからであると考えられる。 On the other hand, Patent Documents 4 and 5 propose secondary batteries using, as a positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide having an olivine structure represented by a composition formula LiFePO 4 or the like. The lithium transition metal composite oxide having an olivine structure represented by LiFePO 4 or the like has a substantially constant charge / discharge potential even during charge / discharge, and hardly changes even when lithium ions are desorbed and occluded. The reason is, for example, lithium transition metal composite oxide having an olivine structure represented by LiFePO 4, when absorption and desorption of Li, believed to be because the two-phase coexistence state between LiFePO 4 and FePO 4 .

従って、LiFePO4等の2相共存型の充放電を行う正極活物質を用いることで、充電状態の変化に伴う入力密度や出力密度の変化が少なく、出力特性の安定したリチウム二次電池を構成することが可能となる。しかしながら、このようなリチウムイオン二次電池は、充放電の際、電池電圧の変化が小さくなる。このため、電池電圧に基づいて、その状態(充電状態や異常など)を検知(判断)することが難しかった。 Therefore, by using a positive electrode active material that performs charge and discharge in a two-phase coexistence type, such as LiFePO 4 , a lithium secondary battery that has little change in input density and output density due to change in charge state and stable output characteristics is configured. It becomes possible to do. However, such a lithium ion secondary battery has a small change in battery voltage during charge and discharge. For this reason, it is difficult to detect (determine) the state (charging state, abnormality, etc.) based on the battery voltage.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、安定した出力特性を発揮することができ、しかも、その状態(充電状態や異常など)を検知し易いリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the present situation, and provides a lithium ion secondary battery that can exhibit stable output characteristics and can easily detect the state (charged state, abnormality, etc.). For the purpose.

その解決手段は、正極活物質を含むリチウムイオン二次電池であって、上記正極活物質は、同一の組成式で表される化合物からなり、2相共存型の充放電を行う正極活物質であって、リチウムイオン拡散係数が異なる2種以上の正極活物質であるリチウムイオン二次電池である。   The solution is a lithium ion secondary battery including a positive electrode active material, wherein the positive electrode active material is a positive electrode active material that is composed of a compound represented by the same composition formula and performs charge and discharge in a two-phase coexistence type. And it is a lithium ion secondary battery which is 2 or more types of positive electrode active materials from which a lithium ion diffusion coefficient differs.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質として、同一の組成式で表される化合物からなり、2相共存型の充放電を行う正極活物質を用いている。このため、充電状態の変化に伴う入力密度や出力密度の変化が少なく、出力特性の安定したリチウム二次電池となる。   The lithium ion secondary battery of the present invention uses, as a positive electrode active material, a positive electrode active material made of a compound represented by the same composition formula and performing charge and discharge in a two-phase coexistence type. For this reason, the change of the input density and the output density accompanying the change of the state of charge is small, and the lithium secondary battery with stable output characteristics is obtained.

しかしながら、従来、このようなリチウムイオン二次電池は、充放電の際、電池電圧の変化が小さいので、その状態(充電状態や異常など)を検知することが難しかった。
これに対し、本発明のリチウムイオン二次電池では、同一の組成式で表される化合物からなるが、リチウムイオン拡散係数が異なる正極活物質を2種類以上混在させている。これにより、充放電時における電池電圧の挙動を下記のようにすることができるので、安定した出力特性を確保しつつも、二次電池の状態を検知し易くなる。
However, conventionally, since such a lithium ion secondary battery has a small change in battery voltage during charging and discharging, it has been difficult to detect the state (charged state, abnormality, etc.).
On the other hand, in the lithium ion secondary battery of the present invention, two or more kinds of positive electrode active materials having different lithium ion diffusion coefficients are mixed although they are composed of compounds represented by the same composition formula. Thereby, since the behavior of the battery voltage at the time of charging / discharging can be made as follows, it becomes easy to detect the state of the secondary battery while ensuring stable output characteristics.

具体的には、例えば、第1正極活物質と、第1正極活物質よりもリチウムイオン拡散係数が大きい第2正極活物質とを混在させている場合、蓄電量0%の状態から充電を開始すると、第2正極活物質に先立って、リチウムイオン拡散係数の小さい第1正極活物質においてリチウムイオンの拡散が進行する。従って、充電初期の電池電圧は、第1正極活物質での反応(Liイオンの脱離)のみに基づいた電池電圧となり、所定の充電範囲にわたって、電池電圧値がほぼ一定となる(この範囲を第1フラット範囲とする)。その後、第1正極活物質での反応(Liイオンの脱離)が終了すると、今度は、第2正極活物質での反応(Liイオンの脱離)に基づいた電池電圧となり、所定の充電範囲にわたって、電池電圧値がほぼ一定となる(この範囲を第2フラット範囲とする)。放電時は、充電時の逆になる。   Specifically, for example, when a first positive electrode active material and a second positive electrode active material having a lithium ion diffusion coefficient larger than that of the first positive electrode active material are mixed, charging is started from a state where the charged amount is 0%. Then, diffusion of lithium ions proceeds in the first positive electrode active material having a small lithium ion diffusion coefficient prior to the second positive electrode active material. Therefore, the battery voltage at the initial stage of charging is a battery voltage based only on the reaction with the first positive electrode active material (desorption of Li ions), and the battery voltage value is substantially constant over a predetermined charging range (this range is The first flat range). Thereafter, when the reaction (desorption of Li ions) in the first positive electrode active material is completed, the battery voltage is now based on the reaction (desorption of Li ions) in the second positive electrode active material, and a predetermined charging range. Over this, the battery voltage value becomes substantially constant (this range is defined as a second flat range). When discharging, the reverse of charging.

ところで、リチウムイオン拡散係数が大きくなるにしたがって、リチウムイオン拡散抵抗が大きくなるので、第2正極活物質での反応に基づく電池電圧は、第1正極活物質での反応に基づく電池電圧よりも大きくなる。例えば、第2正極活物質のリチウムイオン拡散係数が、第1正極活物質のリチウムイオン拡散係数の6倍である場合、第2正極活物質での反応に基づく電池電圧は、第1正極活物質での反応に基づく電池電圧よりも50mV程度大きくなる。   By the way, since the lithium ion diffusion resistance increases as the lithium ion diffusion coefficient increases, the battery voltage based on the reaction in the second positive electrode active material is larger than the battery voltage based on the reaction in the first positive electrode active material. Become. For example, when the lithium ion diffusion coefficient of the second positive electrode active material is six times the lithium ion diffusion coefficient of the first positive electrode active material, the battery voltage based on the reaction in the second positive electrode active material is the first positive electrode active material. It becomes about 50 mV larger than the battery voltage based on the reaction at.

このため、このリチウムイオン二次電池を充電すると、第1フラット範囲と第2フラット範囲との間で、リチウムイオン拡散抵抗差に起因した電圧差ΔVが生じることになる。換言すれば、蓄電量変化に伴う電池電圧の挙動を示す電池電圧曲線において、第1フラット範囲と第2フラット範囲との間の位置に段差Sが生じる。この電圧差ΔV(曲線上の段差S)を検知することは容易であるので、この電圧差ΔV(段差S)を検知することで、二次電池の状態を容易に検知することができる。   For this reason, when this lithium ion secondary battery is charged, a voltage difference ΔV due to the lithium ion diffusion resistance difference is generated between the first flat range and the second flat range. In other words, a step S occurs at a position between the first flat range and the second flat range in the battery voltage curve indicating the behavior of the battery voltage accompanying the change in the charged amount. Since it is easy to detect this voltage difference ΔV (step S on the curve), the state of the secondary battery can be easily detected by detecting this voltage difference ΔV (step S).

例えば、本発明のリチウムイオン二次電池の蓄電量を推定するコントローラに、予め、電池電圧曲線上の段差Sの位置における蓄電量Qの値(基準値QKとする)を記憶させておく。そして、充放電時に、コントローラが、電圧差ΔV(曲線上の段差S)を検知したとき、リチウムイオン二次電池の蓄電量が基準値QKに達したと判断することができる。   For example, the controller for estimating the storage amount of the lithium ion secondary battery of the present invention stores the value of the storage amount Q at the position of the step S on the battery voltage curve (referred to as the reference value QK) in advance. When the controller detects a voltage difference ΔV (step S on the curve) during charging / discharging, it can be determined that the amount of charge stored in the lithium ion secondary battery has reached the reference value QK.

なお、コントローラにより、電圧差ΔV(段差S)を検知する手法としては、例えば、パターンマッチング法を挙げることができる。具体的には、コントローラにおいて、所定時間毎に検出される電池電圧値に基づいてリアルタイムに電池電圧曲線を描きつつ、この電池電圧曲線と、予めコントローラに記憶させている基準の電池電圧曲線とを対比(パターンマッチング)する。これにより、充放電を行っているリチウムイオン二次電池において、電圧差ΔV(段差S)が発生したかどうかを検知することができる。   An example of a method for detecting the voltage difference ΔV (step S) by the controller is a pattern matching method. Specifically, the controller draws the battery voltage curve in real time based on the battery voltage value detected every predetermined time, and the battery voltage curve and a reference battery voltage curve stored in the controller in advance. Contrast (pattern matching). Thereby, in the lithium ion secondary battery which is charging / discharging, it can be detected whether voltage difference (DELTA) V (step S) generate | occur | produced.

