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JP6125719B1 - Charging system and method for charging non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

Charging system and method for charging non-aqueous electrolyte battery Download PDF

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JP6125719B1 JP2016510869A JP2016510869A JP6125719B1 JP 6125719 B1 JP6125719 B1 JP 6125719B1 JP 2016510869 A JP2016510869 A JP 2016510869A JP 2016510869 A JP2016510869 A JP 2016510869A JP 6125719 B1 JP6125719 B1 JP 6125719B1
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Abstract

実施形態によれば、二次電池部と充電制御部を含む充電システムが提供される。二次電池部は、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質及びチタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む。充電制御部は、二次電池部に下記(1)式を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施す。0.1V≦VCC−VCCV≦0.5V (1)但し、VCCは定電流充電での到達電圧(V)で、VCCVは定電圧充電時の閉回路電圧(V)である。According to the embodiment, a charging system including a secondary battery unit and a charging control unit is provided. The secondary battery part includes a positive electrode active material containing an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure and a negative electrode active material containing a titanium composite oxide. The charging control unit performs constant voltage charging after constant current charging so that the secondary battery unit satisfies the following expression (1). 0.1V.ltoreq.VCC-VCCV.ltoreq.0.5V (1) where VCC is a voltage reached at constant current charging (V) and VCCV is a closed circuit voltage at constant voltage charging (V).

Description

実施形態は、充電システム及び非水電解質電池の充電方法に関する。   Embodiments relate to a charging system and a charging method for a nonaqueous electrolyte battery.

リチウムイオンが負極と正極を移動することにより充放電が行われる非水電解質電池は、高エネルギー密度電池として、盛んに研究が進められている。   Non-aqueous electrolyte batteries that are charged and discharged by moving lithium ions between the negative electrode and the positive electrode are actively studied as high energy density batteries.

この非水電解質電池は、小型電子機器用電源としての利用に加え、中大型電源としての利用も期待される。そのような中大型用途では、寿命特性や高い安全性が要求される。   This non-aqueous electrolyte battery is expected to be used as a medium- and large-sized power source in addition to being used as a power source for small electronic devices. In such medium and large-sized applications, life characteristics and high safety are required.

非水電解質電池の正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物が用いられている。その酸化物の遷移金属には、Co、Mn、Niなどが用いられている。近年、安価かつ安全性の高い正極材料としてスピネル型マンガン酸リチウムや、オリビン型リン酸鉄リチウム、オリビン型リン酸マンガンリチウムなどオリビン型構造の化合物の研究が盛んとなっている。   Lithium transition metal composite oxide is used for the positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte battery. Co, Mn, Ni, or the like is used as the transition metal of the oxide. In recent years, studies on olivine type compounds such as spinel type lithium manganate, olivine type lithium iron phosphate, and olivine type lithium manganese phosphate as active cathode materials that are inexpensive and highly safe have been actively conducted.

オリビン型構造の化合物は電子伝導性が低いため、良好な充放電特性を得ることが困難である。中でも、リン酸マンガンリチウムを正極活物質として含む非水電解質電池が、良好な充放電特性を実現することは困難であった。   Since the compound having an olivine structure has low electron conductivity, it is difficult to obtain good charge / discharge characteristics. Among these, it has been difficult for a nonaqueous electrolyte battery containing lithium manganese phosphate as a positive electrode active material to achieve good charge / discharge characteristics.

特開2011−124166号公報JP 2011-124166 A

実施形態の課題は、寿命性能が改善された充電システムと非水電解質電池の製造方法を提供することである。   The subject of embodiment is providing the manufacturing method of the charging system and nonaqueous electrolyte battery with which lifetime performance was improved.

実施形態によれば、二次電池部と、充電制御部とを含む充電システムが提供される。二次電池部は、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を含む正極と、チタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池を含む。充電制御部は、二次電池部に下記(1)式を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施す。   According to the embodiment, a charging system including a secondary battery unit and a charging control unit is provided. The secondary battery unit includes a non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode including a positive electrode active material including a Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, a negative electrode including a negative electrode active material including a titanium composite oxide, and a non-aqueous electrolyte. Including. The charging control unit performs constant voltage charging after constant current charging so that the secondary battery unit satisfies the following expression (1).

0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V (1)
但し、VCCは定電流充電での到達電圧(V)で、VCCVは定電圧充電時の閉回路電圧(V)である。
0.1V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5V (1)
However, V CC is an ultimate voltage (V) in constant current charging, and V CCV is a closed circuit voltage (V) in constant voltage charging.

また、他の実施形態によれば、非水電解質電池の充電方法が提供される。非水電解質電池は、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を含む正極と、チタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む負極と、非水電解質とを含む。充電方法は、非水電解質電池に到達電圧VCC(V)まで定電流充電を施すことと、非水電解質電池に電圧VCCV(V)で定電圧充電を施すことを含む。到達電圧VCC(V)及び電圧VCCV(V)が下記(1)式を満たす。Moreover, according to other embodiment, the charging method of a nonaqueous electrolyte battery is provided. The nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode including a positive electrode active material including an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, a negative electrode including a negative electrode active material including a titanium composite oxide, and a nonaqueous electrolyte. The charging method includes subjecting the nonaqueous electrolyte battery to constant current charging up to the ultimate voltage V CC (V) and subjecting the nonaqueous electrolyte battery to constant voltage charging at the voltage V CCV (V). The ultimate voltage V CC (V) and the voltage V CCV (V) satisfy the following expression (1).

0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V (1)0.1V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5V (1)

第1の実施形態の充電システムによる定電流定電圧充電を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows the constant current constant voltage charge by the charging system of 1st Embodiment. 第1の実施形態の充電システムによる定電流定電圧充電におけるセル電圧の継時変化を示すグラフ。The graph which shows the time-dependent change of the cell voltage in the constant current constant voltage charge by the charging system of 1st Embodiment. 参考例による定電流定電圧充電におけるセル電圧の継時変化を示すグラフ。The graph which shows the change over time of the cell voltage in the constant current constant voltage charge by a reference example. 第1の実施形態の充電システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the charging system of 1st Embodiment. 第1の実施形態の充電システムに含まれる非水電解質電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the nonaqueous electrolyte battery contained in the charging system of 1st Embodiment. 図5のA部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the A section of FIG. 第1の実施形態の充電システムに含まれる非水電解質電池の他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the nonaqueous electrolyte battery contained in the charging system of 1st Embodiment. 図7のB部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the B section of FIG.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態によれば、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を含む正極と、チタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池を含む二次電池部を含む充電システムが提供される。
(First embodiment)
According to the first embodiment, a non-aqueous solution including a positive electrode including a positive electrode active material including a Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, a negative electrode including a negative electrode active material including a titanium composite oxide, and a non-aqueous electrolyte. A charging system including a secondary battery unit including an electrolyte battery is provided.

オリビン構造のFe含有リン酸化合物の一例として、リン酸マンガンリチウムがあげられる。リン酸マンガンリチウムをはじめとするオリビン構造のFe含有リン酸化合物は、充電されにくい。そのため、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を備えた非水電解質電池では、充電時の過電圧を大きくすることが望ましい。しかしながら、電池に過電圧がかかった状態で定電圧充電を施すと、非水電解質の酸化分解が生じて正極の劣化が加速されることがわかった。   An example of the Fe-containing phosphate compound having an olivine structure is lithium manganese phosphate. Fe-containing phosphate compounds having an olivine structure such as lithium manganese phosphate are difficult to be charged. Therefore, in a nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode active material containing an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, it is desirable to increase the overvoltage during charging. However, it has been found that when constant voltage charging is performed with an overvoltage applied to the battery, oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte occurs and the deterioration of the positive electrode is accelerated.

実施形態の充電システムによれば、非水電解質電池を含む二次電池部に下記(1)式を満たすように、定電流充電(constant current:CC)後に定電圧充電(constant voltage:CV)を施す充電制御部を含むため、システムの寿命性能を改善することができる。   According to the charging system of the embodiment, the constant voltage charging (constant voltage: CV) is performed after the constant current charging (constant current: CC) so that the secondary battery unit including the nonaqueous electrolyte battery satisfies the following expression (1). Since the charging control unit to be applied is included, the lifetime performance of the system can be improved.

