蓄電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種抑制了循環(huán)特性的劣化的高能量密度的蓄電系統(tǒng)。一種搭載有電池組的蓄電系統(tǒng)，特征在于，能量密度為35Wh/L以上，從充電初期起至充電完成為止持續(xù)地進(jìn)行利用0.2It以下的低速率的電流值的恒定電流充電，從而即使是對于每單位體積的發(fā)熱密度高而電池組或電池組內(nèi)的電池的溫度容易變高的高能量密度的蓄電系統(tǒng)，也能夠抑制循環(huán)特性的劣化。
【專利說明】
蓄電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種蓄電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，電子設(shè)備的便攜化、無繩(cordless)化急速發(fā)展，對作為它們的驅(qū)動(dòng)用電 源的、小型且輕量并具有高能量密度的二次電池的期望高漲。另外，不只是小型民生用途， 針對蓄電用途、電動(dòng)汽車用途之類的被要求長久的耐久性、安全性的大型的二次電池的技 術(shù)開展也持續(xù)加速。因此，非水電解質(zhì)二次電池、尤其是裡二次電池由于具有高電壓且具有 高能量密度而被期待。
[0003] 另外，除了 W往的電子設(shè)備所要求的性能W外，在蓄電用途中還進(jìn)一步要求高容 量、長壽命、對低溫環(huán)境的應(yīng)對等特性。
[0004] 作為長壽命化的技術(shù)，提出了從改進(jìn)例如裡二次電池的循環(huán)特性的觀點(diǎn)出發(fā)W中 速率(〇.5It)~高速率(2It)的充電速率(在此/'It"表示電流值，在一小時(shí)內(nèi)對電池的額定 容量(Ah)進(jìn)行充電（或放電）的電流值即為"lit")進(jìn)行恒定電流充電的方法(參照專利文獻(xiàn) 1)。記述了 W下內(nèi)容:根據(jù)該提案，降低正極的裡過度脫離并抑制晶格的破壞，因此能夠提 高循環(huán)特性。
[0005] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-024392號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[OOOW 發(fā)明要解決的問題
[0007]繼近年來的蓄電市場的擴(kuò)大之后，更進(jìn)一步地尋求蓄電系統(tǒng)的高能量密度化，W 能夠長時(shí)間使用多種設(shè)備且能夠設(shè)置在小的空間，但是隨著在蓄電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高能量密度 化，需要針對電阻增加、發(fā)熱采取新對策。
[000引在此，當(dāng)通過如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣的充電方法對實(shí)現(xiàn)了高能量密度化的蓄 電系統(tǒng)進(jìn)行充電時(shí)，電池內(nèi)的容易發(fā)生反應(yīng)的部分被深度充電，而不容易發(fā)生反應(yīng)的部分 不怎么反應(yīng)地進(jìn)行充電，因此發(fā)生反應(yīng)不均。其結(jié)果，存在W下問題:循環(huán)特性下降，電池劣 化到在實(shí)際使用中不能容許的水平。
[0009] 并且，在高能量密度的蓄電系統(tǒng)中，當(dāng)W某種程度上高的電流值進(jìn)行充電時(shí)，焦耳 熱增加，蓄電系統(tǒng)自身的每單位體積的發(fā)熱密度加速地上升。其結(jié)果，還存在W下問題:蓄 電系統(tǒng)的溫度上升，電池的劣化增大。
[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種抑制循環(huán)特性的劣化的蓄電系統(tǒng)。
[00"]用于解決問題的方案