さらに、二次電池の蓄電量Qの変化量dQに対する電池電圧Vの変化量dVの割合であるdV/dQの値を利用して、電圧差ΔV(段差S)の発生を検知するのが好ましい。dV/dQの値の変化量は、電池電圧Vの変化量よりも大きくなる傾向にあるので、電圧差ΔVの発生を精度良く検知できる。これにより、リチウムイオン二次電池の蓄電量が基準値QKに達したときを、正確に判断することができる。   Furthermore, it is preferable to detect the occurrence of the voltage difference ΔV (step S) using the value of dV / dQ, which is the ratio of the change amount dV of the battery voltage V to the change amount dQ of the storage amount Q of the secondary battery. . Since the amount of change in the value of dV / dQ tends to be larger than the amount of change in the battery voltage V, it is possible to accurately detect the occurrence of the voltage difference ΔV. Thereby, it is possible to accurately determine when the charged amount of the lithium ion secondary battery has reached the reference value QK.

また、前述のパターンマッチング法を用いて、電池の異常を検出することも可能である。具体的には、例えば、コントローラにおいて、所定時間毎に検出される電池電圧値に基づいて描いた電池電圧曲線上の段差Sの位置と、予めコントローラに記憶させている基準電池電圧曲線K上の段差Sの位置とが大きくずれていた場合は、電池の異常と判断することができる。また、コントローラにおいて、所定時間毎に検出される電池電圧値に基づいて描いた電池電圧曲線上に、段差Sが発生しない場合も、電池の異常と判断することができる。   It is also possible to detect battery abnormality using the pattern matching method described above. Specifically, for example, in the controller, the position of the step S on the battery voltage curve drawn based on the battery voltage value detected every predetermined time and the reference battery voltage curve K stored in advance in the controller When the position of the step S is greatly deviated, it can be determined that the battery is abnormal. Further, when the step S does not occur on the battery voltage curve drawn based on the battery voltage value detected every predetermined time in the controller, it can be determined that the battery is abnormal.

なお、正極活物質としては、例えば、LiFe(1-X)XPO4(Mは、Mn,Cr,Co,Cu,Ni,V,Mo,Ti,Zn,Al,Ga,B,Nbの少なくともいずれかであり、0≦X≦0.1)で表される化合物を挙げることができる。LiFe(1-X)XPO4で表される化合物であって、リチウムイオン拡散係数が異なるものを、2種以上混在させれば良い。なお、正極活物質を作製するときの焼成条件(焼成温度や焼成時間など)を異ならせることで、リチウムイオン拡散係数を異ならせることができる。 As the positive electrode active material, for example, LiFe (1-X) M x PO 4 (M is Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, B, Nb). And a compound represented by 0 ≦ X ≦ 0.1). Two or more kinds of compounds represented by LiFe (1-X) M X PO 4 and having different lithium ion diffusion coefficients may be mixed. Note that the lithium ion diffusion coefficient can be varied by varying the firing conditions (such as firing temperature and firing time) when the positive electrode active material is manufactured.

また、正極活物質として、LiMn(1-X)XPO4(Mは、Cr,Co,Cu,Ni,V,Mo,Ti,Zn,Al,Ga,B,Nbの少なくともいずれかであり、0≦X≦0.1)、あるいは、LiCo(1-X)XPO4(Mは、Cr,Cu,Ni,V,Mo,Ti,Zn,Al,Ga,B,Nbの少なくともいずれかであり、0≦X≦0.1)で表される化合物を用いても良い。LiMn(1-X)XPO4あるいはLiCo(1-X)XPO4であって、リチウムイオン拡散係数が異なるものを、2種以上混在させれば良い。 Also, as the positive electrode active material, LiMn (1-X) M X PO 4 (M is, Cr, Co, Cu, Ni , V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, B, is at least one of Nb , 0 ≦ X ≦ 0.1) or LiCo (1-X) M x PO 4 (M is at least one of Cr, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, B, and Nb. And a compound represented by 0 ≦ X ≦ 0.1) may be used. Two or more LiMn (1-X) M X PO 4 or LiCo (1-X) M X PO 4 having different lithium ion diffusion coefficients may be mixed.

さらに、上記のリチウムイオン二次電池であって、前記正極活物質は、いずれも、LiFe(1-X)XPO4(Mは、Mn,Cr,Co,Cu,Ni,V,Mo,Ti,Zn,Al,Ga,B,Nbの少なくともいずれかであり、0≦X≦0.1)で表される化合物であるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Further, in the above lithium ion secondary battery, the positive electrode active materials are all LiFe (1-X) M x PO 4 (M is Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, A lithium ion secondary battery that is at least one of Ti, Zn, Al, Ga, B, and Nb and is a compound represented by 0 ≦ X ≦ 0.1) is preferable.

正極活物質としてLiFe(1-X)XPO4 を用いたリチウムイオン二次電池では、約3.4Vのほぼ一定の電池電圧で、電池理論容量の約80%に相当する電気量を充放電することができる。従って、電池理論容量の80%程度の広範囲にわたって、変動の小さい安定した出力を得ることができる。 In a lithium ion secondary battery using LiFe (1-X) M X PO 4 as a positive electrode active material, an amount of electricity corresponding to about 80% of the theoretical battery capacity is charged with a substantially constant battery voltage of about 3.4 V. Can be discharged. Therefore, a stable output with little fluctuation can be obtained over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity.

ところが、従来、このような二次電池では、電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池電圧の変動が極めて小さくなるので、この電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池の状態(充電状態など)を検知することができなくなる虞があった。   However, conventionally, in such a secondary battery, since the battery voltage fluctuation is extremely small over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity, the state of the battery over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity. There is a possibility that (charge state, etc.) cannot be detected.

これに対し、本発明のリチウムイオン二次電池では、リチウムイオン拡散係数の異なる2種以上の正極活物質を混在させている。すなわち、組成式がLiFe(1-X)XPO4 と同一であるが、リチウムイオン拡散係数が異なる関係にある2種以上の正極活物質を混在させている。 On the other hand, in the lithium ion secondary battery of the present invention, two or more positive electrode active materials having different lithium ion diffusion coefficients are mixed. That is, two or more positive electrode active materials having the same composition formula as LiFe (1-X) M X PO 4 but different lithium ion diffusion coefficients are mixed.

これにより、電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池電圧の変動を極めて小さくしつつも、この電池電圧変動が極めて小さくなる範囲(以下、電圧小変動範囲Mともいう)の途中に、リチウムイオン拡散係数の違いに基づく電圧差ΔV(曲線上の段差S)を発現させることができる。このため、電圧小変動範囲M内でも、この電圧差ΔV(曲線上の段差S)を検知することで、二次電池の状態(充電状態など)を適切に検知することができる。従って、本発明のリチウムイオン二次電池は、極めて安定した出力特性を確保しつつも、状態検知し易い二次電池となる。   Thereby, over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity, while the battery voltage fluctuation is extremely small, the battery voltage fluctuation is extremely small (hereinafter also referred to as a small voltage fluctuation range M). A voltage difference ΔV (step S on the curve) based on the difference in lithium ion diffusion coefficient can be developed. For this reason, even within the small voltage fluctuation range M, by detecting this voltage difference ΔV (step S on the curve), it is possible to appropriately detect the state of the secondary battery (such as the charged state). Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention is a secondary battery that is easy to detect the state while ensuring extremely stable output characteristics.

さらに、上記のリチウムイオン二次電池であって、前記正極活物質は、いずれも、LiFePO4で表される化合物であるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Furthermore, in the above lithium ion secondary battery, the positive electrode active material is preferably a lithium ion secondary battery that is a compound represented by LiFePO 4 .

正極活物質として、LiFePO4を用いたリチウムイオン二次電池は、特に、電池電圧の変動が小さくなり、電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、極めて安定した出力特性を発揮する。ところが、従来、このような二次電池では、電池電圧の変動が極めて小さくなるので、電池の状態(充電状態など)を検知することができなくなる虞があった。 In particular, a lithium ion secondary battery using LiFePO 4 as a positive electrode active material exhibits a very stable output characteristic over a wide range of about 80% of the theoretical capacity of the battery due to small fluctuations in battery voltage. However, conventionally, in such a secondary battery, battery voltage fluctuations are extremely small, and there is a possibility that the state of the battery (such as a charged state) cannot be detected.

これに対し、本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオン拡散係数の異なる2種以上の正極活物質を用いている。すなわち、リチウムイオン拡散係数の異なるLiFePO4を2種以上混在させている。これにより、電圧小変動範囲Mの途中に、リチウムイオン拡散係数の違いに基づく電圧差ΔV(曲線上の段差S)を発現させることができる。このため、電圧小変動範囲M内でも、この電圧差ΔV(曲線上の段差S)を検知することで、二次電池の状態(充電状態など)を適切に検知することができる。 In contrast, the lithium ion secondary battery of the present invention uses two or more positive electrode active materials having different lithium ion diffusion coefficients. That is, mix different LiFePO 4 with 2 or more kinds of lithium ion diffusion coefficients. Thereby, the voltage difference ΔV (step S on the curve) based on the difference in the lithium ion diffusion coefficient can be developed in the middle of the small voltage fluctuation range M. For this reason, even within the small voltage fluctuation range M, by detecting this voltage difference ΔV (step S on the curve), it is possible to appropriately detect the state of the secondary battery (such as the charged state).

さらに、上記いずれかのリチウムイオン二次電池であって、前記正極活物質は、第1正極活物質と、上記第1正極活物質よりもリチウムイオン拡散係数が大きい第2正極活物質と、を含むリチウムイオン二次電池とすると良い。   Furthermore, in any one of the above lithium ion secondary batteries, the positive electrode active material includes a first positive electrode active material and a second positive electrode active material having a lithium ion diffusion coefficient larger than that of the first positive electrode active material. A lithium ion secondary battery is preferably included.

本発明のリチウムイオン二次電池は、第1正極活物質と第2正極活物質とのリチウムイオン拡散係数の違いに基づく電圧差ΔV(段差S)が現れるので、二次電池の状態を検知し易くなる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, since a voltage difference ΔV (step S) based on the difference in lithium ion diffusion coefficient between the first positive electrode active material and the second positive electrode active material appears, the state of the secondary battery is detected. It becomes easy.