0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V (1)
但し、VCCは定電流充電での到達電圧(V)で、VCCVは定電圧充電時の閉回路電圧(closed circuit voltage:CCV)(V)である。
0.1V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5V (1)
However, V CC is an ultimate voltage (V) in constant current charging, and V CCV is a closed circuit voltage (CCV) (V) in constant voltage charging.

VCC−VCCVで表される電圧差を0.1V未満にすると、定電流充電後に行われる定電圧充電の進行が遅くなって定電流定電圧充電に要するトータル時間が長くなり、生産性に劣る。一方、電圧差が0.5Vを超えると、定電流充電後の電池にかかる過電圧が大きくなって非水電解質の酸化分解が進行する。その結果、正極の抵抗が増加して電池の充放電サイクル寿命が低下する。If the voltage difference represented by V CC −V CCV is less than 0.1 V, the progress of constant voltage charging performed after constant current charging is slowed down, and the total time required for constant current constant voltage charging is increased. Inferior. On the other hand, when the voltage difference exceeds 0.5 V, the overvoltage applied to the battery after constant current charging is increased and the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte proceeds. As a result, the resistance of the positive electrode increases, and the charge / discharge cycle life of the battery decreases.

電圧差を0.1V以上0.5V以下にすると、定電流充電後の電池に過電圧をかけることで定電圧充電を促進することができる。また、定電圧充電が、定電流充電での到達電圧よりも0.1〜0.5V低いため、定電圧充電時の非水電解質の酸化分解を抑制することができる。従って、充電時間の短縮を図りつつ、非水電解質の酸化分解を抑制して正極の抵抗上昇を抑えることができる。その結果、電池の充放電サイクル寿命を向上させることができるため、充電システムの寿命性能を改善することができる。VCC−VCCVで表される電圧差のより好ましい範囲は0.2V≦VCC−VCCV ≦0.3Vである。When the voltage difference is 0.1 V or more and 0.5 V or less, constant voltage charging can be promoted by applying an overvoltage to the battery after constant current charging. Moreover, since constant voltage charging is 0.1 to 0.5 V lower than the ultimate voltage in constant current charging, oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte during constant voltage charging can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the increase in resistance of the positive electrode by suppressing the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte while shortening the charging time. As a result, since the charge / discharge cycle life of the battery can be improved, the life performance of the charging system can be improved. A more preferable range of the voltage difference represented by V CC −V CCV is 0.2V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.3V.

充電制御部による定電流定電圧充電のフローを図1に示す。工程21では、二次電池部に電流Icc(C)で定電流充電が施される。ここで、1Cは非水電解質電池を1時間で放電し得る電流値(A)に相当する値である。A flow of constant current and constant voltage charging by the charging control unit is shown in FIG. In step 21, the secondary battery unit is charged with a constant current with a current I cc (C). Here, 1C is a value corresponding to a current value (A) that can discharge the nonaqueous electrolyte battery in one hour.

定電圧充電は、二次電池部の電圧が到達電圧VCC(V)に到達するまで行われる(工程22)。次いで、定電圧充電に移行する(工程23)。定電圧充電時の閉回路電圧(V)はVCCV(V)に設定される。VCC(V)及びVCCV(V)は、前述の(1)式を満たす。電流値が設定値まで収束したら(工程24)、定電圧充電を終了する。The constant voltage charging is performed until the voltage of the secondary battery unit reaches the ultimate voltage V CC (V) (step 22). Next, the process proceeds to constant voltage charging (step 23). The closed circuit voltage (V) during constant voltage charging is set to V CCV (V). V CC (V) and V CCV (V) satisfy the above-described expression (1). When the current value converges to the set value (step 24), the constant voltage charging is terminated.

充電制御部による定電流定電圧充電における、セル電圧と充電時間との関係を図2に示す。図2のグラフの縦軸であるセル電圧は、非水電解質電池の単位セルの電圧である。図2に示す通り、定電圧充電を到達電圧VCC(V)で終了させると、定電圧充電の末期の電圧上昇の傾きが大きくなる。その後、電圧をVCCV(V)まで下降させ、定電圧充電に移行させる。定電圧充電を到達電圧VCC(V)まで行うことにより、所定のSOC(State of charge:充電状態)に到達するまでに要する定電圧充電時間を短縮することができる。FIG. 2 shows the relationship between the cell voltage and the charging time in the constant current and constant voltage charging by the charging control unit. The cell voltage that is the vertical axis of the graph of FIG. 2 is the voltage of the unit cell of the nonaqueous electrolyte battery. As shown in FIG. 2, when the constant voltage charging is terminated at the ultimate voltage V CC (V), the slope of the voltage increase at the end of the constant voltage charging becomes large. Thereafter, the voltage is lowered to V CCV (V) to shift to constant voltage charging. By performing constant voltage charging up to the ultimate voltage V CC (V), the constant voltage charging time required to reach a predetermined SOC (State of charge) can be shortened.

これに対し、充電制御部による定電流定電圧充電を行わない参考例の場合、図3に示すように、理論的に充電される電圧であるV(V)以上の電圧であるVまで定電流充電を行った後、電圧をV(V)にて定電圧充電が行われる。このような方法によると、非水電解質の酸化分解の促進を避けるため、定電圧充電を行うVを高くすることができず、所定のSOCに到達するまでに要する充電時間が長くなるため、生産性に劣る。さらに充電時間を短くするためVを高くすると、大きな過電圧が長期間に亘ってかかるため、非水電解質の酸化分解が促進されるため、生産性と劣化抑制の両立が難しい。

到達電圧VCC(V)は、非水電解質電池の理論電圧(V)以上の値にすることが望ましい。正極活物質がオリビン構造のFe含有リン酸化合物の一種であるLiMn1-x-yFexAyPO4(0<x≦0.3, 0≦y≦0.1, AはMg, Ca, Al, Ti, Zn及びZrよりなる群から選択される少なくとも一つの元素)であり、かつ負極活物質がチタン複合酸化物の一種であるスピネル型リチウムチタン酸化物である非水電解質電池を例にして説明する。LiMn1−x−yFePOを含む正極の作動電位は4.1V(vs.Li/Li)である。チタン複合酸化物を負極の作動電位は1.5V(vs.Li/Li)付近であり、スピネル型リチウムチタン酸化物を含む負極の作動電位は1.55V(vs.Li/Li)である。よって、非水電解質電池の理論電圧は2.55Vとなるため、非水電解質の酸化分解の抑制を考慮すると従来であればVCCおよびVccvは2.6V程度が好ましい。しかし、実施形態のように生産性と非水電解質の酸化分解抑制の両立を鑑みると、到達電圧VCC(V)を2.7V以上3.2V程度とし、閉回路電圧VCCVは2.6V以上3.1V以下の範囲とすることが好ましい。到達電圧VCC(V)のより好ましい範囲は、2.7以上、3.1V以下の範囲である。
In contrast, in the case of the reference example does not perform the constant current constant voltage charging by the charging control unit, as shown in FIG. 3, up to V 2 is V 1 (V) voltage above a voltage charged theoretically After performing constant current charging, constant voltage charging is performed at a voltage of V 2 (V). According to this method, in order to avoid the acceleration of oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte, since it is impossible to increase the V 2 to perform the constant voltage charging, the charging time required to reach the predetermined SOC becomes longer, Productivity is inferior. Further increasing the V 2 to shorten the charging time, since a large overvoltage is applied over a long period of time, since the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte is accelerated, it is difficult achieve both productivity and deterioration prevention.

The ultimate voltage V CC (V) is desirably a value equal to or higher than the theoretical voltage (V) of the nonaqueous electrolyte battery. LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 (0 <x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.1, A is Mg, Ca, Al, Ti, Zn) And a non-aqueous electrolyte battery in which the negative electrode active material is a spinel type lithium titanium oxide which is a kind of titanium composite oxide. Working potential of the positive electrode containing LiMn 1-x-y Fe x A y PO 4 is 4.1V (vs.Li/Li +). The operating potential of the negative electrode containing titanium composite oxide is around 1.5 V (vs. Li / Li + ), and the operating potential of the negative electrode containing spinel type lithium titanium oxide is 1.55 V (vs. Li / Li + ). is there. Thus, the theoretical voltage of the nonaqueous electrolyte battery for the 2.55V, V CC and V ccv if conventional Considering the suppression of oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte about 2.6V is preferred. However, considering both productivity and suppression of oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte as in the embodiment, the ultimate voltage V CC (V) is set to approximately 2.7 V or more and 3.2 V, and the closed circuit voltage V CCV is 2.6 V. It is preferable to set it as the range below 3.1V. A more preferable range of the reached voltage V CC (V) is a range of 2.7 to 3.1 V.

