蓄电系统的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种抑制了循环特性的劣化的高能量密度的蓄电系统。一种搭载有电池组的蓄电系统，特征在于，能量密度为35Wh/L以上，从充电初期起至充电完成为止持续地进行利用0.2It以下的低速率的电流值的恒定电流充电，从而即使是对于每单位体积的发热密度高而电池组或电池组内的电池的温度容易变高的高能量密度的蓄电系统，也能够抑制循环特性的劣化。
【专利说明】
蓄电系统
技术领域
[0001] 本发明设及一种蓄电系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，电子设备的便携化、无绳(cordless)化急速发展，对作为它们的驱动用电 源的、小型且轻量并具有高能量密度的二次电池的期望高涨。另外，不只是小型民生用途， 针对蓄电用途、电动汽车用途之类的被要求长久的耐久性、安全性的大型的二次电池的技 术开展也持续加速。因此，非水电解质二次电池、尤其是裡二次电池由于具有高电压且具有 高能量密度而被期待。
[0003] 另外，除了 W往的电子设备所要求的性能W外，在蓄电用途中还进一步要求高容 量、长寿命、对低溫环境的应对等特性。
[0004] 作为长寿命化的技术，提出了从改进例如裡二次电池的循环特性的观点出发W中 速率(〇.5It)~高速率(2It)的充电速率(在此/'It"表示电流值，在一小时内对电池的额定 容量(Ah)进行充电（或放电）的电流值即为"lit")进行恒定电流充电的方法(参照专利文献 1)。记述了 W下内容:根据该提案，降低正极的裡过度脱离并抑制晶格的破坏，因此能够提 高循环特性。
[0005] 专利文献1:日本特开2006-024392号公报
【发明内容】
[OOOW 发明要解决的问题
[0007]继近年来的蓄电市场的扩大之后，更进一步地寻求蓄电系统的高能量密度化，W 能够长时间使用多种设备且能够设置在小的空间，但是随着在蓄电系统中实现高能量密度 化，需要针对电阻增加、发热采取新对策。
[000引在此，当通过如专利文献1所记载的那样的充电方法对实现了高能量密度化的蓄 电系统进行充电时，电池内的容易发生反应的部分被深度充电，而不容易发生反应的部分 不怎么反应地进行充电，因此发生反应不均。其结果，存在W下问题:循环特性下降，电池劣 化到在实际使用中不能容许的水平。
[0009] 并且，在高能量密度的蓄电系统中，当W某种程度上高的电流值进行充电时，焦耳 热增加，蓄电系统自身的每单位体积的发热密度加速地上升。其结果，还存在W下问题:蓄 电系统的溫度上升，电池的劣化增大。
[0010] 本发明的目的在于提供一种抑制循环特性的劣化的蓄电系统。
[00"]用于解决问题的方案
[0012]为了解决上述问题，本发明是一种搭载有电池组的蓄电系统，其特征在于，能量密 度为35Wh/LW上，从充电初期起至充电完成为止持续地进行利用0.2ItW下的电流值的恒 定电流充电。此外，蓄电系统开始充电的时间点为充电初期时间点，达到设定电压并完成充 电的时间点为充电完成时间点。
[001引发明的效果
[0014] 通过本发明，能够提供一种抑制了循环特性的劣化的蓄电系统。
【附图说明】
[0015] 图1是表示本发明的一个实施方式所设及的蓄电系统和W往的蓄电系统的充电速 率与发热速度的关系的图。
[0016] 图2是本发明的一个实施方式所设及的蓄电系统的概要图。
[0017] 图3是本发明的一个实施方式所设及的电池的截面图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明是一种搭载有电池组的蓄电系统，其特征在于，能量密度为35Wh/LW上，从 充电初期起至充电完成为止持续地进行利用〇.2ItW下的电流值的恒定电流充电，本发明 能够抑制蓄电系统的循环特性的劣化。