さらに、上記のリチウムイオン二次電池であって、前記第2正極活物質のリチウムイオン拡散係数は、前記第1正極活物質のリチウムイオン拡散係数の5倍以上であるリチウムイオン二次電池とすると良い。   Furthermore, when the lithium ion secondary battery is a lithium ion secondary battery in which the lithium ion diffusion coefficient of the second positive electrode active material is five times or more than the lithium ion diffusion coefficient of the first positive electrode active material. good.

第1正極活物質と第2正極活物質とのリチウムイオン拡散係数の違いが小さすぎると、電圧差ΔV(段差S)が明確に現れない虞がある。
これに対し、本発明のリチウムイオン二次電池では、第2正極活物質のリチウムイオン拡散係数を、第1正極活物質のリチウムイオン拡散係数の5倍以上としている。これにより、リチウムイオン拡散係数の違いに基づいて電圧差ΔV(段差S)が明確に現れるので、二次電池の状態を適切に検知することができる。
If the difference in lithium ion diffusion coefficient between the first positive electrode active material and the second positive electrode active material is too small, the voltage difference ΔV (step S) may not appear clearly.
On the other hand, in the lithium ion secondary battery of the present invention, the lithium ion diffusion coefficient of the second positive electrode active material is 5 times or more than the lithium ion diffusion coefficient of the first positive electrode active material. Thereby, since the voltage difference ΔV (step S) clearly appears based on the difference in the lithium ion diffusion coefficient, the state of the secondary battery can be detected appropriately.

さらに、上記いずれかのリチウムイオン二次電池であって、前記正極活物質は、前記第1正極活物質及び前記第2正極活物質に加えて、第3正極活物質及び第4正極活物質を含み、上記第1正極活物質のリチウムイオン拡散係数をD1、上記第2正極活物質のリチウムイオン拡散係数をD2、上記第3正極活物質のリチウムイオン拡散係数をD3、上記第4正極活物質のリチウムイオン拡散係数をD4としたとき、5D1≦D2≦20D1 、5D2≦D3≦20D2 、5D3≦D4≦20D3 の関係を満たすリチウムイオン二次電池とするのが好ましい。 Furthermore, in any one of the above lithium ion secondary batteries, the positive electrode active material includes a third positive electrode active material and a fourth positive electrode active material in addition to the first positive electrode active material and the second positive electrode active material. wherein, the first 1 D 1 the lithium ion diffusion coefficient of the positive electrode active material, the second cathode active D 2 lithium ion diffusion coefficient of a substance, the third cathode active lithium-ion diffusion coefficient of a substance D 3, the fourth Lithium ion secondary battery satisfying the relationship of 5D 1 ≦ D 2 ≦ 20D 1 , 5D 2 ≦ D 3 ≦ 20D 2 , 5D 3 ≦ D 4 ≦ 20D 3 , where D 4 is the lithium ion diffusion coefficient of the positive electrode active material Is preferable.

このような関係を満たす第1〜第4正極活物質を混在させることで、第1〜第4フラット範囲の各フラット範囲の間(3カ所)に電圧差ΔV(段差S)が明確に現れる、電圧小変動範囲Mを確保することができる。これにより、電圧小変動範囲Mにおいて、3カ所の電圧差ΔV(段差S)を利用(検知)して、より適切に、二次電池の状態(充電状態など)を検知することが可能となる。   By mixing the first to fourth positive electrode active materials that satisfy such a relationship, the voltage difference ΔV (step S) clearly appears between the three flat ranges (three locations) of the first to fourth flat ranges. A small voltage fluctuation range M can be secured. Thereby, in the small voltage fluctuation range M, it becomes possible to more appropriately detect the state (charged state, etc.) of the secondary battery by using (detecting) the three voltage differences ΔV (steps S). .

(実施例1)
次に、本発明の実施例1にかかるリチウムイオン二次電池100について、図面を参照しつつ説明する。
リチウムイオン二次電池100は、図1に示すように、直方体形状の電池ケース110と、正極端子120と、負極端子130とを備える、角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。このうち、電池ケース110は、金属からなり、直方体形状の収容空間をなす角形収容部111と、金属製の蓋部112とを有している。電池ケース110(角形収容部111)の内部には、電極体150、正極集電部材122、負極集電部材132などが収容されている。
Example 1
Next, a lithium ion secondary battery 100 according to Example 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 100 is a rectangular sealed lithium ion secondary battery including a rectangular parallelepiped battery case 110, a positive electrode terminal 120, and a negative electrode terminal 130. Among these, the battery case 110 is made of metal, and includes a rectangular housing portion 111 that forms a rectangular parallelepiped housing space, and a metal lid portion 112. An electrode body 150, a positive current collecting member 122, a negative current collecting member 132, and the like are accommodated in the battery case 110 (rectangular accommodation portion 111).

電極体150は、断面長円状をなし、シート状の正極板155、負極板156、及びセパレータ157を捲回してなる扁平型の捲回体である(図2及び図3参照)。この電極体150は、その軸線方向(図1において左右方向)の一方端部(図1において右端部)に位置し、正極板155の一部のみが渦巻状に重なる正極捲回部155bと、他方端部(図1において左端部)に位置し、負極板156の一部のみが渦巻状に重なる負極捲回部156bとを有している。   The electrode body 150 is an oblong cross section, and is a flat wound body formed by winding a sheet-like positive electrode plate 155, a negative electrode plate 156, and a separator 157 (see FIGS. 2 and 3). The electrode body 150 is positioned at one end portion (right end portion in FIG. 1) in the axial direction (left and right direction in FIG. 1), and a positive electrode winding portion 155b in which only a part of the positive electrode plate 155 overlaps in a spiral shape, It is located at the other end (left end in FIG. 1) and has a negative electrode winding part 156b in which only a part of the negative electrode plate 156 overlaps spirally.

正極板155には、正極捲回部155bを除く部位に、正極活物質(第1正極活物質153b及び第2正極活物質153c)を含む正極合材152が塗工されている(図3参照)。また、負極板156には、負極捲回部156bを除く部位に、負極活物質154を含む負極合材159が塗工されている(図3参照)。正極捲回部155bは、正極集電部材122を通じて、正極端子120に電気的に接続されている。負極捲回部156bは、負極集電部材132を通じて、負極端子130に電気的に接続されている。   The positive electrode plate 155 is coated with a positive electrode mixture 152 containing a positive electrode active material (a first positive electrode active material 153b and a second positive electrode active material 153c) at a portion other than the positive electrode winding portion 155b (see FIG. 3). ). The negative electrode plate 156 is coated with a negative electrode mixture 159 including a negative electrode active material 154 at a portion other than the negative electrode winding portion 156b (see FIG. 3). The positive electrode winding part 155 b is electrically connected to the positive electrode terminal 120 through the positive electrode current collecting member 122. The negative electrode winding part 156 b is electrically connected to the negative electrode terminal 130 through the negative electrode current collecting member 132.

特に、本実施例1では、正極活物質として、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cとを混合したものを用いている。第1正極活物質153b及び第2正極活物質153cは、いずれも、組成式LiFePO4で表される化合物である。LiFePO4で表される化合物(正極活物質)は、2相共存型の充放電を行う活物質であり、結晶構造が異なる2つの結晶が共存した状態で充放電の反応が行われるものである。 In particular, in Example 1, a mixture of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c is used as the positive electrode active material. The first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c are both compounds represented by the composition formula LiFePO 4 . A compound represented by LiFePO 4 (positive electrode active material) is an active material that performs charge / discharge of a two-phase coexistence type, and a charge / discharge reaction is performed in a state where two crystals having different crystal structures coexist. .

ところで、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cは、いずれも、組成式LiFePO4で表される化合物でありながら、リチウムイオン拡散係数が異なっている。具体的には、第1正極活物質153bのリチウムイオン拡散係数D1は、2.0×10-14(cm2/S)であり、第2正極活物質153cのリチウムイオン拡散係数D2は、12×10-14(cm2/S)である。従って、第2正極活物質153cのリチウムイオン拡散係数D2は、第1正極活物質153bのリチウムイオン拡散係数D1の5倍以上(具体的には、6倍)となっている。
なお、本実施例1のリチウムイオン二次電池100では、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cは、20:80(重量比)で混在している。
Incidentally, the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c are both compounds represented by the composition formula LiFePO 4 , but have different lithium ion diffusion coefficients. Specifically, the lithium ion diffusion coefficient D 1 of the first positive electrode active material 153b is 2.0 × 10 −14 (cm 2 / S), and the lithium ion diffusion coefficient D 2 of the second positive electrode active material 153c is 12 × 10 −14 (cm 2 / S). Accordingly, the lithium ion diffusion coefficient D 2 of the second positive electrode active material 153c is 5 times or more (specifically, 6 times) the lithium ion diffusion coefficient D 1 of the first positive electrode active material 153b.
In the lithium ion secondary battery 100 of Example 1, the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c are mixed at 20:80 (weight ratio).

また、本実施例1では、負極活物質154として、天然黒鉛系の炭素材料を用いている。詳細には、平均粒子径が20μm、格子定数C0が0.67nm、結晶子サイズLcが27nm、黒鉛化度0.9以上の天然黒鉛系材料を用いている。   In Example 1, a natural graphite-based carbon material is used as the negative electrode active material 154. Specifically, a natural graphite material having an average particle diameter of 20 μm, a lattice constant C0 of 0.67 nm, a crystallite size Lc of 27 nm, and a graphitization degree of 0.9 or more is used.