定電流充電時の電流値をICC(C)とした際に、電流値ICC(C)は下記(2)式を満たすことが望ましい。When the current value during constant current charging is I CC (C), it is desirable that the current value I CC (C) satisfies the following formula (2).

0.2C≦ICC≦30C (2)
このような範囲にすることにより、充電時間の短縮と正極活物質の劣化抑制の双方が達成される。
0.2C ≦ I CC ≦ 30C (2)
By setting it as such a range, both shortening of charge time and suppression of a deterioration of a positive electrode active material are achieved.

非水電解質電池を含む二次電池部の形態は、特に限定されず、セル単独、複数の単位セルが電気的に接続された組電池のいずれであっても良い。組電池において単位セルを電気的に接続する方法は、特に限定されず、直列、並列、直列と並列を組み合わせたもの等を挙げることができる。   The form of the secondary battery part including the nonaqueous electrolyte battery is not particularly limited, and may be either a single cell or an assembled battery in which a plurality of unit cells are electrically connected. The method for electrically connecting the unit cells in the assembled battery is not particularly limited, and examples include serial, parallel, and combinations of series and parallel.

二次電池部を、複数の単位セルを直列に接続した組電池とする場合、充電制御部は、下記(3)式を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施すことが望ましい。これにより、充電システムの寿命性能を改善することができる。   When the secondary battery unit is an assembled battery in which a plurality of unit cells are connected in series, it is desirable that the charge control unit performs constant voltage charging after constant current charging so as to satisfy the following expression (3). Thereby, the lifetime performance of a charging system can be improved.

0.1nV≦VCC−VCCV ≦0.5nV (3)
ここで、nは組電池に含まれる単位セルの数である。
0.1nV ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5nV (3)
Here, n is the number of unit cells included in the assembled battery.

充電システムの形態は、特に限定されず、二次電池部と充電制御部が筐体内に収納された電池パックであっても良いし、車載用マイクロコントローラに充電制御部を組み込み、充電制御部に二次電池部を電気的に接続することにより充電システムを形成することも可能である。また、充電システムは、様々な用途に使用可能であり、例えば、定置用や車載用、具体的には、定置用電源、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車等が挙げられる。   The form of the charging system is not particularly limited, and may be a battery pack in which the secondary battery unit and the charging control unit are housed in the housing, or the charging control unit is incorporated in the in-vehicle microcontroller and the charging control unit is incorporated. It is also possible to form a charging system by electrically connecting the secondary battery units. In addition, the charging system can be used for various applications, for example, for stationary or in-vehicle use, specifically, a stationary power source, a two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicle, a two-wheel to four-wheel electric vehicle, etc. Can be mentioned.

充電システムの一例を図4に示す。図4に示す充電システムは、二次電池部25と、電池管理回路26とを含む。二次電池部25は、複数の非水電解質電池単位セル10が直列に接続された組電池を含む。電池管理回路26は、充電制御部として機能するものである。電池管理回路26は、配線28によって非水電解質電池単位セル10それぞれに電気的に接続されている。このような構成の充電システムの二次電池部25が配線29により充電器27に電気的に接続される。   An example of the charging system is shown in FIG. The charging system shown in FIG. 4 includes a secondary battery unit 25 and a battery management circuit 26. The secondary battery unit 25 includes an assembled battery in which a plurality of nonaqueous electrolyte battery unit cells 10 are connected in series. The battery management circuit 26 functions as a charge control unit. The battery management circuit 26 is electrically connected to each non-aqueous electrolyte battery unit cell 10 by a wiring 28. The secondary battery unit 25 of the charging system having such a configuration is electrically connected to the charger 27 by the wiring 29.

非水電解質電池の構造は、特に限定されるものではなく、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等を有することができる。扁平型非水電解質電池の一例を図5〜図8に示す。   The structure of the nonaqueous electrolyte battery is not particularly limited, and can have a flat shape, a square shape, a cylindrical shape, a coin shape, a button shape, or the like. An example of a flat type non-aqueous electrolyte battery is shown in FIGS.

図5及び図6に示すように、扁平状の捲回電極群1は、2枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる袋状外装部材2内に収納されている。扁平状の捲回電極群1は、外側から負極3、セパレータ4、正極5、セパレータ4の順で積層した積層物を渦巻状に捲回し、この積層物をプレス成型することにより形成される。最外層の負極3は、図6に示すように負極集電体3aの内面側の片面に負極活物質を含む負極層3bを形成した構成を有し、その他の負極3は、負極集電体3aの両面に負極層3bを形成して構成されている。正極5は、正極集電体5aの両面に正極層5bを形成して構成されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the flat wound electrode group 1 is accommodated in a bag-shaped exterior member 2 made of a laminate film in which a metal layer is interposed between two resin films. The flat wound electrode group 1 is formed by winding a laminate in which the negative electrode 3, the separator 4, the positive electrode 5, and the separator 4 are laminated in this order from the outside, and then press-molding the laminate. As shown in FIG. 6, the outermost negative electrode 3 has a configuration in which a negative electrode layer 3b containing a negative electrode active material is formed on one surface on the inner surface side of the negative electrode current collector 3a. The negative electrode layer 3b is formed on both surfaces of 3a. The positive electrode 5 is configured by forming a positive electrode layer 5b on both surfaces of a positive electrode current collector 5a.

捲回電極群1の外周端近傍において、負極端子6は最外層の負極3の負極集電体3aに接続され、正極端子7は内側の正極5の正極集電体5aに接続されている。これらの負極端子6および正極端子7は、袋状外装部材2の開口部から外部に延出されている。例えば液状非水電解質は、袋状外装部材2の開口部から注入されている。袋状外装部材2の開口部をヒートシールすることにより捲回電極群1および液状非水電解質を完全密封している。ヒートシールする際、負極端子6および正極端子7は、この開口部にて袋状外装部材2により挟まれる。   In the vicinity of the outer peripheral end of the wound electrode group 1, the negative electrode terminal 6 is connected to the negative electrode current collector 3 a of the outermost negative electrode 3, and the positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode current collector 5 a of the inner positive electrode 5. The negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are extended to the outside from the opening of the bag-shaped exterior member 2. For example, the liquid nonaqueous electrolyte is injected from the opening of the bag-shaped exterior member 2. The wound electrode group 1 and the liquid nonaqueous electrolyte are completely sealed by heat-sealing the opening of the bag-shaped exterior member 2. When heat-sealing, the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are sandwiched by the bag-shaped exterior member 2 at this opening.

図7及び図8に示すように、積層型電極群11は、2枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる外装部材12内に収納されている。積層型電極群11は、図8に示すように正極13と負極14とをその間にセパレータ15を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極13は複数枚存在し、それぞれが集電体13aと、集電体13aの両面に担持された正極層13bとを備える。負極14は複数枚存在し、それぞれが集電体14aと、集電体14aの両面に担持された負極層14bとを備える。各負極14の集電体14aは、一端が正極13から突出している。集電体14aの突出している一端は、帯状の負極端子16に電気的に接続されている。帯状の負極端子16の先端は、外装部材12から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極13の集電体13aは、一端が負極14から突出している。負極14から突出している正極13aの一端は、集電体14aの突出している一端と反対側に位置する。集電体13aの突出している一端は、帯状の正極端子17に電気的に接続されている。帯状の正極端子17の先端は、負極端子16とは反対側に位置し、外装部材12の辺から外部に引き出されている。   As shown in FIGS. 7 and 8, the laminated electrode group 11 is housed in an exterior member 12 made of a laminate film in which a metal layer is interposed between two resin films. As shown in FIG. 8, the stacked electrode group 11 has a structure in which positive electrodes 13 and negative electrodes 14 are alternately stacked with separators 15 interposed therebetween. There are a plurality of positive electrodes 13, each including a current collector 13 a and a positive electrode layer 13 b supported on both surfaces of the current collector 13 a. There are a plurality of negative electrodes 14, each of which includes a current collector 14a and a negative electrode layer 14b supported on both surfaces of the current collector 14a. One end of the current collector 14 a of each negative electrode 14 protrudes from the positive electrode 13. One end of the current collector 14 a protruding is electrically connected to the strip-shaped negative terminal 16. The tip of the strip-shaped negative electrode terminal 16 is drawn out from the exterior member 12 to the outside. Although not shown, one end of the current collector 13 a of the positive electrode 13 protrudes from the negative electrode 14. One end of the positive electrode 13a protruding from the negative electrode 14 is located on the opposite side to the one end of the current collector 14a protruding. The projecting end of the current collector 13 a is electrically connected to the belt-like positive electrode terminal 17. The tip of the strip-like positive electrode terminal 17 is located on the opposite side of the negative electrode terminal 16 and is drawn out from the side of the exterior member 12 to the outside.

