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JP2006024392A - リチウムイオン二次電池の充電方法 - Google Patents

リチウムイオン二次電池の充電方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、簡易な操作で、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池を充電することができるリチウムイオン二次電池の充電方法を提供する。
【解決手段】 金属成分として、Ｌｉ、Ｃｏ、ＭｎおよびＮｉの少なくとも１種を含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極３と、負極活物質を含む負極２と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池１を充電する充電方法であって、０．５Ｃ以上、２Ｃ未満の設定充電電流値（ここに、Ｃは、リチウムイオン二次電池の定格容量値である。）で、定電流充電をおこなうことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の充電方法に関するものであり、さらに詳細には、簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、簡易な操作で、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池を充電することができるリチウムイオン二次電池の充電方法に関するものである。
リチウムイオン二次電池は、高容量、高エネルギー密度を有し、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたって、定格出力を保つことができるなどの特徴を有しているため、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡなどの各種機器の駆動電源として、広く用いられている。
リチウムイオン二次電池の充電には、通常、定電流定電圧方式が用いられている。定電流定電圧方式においては、まず、定電流により、所定の上限電圧まで充電がおこなわれ、その後、電圧が所定の上限電圧に保持される。定電圧モードに入ると、電流値は減少するので、所定の電流値になった時点で、充電が終了する（たとえば、特開平５−１１１１８４号公報参照）。
特開平５−１１１１８４号公報
しかしながら、リチウムイオン二次電池においては、電解質溶液の溶媒として、電気抵抗が大きい非水溶媒が使用されているため、リチウムイオン二次電池を完全に充電するために、長い時間がかかるという問題があった。
定電流定電圧方式を用いて、リチウムイオン二次電池を充電する場合に、充電時間を短縮する方法としては、定電流により充電する際に、充電電流値を高い値に設定する方法や、上限電圧値を高い値に設定する方法が考えられる。
しかしながら、正極活物質として、ＬｉＣｏＯ２を用いているリチウムイオン二次電池においては、過大な電流あるいは過大な電圧で、充電をすると、正極活物質中のＬｉが脱離しすぎて、格子が破壊され、充放電サイクル特性が劣化するという問題があった。
そのため、従来、リチウムイオン二次電池の充電にあたっては、負極活物質が炭素系材料の場合には、上限電圧値を＋４．２Ｖに設定し、１ＣＡ（リチウムイオン二次電池の定格容量値（Ａｈ）に相当する電流値）以下の定電流で、充電をおこない、その後、電圧値を（＋４．２Ｖ±０．０５Ｖ）という高い精度で、制御しながら、定電圧充電をおこなうことが必要であった。また、負極活物質がチタン酸リチウムの場合には、上限電圧値を＋２．７Ｖに設定し、定電圧充電をおこなう際の電圧値を（＋２．７Ｖ±０．０５Ｖ）という高い精度で、制御することが必要であった。
このように、従来のリチウムイオン二次電池の充電方法においては、電圧値だけでなく、電流値をモニターすることが必要不可欠であり、充電操作が煩雑であるという問題があった。
したがって、本発明は、簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、簡易な操作で、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池を充電することができるリチウムイオン二次電池の充電方法を提供することを目的とするものである。
本発明者は、本発明のかかる目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、薄層のリチウムイオン二次電池の場合には、インピーダンスが低いため、電圧のみをモニターしつつ、０．５Ｃ以上、２Ｃ未満の設定充電電流値（ここに、Ｃは、リチウムイオン二次電池の定格容量値である。）で、定電流充電をおこなうことによって、十分に高い充電容量にまで、リチウムイオン二次電池を充電することができることを見出した。
本発明はかかる知見に基づくものであり、本発明によれば、本発明の前記目的は、金属成分として、Ｌｉ、Ｃｏ、ＭｎおよびＮｉの少なくとも１種を含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極と、負極活物質を含む負極と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池を充電する充電方法であって、０．５Ｃ以上、２Ｃ未満の設定充電電流値（ここに、Ｃは、前記リチウムイオン二次電池の定格容量値である。）で、定電流充電をおこなうことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法によって達成される。