次に、リチウムイオン二次電池100の充電特性図を図4に、放電特性図を図5に示す。図4は、3Cの大きさの電流でリチウムイオン二次電池100を充電したときの、電池電圧V(本実施例1では、正極端子120と負極端子130との間の端子間電圧)の挙動を示している。また、図5は、3Cの大きさの電流でリチウムイオン二次電池100を放電させたときの、電池電圧Vの挙動を示している。なお、図4及び図5には、比較例として、正極活物質として第1正極活物質153bのみを用いて作製したリチウムイオン二次電池の電池電圧曲線を、二点差線で示している。   Next, FIG. 4 shows a charge characteristic diagram and FIG. 5 shows a discharge characteristic diagram of the lithium ion secondary battery 100. FIG. 4 shows the behavior of the battery voltage V (the inter-terminal voltage between the positive terminal 120 and the negative terminal 130 in the first embodiment) when the lithium ion secondary battery 100 is charged with a current of 3C. Is shown. FIG. 5 shows the behavior of the battery voltage V when the lithium ion secondary battery 100 is discharged with a current of 3C. In FIGS. 4 and 5, as a comparative example, a battery voltage curve of a lithium ion secondary battery manufactured using only the first positive electrode active material 153 b as the positive electrode active material is indicated by a two-dot chain line.

本実施例1のリチウムイオン二次電池100に含まれる第1正極活物質153b及び第2正極活物質153c(LiFePO4)が理論的に最大限蓄積できる理論電気容量(リチウムイオン二次電池100は正極規制であるため、これが電池理論容量となる)を1時間で充電することができる電流値を、1Cとする。また、蓄電率(%)は、電池理論容量に対する蓄電量(リチウムイオン二次電池100に充電されている電気量)の割合である。 The theoretical electric capacity (the lithium ion secondary battery 100 is capable of theoretically maximally storing the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c (LiFePO 4 ) included in the lithium ion secondary battery 100 of the first embodiment. The current value that can be charged in 1 hour is 1C because it is a positive electrode regulation, which is the battery theoretical capacity). The storage rate (%) is the ratio of the stored amount (the amount of electricity charged in the lithium ion secondary battery 100) to the theoretical battery capacity.

図4及び図5からわかるように、リチウムイオン二次電池100は、3.4V付近の電池電圧で、電池電圧変動幅を0.2Vと小さくして、電池理論容量(図4において蓄電率0〜100%の範囲)の約80%に相当する電気量を充放電することができる。従って、電池理論容量の80%程度の広範囲にわたって、変動の小さい安定した出力を得ることができる。なお、電池電圧の変動が極めて小さく、電池理論容量の80%程度に相当する範囲を、電圧小変動範囲Mとする(図4及び図5参照)。   As can be seen from FIGS. 4 and 5, the lithium ion secondary battery 100 has a battery voltage around 3.4 V, a battery voltage fluctuation range as small as 0.2 V, and a battery theoretical capacity (the charge rate is 0 in FIG. 4). The amount of electricity corresponding to about 80% of the range of ˜100% can be charged and discharged. Therefore, a stable output with little fluctuation can be obtained over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity. Note that a range corresponding to about 80% of the theoretical battery capacity is extremely small, and a small voltage variation range M (see FIGS. 4 and 5).

ところで、図4及び図5に二点差線で示すように、比較例のリチウムイオン二次電池(正極活物質として、リチウムイオン拡散係数が2.0×10-14cm2/Sである第1正極活物質153bのみを使用)では、電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池電圧の変動が極めて小さくなる。このため、この電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池の状態(充電状態など)を適切に検知できないことがあった。 By the way, as shown with a dashed-two dotted line in FIG.4 and FIG.5, the lithium ion secondary battery of a comparative example (as a positive electrode active material, lithium ion diffusion coefficient is 2.0 * 10 < -14 > cm < 2 > / S 1st. In the case of using only the positive electrode active material 153b), the battery voltage fluctuation is extremely small over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity. For this reason, the battery state (charged state, etc.) may not be properly detected over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity.

これに対し、本実施例1のリチウムイオン二次電池100では、リチウムイオン拡散係数の異なる2種の正極活物質(第1正極活物質153bと第2正極活物質153c)を混在させている。すなわち、組成式がLiFePO4 と同一であるが、リチウムイオン拡散係数が異なる関係にある2種の正極活物質(第1正極活物質153bと第2正極活物質153c)を混在させている。 On the other hand, in the lithium ion secondary battery 100 of Example 1, two types of positive electrode active materials (first positive electrode active material 153b and second positive electrode active material 153c) having different lithium ion diffusion coefficients are mixed. That is, two types of positive electrode active materials (first positive electrode active material 153b and second positive electrode active material 153c) having the same composition formula as LiFePO 4 but different lithium ion diffusion coefficients are mixed.

これにより、図4及び図5に実線で示すように、電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池電圧の変動を極めて小さくし(電圧小変動範囲Mを有し)ながらも、電圧小変動範囲Mの途中に、リチウムイオン拡散係数の違いに基づく電圧差ΔV(曲線上の段差S)を発現させることができる。   As a result, as shown by a solid line in FIGS. 4 and 5, the battery voltage fluctuation is extremely small (having a small voltage fluctuation range M) over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity, but the voltage is small. In the middle of the fluctuation range M, a voltage difference ΔV (step S on the curve) based on the difference in the lithium ion diffusion coefficient can be expressed.

具体的には、電池電圧がほぼ一定である第1フラット範囲F1と第2フラット範囲F2との間に、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cとのリチウムイオン拡散抵抗差に起因した電圧差ΔVが生じることになる。換言すれば、電池電圧の挙動を示す電池電圧曲線(図4及び図5参照)において、第1フラット範囲F1と第2フラット範囲F2との間の位置に段差Sが生じる。この段差Sにおける電池電圧の変化率は、第1フラット範囲F1及び第2フラット範囲F2の電池電圧の変化率に比べてかなり大きくなるので、段差S(電圧差ΔV)の発生を容易に検知することができる。従って、電圧差ΔV(段差S)を検知することで、リチウムイオン二次電池100の状態を検知し易くなる。   Specifically, due to the lithium ion diffusion resistance difference between the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c between the first flat range F1 and the second flat range F2 where the battery voltage is substantially constant. A voltage difference ΔV is generated. In other words, a step S occurs at a position between the first flat range F1 and the second flat range F2 in the battery voltage curve indicating the behavior of the battery voltage (see FIGS. 4 and 5). Since the change rate of the battery voltage at the step S is considerably larger than the change rate of the battery voltage in the first flat range F1 and the second flat range F2, the occurrence of the step S (voltage difference ΔV) is easily detected. be able to. Therefore, it becomes easy to detect the state of the lithium ion secondary battery 100 by detecting the voltage difference ΔV (step S).

なお、本実施例1のリチウムイオン二次電池100では、図4及び図5に示すように、電圧差ΔV(段差S)が、蓄電率20%(放電深度80%)付近に出現する。これは、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cの混合比を、20:80(重量比)としているからである。すなわち、リチウムイオン拡散係数の小さい第1正極活物質153bの割合を20wt%としているので、これに対応して、蓄電率20%付近の位置に電圧差ΔV(段差S)が出現したものである。従って、充放電時に、電圧差ΔV(段差S)の発生を検知したとき、リチウムイオン二次電池100の蓄電率が20%に達したと判断することができる。   In the lithium ion secondary battery 100 of Example 1, as shown in FIGS. 4 and 5, the voltage difference ΔV (step S) appears in the vicinity of a storage rate of 20% (discharge depth of 80%). This is because the mixing ratio of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c is 20:80 (weight ratio). That is, since the ratio of the first positive electrode active material 153b having a small lithium ion diffusion coefficient is set to 20 wt%, a voltage difference ΔV (step S) appears at a position in the vicinity of the storage rate of 20% correspondingly. . Therefore, when the occurrence of the voltage difference ΔV (step S) is detected during charge / discharge, it can be determined that the storage rate of the lithium ion secondary battery 100 has reached 20%.

ここで、電圧差ΔV(段差S)の検出方法について、具体的に説明する。例えば、リチウムイオン二次電池100の充放電時に、リチウムイオン二次電池100の電池電圧を所定時間毎に検出する。そして、検出された電池電圧に基づいて、リアルタイムに電池電圧曲線(図4及び図5参照)を描きつつ、この電池電圧曲線と、リチウムイオン二次電池100を制御するコントローラに予め記憶させている基準の電池電圧曲線とを対比(パターンマッチング)する。この対比により、充放電しているリチウムイオン二次電池100において段差Sが発生したと判断された場合、リチウムイオン二次電池100の蓄電率が20%に達したと判断することができる。   Here, a method for detecting the voltage difference ΔV (step S) will be specifically described. For example, when the lithium ion secondary battery 100 is charged and discharged, the battery voltage of the lithium ion secondary battery 100 is detected every predetermined time. Then, based on the detected battery voltage, the battery voltage curve (see FIGS. 4 and 5) is drawn in real time, and the battery voltage curve and the controller that controls the lithium ion secondary battery 100 are stored in advance. A reference battery voltage curve is compared (pattern matching). From this comparison, when it is determined that the step S has occurred in the charged / discharged lithium ion secondary battery 100, it can be determined that the storage rate of the lithium ion secondary battery 100 has reached 20%.