以下、非水電解質電池に用いられる負極、正極、非水電解質、セパレータ、外装部材、正極端子、負極端子について詳細に説明する。   Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, the nonaqueous electrolyte, the separator, the exterior member, the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal used in the nonaqueous electrolyte battery will be described in detail.

(負極)
負極は、負極集電体及び負極活物質含有層を含む。負極活物質含有層は、負極活物質、導電剤及び結着剤を含む。負極活物質含有層は、負極集電体の片面若しくは両面に形成される。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer. The negative electrode active material-containing layer includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder. The negative electrode active material-containing layer is formed on one side or both sides of the negative electrode current collector.

負極活物質は、チタン複合酸化物を含む。負極活物質として用いることのできるチタン複合酸化物の例には、スピネル構造のチタン酸リチウム(例えば、一般式Li4/3+xTi5/3(0≦x≦1.1))、単斜晶型チタン複合酸化物(例えば、単斜晶系β型LiTiO(0≦x、より好ましくは0≦x≦1))、アナターゼ型チタン複合酸化物(例えばアナターゼ型二酸化チタン)及びラムスデライド型チタン酸リチウム(例えば、Li2+xTi(−1≦x≦3))や、一般式Ti1-xMx+yNb2-yO7-δ(0≦x<1, 0≦y<1、MはMg, Fe, Ni, Co, W, TaおよびMoより選択される少なくとも1つを含む)で表されるニオブ−チタン複合酸化物、一般式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ(0≦v≦4、0<w<2、0≦x<2、0<y≦6、0≦z<3、-0.5≦δ≦0.5、M1はCs, K, Sr, Ba, Caより選択される少なくとも1つを含み、M2はZr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, Alより選択される少なくとも1つを含む)で表される斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物などのようなチタン含有酸化物が挙げられる。中でもスピネル構造のチタン酸リチウムは寿命性能および急速充電性能、すなわちいわゆるサイクル性能およびレート性能に優れるため好ましい。その他、ニオブ複合酸化物をさらに含んでもよい。例えば、Nb2O5、Nb12O29、などが挙げられる。また、負極活物質は、負極活物質含有層において粒子として存在し得る。The negative electrode active material includes a titanium composite oxide. Examples of the titanium composite oxide that can be used as the negative electrode active material include spinel lithium titanate (for example, the general formula Li 4/3 + x Ti 5/3 O 4 (0 ≦ x ≦ 1.1)), single Oblique type titanium composite oxide (for example, monoclinic β-type Li x TiO 2 (0 ≦ x, more preferably 0 ≦ x ≦ 1)), anatase type titanium composite oxide (for example, anatase type titanium dioxide) and Ramsdelide type lithium titanate (for example, Li 2 + x Ti 3 O 7 (−1 ≦ x ≦ 3)) or general formula Ti 1-x M x + y Nb 2-y O 7-δ (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, and M includes at least one selected from Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta and Mo), and a general formula Li 2 + v Na 2 -w M1 x Ti 6-yz Nb y M2 z O 14 + δ (0 ≦ v ≦ 4, 0 <w <2, 0 ≦ x <2, 0 <y ≦ 6, 0 ≦ z <3, -0.5 ≦ δ ≦ 0.5, M1 is selected from Cs, K, Sr, Ba, Ca At least one, and M2 includes at least one selected from Zr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, and Al). Examples thereof include titanium-containing oxides. Among them, spinel-structured lithium titanate is preferable because it has excellent life performance and quick charge performance, that is, so-called cycle performance and rate performance. In addition, a niobium composite oxide may be further included. For example, Nb 2 O 5, Nb 12 O 29, and the like. Moreover, the negative electrode active material can exist as particles in the negative electrode active material-containing layer.

負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質は70質量%以上96質量%以下、負極導電剤は2質量%以上28質量%以下、結着剤は2質量%以上28質量%以下の範囲であることが好ましい。導電剤が2質量%未満であると、負極活物質含有層の集電性能が低下し、非水電解質電池の大電流特性が低下する恐れがある。また、結着剤が2質量%未満であると、負極活物質含有層と負極集電体の結着性が低下し、サイクル特性が低下する恐れがある。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々28質量%以下であることが好ましい。   The compounding ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is such that the negative electrode active material is 70% by mass to 96% by mass, the negative electrode conductive agent is 2% by mass to 28% by mass, and the binder is 2% by mass to 28% by mass. It is preferable that it is the range of the mass% or less. If the conductive agent is less than 2% by mass, the current collecting performance of the negative electrode active material-containing layer may be reduced, and the large current characteristics of the nonaqueous electrolyte battery may be reduced. On the other hand, if the binder is less than 2% by mass, the binding property between the negative electrode active material-containing layer and the negative electrode current collector is lowered, and the cycle characteristics may be lowered. On the other hand, from the viewpoint of increasing the capacity, the conductive agent and the binder are each preferably 28% by mass or less.

負極集電体は、1.0 Vよりも貴である電位範囲において電気化学的に安定であるアルミニウム箔若しくはMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiのような元素を含むアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。   The negative electrode current collector is either an aluminum foil that is electrochemically stable in a potential range nobler than 1.0 V or an aluminum alloy foil containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. Preferably it is formed.

負極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、負極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、負極集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥して、負極活物質含有層を形成する。その後、集電体と負極活物質含有層とにプレスを施す。或いは、負極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、負極活物質含有層として用いることもできる。このペレットを負極集電体上に形成することにより、負極を作製することができる。   The negative electrode can be produced, for example, by the following method. First, a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the negative electrode current collector. Next, the applied slurry is dried to form a negative electrode active material-containing layer. Thereafter, the current collector and the negative electrode active material-containing layer are pressed. Alternatively, the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder can be formed into a pellet and used as the negative electrode active material-containing layer. By forming this pellet on the negative electrode current collector, a negative electrode can be produced.

(正極)
正極は、正極集電体及び正極活物質含有層を含む。正極活物質含有層は、正極活物質の粒子を含み、必要に応じて導電剤及び結着剤を含んでいても良い。正極活物質含有層は、正極集電体の片面若しくは両面に形成される。
正極活物質は、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む。オリビン構造のFe含有リン酸化合物の例に、LiMn1-x-yFexAyPO4(0<x≦0.3, 0≦y≦0.1, AはMg, Ca, Al, Ti, Zn及びZrよりなる群から選択される少なくとも一つの元素)が含まれる。LiMn1-x-yFexAyPO4で表されるリン酸化合物は、安全性に優れ、かつ高電位な正極を実現することができるからである。x及びyのより好ましい範囲は、0.05≦x≦0.2、0.05≦y≦0.1である。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material-containing layer includes particles of the positive electrode active material, and may include a conductive agent and a binder as necessary. The positive electrode active material-containing layer is formed on one side or both sides of the positive electrode current collector.
The positive electrode active material includes an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure. Examples of Fe-containing phosphate compounds with olivine structure include LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 (0 <x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.1, A is composed of Mg, Ca, Al, Ti, Zn and Zr At least one element selected from the group). This is because the phosphoric acid compound represented by LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 is excellent in safety and can realize a positive electrode having a high potential. More preferable ranges of x and y are 0.05 ≦ x ≦ 0.2 and 0.05 ≦ y ≦ 0.1.

正極活物質中のLiMn1-x-yFexAyPO4で表されるリン酸化合物の含有量は、70重量%以上であることが望ましい。さらに好ましいのは、正極活物質がLiMn1-x-yFexAyPO4で表されるリン酸化合物から実質的になることである。The content of phosphoric acid compound represented by LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 in the positive electrode active material is desirably 70 wt% or more. Further preferred is that the cathode active material consists essentially of phosphoric acid compounds represented by LiMn 1-xy Fe x A y PO 4.