本発明によれば、定電流充電で、電圧値のみをモニターすることによって、リチウムイオン二次電池を充電することが可能になるから、簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、簡易な操作で、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池を充電することが可能になる。
本発明において、負極または正極となる電極は、リチウムイオン（または、金属リチウム）が酸化還元種として関与する電子移動反応を進行させることができる反応場となるものである。また、「電子移動反応を進行させる」とは、搭載されるべき機器の電源または補助電源として要求される電池寿命の範囲内で、電子移動反応を進行させることをいう。
本発明において、「負極」および「正極」は、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、「負極」とは、放電時の酸化反応により、電子を放出する電極をいい、「正極」とは、放電時の還元作用により、電子を受容する電極をいう。
本発明の好ましい実施態様においては、前記正極が、５ないし１２ｍｇ／ｃｍ２の前記正極活物質を担持し、前記負極が、３ないし６ｍｇ／ｃｍ２の前記負極活物質を担持している。
本発明の好ましい実施態様によれば、正極の正極活物質担持量が、５ないし１２ｍｇ／ｃｍ２で、負極の負極活物質担持量が、３ないし６ｍｇ／ｃｍ２であり、リチウムイオン二次電池が薄層で、そのインピーダンスが十分に低いため、電圧のみをモニターしつつ、０．５Ｃ以上、２Ｃ未満の設定充電電流値で、定電流充電をおこなうことによって、十分に高い充電容量にまで、リチウムイオン二次電池を充電することが可能になる。
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記リチウムイオン二次電池が、それぞれが、互いに積層された前記正極と、セパレータと、前記負極を含み、セパレータを介して、積層された複数の積層体ユニットを備えている。
本発明によれば、簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、簡易な操作で、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池を充電することができるリチウムイオン二次電池の充電方法を提供することが可能になる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるリチウムイオン二次電池の充電方法によって充電されるリチウムイオン二次電池の略断面図である。
図１に示されるように、リチウムイオン二次電池１は、板状の負極２と、板状の正極３が、板状のセパレータ４を介して、積層された３枚の積層体ユニット５が、板状のセパレータ６を介して、積層された構造を有し、負極２および正極３の内部には、非水電解質溶液（図示せず）が含浸されている。セパレータ６を介して、互いに積層された３枚の積層体ユニット５は、ケース７内に、密閉状態で、収容されている。
本実施態様においては、各積層体ユニット５を構成する負極２は、３ないし６ｍｇ／ｃｍ２の負極活物質を担持し、正極３は、５ないし１２ｍｇ／ｃｍ２の正極活物質を担持しており、きわめて薄層に形成されている。
ここに、負極２および正極３は、リチウムイオン二次電池１の放電時の極性を基準として決定したものであり、充電時には、負極２が陰極となり、正極３が陽極となる。
また、図１に示されるように、負極２は、集電体シート１１と、集電体シート１１上に形成された負極活物質含有層１２を備え、正極３は、集電体シート１３と、集電体シート１３上に形成された正極活物質含有層１４を備えている。
集電体シート１１および集電体シート１３を形成するために用いられる材料は、負極活物質含有層１２および正極活物質含有層１４へ、電荷を十分に移動させることができる良導体であれば、とくに限定されるものではなく、アルミニウムや銅などの金属箔など、公知のリチウムイオン二次電池の集電体シートに用いられている材料によって、集電体シート１１および集電体シート１３を形成することができる。
負極２の負極活物質含有層１２は、主として、負極活物質と、導電助剤と、結着剤とから構成されている。
負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵および放出、リチウムイオンの脱離および挿入（デインターカレーション・インターカレーション）、または、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（たとえば、ＣｌＯ４ −）とのドープおよび脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば、とくに限定されず、公知の負極活物質を使用できる。このような活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、低温度焼成炭素などの炭素材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎなどのリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２などの酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）が挙げられる。
負極活物質としては、とくに導電性の炭素材料（グラファイト、非晶質炭素）またはチタン酸リチウムが好ましい。炭素材料としては、炭素材料の層間距離ｄ002が０．３３５ないし０．３３８ｎｍであり、かつ、炭素材料の結晶子の大きさＬｃ002が３０ないし１２０ｎｍであるものがより好ましい。このような条件を満たす炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ＭＣＦ（メソカーボンファイバ）などが挙げられる。なお、上記層間距離ｄ002および結晶子の大きさＬｃ002は、Ｘ線回折法により求めることができる。