[0012]為了解決上述問題，本發(fā)明是一種搭載有電池組的蓄電系統(tǒng)，其特征在于，能量密 度為35Wh/LW上，從充電初期起至充電完成為止持續(xù)地進(jìn)行利用0.2ItW下的電流值的恒 定電流充電。此外，蓄電系統(tǒng)開始充電的時(shí)間點(diǎn)為充電初期時(shí)間點(diǎn)，達(dá)到設(shè)定電壓并完成充 電的時(shí)間點(diǎn)為充電完成時(shí)間點(diǎn)。
[001引發(fā)明的效果
[0014] 通過本發(fā)明，能夠提供一種抑制了循環(huán)特性的劣化的蓄電系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0015] 圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所設(shè)及的蓄電系統(tǒng)和W往的蓄電系統(tǒng)的充電速 率與發(fā)熱速度的關(guān)系的圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所設(shè)及的蓄電系統(tǒng)的概要圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所設(shè)及的電池的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明是一種搭載有電池組的蓄電系統(tǒng)，其特征在于，能量密度為35Wh/LW上，從 充電初期起至充電完成為止持續(xù)地進(jìn)行利用〇.2ItW下的電流值的恒定電流充電，本發(fā)明 能夠抑制蓄電系統(tǒng)的循環(huán)特性的劣化。
[0019] 下面，W裡二次電池為例，基于附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，下面所示的 值并不限定于此。
[0020] 在高能量密度的蓄電系統(tǒng)中，當(dāng)W某種程度上高的電流值進(jìn)行充電時(shí)，焦耳熱增 加，蓄電系統(tǒng)自身的每單位體積的發(fā)熱密度加速地上升。其結(jié)果，還存在蓄電系統(tǒng)的溫度上 升、電池的劣化增大運(yùn)樣的問題。因此，通過具有W下特征的蓄電系統(tǒng)來抑制系統(tǒng)的發(fā)熱， 由此能夠抑制電池的劣化，蓄電系統(tǒng)的特征如下:能量密度為35Wh/LW上，從充電初期起至 充電完成為止持續(xù)地進(jìn)行利用〇.2ItW下的電流值的恒定電流充電。
[0021] 如圖1所示，在將蓄電系統(tǒng)的能量密度設(shè)為35Wh/L、將熱容量設(shè)為23000J/K時(shí)，如 果將充電電流值從0.511減小為0.211時(shí)，系統(tǒng)的發(fā)熱速度能夠抑制到1/6 (此外，在本實(shí)施 方式中，0.1It = llA)。
[0022] 另外，當(dāng)搭載于蓄電系統(tǒng)的電池組的能量密度為300Wh/LW上時(shí)，電池組在系統(tǒng)內(nèi) 所占的比率增大，與各電池的發(fā)熱相對應(yīng)地蓄電系統(tǒng)的溫度容易上升，因此在本發(fā)明的劣 化抑制效果變得顯著的方面是優(yōu)選的。
[0023] 另外，當(dāng)搭載于蓄電系統(tǒng)的電池組內(nèi)的電池的能量密度為500Wh/LW上時(shí)，對于相 同的材料體系而言電池的極板的反應(yīng)面積有變小的傾向，電阻變高而焦耳熱上升，蓄電系 統(tǒng)自身的每單位體積的發(fā)熱密度加速地上升，蓄電系統(tǒng)的溫度也上升，因此在本發(fā)明的劣 化抑制效果變得顯著的方面是優(yōu)選的。
[0024] 另外，當(dāng)蓄電系統(tǒng)整體的熱容量為30000J/KW下時(shí)，與各電池的發(fā)熱相對應(yīng)地蓄 電系統(tǒng)的溫度容易上升，因此在本發(fā)明的劣化抑制效果變得顯著的方面是優(yōu)選的。
[0025] W下，對用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。