[0019] 下面，W裡二次电池为例，基于附图来说明本发明的实施方式。但是，下面所示的 值并不限定于此。
[0020] 在高能量密度的蓄电系统中，当W某种程度上高的电流值进行充电时，焦耳热增 加，蓄电系统自身的每单位体积的发热密度加速地上升。其结果，还存在蓄电系统的溫度上 升、电池的劣化增大运样的问题。因此，通过具有W下特征的蓄电系统来抑制系统的发热， 由此能够抑制电池的劣化，蓄电系统的特征如下:能量密度为35Wh/LW上，从充电初期起至 充电完成为止持续地进行利用〇.2ItW下的电流值的恒定电流充电。
[0021] 如图1所示，在将蓄电系统的能量密度设为35Wh/L、将热容量设为23000J/K时，如 果将充电电流值从0.511减小为0.211时，系统的发热速度能够抑制到1/6 (此外，在本实施 方式中，0.1It = llA)。
[0022] 另外，当搭载于蓄电系统的电池组的能量密度为300Wh/LW上时，电池组在系统内 所占的比率增大，与各电池的发热相对应地蓄电系统的溫度容易上升，因此在本发明的劣 化抑制效果变得显著的方面是优选的。
[0023] 另外，当搭载于蓄电系统的电池组内的电池的能量密度为500Wh/LW上时，对于相 同的材料体系而言电池的极板的反应面积有变小的倾向，电阻变高而焦耳热上升，蓄电系 统自身的每单位体积的发热密度加速地上升，蓄电系统的溫度也上升，因此在本发明的劣 化抑制效果变得显著的方面是优选的。
[0024] 另外，当蓄电系统整体的热容量为30000J/KW下时，与各电池的发热相对应地蓄 电系统的溫度容易上升，因此在本发明的劣化抑制效果变得显著的方面是优选的。
[0025] W下，对用于实施本发明的方式进行说明。
[00%]蓄电系统包括至少一个W上的电池组W及与电池组电连接的转换器。
[0027] 如图2所示，电池组9包括电池、用于保持电池的框架W及集电板。关于裡二次电 池，还存在在电池组内将多个电池串联连接或者并联连接的情况。
[0028] 蓄电系统除了包括电池组9 W外，还包括逆变器14、转换器13、检测部12、外壳体 等。
[0029] 另外，外壳体由铁、侣、铜、树脂等构成，其主成分也可W是树脂。电池具备正极活 性物质、负极活性物质W及隔板，正极活性物质使用含裡复合氧化物等，负极活性物质使用 石墨等，隔板使用聚丙締和聚乙締等。另外，电池在使用相同的材料体系的情况下，当在设 计上增大容量时，使每单位体积的活性物质重量增多，减小对反应没有帮助的隔板、集电体 的比率，因此电池内的反应面积变小，电阻变大。
[0030] 实施例
[0031] (实施例1)
[0032] (1)负极的制作
[0033] 将作为负极活性物质的100重量份的石墨和作为粘结剂的1重量份的下苯橡胶与 水混合来得到了浆料(slurry)。在将该浆料涂布于由铜构成的负极集电体的两面之后使其 干燥。接着，对两面干燥有浆料的负极集电体进行社制，裁切为长度700mm、宽度60mm来得到 负极6。
[0034] (2)正极的制作
[0035] 首先，将作为正极活性物质的100重量份的儀酸裡、作为导电剂的1重量份的乙烘 黑W及作为粘结剂的3重量份的聚偏氣乙締(PVDF)与N-甲基化咯烧酬(NMP)混合来得到了 正极合剂浆料。在将该正极合剂浆料涂布于由侣形成的正极集电体的两面之后使其干燥。 接着，对两面涂布并干燥有正极合剂浆料的正极集电体进行社制，裁切为长度600mm、宽度 59mm来得到正极5。
[0036] (3)非水电解液的调制
[0037] 在作为非水溶剂而将碳酸亚乙醋、碳酸甲乙醋W及碳酸二甲醋W体积比为1:1:1 的方式混合得到的混合溶剂中W浓度1.4mol/m3的方式溶解LiPFs,添加5%的碳酸亚乙締醋 作为添加剂，从而得到了非水电解液。