また、リチウムイオン二次電池100の蓄電量Qの変化量dQに対する電池電圧Vの変化量dVの割合であるdV/dQの値を利用することで、電圧差ΔV(段差S)を精度良く検知することができる。ここで、リチウムイオン二次電池100の蓄電量QとdV/dQとの関係を表す、Q−dV/dQ曲線(充電時)を図6に示す。図6に示すように、dV/dQの値の変化量は、電池電圧Vの変化量よりも大きくなるので、電圧差ΔV(段差S)の発生を精度良く検知することができる。具体的には、電圧差ΔV(段差S)が発生したとき、Q−dV/dQ曲線上に明確なピークPが現れる。   Further, the voltage difference ΔV (step S) is accurately detected by using the value of dV / dQ, which is the ratio of the change amount dV of the battery voltage V to the change amount dQ of the storage amount Q of the lithium ion secondary battery 100. can do. Here, a Q-dV / dQ curve (during charging) representing the relationship between the charged amount Q of the lithium ion secondary battery 100 and dV / dQ is shown in FIG. As shown in FIG. 6, since the amount of change in dV / dQ value is larger than the amount of change in battery voltage V, it is possible to accurately detect the occurrence of voltage difference ΔV (step S). Specifically, when the voltage difference ΔV (step S) occurs, a clear peak P appears on the Q-dV / dQ curve.

従って、リチウムイオン二次電池100の充放電時に、リチウムイオン二次電池100の電池電圧及び充電(放電)電気量を検出し、検出された電池電圧及び充電(放電)電気量に基づいてdV/dQの値を算出する。そして、算出されたdV/dQの値に基づいて、リアルタイムにQ−dV/dQ曲線(図6参照)を描きつつ、このQ−dV/dQ曲線と、コントローラに予め記憶させている基準のQ−dV/dQ曲線とを対比(パターンマッチング)する。この対比により、リチウムイオン二次電池100が、Q−dV/dQ曲線上のピークPに対応する状態に至ったかどうかを判断する。ピークPに対応する状態に至ったと判断された場合は、電圧差ΔV(段差S)が発生したと判断できるので、リチウムイオン二次電池100の蓄電率が20%に達したと判断することができる。   Therefore, when the lithium ion secondary battery 100 is charged / discharged, the battery voltage and charge (discharge) electricity amount of the lithium ion secondary battery 100 are detected, and dV / based on the detected battery voltage and charge (discharge) electricity amount. Calculate the value of dQ. Then, based on the calculated value of dV / dQ, while drawing a Q-dV / dQ curve (see FIG. 6) in real time, this Q-dV / dQ curve and the reference Q stored in advance in the controller -DV / dQ curve is compared (pattern matching). Based on this comparison, it is determined whether or not the lithium ion secondary battery 100 has reached a state corresponding to the peak P on the Q-dV / dQ curve. When it is determined that the state corresponding to the peak P has been reached, it can be determined that the voltage difference ΔV (step S) has occurred, and thus it can be determined that the storage rate of the lithium ion secondary battery 100 has reached 20%. it can.

また、パターンマッチング法を用いて、リチウムイオン二次電池100の異常を検出することも可能である。具体的には、リチウムイオン二次電池100を制御するコントローラにおいて、所定時間毎に検出される電池電圧値に基づいてリアルタイムに電池電圧曲線(図4及び図5参照)を描きつつ、この電池電圧曲線と、予めコントローラに記憶させている基準の電池電圧曲線とを対比(パターンマッチング)する。所定時間毎に検出される電池電圧値に基づいて描いた電池電圧曲線上の段差Sの位置と、予めコントローラに記憶させている基準電池電圧曲線上の段差Sの位置とが大きくずれていた場合は、リチウムイオン二次電池100の異常と判断することができる。また、コントローラにおいて、所定時間毎に検出される電池電圧値に基づいて描いた電池電圧曲線上に、段差Sが発生しない場合も、リチウムイオン二次電池100の異常と判断することができる。   Moreover, it is also possible to detect abnormality of the lithium ion secondary battery 100 using a pattern matching method. Specifically, in the controller that controls the lithium ion secondary battery 100, while drawing a battery voltage curve (see FIGS. 4 and 5) in real time based on the battery voltage value detected every predetermined time, the battery voltage The curve is compared (pattern matching) with a reference battery voltage curve stored in advance in the controller. When the position of the step S on the battery voltage curve drawn based on the battery voltage value detected every predetermined time and the position of the step S on the reference battery voltage curve stored in advance in the controller are greatly shifted Can be determined as an abnormality of the lithium ion secondary battery 100. Further, even when the step S does not occur on the battery voltage curve drawn on the basis of the battery voltage value detected every predetermined time in the controller, it can be determined that the lithium ion secondary battery 100 is abnormal.

また、複数のリチウムイオン二次電池100を電気的に接続した組電池において、各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧を所定時間毎に検出し(さらにはdV/dQの値を算出し)て、各々のリチウムイオン二次電池100の電圧差ΔV(曲線上の段差S)の発生を検知する。このとき、他のリチウムイオン二次電池100に比べて、電圧差ΔV(曲線上の段差S)の発生が大きくずれたリチウムイオン二次電池100があった場合、そのリチウムイオン二次電池100は異常であると判断することができる。   Further, in the assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries 100 are electrically connected, the battery voltage of each lithium ion secondary battery 100 is detected every predetermined time (and the value of dV / dQ is calculated). Thus, the occurrence of the voltage difference ΔV (step S on the curve) of each lithium ion secondary battery 100 is detected. At this time, when there is a lithium ion secondary battery 100 in which the occurrence of the voltage difference ΔV (step S on the curve) is significantly different from that of other lithium ion secondary batteries 100, the lithium ion secondary battery 100 is It can be determined to be abnormal.

以上のように、電圧小変動範囲M内でも、電圧差ΔV(曲線上の段差S)を検知することで、リチウムイオン二次電池100の状態(蓄電率やSOC等の充電状態や異常など)を適切に検知することができる。従って、本実施例1のリチウムイオン二次電池100は、極めて安定した出力特性を確保しつつも、状態検知し易いリチウムイオン二次電池であるといえる。   As described above, by detecting the voltage difference ΔV (step S on the curve) even within the small voltage fluctuation range M, the state of the lithium ion secondary battery 100 (charged state such as storage rate and SOC, abnormality, etc.) Can be detected appropriately. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 100 of Example 1 is a lithium ion secondary battery that is easy to detect the state while ensuring extremely stable output characteristics.

ここで、本実施例1のリチウムイオン二次電池100の製造方法について説明する。
まず、リチウムイオン拡散係数が2.0×10-14cm2/SであるLiFePO4 (第1正極活物質153b)と、リチウムイオン拡散係数が12×10-14cm2/SであるLiFePO4 (第2正極活物質153c)を用意した。
Here, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery 100 of the first embodiment will be described.
First, LiFePO 4 LiFePO 4 lithium ion diffusion coefficient of 2.0 × 10 -14 cm 2 / S (the first positive electrode active material 153b), the lithium ion diffusion coefficient is 12 × 10 -14 cm 2 / S (Second positive electrode active material 153c) was prepared.

次いで、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cとを、20:80(重量比)の割合で混合して、混合正極活物質とした。その後、この混合正極活物質と(第1正極活物質153b及び第2正極活物質153c)とアセチレンブラック(導電助剤)とポリフッ化ビニリデン(バインダ樹脂)とを、85:5:10(重量比)の割合で混合し、これにN−メチルピロリドン(分散溶媒)を混合して、正極スラリを作製した。次いで、この正極スラリを、アルミニウム箔151の表面に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、アルミニウム箔151の表面に正極合材152が塗工された正極板155を得た(図3参照)。   Next, the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c were mixed at a ratio of 20:80 (weight ratio) to obtain a mixed positive electrode active material. Thereafter, the mixed positive electrode active material, (first positive electrode active material 153b and second positive electrode active material 153c), acetylene black (conductive aid), and polyvinylidene fluoride (binder resin) are mixed at 85: 5: 10 (weight ratio). ) And mixed with N-methylpyrrolidone (dispersion solvent) to prepare a positive electrode slurry. Next, this positive electrode slurry was applied to the surface of the aluminum foil 151, dried, and then pressed. Thereby, the positive electrode plate 155 in which the positive electrode mixture 152 was coated on the surface of the aluminum foil 151 was obtained (see FIG. 3).

なお、リチウムイオン拡散係数の異なるLiFePO4 (第1正極活物質153bと第2正極活物質153c)は、公知の固相合成法(例えば、特開2002−15735参照)を用いて、600〜1000℃の範囲で焼成温度を調整することで、粒子の成長状態を制御して得ることができる。
具体的には、リチウム源として炭酸リチウムを用い、鉄源としてシュウ酸第一鉄二水和物(FeC24・2H2O)を用い、リン源としてリン酸水素アンモニウムを用いて、焼成前駆体を生成する。その後、得られた前駆体を異なる温度で焼成して、LiFePO4で表される第1正極活物質153bと第2正極活物質153cを得ることができる。
Incidentally, different lithium ion diffusion coefficients LiFePO 4 (the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c), a known solid phase synthesis method (e.g., JP reference 2002-15735) was used to 600-1000 By adjusting the firing temperature in the range of ° C., it can be obtained by controlling the growth state of the particles.
Specifically, lithium carbonate is used as the lithium source, ferrous oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O) is used as the iron source, ammonium hydrogen phosphate is used as the phosphorus source, and the firing precursor Generate a body. Thereafter, by firing the obtained precursor at different temperatures, it is possible to obtain the first positive electrode active material 153b and the second positive active material 153c represented by LiFePO 4.