正極活物質は、粒子の形態で正極中に存在する。LiMn1-x-yFexAyPO4で表されるリン酸化合物は、単独の一次粒子であっても、一次粒子が凝集した二次粒子であっても良く、単独の一次粒子と二次粒子の双方を含むものであっても良い。The positive electrode active material is present in the positive electrode in the form of particles. Phosphoric acid compounds represented by LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 may be a single primary particles may be secondary particles formed by aggregation of primary particles alone of the primary particles and secondary particles Both of them may be included.

また、正極活物質は、オリビン構造のFe含有リン酸化合物と、これ以外の他の正極活物質とを含むものであっても良い。他の正極活物質に、リチウム含有酸化物が含まれる。   Further, the positive electrode active material may include an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure and another positive electrode active material. Other positive electrode active materials include lithium-containing oxides.

リチウム含有酸化物の例には、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn2O4又はLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えば、LixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えば、LiNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えば、LixMnyCo1-yO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1-y-zCoyMnzO2)、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物(例えば、LiNi1-y-zCoyAlzO2)が含まれる。上記において、0<x≦1であり、0≦y≦1であり、0≦z≦1であることが好ましい。Examples of the lithium-containing oxide include lithium manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide ( For example, Li x CoO 2), lithium nickel cobalt composite oxide (e.g., LiNi 1-y Co y O 2), lithium manganese cobalt composite oxide (e.g., Li x Mn y Co 1- y O 2), lithium nickel cobalt-manganese composite oxide (e.g., LiNi 1-yz Co y Mn z O 2), lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide (e.g., LiNi 1-yz Co y Al z O 2) are included. In the above, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ z ≦ 1 are preferable.

中でもリチウムマンガン複合酸化物(LixMn2O4)、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LixNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(LixMnyCo1-yO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNi1-y-zCoyMnzO2)が好ましい。上記において、0<x≦1であり、0≦y≦1であり、0≦z≦1であることが好ましい。Among them, lithium manganese composite oxide (Li x Mn 2 O 4 ), lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (Li x Mn y Co 1- y O 2), lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (e.g., LiNi 1-yz Co y Mn z O 2) is preferred. In the above, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ z ≦ 1 are preferable.

導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノチューブのような炭素材料が含まれる。これらの炭素材料を単独で用いてもよいし、或いは複数の炭素材料を用いてもよい。   Examples of the conductive agent include carbon materials such as acetylene black, carbon black, graphite, carbon nanofiber, and carbon nanotube. These carbon materials may be used alone or a plurality of carbon materials may be used.

結着剤は、活物質、導電剤、及び集電体とを結着させる。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene; PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride; PVdF)、フッ素系ゴム、アクリル樹脂、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose; CMC)などのセルロースなどが含まれる。結着剤の種類は1種類または2種類以上にすることができる。   The binder binds the active material, the conductive agent, and the current collector. Examples of the binder include cellulose such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, acrylic resin, carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. . The type of the binder can be one type or two or more types.

正極層中の正極活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ80質量%以上95質量%以下、3質量%以上18質量%以下、及び2質量%以上17質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、3質量%以上の量にすることにより十分な効果を発揮することができる。導電剤は、18質量%以下の量にすることにより高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤は、2質量%以上の量にすることにより十分な電極強度が得られる。結着剤は、17質量%以下の量にすることにより、正極中の絶縁材料である結着剤の配合量を減少させることができる。その結果、内部抵抗を減少できる。   The positive electrode active material, the conductive agent, and the binder in the positive electrode layer should be blended at a ratio of 80% by mass to 95% by mass, 3% by mass to 18% by mass, and 2% by mass to 17% by mass, respectively. Is preferred. The conductive agent can exert a sufficient effect by adjusting the amount to 3% by mass or more. By making the amount of the conductive agent 18% by mass or less, the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the conductive agent under high temperature storage can be reduced. Sufficient electrode strength can be obtained by setting the binder to an amount of 2% by mass or more. The amount of the binder, which is an insulating material in the positive electrode, can be reduced by setting the amount of the binder to 17% by mass or less. As a result, the internal resistance can be reduced.

集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。   The current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si.

正極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、正極活物質の粒子と、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥して、正極活物質含有層を形成する。その後、集電体と正極活物質含有層とにプレスを施す。   The positive electrode can be produced, for example, by the following method. First, a slurry is prepared by suspending particles of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in a solvent. This slurry is applied to one side or both sides of the current collector. Next, the applied slurry is dried to form a positive electrode active material-containing layer. Thereafter, the current collector and the positive electrode active material-containing layer are pressed.

(非水電解質)
非水電解質としては、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質の濃度は、0.5〜2.5 mol/lの範囲であることが好ましい。ゲル状非水電解質は、液状電解質と高分子材料を複合化することにより調製される。なお、液状非水電解質は、非水電解液とも称する。
(Nonaqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, a liquid non-aqueous electrolyte or a gel non-aqueous electrolyte can be used. The liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in an organic solvent. The concentration of the electrolyte is preferably in the range of 0.5 to 2.5 mol / l. The gel-like nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid electrolyte and a polymer material. The liquid non-aqueous electrolyte is also referred to as a non-aqueous electrolyte.

電解質の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及び、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO2)]のようなリチウム塩が含まれる。これらの電解質は、単独で又は2種類以上を組合せて用いることができる。電解質は、LiPF6を含むことが好ましい。Examples of electrolytes include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), trifluoromethanesulfone Lithium salts such as lithium acid (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ] are included. These electrolytes can be used alone or in combination of two or more. The electrolyte preferably contains LiPF 6 .

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate; PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate; EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate; VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate; DEC)、ジメチルカーボネート (dimethyl carbonate; DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate; MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran; THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2-methyltetrahydrofuran; 2-MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane; DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxyethane; DME)、ジエトキシエタン(diethoxyethane; DEE)のような鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン(gamma-butyrolactone; GBL)、α-メチルγ−ブチロラクトン(alpha-methyl gamma-butyrolactone; MBL)、アセトニトリル(acetonitrile; AN)、及び、スルホラン(sulfolane: SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種類以上を組合せて用いることができる。   Examples of organic solvents include: cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate (VC); diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate Chain carbonates such as (dimethyl carbonate; DMC), methyl ethyl carbonate (MEC); Tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2-MeTHF), Dioxolane (DOX) ); Cyclic ethers such as dimethoxyethane (DME), chain ethers such as diethoxyethane (DEE); gamma-butyrolactone (GBL), α-methyl γ-butyrolactone (alpha- methyl gamma-butyrolactone (MBL), acetonitrile (acetonitrile; AN), and sulfolane : SL) is included. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.

より好ましい有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、及びメチルエチルカーボネート(MEC)よりなる群から選択される2種以上を混合した混合溶媒、及び、γ−ブチロラクトン(GBL)を含む混合溶媒が含まれる。このような混合溶媒を用いることによって、低温性能の優れた非水電解質電池を得ることができる。   Examples of more preferable organic solvents include two or more selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC). And a mixed solvent containing γ-butyrolactone (GBL). By using such a mixed solvent, a nonaqueous electrolyte battery having excellent low-temperature performance can be obtained.

高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride; PVdF)、ポリアクリロニトリル (polyacrylonitrile; PAN)、及びポリエチレンオキサイド(polyetheylene oxide; PEO)が含まれる。   Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyetheylene oxide (PEO).

(セパレータ)
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン(polyethylene; PE)、ポリプロピレン(polypropylene; PP)、セルロース及びポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride; PVdF)のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンを含む多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
(Separator)
As the separator, for example, a porous film formed from a material such as polyethylene (PE), polypropylene (polypropylene; PP), cellulose, and polyvinylidene fluoride (PVdF), a synthetic resin nonwoven fabric, or the like is used. be able to. Among these, a porous film containing polyethylene or polypropylene is preferable from the viewpoint of improving safety because it can be melted at a constant temperature to interrupt the current.

(外装部材)
外装部材としては、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器が用いられる。
(Exterior material)
As the exterior member, a laminated film bag-like container or a metal container is used.

形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等が挙げられる。無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。   Examples of the shape include a flat type, a square type, a cylindrical type, a coin type, a button type, a sheet type, and a laminated type. Of course, in addition to a small battery mounted on a portable electronic device or the like, a large battery mounted on a two-wheel or four-wheel automobile or the like may be used.