[0038] (4)圆筒型电池的制作
[0039] 首先，在规定的正极5和负极6各自的集电体上安装侣制的正极引线5a和儀制的负 极引线6a之后，将正极5与负极6隔着隔板7卷绕，构成了极板群。
[0040] 接着，在极板群的上部和下部配置上部绝缘板8a和下部绝缘板8b，将负极引线6a 焊接于电池盒1，并且将正极引线5a焊接于具有内压工作型的安全阀的封口板2,并收纳在 电池盒1的内部。
[0041] 然后，向电池盒1的内部W减压方式注入非水电解液，将电池盒1的开口端部隔着 衬垫（gasket)3紧固于封口板2,由此完成了电池。电池的尺寸使用了 18650尺寸（直径： 18mm、高度：65mm)。
[0042] W使电池的能量密度成为300Wh/L、400Wh/L、500Wh/L运S种的方式调整活性物质 量，来设计了电池。
[0043] 另外，设计并制作了使用运些电池的电池组。W使电池组的能量密度成为IOOWh/ L、200Wh/L、300Wh/L运S种的方式调整电池组内电池比率，来设计了电池组。
[0044] 另外，设计并制作了使用运些电池组的蓄电系统。W使蓄电系统的能量密度成为 25Wh/L、30Wh/L、35Wh/L运S种的方式调整系统内电池组比率来进行了设计。
[0045] 另外，对于系统的热容量设计了 50000J/K、40000J/K、30000J/K运=种。
[0046] (5)系统的评价
[0047] 利用使用能量密度为300Wh/L的电池组制作出的25Wh/L、30Wh/L、35Wh/L的蓄电系 统测定了循环特性。
[0048] 在此，分为W下=个方法来进行了蓄电系统的充放电。
[0049] 将充电的电流值设为0.2It来进行上限电压4.2V为止的恒定电流充电，将放电的 电流值设为0.3It、将放电终止电压设为3. OV来进行恒定电流放电（W下表示为"0.2It恒定 电流"）。
[0050] 另外，将充电的电流值设为0.511来进行上限电压4.2V为止的恒定电流充电，将放 电的电流值设为0.311、将放电终止电压设为3. OV来进行恒定电流放电（W下表示为"0.511 恒定电流"）。
[0051] 另外，将充电的电流值设为0.2It来进行上限电压4.2V为止的恒定电流充电，之后 进行恒定电压充电直到达到终止电流50mA为止，将放电的电流值设为0.311、将放电终止电 压设为3. OV来进行恒定电流放电（W下表示为"0.2It恒流恒压"）。
[0052] 然后，在通过各个方法进行了充放电的蓄电系统中，W第3次循环的放电容量作为 100%，计算经过了 500次循环的电池的容量保持率，来作为循环保持率。在表1中示出所得 到的结果。
[0化3][表1]
[0化4]
[0055](实施例2)
[0056] 使用能量密度为100Wh/L、200Wh/L、300Wh/L的电池组来制作35Wh/L的蓄电系统， 与实施例1同样地测定了循环特性。在表2中示出所得到的结果。
[0化7][表 2]
[0化引 \
[0059] (实施例3)
[0060] 使用能量密度为300Wh/L、400Wh/L、500Wh/L的电池来制作400Wh/L的电池组，并使 用该电池组制作蓄电系统，与实施例1同样地测定了循环特性。在表3中示出所得到的结果。
[0061] [表 3]
[0062]
[0063] (实施例4)
[0064] 使用能量密度为300Wh/L的电池组来制作热容量为30000J/K、40000J/K、50000J/K 的S种蓄电系统，与实施例1同样地测定了循环特性。在表4中示出所得到的结果。
[0065] [表 4]
[0066]