また、天然黒鉛系の炭素材料(負極活物質154)と、スチレン−ブタジエン共重合体(バインダ樹脂)と、カルボキシメチルセルロース(増粘剤)とを、95:2.5:2.5(重量比)の割合で水中で混合して、負極スラリを作製した。次いで、この負極スラリを、銅箔158の表面に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、銅箔158の表面に負極合材159が塗工された負極板156を得た(図3参照)。本実施例1では、天然黒鉛系の炭素材料として、平均粒子径が20μm、格子定数C0が0.67nm、結晶子サイズLcが27nm、黒鉛化度0.9以上の天然黒鉛系材料を用いている。なお、本実施例1では、正極の理論容量と負極の理論容量との比が1:1.5となるように、正極スラリ及び負極スラリの塗布量を調整している。   Further, 95: 2.5: 2.5 (weight ratio) of a natural graphite-based carbon material (negative electrode active material 154), a styrene-butadiene copolymer (binder resin), and carboxymethylcellulose (thickener). ) In water to prepare a negative electrode slurry. Next, this negative electrode slurry was applied to the surface of the copper foil 158, dried, and then pressed. Thereby, the negative electrode plate 156 in which the negative electrode mixture 159 was applied to the surface of the copper foil 158 was obtained (see FIG. 3). In Example 1, a natural graphite-based carbon material having an average particle size of 20 μm, a lattice constant C0 of 0.67 nm, a crystallite size Lc of 27 nm, and a graphitization degree of 0.9 or more is used. Yes. In Example 1, the coating amounts of the positive electrode slurry and the negative electrode slurry are adjusted so that the ratio between the theoretical capacity of the positive electrode and the theoretical capacity of the negative electrode is 1: 1.5.

次に、正極板155、負極板156、及びセパレータ157を積層し、これを捲回して断面長円状の電極体150を形成した(図2,図3参照)。但し、正極板155、負極板156、及びセパレータ157を積層する際には、電極体150の一端部から、正極板155のうち正極合材152を塗工していない未塗工部が突出するように、正極板155を配置しておく。さらには、負極板156のうち負極合材159を塗工していない未塗工部が、正極板155の未塗工部とは反対側から突出するように、負極板156を配置しておく。これにより、正極捲回部155b及び負極捲回部156bを有する電極体150(図1参照)が形成される。なお、本実施例1では、セパレータ157として、ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン3層構造複合体多孔質膜を用いている。   Next, a positive electrode plate 155, a negative electrode plate 156, and a separator 157 were laminated and wound to form an electrode body 150 having an oval cross section (see FIGS. 2 and 3). However, when the positive electrode plate 155, the negative electrode plate 156, and the separator 157 are stacked, an uncoated portion of the positive electrode plate 155 that is not coated with the positive electrode mixture 152 protrudes from one end portion of the electrode body 150. Thus, the positive electrode plate 155 is arranged. Furthermore, the negative electrode plate 156 is arranged so that an uncoated portion of the negative electrode plate 156 not coated with the negative electrode mixture 159 protrudes from the opposite side of the positive electrode plate 155 from the uncoated portion. . Thereby, the electrode body 150 (refer FIG. 1) which has the positive electrode winding part 155b and the negative electrode winding part 156b is formed. In Example 1, a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer structure composite porous membrane is used as the separator 157.

次に、電極体150の正極捲回部155bと正極端子120とを、正極集電部材122を通じて接続する。さらに、電極体150の負極捲回部156bと負極端子130とを、負極集電部材132を通じて接続する。その後、これを角形収容部111内に収容し、角形収容部111と蓋体112とを溶接して、電池ケース110を封止した。次いで、蓋体112に設けられている注液口(図示しない)を通じて電解液を注液した後、注液口を封止することで、本実施例1のリチウムイオン二次電池100が完成する。なお、本実施例1では、電解液として、EC(エチレンカーボネート)とDEC(ジエチルカーボネート)とを、4:6(体積比)で混合した溶液中に、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)を1モル溶解したものを用いている。 Next, the positive electrode winding part 155 b of the electrode body 150 and the positive electrode terminal 120 are connected through the positive electrode current collecting member 122. Further, the negative electrode winding portion 156 b of the electrode body 150 and the negative electrode terminal 130 are connected through the negative electrode current collecting member 132. Then, this was accommodated in the square accommodating part 111, the square accommodating part 111 and the cover body 112 were welded, and the battery case 110 was sealed. Next, after injecting an electrolyte through an injection port (not shown) provided in the lid 112, the injection port is sealed, whereby the lithium ion secondary battery 100 of Example 1 is completed. . In Example 1, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was used as an electrolytic solution in a solution in which EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) were mixed at a volume ratio of 4: 6. 1 mol dissolved one is used.

ここで、第1正極活物質153b及び第2正極活物質153cのリチウムイオン拡散係数の算出方法について説明する。本実施例1では、正極活物質として第1正極活物質153bのみを用いて二次電池Bを作製し、この二次電池Bについて、参考文献(文献名:Solid State Ionics vol.148 P45、著作者:P.P.prosiniなど)に記載されている手法に基づいて、リチウムイオン拡散係数D1を算出した。同様に、正極活物質として第2正極活物質153cのみを用いて作製した二次電池Cについて、上記参考文献に記載されている手法に基づいて、リチウムイオン拡散係数D2を算出した。以下に詳述する。 Here, a method for calculating the lithium ion diffusion coefficient of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c will be described. In Example 1, a secondary battery B was produced using only the first positive electrode active material 153b as the positive electrode active material. For the secondary battery B, reference literature (document name: Solid State Ionics vol.148 P45, work) author: based on the techniques described in PPprosini etc.) to calculate the lithium ion diffusion coefficient D 1. Similarly, the secondary battery C was produced by using only the second cathode active material 153c as the positive electrode active material, based on the technique described in the above references was calculated lithium ion diffusion coefficient D 2. This will be described in detail below.

(二次電池の作製)
まず、正極活物質として第1正極活物質153bのみを用いて、正極板を作製した。具体的には、第1正極活物質153bとアセチレンブラック(導電助剤)とポリフッ化ビニリデン(バインダ樹脂)とを、85:5:10(重量比)の割合で混合し、これにN−メチルピロリドン(分散溶媒)を混合して、正極スラリを作製した。次いで、この正極スラリを、アルミニウム箔151の表面に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施して、正極板を得た。また、正極板の対向極板として、リチウム金属板を用意した。その後、正極板とリチウム金属板とをセパレータを介在させて積層して電極体を作製し、この電極体を用いて二次電池Bを作製した。
また、正極活物質として第2正極活物質153cのみを用いて、上述のようにして、二次電池Cを作製した。
(Production of secondary battery)
First, a positive electrode plate was produced using only the first positive electrode active material 153b as the positive electrode active material. Specifically, the first positive electrode active material 153b, acetylene black (conducting aid), and polyvinylidene fluoride (binder resin) are mixed at a ratio of 85: 5: 10 (weight ratio), and this is mixed with N-methyl. A positive electrode slurry was prepared by mixing pyrrolidone (dispersing solvent). Next, this positive electrode slurry was applied to the surface of the aluminum foil 151, dried, and then pressed to obtain a positive electrode plate. Further, a lithium metal plate was prepared as a counter electrode plate of the positive electrode plate. Then, the positive electrode plate and the lithium metal plate were laminated with a separator interposed therebetween to produce an electrode body, and a secondary battery B was produced using this electrode body.
Moreover, the secondary battery C was produced as described above using only the second positive electrode active material 153c as the positive electrode active material.

(インピーダンス測定)
次に、作製した二次電池B,Cについて、それぞれ、ソーラトロン製の1255WB型電気化学測定システム(周波数アナライザ+ポテンショガルバノスタット)を用いて、インピーダンスの測定を行った。具体的には、蓄電量を、正極理論容量より予想した電池容量(電池理論容量(Ah))の60%に相当する電気量(蓄電率60%)に調整した二次電池について、5mVの電位振幅を与えつつ、測定周波数を0.01Hz〜100kHzの範囲で変動させて、同期した電流値からインピーダンスの測定を行った。これにより、二次電池B,Cについて、それぞれ、(2πf/sec-1-1/2 とZ成分とを描画し、描画したグラフの傾きからδE/δxを算出した。
(Impedance measurement)
Next, impedance measurement was performed on the fabricated secondary batteries B and C using a Solartron 1255 WB type electrochemical measurement system (frequency analyzer + potential galvanostat). Specifically, a potential of 5 mV is obtained for a secondary battery in which the storage amount is adjusted to an amount of electricity (storage rate 60%) corresponding to 60% of the battery capacity predicted from the positive electrode theoretical capacity (battery theoretical capacity (Ah)). While giving an amplitude, the measurement frequency was varied in the range of 0.01 Hz to 100 kHz, and the impedance was measured from the synchronized current value. Thereby, the secondary battery B, and C, respectively, to draw a (2πf / sec -1) -1/2 and Z components, were calculated &Dgr; E / .delta.x from the slope of the graph drawn.

(リチウムイオン拡散係数の算出)
次に、得られたインピーダンス測定結果を用いて、参考文献(文献名:Solid State Ionics vol.148 P45、著作者:P.P.prosiniなど)に記載されている算出方法により、第1正極活物質153bのリチウムイオン拡散係数D1と第2正極活物質153cのリチウムイオン拡散係数D2を算出した。具体的には、下記式(1)に基づいて、それぞれのリチウムイオン拡散係数を算出した。
(Calculation of lithium ion diffusion coefficient)
Next, using the obtained impedance measurement results, the lithium of the first positive electrode active material 153b is calculated by a calculation method described in a reference (document name: Solid State Ionics vol.148 P45, author: PPprosini, etc.). the ion diffusion coefficient D 1 to calculate the lithium ion diffusion coefficient D 2 of the second positive electrode active material 153c. Specifically, each lithium ion diffusion coefficient was calculated based on the following formula (1).

D=1/2[{VM/(S×F×A)}×(δE/δx)]2・・・(1)
ここで、Dは、リチウムイオン拡散係数、VMは正極活物質1モル当たりの体積、Sは正極活物質と電解液との接触面積、Fはファラデー定数、AとδE/δxは、上述のインピーダンス測定結果より得られる値である。なお、正極活物質と電解液との接触面積Sは、例えば、正極板の空隙率に基づいて算出することができる。あるいは、公知の細孔分布測定装置を用いて測定することもできる。
D = 1/2 [{V M / (S × F × A)} × (δE / δx)] 2 (1)
Here, D is the lithium ion diffusion coefficients, the V M volume per positive electrode active material 1 mole, S is the contact area between the positive electrode active material and the electrolyte, F is the Faraday constant, A and &Dgr; E / .delta.x the above This is a value obtained from the impedance measurement result. The contact area S between the positive electrode active material and the electrolytic solution can be calculated based on, for example, the porosity of the positive electrode plate. Or it can also measure using a well-known pore distribution measuring apparatus.