ラミネートフィルムとしては、樹脂フィルム間に金属層を介在した多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムには、例えばポリプロピレン(polypropylene; PP)、ポリエチレン(polyethylene; PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate; PET)のような高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。ラミネートフィルムは、肉厚が0.2mm以下であることが好ましい。   As the laminate film, a multilayer film in which a metal layer is interposed between resin films is used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction. For the resin film, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used. The laminate film can be formed into the shape of an exterior member by sealing by heat sealing. The laminate film preferably has a thickness of 0.2 mm or less.

金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素のような元素を含むことが好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は100 ppm以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。金属製容器は、肉厚が0.5mm以下であることが好ましく、肉厚が0.2mm以下であることがより好ましい。   The metallic container can be formed from aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc and silicon. On the other hand, the content of transition metals such as iron, copper, nickel and chromium is preferably 100 ppm or less. Thereby, it becomes possible to dramatically improve long-term reliability and heat dissipation in a high temperature environment. The metal container preferably has a thickness of 0.5 mm or less, and more preferably has a thickness of 0.2 mm or less.

(負極端子)
負極端子は、リチウム金属に対する電位が1V(vs.Li/Li+)以上3V(vs.Li/Li+)以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成される。負極端子は、アルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu及びSiから選択される少なくとも1種類の元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(Negative terminal)
The negative electrode terminal is formed of a material that is electrically stable and has electrical conductivity in a range where the potential with respect to lithium metal is 1 V (vs. Li / Li + ) or more and 3 V (vs. Li / Li + ) or less. The negative electrode terminal is preferably formed from aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The negative electrode terminal is preferably formed from the same material as the negative electrode current collector in order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector.

(正極端子)
正極端子は、リチウム金属に対する電位が3V(vs.Li/Li+)以上4.5V(vs.Li/Li+)以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成される。正極端子は、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される少なくとも1種類の元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(Positive terminal)
The positive electrode terminal is made of a material that is electrically stable and has electrical conductivity in the range where the potential with respect to lithium metal is 3 V (vs. Li / Li + ) or more and 4.5 V (vs. Li / Li + ) or less. The The positive electrode terminal is preferably formed from aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector in order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector.

以上の第1の実施形態の充電システムによれば、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極と、チタン複合酸化物を含む負極とを含む二次電池部と、二次電池部に(1)式(0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V)を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施す充電制御部とを含むため、正極の劣化を抑制しつつ、定電流定電圧充電に要する時間を短縮することができる。その結果、急速充電が可能で、かつ寿命性能に優れる充電システムを実現することができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、非水電解質電池の充電方法が提供される。非水電解質電池は、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を含む正極と、チタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む負極と、非水電解質とを含む。この充電方法は、非水電解質電池に到達電圧VCC(V)まで定電流充電を施すことと、非水電解質電池に電圧VCCV(V)で定電圧充電を施すことを含む。到達電圧VCC(V)及び電圧VCCV(V)が下記(1)式を満たす。
According to the charging system of the first embodiment described above, the secondary battery unit including the positive electrode including the Fe-containing phosphate compound having the olivine structure and the negative electrode including the titanium composite oxide, and the secondary battery unit (1 ) Constant current constant voltage charging while suppressing deterioration of the positive electrode because it includes a charge control unit that performs constant voltage charging after constant current charging so as to satisfy the equation (0.1 V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5 V) Can be shortened. As a result, it is possible to realize a charging system capable of rapid charging and having excellent life performance.
(Second Embodiment)
According to the second embodiment, a method for charging a nonaqueous electrolyte battery is provided. The nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode including a positive electrode active material including an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, a negative electrode including a negative electrode active material including a titanium composite oxide, and a nonaqueous electrolyte. This charging method includes subjecting the nonaqueous electrolyte battery to constant current charging up to the ultimate voltage V CC (V) and subjecting the nonaqueous electrolyte battery to constant voltage charging at the voltage V CCV (V). The ultimate voltage V CC (V) and the voltage V CCV (V) satisfy the following expression (1).

0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V (1)
第2の実施形態の充電方法は、例えば、第1の実施形態の充電システムを用いて行うことができる。非水電解質電池は、単独のセルであっても、単位セルが電気的に接続された組電池であっても良い。非水電解質電池には、例えば、第1の実施形態で説明したのと同様なものを挙げることができる。
0.1V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5V (1)
The charging method of the second embodiment can be performed using, for example, the charging system of the first embodiment. The nonaqueous electrolyte battery may be a single cell or an assembled battery in which unit cells are electrically connected. Examples of the non-aqueous electrolyte battery include the same ones as described in the first embodiment.

第2の実施形態の充電方法によれば、非水電解質電池の正極の劣化を抑制しつつ、定電流定電圧充電に要する時間を短縮することができる。その結果、急速充電が可能で、かつ非水電解質電池の寿命性能を優れたものにし得る充電方法を実現することができる。   According to the charging method of the second embodiment, it is possible to reduce the time required for constant current and constant voltage charging while suppressing deterioration of the positive electrode of the nonaqueous electrolyte battery. As a result, it is possible to realize a charging method capable of rapid charging and capable of improving the life performance of the nonaqueous electrolyte battery.

以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
(実施例1)
正極の作製
まず、正極活物質としてLiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4粒子を90重量%、導電剤としてアセチレンブラック5重量%および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの正極を作製した。
Examples will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below unless the gist of the present invention is exceeded.
Example 1
Preparation of positive electrode First, 90% by weight of LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 particles as a positive electrode active material, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are N-methylpyrrolidone. (NMP) and mixed to form a slurry, and this slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, then dried and pressed to form a positive electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 Was made.

負極の作製
Li4Ti5O12粉末90重量%、アセチレンブラック5重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの負極を作製した。
Production of negative electrode
A slurry was prepared by adding 90% by weight of Li 4 Ti 5 O 12 powder, 5 % by weight of acetylene black and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixing them. This slurry was applied to both surfaces of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to prepare a negative electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 .

電極群の作製
正極、厚さ25μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータ、負極およびセパレータをこの順序で積層した後、渦巻き状に捲回した。これを90℃で加熱プレスすることにより、幅が30mm、厚さ3.0mmの扁平状電極群を作製した。得られた電極群をラミネートフィルムからなるパックに収納し、80℃で24時間真空乾燥を施した。ラミネートフィルムは厚さ40μmのアルミニウム箔の両面にポリプロピレン層を形成して構成され、全体の厚さが0.1mmである。
Production of Electrode Group After a positive electrode, a separator made of a polyethylene porous film having a thickness of 25 μm, a negative electrode and a separator were laminated in this order, they were wound in a spiral shape. This was heated and pressed at 90 ° C. to produce a flat electrode group having a width of 30 mm and a thickness of 3.0 mm. The obtained electrode group was housed in a pack made of a laminate film and vacuum dried at 80 ° C. for 24 hours. The laminate film is formed by forming a polypropylene layer on both sides of an aluminum foil having a thickness of 40 μm, and the overall thickness is 0.1 mm.

液状非水電解質の調製
プロピレンカーボネート(PC)およびエチルメチルカーボネート(MEC)を1:2の体積比率で混合して混合溶媒とした。この混合溶媒に電解質であるLiPFを1M溶解することにより液状非水電解質を調製した。
Preparation of liquid non-aqueous electrolyte Propylene carbonate (PC) and ethyl methyl carbonate (MEC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 to obtain a mixed solvent. A liquid nonaqueous electrolyte was prepared by dissolving 1 M of LiPF 6 as an electrolyte in this mixed solvent.

非水電解質二次電池の製造
電極群を収納したラミネートフィルムのパック内に液状非水電解質を注入した。その後、パックをヒートシールにより完全密閉し、図5に示す構造を有し、幅35mm、厚さ3.2mm、高さが65mmの非水電解質二次電池を製造した。
Production of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery A liquid nonaqueous electrolyte was injected into a laminate film pack containing an electrode group. Thereafter, the pack was completely sealed by heat sealing to produce a non-aqueous electrolyte secondary battery having a structure shown in FIG. 5 and having a width of 35 mm, a thickness of 3.2 mm, and a height of 65 mm.