[0067] 根据表1的结果，如果是0.2It的恒定电流充电，则无论哪种蓄电系统，循环保持率 都变高，与此相对地，如果是0.5It的恒定电流充电、0.2It的恒流恒压充电，则在能量密度 为35Wh/L的蓄电系统中，循环保持率变低。认为，运是由于在35Wh/L的蓄电系统中，每单位 体积的发热密度高，电池组或电池组内的电池的溫度变高，发生了劣化。
[0068] 根据表2的结果，如果是0.2It的恒定电流充电，则无论哪种蓄电系统，循环保持率 都变高，与此相对地，如果是0.511的恒定电流充电、0.211的恒流恒压充电，则在电池组的 能量密度为300Wh/L的蓄电系统中，循环保持率变低。认为，运是由于在电池组的能量密度 为300Wh/L的蓄电系统中，每单位体积的发热密度高，电池组或电池组内的电池的溫度变 高，发生了劣化。
[0069] 根据表3的结果，如果是0.2It的恒定电流充电，则无论哪种蓄电系统，循环保持率 都变高，与此相对地，如果是0.511的恒定电流充电、0.211的恒流恒压充电，则在电池的能 量密度为500Wh/L的蓄电系统中，循环保持率变低。认为，运是由于在电池的能量密度为 500Wh/L的系统中，每单位体积的发热密度高，电池组或电池组内的电池的溫度变高，发生 了劣化。
[0070] 根据表4的结果，如果是0.2It的恒定电流充电，则无论哪种蓄电系统，循环保持率 都变高，与此相对地，如果是0.511的恒定电流充电、0.211的恒流恒压充电，则在热容量为 30000J/K的蓄电系统中，循环保持率变低。认为，运是由于在30000J/K的蓄电系统中，每单 位体积的发热密度高，电池组或电池组内的电池的溫度变高，发生了劣化。
[0071] 另外，在实施例1~实施例4的蓄电系统中，0.2It的恒定电流充电相比于0. SIt的 恒定电流充电及〇.2It的恒流恒压充电，循环保持率的下降少。从运些结果可知，即使在由 于蓄电系统的构成条件的不同而蓄电系统的发热密度变高那样的状况下，通过如本发明那 样设为低的电流值(〇.2ItW下）的恒定电流充电，也不存在循环特性的劣化，从而能够达成 蓄电系统的长寿命化。
[0072]此外，在本实施例中，使用了圆筒型的电池，但是使用方形等形状的电池也能够得 到同样的效果。
[007引产业上的可利用性
[0074]使用了本发明的充电方法的蓄电系统在循环特性方面优异，作为家庭用电源、如 面向基站、面向工厂那样的产业用大型蓄电的电源是有用的。
[00对附图标记说明
[0076] 1:电池盒；2:封日板；3:衬垫；5 :正极；5a:正极引线；6:负极；6a:负极引线；7:隔 板;8a:上部绝缘板;8b:下部绝缘板;9:电池组；10:充放电控制部；11:状态检测部；12:检测 部；13:转换器;14:逆变器;15:电源切换部；16:存储部；17:负载;18:蓄电系统。
【主权项】
1. 一种蓄电系统，其搭载有电池组，其中， 该蓄电系统的能量密度为35Wh/L以上， 该蓄电系统从充电初期起至充电完成为止持续地进行利用〇.2It以下的电流值的恒定 电流充电。2. 根据权利要求1所述的蓄电系统，其特征在于， 所述电池组的能量密度为300Wh/L以上。3. 根据权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于， 所述电池组中收容的电池的能量密度为500Wh/L以上。4. 根据权利要求1~3中的任一项所述的蓄电系统，其特征在于， 热容量为30000J/K以下。
【文档编号】H01M10/44GK105940546SQ201580006591
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】向井夏彦, 藤川万乡
【申请人】三洋电机株式会社