[00%]蓄電系統(tǒng)包括至少一個(gè)W上的電池組W及與電池組電連接的轉(zhuǎn)換器。
[0027] 如圖2所示，電池組9包括電池、用于保持電池的框架W及集電板。關(guān)于裡二次電 池，還存在在電池組內(nèi)將多個(gè)電池串聯(lián)連接或者并聯(lián)連接的情況。
[0028] 蓄電系統(tǒng)除了包括電池組9 W外，還包括逆變器14、轉(zhuǎn)換器13、檢測部12、外殼體 等。
[0029] 另外，外殼體由鐵、侶、銅、樹脂等構(gòu)成，其主成分也可W是樹脂。電池具備正極活 性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)W及隔板，正極活性物質(zhì)使用含裡復(fù)合氧化物等，負(fù)極活性物質(zhì)使用 石墨等，隔板使用聚丙締和聚乙締等。另外，電池在使用相同的材料體系的情況下，當(dāng)在設(shè) 計(jì)上增大容量時(shí)，使每單位體積的活性物質(zhì)重量增多，減小對反應(yīng)沒有幫助的隔板、集電體 的比率，因此電池內(nèi)的反應(yīng)面積變小，電阻變大。
[0030] 實(shí)施例
[0031] (實(shí)施例1)
[0032] (1)負(fù)極的制作
[0033] 將作為負(fù)極活性物質(zhì)的100重量份的石墨和作為粘結(jié)劑的1重量份的下苯橡膠與 水混合來得到了漿料(slurry)。在將該漿料涂布于由銅構(gòu)成的負(fù)極集電體的兩面之后使其 干燥。接著，對兩面干燥有漿料的負(fù)極集電體進(jìn)行社制，裁切為長度700mm、寬度60mm來得到 負(fù)極6。
[0034] (2)正極的制作
[0035] 首先，將作為正極活性物質(zhì)的100重量份的儀酸裡、作為導(dǎo)電劑的1重量份的乙烘 黑W及作為粘結(jié)劑的3重量份的聚偏氣乙締(PVDF)與N-甲基化咯燒酬(NMP)混合來得到了 正極合劑漿料。在將該正極合劑漿料涂布于由侶形成的正極集電體的兩面之后使其干燥。 接著，對兩面涂布并干燥有正極合劑漿料的正極集電體進(jìn)行社制，裁切為長度600mm、寬度 59mm來得到正極5。
[0036] (3)非水電解液的調(diào)制
[0037] 在作為非水溶劑而將碳酸亞乙醋、碳酸甲乙醋W及碳酸二甲醋W體積比為1:1:1 的方式混合得到的混合溶劑中W濃度1.4mol/m3的方式溶解LiPFs,添加5%的碳酸亞乙締醋 作為添加劑，從而得到了非水電解液。
[0038] (4)圓筒型電池的制作
[0039] 首先，在規(guī)定的正極5和負(fù)極6各自的集電體上安裝侶制的正極引線5a和儀制的負(fù) 極引線6a之后，將正極5與負(fù)極6隔著隔板7卷繞，構(gòu)成了極板群。
[0040] 接著，在極板群的上部和下部配置上部絕緣板8a和下部絕緣板8b，將負(fù)極引線6a 焊接于電池盒1，并且將正極引線5a焊接于具有內(nèi)壓工作型的安全閥的封口板2,并收納在 電池盒1的內(nèi)部。
[0041] 然后，向電池盒1的內(nèi)部W減壓方式注入非水電解液，將電池盒1的開口端部隔著 襯墊（gasket)3緊固于封口板2,由此完成了電池。電池的尺寸使用了 18650尺寸（直徑： 18mm、高度：65mm)。
[0042] W使電池的能量密度成為300Wh/L、400Wh/L、500Wh/L運(yùn)S種的方式調(diào)整活性物質(zhì) 量，來設(shè)計(jì)了電池。
[0043] 另外，設(shè)計(jì)并制作了使用運(yùn)些電池的電池組。W使電池組的能量密度成為IOOWh/ L、200Wh/L、300Wh/L運(yùn)S種的方式調(diào)整電池組內(nèi)電池比率，來設(shè)計(jì)了電池組。
[0044] 另外，設(shè)計(jì)并制作了使用運(yùn)些電池組的蓄電系統(tǒng)。W使蓄電系統(tǒng)的能量密度成為 25Wh/L、30Wh/L、35Wh/L運(yùn)S種的方式調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)電池組比率來進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