導電助剤はとくに限定されず、公知の導電助剤を使用することができる。たとえば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄などの金属微粉、炭素材料および金属微粉の混合物、ＩＴＯのような導電性酸化物が挙げられる。
結着剤は、負極活物質の粒子と導電助剤の粒子とを結着可能なものであればとくに限定されない。たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などのフッ素樹脂が挙げられる。また、この結着剤は、負極活物質の粒子と導電助剤の粒子との結着のみならず、集電体シート１１への結着に対しても寄与している。
また、負極活物質含有層１２には、電子伝導性の多孔体を含有させることが好ましく、電子伝導性の多孔体としては、たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックが挙げられる。
正極３の正極活物質含有層１４は、負極活物質含有層１２と同様に、主として、正極活物質と、導電助剤と、結着剤とから構成されている。
本実施態様においては、正極３は、金属成分として、少なくともＬｉ、ＭｎおよびＮｉを含む複合金属酸化物を正極活物質として含んでいる。
さらに、正極活物質含有層１４に含まれる正極活物質以外の各構成要素は、負極活物質含有層１２を構成するものと同様の物質を使用することができる。また、正極活物質含有層１４に含まれる結着剤も、正極活物質の粒子と導電助剤の粒子との結着のみならず、集電体シート１３への結着に対しても寄与している。また、正極活物質含有層１３にも、電子伝導性の多孔体を含有させることが好ましい。
負極２と正極３との間に配置されるセパレータ４および積層体ユニット５の間に配置されるセパレータ６は、絶縁性の多孔体から形成されていれば、とくに限定されるものではなく、公知のリチウムイオン二次電池に用いられているセパレータを使用することができる。たとえば、絶縁性の多孔体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリオレフィンからなるフィルムの積層体やこれらの樹脂の混合物の延伸膜、あるいは、セルロース、ポリエステルおよびポリプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
非水電解質溶液は、ケース７の内部空間に充填され、その一部は、負極２、正極３およびセパレータ４の内部に含有されている。非水電解質溶液は、リチウム塩を非水溶媒（有機溶媒）に溶解したものが使用される。リチウム塩としては、たとえば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＣＯ）２などの塩を使用することができる。なお、これらの塩は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、非水電解質溶液は、ゲルポリマーなどのゲル化剤を添加することによりゲル状としてもよい。
また、非水電解質溶液の非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、および、ジエチルカーボネートで構成されるものが挙げられる。
ケース７は、可撓性を有するフィルムから形成されている。フィルムは軽量であり、薄膜化が容易なため、リチウムイオン二次電池自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、リチウムイオン二次電池の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
また、フィルムは、ケースの充分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、ケース７の外部からケース７の内部への水分や空気の侵入およびケース７の内部からケース７の外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する複合包装フィルムであることが好ましい。さらに、複合包装フィルムは、非水電解質溶液に接触する最内部の層と、最内部の層から最も遠いケース７の外表面の側に配置される合成樹脂製の最外部の層と、最内部の層と最外部の層との間に配置される少なくとも１つの金属層とを有する３層以上の層から構成されていることがより好ましい。
最内部の層は、可撓性を有し、使用される非水電解質溶液に対する化学的安定性（化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性）、ならびに、酸素および水（空気中の水分）に対する化学的安定性を有している合成樹脂であれば、とくに限定されるものではないが、さらに酸素、水（空気中の水分）および非水電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。このような材料としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマーなどの熱可塑性樹脂などが挙げられる。
金属層としては、酸素、水（空気中の水分）および非水電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。金属層として、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロムなどからなる金属箔を使用することができる。
本実施態様においては、以上のように構成されたリチウムイオン二次電池１は、以下のようにして、充電される。
図２は、リチウムイオン二次電池１の電圧および充電電流の時間的な変化を概略的に示すグラフである。