作製したセルを図4に示す充電システムに組み込んだ。充電システムに使用した電池個数は1個とし、この電池に電池管理回路を電気的に接続した。次いで、45℃環境下にて1C放電サイクルを行った。放電は定電流放電にて行い、放電終止電圧を1.5Vとした。充電は下記の通り行った。   The produced cell was incorporated in the charging system shown in FIG. The number of batteries used in the charging system was one, and a battery management circuit was electrically connected to this battery. Next, a 1C discharge cycle was performed in a 45 ° C. environment. Discharge was performed by constant current discharge, and the final discharge voltage was 1.5V. Charging was performed as follows.

充電方法において、CC充電時の電流値ICCを2Cとし、CC充電での到達電圧VCCを2.7 Vとした。CV充電時の電圧VCCVを2.6 Vとした。つまり、VCC−VCCV は0.1 Vとして充電を行った。
(実施例2)
充電電流値ICCを2 C、VCCを2.9 V、VCCVを2.6 Vとし、VCC−VCCV を0.3 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例3)
充電電流値ICCを2 C、VCCを3.1 V、VCCVを2.6 Vとし、VCC−VCCV を0.5 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例4)
正極活物質の総重量を90重量%としてLiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4粒子とLiCoO2粒子を重量比70:30とし、導電剤としてアセチレンブラック5重量%および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの正極を作製した以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例5)
正極活物質の総重量を90重量%としてLiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4粒子とLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2粒子を重量比70:30とし、導電剤としてアセチレンブラック5重量%および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの正極を作製した以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例6)
正極活物質の総重量を90重量%としてLiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4粒子とLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2粒子を重量比70:30とし、導電剤としてアセチレンブラック5重量%および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの正極を作製した以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例7)
正極活物質の総重量を90重量%としてLiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4粒子とLiCoO2粒子を重量比90:10とし、導電剤としてアセチレンブラック5重量%および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの正極を作製した以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例8)
正極活物質の総重量を90重量%としてLiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4粒子とLiCoO2粒子を重量比50:50とし、導電剤としてアセチレンブラック5重量%および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの正極を作製した以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例9)
単斜晶系β型チタン複合酸化物(単斜晶系β型TiO)粉末90重量%、アセチレンブラック5重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの負極を作製し、充電電流値ICCを2 C、VCCを2.9 V、VCCVを2.8 Vとし、VCC−VCCV を0.1 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例10)
TiNb粉末90重量%、アセチレンブラック5重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.6g/cmの負極を作製し、充電電流値ICCを2 C、VCCを2.9 V、VCCVを2.8 Vとし、VCC−VCCV を0.1 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例11)
負極活物質の総重量を90重量%としてLi4Ti5O12と単斜晶系β型チタン複合酸化物(単斜晶系β型TiO)粉末を重量比50:50とし、アセチレンブラック5重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの負極を作製した以外、実施例1と同様の方法とした。
(実施例12)
負極活物質の総重量を90重量%としてLi4Ti5O12と単斜晶系β型チタン複合酸化物(単斜晶系β型TiO)粉末を重量比50:50とし、アセチレンブラック5重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.0g/cmの負極を作製した以外、実施例4と同様の方法とした。
(比較例1)
充電方法において、CC充電時の電流値ICCを2Cとし、CC充電での到達電圧VCCを3.2 Vとした。CV充電時の電圧VCCVを2.6 Vとした。つまり、VCC−VCCV は0.6 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
(比較例2)
充電方法において、CC充電時の電流値ICCを2Cとし、CC充電での到達電圧VCCを2.68 Vとした。CV充電時の電圧VCCVを2.6 Vとした。つまり、VCC−VCCV は0.08 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
(比較例3)
グラファイト粉末90重量%、アセチレンブラック5重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が1.5g/cmの負極を作製した。放電終止電圧を2.5V、充電電流値ICCを2 C、VCCを4.3 V、VCCVを4.2 Vとし、VCC−VCCV を0.1 Vとして充電を行った以外、実施例1と同様の方法とした。
In the charging method, the current value I CC during CC charging was set to 2C, and the ultimate voltage V CC during CC charging was set to 2.7 V. The voltage V CCV during CV charging was 2.6 V. That is, charging was performed with V CC −V CCV being 0.1 V.
(Example 2)
The charging current value I CC was set to 2 C, V CC was set to 2.9 V, V CCV was set to 2.6 V, and charging was performed with V CC −V CCV set to 0.3 V.
(Example 3)
The charging current value I CC was 2 C, V CC was 3.1 V, V CCV was 2.6 V, and charging was performed with V CC −V CCV being 0.5 V.
Example 4
The total weight of the positive electrode active material is 90% by weight, the weight ratio of LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 particles and LiCoO 2 particles is 70:30, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. ) 5% by weight was added to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixed to form a slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, then dried and pressed to form an electrode. The method was the same as Example 1 except that a positive electrode having a density of 2.0 g / cm 3 was produced.
(Example 5)
The total weight of the positive electrode active material is 90% by weight, and the weight ratio of LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 particles and LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 particles is 70:30, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent and a binder. As a slurry, 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) is added to N-methylpyrrolidone (NMP) to form a slurry, and this slurry is applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, and then dried. The method was the same as in Example 1, except that a positive electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 was produced by pressing.
(Example 6)
The total weight of the positive electrode active material is 90% by weight, LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 particles and LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 particles are in a weight ratio of 70:30, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent and a binder. As a slurry, 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) is added to N-methylpyrrolidone (NMP) to form a slurry, and this slurry is applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, and then dried. The method was the same as in Example 1, except that a positive electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 was produced by pressing.
(Example 7)
The total weight of the positive electrode active material is 90% by weight, the weight ratio of LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 particles and LiCoO 2 particles is 90:10, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. ) 5% by weight was added to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixed to form a slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, then dried and pressed to form an electrode. The method was the same as Example 1 except that a positive electrode having a density of 2.0 g / cm 3 was produced.
(Example 8)
The total weight of the positive electrode active material is 90% by weight, the weight ratio of LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 particles and LiCoO 2 particles is 50:50, 5% by weight of acetylene black as a conductive agent and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. ) 5% by weight was added to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixed to form a slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, then dried and pressed to form an electrode. The method was the same as Example 1 except that a positive electrode having a density of 2.0 g / cm 3 was produced.
Example 9
90% by weight of monoclinic β-type titanium composite oxide (monoclinic β-type TiO 2 ) powder, 5% by weight of acetylene black and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) are added to N-methylpyrrolidone (NMP). And mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to both surfaces of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to produce a negative electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 , and a charging current value I CC of 2 The method was the same as in Example 1 except that C and V CC were set at 2.9 V, V CCV was set at 2.8 V, and V CC −V CCV was set at 0.1 V.
(Example 10)
A slurry was prepared by adding 90% by weight of TiNb 2 O 7 powder, 5% by weight of acetylene black and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixing them. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to produce a negative electrode having an electrode density of 2.6 g / cm 3 , and a charging current value I CC of 2 The method was the same as in Example 1 except that C and V CC were set at 2.9 V, V CCV was set at 2.8 V, and V CC −V CCV was set at 0.1 V.
(Example 11)
The total weight of the negative electrode active material is 90% by weight, and the weight ratio of Li 4 Ti 5 O 12 and monoclinic β-type titanium composite oxide (monoclinic β-type TiO 2 ) powder is 50:50, and acetylene black 5 A slurry was prepared by adding wt% and 5 wt% of polyvinylidene fluoride (PVdF) to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixing. This slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to produce a negative electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 . It was a method.
(Example 12)
The total weight of the negative electrode active material is 90% by weight, and the weight ratio of Li 4 Ti 5 O 12 and monoclinic β-type titanium composite oxide (monoclinic β-type TiO 2 ) powder is 50:50, and acetylene black 5 A slurry was prepared by adding wt% and 5 wt% of polyvinylidene fluoride (PVdF) to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixing. This slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to produce a negative electrode having an electrode density of 2.0 g / cm 3 . It was a method.
(Comparative Example 1)
In the charging method, the current value I CC during CC charging was 2C, and the ultimate voltage V CC during CC charging was 3.2 V. The voltage V CCV during CV charging was 2.6 V. That is, the same method as in Example 1 was used except that charging was performed with V CC −V CCV being 0.6 V.
(Comparative Example 2)
In the charging method, the current value I CC during CC charging was set to 2C, and the ultimate voltage V CC during CC charging was set to 2.68 V. The voltage V CCV during CV charging was 2.6 V. That is, the same method as in Example 1 was used except that charging was performed with V CC −V CCV being 0.08 V.
(Comparative Example 3)
A slurry was prepared by adding 90% by weight of graphite powder, 5% by weight of acetylene black and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) to N-methylpyrrolidone (NMP) and mixing them. This slurry was applied to both sides of a current collector made of copper foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to prepare a negative electrode having an electrode density of 1.5 g / cm 3 . Same as Example 1 except that charging was performed with a discharge end voltage of 2.5 V, a charging current value I CC of 2 C, V CC of 4.3 V, V CCV of 4.2 V, and V CC −V CCV of 0.1 V. The method was

