[发明专利]非水二次电池、电池组件、电源系统及电动设备

说明书

技术领域

本发明涉及非水二次电池、使用该非水二次电池的电池组件、对该非水二次电池进行充电的电源系统以及使用该非水二次电池的电动设备。

背景技术

近年来，为了便利性和减轻对环境的负担，对使用二次电池的电源系统及搭载该电源系统的电动设备的需求正逐步增长。作为电源的二次电池有铅蓄电池和碱蓄电池等，而单位体积(及单位重量)的能量密度较高的非水电解液二次电池(非水二次电池)最受瞩目。

该非水电解液二次电池通过下述方式构成：主要使用锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质、主要使用石墨或硅化物之类能够吸留释放锂的材料作为负极活性物质、且在正极与负极之间隔着隔膜(separator)来构成电极群，并将该电极群与非水电解液一同收纳到壳体中。

作为正极活性物质的锂过渡金属复合氧化物其能量密度高，但另一方面过充电时的热稳定性欠佳。因此，在电源系统中，除了非水电解液二次电池以外，还设置有控制该非水电解液二次电池在上限电压V_U与下限电压V_L之间充电和放电的控制部，以便使非水电解液二次电池不会被过充电。作为一例，例如当正极活性物质为钴酸锂、负极活性物质为碳质材料时，控制部的上限电压V_U被设定为每个电池3.8V至4.2V，下限电压V_L被设定为每个电池2.5V至3.5V。

进而，提出了如下一种技术方案：使非水电解液二次电池中具备安全元件(PTC：Positive Temperature Coefficient，正温度系数)，强制性地不使电流流动，该安全元件是为了防备万一控制部出现故障而导致即使达到上限电压V_U充电也不会终止的异常的发生，利用了正极活性物质和其他构成材料在过充电时发热的现象(例如参照专利文献1)。

另一方面，提出了如下一种技术方案：在由微多孔性薄膜构成的隔膜上设置弯曲率(porosity，相对于隔膜厚度的微孔路径长度)为1的部位，通过在过充电时选择性地使锂在该部位析出而使电池电压下降，来使非水电解液二次电池实质上不会被过充电(例如参照专利文献2)。

图25是用于说明二次电池在充电时的一般的充电电压及电流的管理方法的图表。图25是对3个二次电池例如锂离子电池被串联连接而成的组电池进行充电时的图表，其中参照符号α11、α12、α13表示各二次电池的电压的变化，参照符号β11表示向二次电池提供的充电电流的变化。另外，γ11表示组电池的充电深度(SOC：State of Charge)。

首先，开始恒流(CC：Constant Current)充电。然后，提供预定的恒定电流值I1的充电电流进行恒流(CC)充电，直到电池组件的充电端子的端子电压达到每个电池为4.2V的预定充电终止电压Vf乘以组电池的串联电池数所得的电压(因此，例如在3个电池串联的情况下为12.6V)。作为电流值I1，例如使用1C的70％乘以并联电池数P所得的电流值。1C是以恒流对二次电池的标称容量值NC进行放电，用1个小时使该二次电池的剩余容量变为零的电流值。

由此，当所述充电端子的端子电压达到充电终止电压Vf乘以串联电池数所得的电压时，切换到恒压(CV，Constant Voltage)充电区域，使充电电流值逐渐减少以维持该充电终止电压Vf乘以串联电池数所得的电压，当所述充电电流值下降到根据温度设定的电流值I2时判定为充满电，停止提供充电电流。如上所述的充电控制方法例如可从专利文献3中获知。

然而，关于专利文献1中记载的安全元件，可通过改变其结构来改变工作温度(强制性地不使电流流动的温度)。但是，如果该工作温度过低时，一旦在夏季等周边温度变高将会发生工作故障，而如果过高时，则有运行错后而发生伴随过充电的故障(过热等)的危险。如上所述，专利文献1中记载的安全元件的工作原理是利用了正极活性物质和其他构成材料在过充电时发热的现象，当安全元件工作时，已经因过充电造成了温度上升。并且，考虑到安全元件的工作温度的偏差，必须避免因正常范围内的温度上升造成的工作故障，所以安全元件的工作温度被设定为相当程度的高温，因而很难说其能够保证充分的安全性。