まず、コントローラ（図示せず）によって、充電電流値Ｉが、１Ｃに設定されて、定電流で、リチウムイオン二次電池１の充電が開始される。ここに、Ｃは、リチウムイオン二次電池１の定格容量値である。
図２に示されるように、定電流充電が進行するにしたがって、リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが上昇する。
定電流充電中、コントローラによって、リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥがモニターされ、リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが、あらかじめ設定された設定電圧値ΔＥ０、たとえば、４．２Ｖに達するまで、定電流充電が続けられる。
リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが、あらかじめ設定された設定電圧値ΔＥ０に達すると、コントローラは、リチウムイオン二次電池１の充電を終了させる。
本実施態様においては、正極３の正極活物質担持量が、５ないし１２ｍｇ／ｃｍ２で、負極２の負極活物質担持量が、３ないし６ｍｇ／ｃｍ２であり、リチウムイオン二次電池１が薄層で、そのインピーダンスが十分に低いため、１Ｃの設定充電電流値で、定電流充電をおこなうことによって、十分に高い充電容量にまで、リチウムイオン二次電池を充電することができ、したがって、電圧のみをモニターしつつ、リチウムイオン二次電池１の充電を完了させることができ、簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、きわめて簡易な操作で、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池１を充電することができる。
以下、本発明の効果をより明瞭なものとするため、実施例を掲げる。
実施例１
まず、以下のようにして、負極を作製した。
負極活物質として、９０重量部の人造黒鉛と、導電助剤として、２重量部のカーボンブラックと、結着剤として、８重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを混合し、さらに、Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を加え、スラリーとした。こうして得られたスラリーを、ドクターブレード塗布方法によって、集電体シートである電解銅箔上に塗布して、１１０℃の温度で、２０分間にわたって、乾燥した。乾燥後に圧延を行い、負極を作製した。負極の負極活物質担持量は、３．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
一方、以下のようにして、正極を作製した。
正極活物質として、９０重量部のＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２と、導電助剤として、６重量部のカーボンブラックと、４重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを混合し、さらに、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを加え、スラリーとした。得られたスラリーを、ドクターブレード塗布方法によって、集電体シートであるアルミニウム箔上に塗布して、１１０℃の温度で、２０分間にわたって、乾燥した。乾燥後に圧延を行い、正極を作製した。正極の正極活物質担持量は、５．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
非水電解質溶液は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を所定の体積比で溶媒とし、１．５モルのＬｉＰＦ６を溶質として、添加した。
こうして作製された負極と正極を、セパレータを介して、積層して、積層体ユニットを作製し、積層体ユニットをアルミニウムラミネートパック内に封入して、アルミニウムラミネートパック内に、非水電解質溶液を注入した後、真空シールし、２０ｍｍ×４２ｍｍのサイズで、約１００ｍＡｈの容量を有するリチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、６５ｍΩであった。
こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、９８．２％であった。
実施例２
正極の正極活物質担持量を６．２ｍｇ／ｃｍ２とし、負極の負極活物質担持量を４．０ｍｇ／ｃｍ２とした点を除き、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、７０ｍΩであった。
次いで、こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、９７．０％であった。
実施例３
正極の正極活物質担持量を７．７ｍｇ／ｃｍ２とし、負極の負極活物質担持量を４．５ｍｇ／ｃｍ２とした点を除き、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、９０ｍΩであった。
次いで、こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、９６．８％であった。
実施例４
正極の正極活物質担持量を１０．０ｍｇ／ｃｍ２とし、負極の負極活物質担持量を５．５ｍｇ／ｃｍ２とした点を除き、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、１１０ｍΩであった。
次いで、こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、９４．０％であった。