実施例1〜12、比較例1〜3の充電システムに45℃にて充放電サイクルを施し、1サイクル目の放電容量を基準とした200サイクルでの容量維持率を表1に示す。なお、各サイクルでの充電は、実施例及び比較例それぞれで記載した電圧差(VCC−VCCV)を設定して行った。放電は、1Cで、放電終止電圧1.5Vまで定電流放電を実施した。但し、比較例3については、放電終止電圧を2.5Vにした。Table 1 shows capacity retention rates at 200 cycles with the charge systems of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3 subjected to charge / discharge cycles at 45 ° C., with the discharge capacity at the first cycle as a reference. The charging in each cycle was performed by setting the voltage difference (V CC −V CCV ) described in each of the example and the comparative example. The discharge was 1 C, and a constant current discharge was performed up to a discharge end voltage of 1.5 V. However, for Comparative Example 3, the final discharge voltage was 2.5V.

Figure 0006125719
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表1から明らかなように、実施例1〜12の充電システムは、200サイクル後の容量維持率が比較例1,3よりも優れている。比較例2の充電システムは、200サイクル後の容量維持率が実施例よりも高いものの、充電に要した時間が3時間であった。一方、実施例1〜12の充電システムでは、充電に要した時間が50分〜2時間の範囲にあった。よって、実施例1〜12の充電システムは、比較例2に比して急速充電性能に優れていると言える。   As is clear from Table 1, the charging systems of Examples 1 to 12 have a capacity retention rate after 200 cycles superior to that of Comparative Examples 1 and 3. Although the charging system of Comparative Example 2 had a capacity retention rate after 200 cycles higher than that of the example, the time required for charging was 3 hours. On the other hand, in the charging systems of Examples 1 to 12, the time required for charging was in the range of 50 minutes to 2 hours. Therefore, it can be said that the charging systems of Examples 1 to 12 are superior in quick charging performance as compared with Comparative Example 2.

以上の実施形態および実施例の充電システムによれば、オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極と、チタン複合酸化物を含む負極とを含む二次電池部と、二次電池部に(1)式(0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V)を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施す充電制御部とを含むため、正極の劣化を抑制しつつ、定電流定電圧充電に要する時間を短縮することができる。その結果、急速充電が可能で、かつ寿命性能に優れる充電システムを実現することができる。According to the charging system of the above embodiment and the examples, the secondary battery part including the positive electrode including the Fe-containing phosphate compound having the olivine structure and the negative electrode including the titanium composite oxide, and the secondary battery part (1 ) Constant current constant voltage charging while suppressing deterioration of the positive electrode because it includes a charge control unit that performs constant voltage charging after constant current charging so as to satisfy the equation (0.1 V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5 V) Can be shortened. As a result, it is possible to realize a charging system capable of rapid charging and having excellent life performance.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously. In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.

1,11…電極群、2,12…外装部材、3,14…負極、4,15…セパレータ、5,13…正極、6,16…負極端子、7,17…正極端子、10…非水電解質電池、25…組電池、26…電池管理回路、27…充電器、28,29…配線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 ... Electrode group, 2,12 ... Exterior member, 3,14 ... Negative electrode, 4,15 ... Separator, 5,13 ... Positive electrode, 6,16 ... Negative electrode terminal, 7, 17 ... Positive electrode terminal, 10 ... Non-water Electrolyte battery, 25 ... assembled battery, 26 ... battery management circuit, 27 ... charger, 28, 29 ... wiring.

Claims (7)

オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を含む正極と、チタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池を含む二次電池部と、
前記二次電池部に下記(1)式を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施す充電制御部と
を含む充電システム。
0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V (1)
但し、前記VCCは前記定電流充電での到達電圧(V)で、前記VCCVは前記定電圧充電時の閉回路電圧(V)である。
A secondary battery unit including a non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode including a positive electrode active material including a Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, a negative electrode including a negative electrode active material including a titanium composite oxide, and a non-aqueous electrolyte; ,
A charging system including a charging control unit that performs constant voltage charging after constant current charging so that the secondary battery unit satisfies the following expression (1).
0.1V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5V (1)
However, the V CC is an ultimate voltage (V) in the constant current charge, and the V CCV is a closed circuit voltage (V) in the constant voltage charge.
前記定電流充電時の電流値をICC(C)とした際に、下記(2)式を満たす、請求項1に記載の充電システム。
0.2C≦ICC≦30C (2)
The charging system according to claim 1, wherein the following equation (2) is satisfied when the current value during the constant current charging is I CC (C).
0.2C ≦ I CC ≦ 30C (2)
前記オリビン構造のFe含有リン酸化合物がLiMn1-x-yFexAyPO4(0<x≦0.3, 0≦y≦0.1, AはMg, Ca, Al, Ti, Zn及びZrよりなる群から選択される少なくとも一つの元素)で表される、請求項1または2に記載の充電システム。The Fe-containing phosphate compound having an olivine structure LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 (0 <x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.1, A is Mg, Ca, Al, Ti, from the group consisting of Zn and Zr The charging system according to claim 1 or 2, represented by at least one element selected. 前記正極活物質中の前記LiMn1-x-yFexAyPO4の含有量が70重量%以上である、請求項3に記載の充電システム。The positive active content of the LiMn 1-xy Fe x A y PO 4 in the material is 70 wt% or more, charging system according to claim 3. 前記チタン複合酸化物が、スピネル型リチウムチタン複合酸化物、単斜晶系β型チタン複合酸化物及びニオブチタン複合酸化物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1〜4のいずれか1項記載の充電システム。   The titanium composite oxide includes at least one selected from the group consisting of a spinel type lithium titanium composite oxide, a monoclinic β-type titanium composite oxide, and a niobium titanium composite oxide. The charging system according to item 1. 前記二次電池部が、n個(n≧2)の前記非水電解質電池が直列に接続された組電池を含み、
前記充電制御部が前記二次電池部に下記(3)式を満たすように、定電流充電後に定電圧充電を施す、請求項1〜5のいずれか1項記載の充電システム。
0.1nV≦VCC−VCCV ≦0.5nV (3)
但し、前記VCCは前記定電流充電での到達電圧(V)で、前記VCCVは前記定電圧充電時の閉回路電圧(V)である。
The secondary battery unit includes an assembled battery in which n (n ≧ 2) non-aqueous electrolyte batteries are connected in series,
The charging system according to any one of claims 1 to 5, wherein the charging control unit performs constant voltage charging after constant current charging so that the secondary battery unit satisfies the following expression (3).
0.1nV ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5nV (3)
However, the V CC is an ultimate voltage (V) in the constant current charge, and the V CCV is a closed circuit voltage (V) in the constant voltage charge.
オリビン構造のFe含有リン酸化合物を含む正極活物質を含む正極と、チタン複合酸化物を含有する負極活物質を含む負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池の充電方法であって、
前記非水電解質電池に到達電圧VCC(V)まで定電流充電を施すことと、
前記非水電解質電池に電圧VCCV(V)で定電圧充電を施すこと
を含み、前記到達電圧VCC(V)及び前記電圧VCCV(V)が下記(1)式を満たす、非水電解質電池の充電方法。
0.1V≦VCC−VCCV ≦0.5V (1)
A method for charging a non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material including an Fe-containing phosphate compound having an olivine structure, a negative electrode including a negative electrode active material including a titanium composite oxide, and a non-aqueous electrolyte,
Subjecting the non-aqueous electrolyte battery to constant current charging up to an ultimate voltage V CC (V);
A non-aqueous electrolyte comprising charging the non-aqueous electrolyte battery at a constant voltage V CCV (V), wherein the ultimate voltage V CC (V) and the voltage V CCV (V) satisfy the following formula (1): How to charge the battery.
0.1V ≦ V CC −V CCV ≦ 0.5V (1)
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