式(1)より、第1正極活物質153bのリチウムイオン拡散係数D1は、2.0×10-14(cm2/S)と算出された。また、第2正極活物質153cのリチウムイオン拡散係数D2は、12×10-14(cm2/S)と算出された。 From the formula (1), the lithium ion diffusion coefficient D 1 of the first positive electrode active material 153b was calculated to be 2.0 × 10 −14 (cm 2 / S). In addition, the lithium ion diffusion coefficient D 2 of the second positive electrode active material 153c was calculated to be 12 × 10 −14 (cm 2 / S).

(実施例2)
本実施例2では、実施例1と比較して、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cとの混合比のみを異ならせて、リチウムイオン二次電池200を作製した。
具体的には、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cとを、50:50(重量比)の割合で混合して、混合正極活物質とした。その後、この混合正極活物質を用いて、実施例1と同様の手法により、アルミニウム箔151の表面に正極合材252が塗工された正極板255を作製した(図3参照)。次いで、正極板255、負極板156、及びセパレータ157を積層し、これを捲回して断面長円状の電極体250を形成した(図2,図3参照)。その後、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池200(図1参照)を作製した。
(Example 2)
In Example 2, compared to Example 1, only the mixing ratio of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c was changed to manufacture the lithium ion secondary battery 200.
Specifically, the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c were mixed at a ratio of 50:50 (weight ratio) to obtain a mixed positive electrode active material. Thereafter, using this mixed positive electrode active material, a positive electrode plate 255 in which the positive electrode mixture 252 was coated on the surface of the aluminum foil 151 was produced in the same manner as in Example 1 (see FIG. 3). Next, a positive electrode plate 255, a negative electrode plate 156, and a separator 157 were stacked and wound to form an electrode body 250 having an oval cross section (see FIGS. 2 and 3). Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery 200 (see FIG. 1) was produced.

ここで、リチウムイオン二次電池200の充電特性図を図7に、放電特性図を図8に示す。図7は、3Cの大きさの電流でリチウムイオン二次電池200を充電したときの、電池電圧V(正極端子120と負極端子130との間の端子間電圧)の挙動を示している。また、図8は、3Cの大きさの電流でリチウムイオン二次電池200を放電させたときの、電池電圧Vの挙動を示している。なお、図7及び図8には、比較例として、正極活物質として第1正極活物質153bのみを用いて作製したリチウムイオン二次電池の電池電圧曲線を、二点差線で示している。   Here, a charge characteristic diagram of the lithium ion secondary battery 200 is shown in FIG. 7, and a discharge characteristic diagram is shown in FIG. FIG. 7 shows the behavior of the battery voltage V (inter-terminal voltage between the positive terminal 120 and the negative terminal 130) when the lithium ion secondary battery 200 is charged with a current of 3C. FIG. 8 shows the behavior of the battery voltage V when the lithium ion secondary battery 200 is discharged with a current of 3C. In FIGS. 7 and 8, as a comparative example, a battery voltage curve of a lithium ion secondary battery manufactured using only the first positive electrode active material 153b as the positive electrode active material is shown by a two-dotted line.

本実施例2のリチウムイオン二次電池200に含まれる第1正極活物質153b及び第2正極活物質153c(LiFePO4)が理論的に最大限蓄積できる理論電気容量(リチウムイオン二次電池200は正極規制であるため、これが電池理論容量となる)を1時間で充電することができる電流値を、1Cとする。また、蓄電率(%)は、電池理論容量に対する蓄電量(リチウムイオン二次電池200に充電されている電気量)の割合である。 The theoretical electric capacity that the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c (LiFePO 4 ) included in the lithium ion secondary battery 200 of the second embodiment can theoretically accumulate to the maximum extent (the lithium ion secondary battery 200 is The current value that can be charged in 1 hour is 1C because it is a positive electrode regulation, which is the battery theoretical capacity). The storage rate (%) is the ratio of the stored amount (the amount of electricity charged in the lithium ion secondary battery 200) to the theoretical battery capacity.

図7及び図8に示すように、本実施例2のリチウムイオン二次電池200は、実施例1のリチウムイオン二次電池100と同様に、3.4V付近の電池電圧で、電池電圧変動幅を0.2Vと小さくして、電池理論容量(図7において蓄電率0〜100%の範囲)の約80%に相当する電気量を充放電することができる。従って、電池理論容量の80%程度の広範囲にわたって、変動の小さい安定した出力を得ることができる。   As shown in FIGS. 7 and 8, the lithium ion secondary battery 200 of Example 2 is similar to the lithium ion secondary battery 100 of Example 1 and has a battery voltage fluctuation range of about 3.4 V. Can be reduced to 0.2 V, and an amount of electricity corresponding to about 80% of the theoretical battery capacity (in the range of 0 to 100% in FIG. 7) can be charged and discharged. Therefore, a stable output with little fluctuation can be obtained over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity.

本実施例2のリチウムイオン二次電池200でも、リチウムイオン拡散係数の異なる2種類のLiFePO4 (第1正極活物質153bと第2正極活物質153c)を混在させている。これにより、図7及び図8に実線で示すように、電池理論容量の80%程度の広い範囲にわたって、電池電圧の変動を極めて小さくし(電圧小変動範囲Mを有し)ながらも、電圧小変動範囲Mの途中に、リチウムイオン拡散係数の違いに基づく電圧差ΔV(曲線上の段差S)を発現させることができる。 Also in the lithium ion secondary battery 200 of the second embodiment, two types of LiFePO 4 (first positive electrode active material 153b and second positive electrode active material 153c) having different lithium ion diffusion coefficients are mixed. As a result, as shown by the solid lines in FIGS. 7 and 8, the battery voltage fluctuation is extremely small (having a small voltage fluctuation range M) over a wide range of about 80% of the theoretical battery capacity, but the voltage is small. In the middle of the fluctuation range M, a voltage difference ΔV (step S on the curve) based on the difference in the lithium ion diffusion coefficient can be expressed.

具体的には、電池電圧がほぼ一定である第1フラット範囲F1と第2フラット範囲F2との間に、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cとのリチウムイオン拡散抵抗差に起因した電圧差ΔVが生じる。換言すれば、電池電圧の挙動を示す電池電圧曲線(図7及び図8参照)において、第1フラット範囲F1と第2フラット範囲F2との間の位置に段差Sが生じる。この電圧差ΔV(曲線上の段差S)は、実施例1で説明したように、容易に検知することができる。従って、電圧差ΔV(段差S)を検知することで、リチウムイオン二次電池200の状態を検知し易くなる。   Specifically, due to the lithium ion diffusion resistance difference between the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c between the first flat range F1 and the second flat range F2 where the battery voltage is substantially constant. Voltage difference ΔV occurs. In other words, a step S occurs at a position between the first flat range F1 and the second flat range F2 in the battery voltage curve indicating the behavior of the battery voltage (see FIGS. 7 and 8). This voltage difference ΔV (step S on the curve) can be easily detected as described in the first embodiment. Therefore, it is easy to detect the state of the lithium ion secondary battery 200 by detecting the voltage difference ΔV (step S).

なお、本実施例2のリチウムイオン二次電池200では、図7及び図8に示すように、電圧差ΔV(段差S)が、蓄電率50%(放電深度50%)付近に出現する。これは、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cの混合比を、50:50(重量比)としているからである。すなわち、リチウムイオン拡散係数の小さい第1正極活物質153bの割合を50wt%としているので、これに対応して、蓄電率50%付近の位置に電圧差ΔV(段差S)が出現したものである。従って、電圧差ΔV(段差S)を検知したとき、リチウムイオン二次電池200の蓄電率が50%に達したと判断することができる。   In the lithium ion secondary battery 200 of the second embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the voltage difference ΔV (step S) appears in the vicinity of a storage rate of 50% (discharge depth of 50%). This is because the mixing ratio of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c is 50:50 (weight ratio). That is, since the ratio of the first positive electrode active material 153b having a small lithium ion diffusion coefficient is set to 50 wt%, a voltage difference ΔV (step S) appears at a position in the vicinity of the power storage rate corresponding to 50%. . Therefore, when the voltage difference ΔV (step S) is detected, it can be determined that the storage rate of the lithium ion secondary battery 200 has reached 50%.

このように、実施例1,2の結果より、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cの混合比を調整することで、電圧差ΔV(段差S)が出現する蓄電率(放電深度)の値を調整することができるといえる。すなわち、第1正極活物質153bと第2正極活物質153cの混合比の調整により、電池電圧曲線上の所望の位置に、電圧差ΔV(段差S)を出現させることができる。   Thus, from the results of Examples 1 and 2, by adjusting the mixing ratio of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c, the storage rate (depth of discharge) at which the voltage difference ΔV (step S) appears. ) Value can be adjusted. That is, by adjusting the mixing ratio of the first positive electrode active material 153b and the second positive electrode active material 153c, the voltage difference ΔV (step S) can appear at a desired position on the battery voltage curve.

以上において、本発明を実施例1,2に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。   In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it can be applied as appropriate without departing from the scope of the present invention. Nor.