実施例５
正極活物質として、ＬｉＣｏＯ２を用いた点を除き、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、６６ｍΩであった。
次いで、こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、９７．５％であった。
比較例１
正極の正極活物質担持量を１５．５ｍｇ／ｃｍ２とし、負極の負極活物質担持量を８．８ｍｇ／ｃｍ２とした点を除き、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、１８０ｍΩであった。
次いで、こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、８９．０％であった。
比較例２
正極の正極活物質担持量を２６．５ｍｇ／ｃｍ２とし、負極の負極活物質担持量を１４．５ｍｇ／ｃｍ２とした点を除き、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
こうして得られたリチウムイオン二次電池の１ＫＨｚにおける交流インピーダンスを、ソーラトロン株式会社製の「ソーラトロン１２６０８Ｗ」（商品名）を用いて、測定したところ、２５０ｍΩであった。
次いで、こうして得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣを測定した。
さらに、同様にして、作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）で、電圧値が４．２Ｖになるまで、定電流充電をおこない、次いで、電圧値を４．２Ｖに保持し、充電電流値が５ｍＡに低下するまで、定電圧充電をおこなって、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶを測定した。
こうして測定された充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣと、充電容量４．２Ｖ−１ＣＣＣＣＶとの比を求めたところ、８１．０％であった。
実施例１ないし５から、正極の正極活物質の担持量が１０ｍｇ／ｃｍ２以下で、かつ、負極の負極活物質の担持量が５．５１０ｍｇ／ｃｍ２以下のリチウムイオン二次電池は、１ＫＨｚにおける交流インピーダンスが低く、定電流充電のみによって、従来の定電流定電圧方式によって充電された場合の充電容量の９０％以上の充電が可能であり、簡易な回路構成を有する充電装置を用いて、電圧値のみをモニターして、きわめて簡易に、かつ、低コストで、リチウムイオン二次電池を充電し得ることがわかった。
これに対して、比較例１および２から、正極の正極活物質の担持量および負極の負極活物質の担持量が多いリチウムイオン二次電池は、１ＫＨｚにおける交流インピーダンスが高く、定電流充電のみによっては、充電容量まで、充電をすることができないことが判明した。
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
たとえば、前記実施態様および前記実施例においては、充電電流値が、１Ｃに設定されて、リチウムイオン二次電池の定電流充電がおこなわれているが、充電電流値を１Ｃに設定することは必ずしも必要でなく、充電電流値は、０．５Ｃ以上、２Ｃ未満に設定されればよい。
さらに、前記実施態様においては、リチウムイオン二次電池１は、セパレータ６を介して、積層された３枚の積層体ユニット５を備えているが、リチウムイオン二次電池１が、積層された３枚の積層体ユニット５を備えていることは必ずしも必要でなく、単一の積層体ユニット５を備えていても、セパレータ６を介して、積層された２枚の積層体ユニット５を備えていてもよく、さらには、セパレータ６を介して、積層された４枚以上の積層体ユニット５を備えていてもよい。
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるリチウムイオン二次電池の充電方法によって充電されるリチウムイオン二次電池の略断面図である。 図２は、リチウムイオン二次電池１の電圧および充電電流の時間的な変化を示すグラフである。
符号の説明
１ リチウムイオン二次電池
２ 負極
３ 正極
４ セパレータ
５ 積層体ユニット
６ セパレータ
７ ケース
１１ 集電体シート
１２ 負極活物質含有層
１３ 集電体シート
１４ 正極活物質含有層

Claims (3)

  1. 金属成分として、Ｌｉ、Ｃｏ、ＭｎおよびＮｉの少なくとも１種を含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極と、負極活物質を含む負極と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池を充電する充電方法であって、０．５Ｃ以上、２Ｃ未満の設定充電電流値（ここに、Ｃは、前記リチウムイオン二次電池の定格容量値である。）で、定電流充電をおこなうことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
  2. 前記正極が、５ないし１２ｍｇ／ｃｍ２の前記正極活物質を担持し、前記負極が、３ないし６ｍｇ／ｃｍ２の前記負極活物質を担持していることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
  3. 前記リチウムイオン二次電池が、それぞれが、互いに積層された前記正極と、セパレータと、前記負極を含み、セパレータを介して、積層された複数の積層体ユニットを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
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