[0045] 另外，對于系統(tǒng)的熱容量設(shè)計(jì)了 50000J/K、40000J/K、30000J/K運(yùn)=種。
[0046] (5)系統(tǒng)的評價(jià)
[0047] 利用使用能量密度為300Wh/L的電池組制作出的25Wh/L、30Wh/L、35Wh/L的蓄電系 統(tǒng)測定了循環(huán)特性。
[0048] 在此，分為W下=個(gè)方法來進(jìn)行了蓄電系統(tǒng)的充放電。
[0049] 將充電的電流值設(shè)為0.2It來進(jìn)行上限電壓4.2V為止的恒定電流充電，將放電的 電流值設(shè)為0.3It、將放電終止電壓設(shè)為3. OV來進(jìn)行恒定電流放電（W下表示為"0.2It恒定 電流"）。
[0050] 另外，將充電的電流值設(shè)為0.511來進(jìn)行上限電壓4.2V為止的恒定電流充電，將放 電的電流值設(shè)為0.311、將放電終止電壓設(shè)為3. OV來進(jìn)行恒定電流放電（W下表示為"0.511 恒定電流"）。
[0051] 另外，將充電的電流值設(shè)為0.2It來進(jìn)行上限電壓4.2V為止的恒定電流充電，之后 進(jìn)行恒定電壓充電直到達(dá)到終止電流50mA為止，將放電的電流值設(shè)為0.311、將放電終止電 壓設(shè)為3. OV來進(jìn)行恒定電流放電（W下表示為"0.2It恒流恒壓"）。
[0052] 然后，在通過各個(gè)方法進(jìn)行了充放電的蓄電系統(tǒng)中，W第3次循環(huán)的放電容量作為 100%，計(jì)算經(jīng)過了 500次循環(huán)的電池的容量保持率，來作為循環(huán)保持率。在表1中示出所得 到的結(jié)果。
[0化3][表1]
[0化4]
[0055](實(shí)施例2)
[0056] 使用能量密度為100Wh/L、200Wh/L、300Wh/L的電池組來制作35Wh/L的蓄電系統(tǒng)， 與實(shí)施例1同樣地測定了循環(huán)特性。在表2中示出所得到的結(jié)果。
[0化7][表 2]
[0化引 \
[0059] (實(shí)施例3)
[0060] 使用能量密度為300Wh/L、400Wh/L、500Wh/L的電池來制作400Wh/L的電池組，并使 用該電池組制作蓄電系統(tǒng)，與實(shí)施例1同樣地測定了循環(huán)特性。在表3中示出所得到的結(jié)果。
[0061] [表 3]
[0062]
[0063] (實(shí)施例4)
[0064] 使用能量密度為300Wh/L的電池組來制作熱容量為30000J/K、40000J/K、50000J/K 的S種蓄電系統(tǒng)，與實(shí)施例1同樣地測定了循環(huán)特性。在表4中示出所得到的結(jié)果。
[0065] [表 4]
[0066]
[0067] 根據(jù)表1的結(jié)果，如果是0.2It的恒定電流充電，則無論哪種蓄電系統(tǒng)，循環(huán)保持率 都變高，與此相對地，如果是0.5It的恒定電流充電、0.2It的恒流恒壓充電，則在能量密度 為35Wh/L的蓄電系統(tǒng)中，循環(huán)保持率變低。認(rèn)為，運(yùn)是由于在35Wh/L的蓄電系統(tǒng)中，每單位 體積的發(fā)熱密度高，電池組或電池組內(nèi)的電池的溫度變高，發(fā)生了劣化。
[0068] 根據(jù)表2的結(jié)果，如果是0.2It的恒定電流充電，則無論哪種蓄電系統(tǒng)，循環(huán)保持率 都變高，與此相對地，如果是0.511的恒定電流充電、0.211的恒流恒壓充電，則在電池組的 能量密度為300Wh/L的蓄電系統(tǒng)中，循環(huán)保持率變低。認(rèn)為，運(yùn)是由于在電池組的能量密度 為300Wh/L的蓄電系統(tǒng)中，每單位體積的發(fā)熱密度高，電池組或電池組內(nèi)的電池的溫度變 高，發(fā)生了劣化。