例えば、実施例1,2のリチウムイオン二次電池100,200では、正極活物質として、リチウムイオン拡散係数の異なる2種類のLiFePO4を用いたが、3〜5種類のリチウムイオン拡散係数の異なるLiFePO4を用いるようにしても良い。これにより、リチウムイオン二次電池の充放電時に複数の電圧差ΔV(段差S)が生じるので、この複数の電圧差ΔV(段差S)を検知することで、複数の状態(蓄電率やSOCなど)を検知することができる。 For example, in the lithium ion secondary batteries 100 and 200 of Examples 1 and 2, two types of LiFePO 4 having different lithium ion diffusion coefficients were used as the positive electrode active material, but 3 to 5 types of lithium ion diffusion coefficients were different. LiFePO 4 may be used. As a result, a plurality of voltage differences ΔV (steps S) are generated during charging / discharging of the lithium ion secondary battery. By detecting the plurality of voltage differences ΔV (steps S), a plurality of states (such as power storage rate and SOC) are detected. ) Can be detected.

また、実施例1,2のリチウムイオン二次電池100,200では、正極活物質として、LiFePO4を用いたが、LiMnPO4またはLiCoPO4を用いても良い。正極活物質として、リチウムイオン拡散係数が異なる2種以上のLiMnPO4、または、リチウムイオン拡散係数が異なる2種以上のLiCoPO4 を用いることで、明確な電圧差ΔV(曲線上の段差S)を発現させることができる。この電圧差ΔV(段差S)を検知することで、リチウムイオン二次電池の状態が検知し易くなる。 In the lithium ion secondary batteries 100 and 200 of Examples 1 and 2, LiFePO 4 was used as the positive electrode active material, but LiMnPO 4 or LiCoPO 4 may be used. By using two or more types of LiMnPO 4 having different lithium ion diffusion coefficients or two or more types of LiCoPO 4 having different lithium ion diffusion coefficients as the positive electrode active material, a clear voltage difference ΔV (step S on the curve) can be obtained. Can be expressed. By detecting this voltage difference ΔV (step S), the state of the lithium ion secondary battery can be easily detected.

実施例1,2にかかるリチウムイオン二次電池100,200の断面図である。1 is a cross-sectional view of lithium ion secondary batteries 100 and 200 according to Examples 1 and 2. FIG. 実施例1,2にかかる電極体150,250の断面図である。It is sectional drawing of the electrode bodies 150 and 250 concerning Example 1,2. 実施例1,2にかかる電極体150,250の部分拡大断面図であり、図2のB部拡大図に相当する。FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view of electrode bodies 150 and 250 according to Examples 1 and 2 and corresponds to an enlarged view of a portion B in FIG. リチウムイオン二次電池100の充電特性図である。FIG. 3 is a charging characteristic diagram of the lithium ion secondary battery 100. リチウムイオン二次電池100の放電特性図である。3 is a discharge characteristic diagram of the lithium ion secondary battery 100. FIG. リチウムイオン二次電池100のQ−dV/dQ曲線(充電時)を示す図である。3 is a diagram showing a Q-dV / dQ curve (at the time of charging) of the lithium ion secondary battery 100. FIG. リチウムイオン二次電池200の充電特性図である。FIG. 6 is a charging characteristic diagram of the lithium ion secondary battery 200. リチウムイオン二次電池200の放電特性図である。3 is a discharge characteristic diagram of a lithium ion secondary battery 200. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100,200 リチウムイオン二次電池
150,250 電極体
153b 第1正極活物質
153c 第2正極活物質
154 負極活物質
155,255 正極板
156 負極板
157 セパレータ
100, 200 Lithium ion secondary battery 150, 250 Electrode body 153b First positive electrode active material 153c Second positive electrode active material 154 Negative electrode active material 155, 255 Positive electrode plate 156 Negative electrode plate 157 Separator

Claims (5)

正極活物質を含むリチウムイオン二次電池であって、
上記正極活物質は、
同一の組成式で表される化合物からなり、2相共存型の充放電を行う正極活物質であって、リチウムイオン拡散係数が異なる2種以上の正極活物質である
リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery including a positive electrode active material,
The positive electrode active material is
A lithium ion secondary battery comprising a compound represented by the same composition formula and a two-phase coexisting type charge / discharge positive electrode active material having different lithium ion diffusion coefficients.
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質は、いずれも、LiFe(1-X)XPO4(Mは、Mn,Cr,Co,Cu,Ni,V,Mo,Ti,Zn,Al,Ga,B,Nbの少なくともいずれかであり、0≦X≦0.1)で表される化合物である
リチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to claim 1,
All of the positive electrode active materials are LiFe (1-X) M x PO 4 (M is at least one of Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, B, and Nb. A lithium ion secondary battery which is any one of the compounds represented by 0 ≦ X ≦ 0.1).
請求項2に記載のリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質は、いずれも、LiFePO4で表される化合物である
リチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to claim 2,
All of the positive electrode active materials are lithium ion secondary batteries which are compounds represented by LiFePO 4 .
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質は、
第1正極活物質と、
上記第1正極活物質よりもリチウムイオン拡散係数が大きい第2正極活物質と、を含む
リチウムイオン二次電池。
It is a lithium ion secondary battery as described in any one of Claims 1-3,
The positive electrode active material is
A first positive electrode active material;
And a second positive electrode active material having a lithium ion diffusion coefficient larger than that of the first positive electrode active material.
請求項4に記載のリチウムイオン二次電池であって、
前記第2正極活物質のリチウムイオン拡散係数は、前記第1正極活物質のリチウムイオン拡散係数の5倍以上である
リチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to claim 4,
A lithium ion secondary battery in which a lithium ion diffusion coefficient of the second positive electrode active material is five times or more than a lithium ion diffusion coefficient of the first positive electrode active material.
JP2008187995A 2008-07-21 2008-07-21 Lithium ion secondary battery Withdrawn JP2010027409A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008187995A JP2010027409A (en) 2008-07-21 2008-07-21 Lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008187995A JP2010027409A (en) 2008-07-21 2008-07-21 Lithium ion secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010027409A true JP2010027409A (en) 2010-02-04

Family

ID=41733040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008187995A Withdrawn JP2010027409A (en) 2008-07-21 2008-07-21 Lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010027409A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012018775A (en) * 2010-07-06 2012-01-26 Toyota Motor Corp Lithium ion secondary battery and battery pack
JP2013196805A (en) * 2012-03-16 2013-09-30 Hitachi Ltd Lithium ion secondary battery system and method for controlling lithium ion secondary battery system
JP2015032551A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社デンソー Battery pack
US20150100260A1 (en) * 2012-06-13 2015-04-09 Lg Chem, Ltd. Apparatus and method for estimating soc of secondary battery including blended cathode material
WO2015130228A1 (en) * 2014-02-26 2015-09-03 Nanyang Technological University Cathode materials containing olivine structured nanocomposites
JP2017531297A (en) * 2014-10-15 2017-10-19 サクティ3 インコーポレイテッド Amorphous cathode material for battery devices
JP2018528769A (en) * 2015-08-25 2018-10-04 ニコベンチャーズ ホールディングス リミテッド Electronic vapor supply device
WO2022091673A1 (en) * 2020-10-27 2022-05-05 株式会社Gsユアサ Abnormality detection method, abnormality detection device, power storage device, and computer program

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012018775A (en) * 2010-07-06 2012-01-26 Toyota Motor Corp Lithium ion secondary battery and battery pack
JP2013196805A (en) * 2012-03-16 2013-09-30 Hitachi Ltd Lithium ion secondary battery system and method for controlling lithium ion secondary battery system
US20150100260A1 (en) * 2012-06-13 2015-04-09 Lg Chem, Ltd. Apparatus and method for estimating soc of secondary battery including blended cathode material
JP2015528101A (en) * 2012-06-13 2015-09-24 エルジー・ケム・リミテッド Apparatus and method for estimating state of charge of secondary battery including mixed positive electrode material
JP2017067790A (en) * 2012-06-13 2017-04-06 エルジー・ケム・リミテッド Apparatus and method for estimating state of charge of secondary battery including blended cathode material
JP2015032551A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社デンソー Battery pack
WO2015130228A1 (en) * 2014-02-26 2015-09-03 Nanyang Technological University Cathode materials containing olivine structured nanocomposites
JP2017531297A (en) * 2014-10-15 2017-10-19 サクティ3 インコーポレイテッド Amorphous cathode material for battery devices
JP2018528769A (en) * 2015-08-25 2018-10-04 ニコベンチャーズ ホールディングス リミテッド Electronic vapor supply device
WO2022091673A1 (en) * 2020-10-27 2022-05-05 株式会社Gsユアサ Abnormality detection method, abnormality detection device, power storage device, and computer program

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7232355B2 (en) rechargeable battery cell
JP5672113B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5991551B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101514586B1 (en) Negative electrode active material for lithium ion secondary battery
US9876227B2 (en) Sealed nonaqueous electrolyte secondary battery and method of producing same
AU2005213420A1 (en) Lithium secondary cell with high charge and discharge rate capability
JP5553798B2 (en) Positive electrode material for lithium ion secondary battery
JP2010027409A (en) Lithium ion secondary battery
JP2018049828A (en) Positive electrode
CN104521032A (en) Method of manufacturing non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
US10637048B2 (en) Silicon anode materials
EP3322024A1 (en) Nonaqueous electrolyte battery and battery pack
JP6443416B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery manufacturing method and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5279567B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
CA2777377A1 (en) Non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery
JP2009259607A (en) Battery pack
EP3451437B1 (en) Lithium ion secondary cell charging method, lithium ion secondary cell system, and power storage device
US11929503B2 (en) Positive electrode for secondary battery and secondary battery
JP6735036B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2013197052A (en) Lithium ion power storage device
JP2021018893A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN102282715A (en) Lithium ion secondary battery
JP7288479B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2024053606A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery, battery module, and battery system
US20240291045A1 (en) Non-aqueous rechargeable battery

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20111004