[0069] 根據(jù)表3的結(jié)果，如果是0.2It的恒定電流充電，則無論哪種蓄電系統(tǒng)，循環(huán)保持率 都變高，與此相對地，如果是0.511的恒定電流充電、0.211的恒流恒壓充電，則在電池的能 量密度為500Wh/L的蓄電系統(tǒng)中，循環(huán)保持率變低。認(rèn)為，運(yùn)是由于在電池的能量密度為 500Wh/L的系統(tǒng)中，每單位體積的發(fā)熱密度高，電池組或電池組內(nèi)的電池的溫度變高，發(fā)生 了劣化。
[0070] 根據(jù)表4的結(jié)果，如果是0.2It的恒定電流充電，則無論哪種蓄電系統(tǒng)，循環(huán)保持率 都變高，與此相對地，如果是0.511的恒定電流充電、0.211的恒流恒壓充電，則在熱容量為 30000J/K的蓄電系統(tǒng)中，循環(huán)保持率變低。認(rèn)為，運(yùn)是由于在30000J/K的蓄電系統(tǒng)中，每單 位體積的發(fā)熱密度高，電池組或電池組內(nèi)的電池的溫度變高，發(fā)生了劣化。
[0071] 另外，在實(shí)施例1~實(shí)施例4的蓄電系統(tǒng)中，0.2It的恒定電流充電相比于0. SIt的 恒定電流充電及〇.2It的恒流恒壓充電，循環(huán)保持率的下降少。從運(yùn)些結(jié)果可知，即使在由 于蓄電系統(tǒng)的構(gòu)成條件的不同而蓄電系統(tǒng)的發(fā)熱密度變高那樣的狀況下，通過如本發(fā)明那 樣設(shè)為低的電流值(〇.2ItW下）的恒定電流充電，也不存在循環(huán)特性的劣化，從而能夠達(dá)成 蓄電系統(tǒng)的長壽命化。
[0072]此外，在本實(shí)施例中，使用了圓筒型的電池，但是使用方形等形狀的電池也能夠得 到同樣的效果。
[007引產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0074]使用了本發(fā)明的充電方法的蓄電系統(tǒng)在循環(huán)特性方面優(yōu)異，作為家庭用電源、如 面向基站、面向工廠那樣的產(chǎn)業(yè)用大型蓄電的電源是有用的。
[00對附圖標(biāo)記說明
[0076] 1:電池盒；2:封日板；3:襯墊；5 :正極；5a:正極引線；6:負(fù)極；6a:負(fù)極引線；7:隔 板;8a:上部絕緣板;8b:下部絕緣板;9:電池組；10:充放電控制部；11:狀態(tài)檢測部；12:檢測 部；13:轉(zhuǎn)換器;14:逆變器;15:電源切換部；16:存儲(chǔ)部；17:負(fù)載;18:蓄電系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蓄電系統(tǒng)，其搭載有電池組，其中， 該蓄電系統(tǒng)的能量密度為35Wh/L以上， 該蓄電系統(tǒng)從充電初期起至充電完成為止持續(xù)地進(jìn)行利用〇.2It以下的電流值的恒定 電流充電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電系統(tǒng)，其特征在于， 所述電池組的能量密度為300Wh/L以上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蓄電系統(tǒng)，其特征在于， 所述電池組中收容的電池的能量密度為500Wh/L以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任一項(xiàng)所述的蓄電系統(tǒng)，其特征在于， 熱容量為30000J/K以下。
【文檔編號】H01M10/44GK105940546SQ201580006591
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月27日
【發(fā)明人】向井夏彥, 藤川萬鄉(xiāng)
【申請人】三洋電機(jī)株式會(huì)社