锂离子二次电池及其充电方法技术

一种锂离子二次电池，包括：正极（３），其含有作为正极活性材料的复合金属氧化物，该复合金属氧化物至少包含作为其金属成分的Ｌｉ、Ｃｏ、Ｍｎ以及Ｎｉ中的一个；负极（２），其含有负极活性材料；以及含有锂盐的非水电解质溶液。一种充电方法特征在于，利用等于或大于０．５Ｃ并且小于２Ｃ（这里提到的“Ｃ”为所述锂离子二次电池的额定容量）的设定充电电流值进行恒流充电。

【技术实现步骤摘要】
锂离子二次电池及其充电方法
技术介绍
本专利技术涉及一种锂离子二次电池及其充电方法。本专利技术尤其涉及一种通过使用具有简单电路结构的充电设备，利用简单操作和低成本进行充电的锂离子二次电池及其充电方法。锂离子二次电池具有下述特点：具有大容量和高能量密度，呈现出良好的充电-放电循环特性以及能够长时间保持额定功率。因此，锂离子二次电池被广泛用作不同设备的驱动电池，所述不同设备例如是蜂窝电话、笔记本计算机或者PDA。通常使用恒流和恒压充电模式为锂离子二次电池充电。在恒流和恒压充电中，首先，使用恒定电流为电池充电，直到电压达到预定的上限电压；其后，将该电压保持在预定的上限电压。当将电池设定为恒压模式时，电流值下降。因此，当电流值下降到给定的电流值时，充电结束(例如，参见JP-A-5-111184)。然而，由于锂离子二次电池使用具有高电阻的非水电解质溶液作为电解质溶液的溶剂，因此出现了需要很长时间才能将锂离子二次电池充满电这样的问题。通过恒流和恒压充电来减少锂离子二次电池充电所需时间的可能的方法包括：在恒流充电期间将充电电流值设定为较高值的方法，以及同样在恒流充电期间将上限电压值设定为较高值的方法。然而，当利用过高电流或过高电压为使用LiCoO2作为正极活性材料的锂离子二次电池充电时，出现了Li从正极活性材料中被过度解吸这样的问题，由此破坏了晶格，恶化了充电/放电的循环特性。因此，当锂离子二次电池使用含碳材料作为负极活性材料时，该电池必须按如下方法充电。即，将上限电压值设定为+4.2V；利用1CA(与锂离子二次电池的额定容量值(Ah)相对应的电流值)或更小的恒定电流为该电池充电；其后，以恒定电压为该电池充电，同时-->以高精度将该恒定电压值控制在+4.2±0.05V。此外，当负极活性材料为钛酸锂时，必须将上限电压值设定为+2.7V，并且在恒压充电期间，必须以高精度将该电压值控制在+2.7±0.05V。如上所述，在锂离子二次电池充电方法的相关技术中，必不可少地不仅要监视电压值，而且还要监视电流值，由此带来充电操作变得复杂的问题。
技术实现思路
为此，本专利技术的目的是提供一种用于为锂离子二次电池充电的方法，该方法能够通过使用具有简单电路结构的充电设备，以简单操作和低成本为锂离子二次电池充电。为了达到此目标，专利技术人进行了广泛的研究，并且有如下发现：薄层的锂离子二次电池具有低阻抗。从而，当利用等于或大于0.5C并且小于2C(这里提到的“C”为该锂离子二次电池的额定容量值)的设定充电电流值以恒定电流为电池充电、同时仅监视电压值时，锂离子二次电池就能够被充至足够高的充电容量。基于上述认识而构思本专利技术。根据本专利技术，锂离子二次电池包括正极，该正极含有作为正极活性材料的复合金属氧化物，该复合金属氧化物至少包含作为金属成分的Li、Co、Mn以及Ni中的一个；含有负极活性材料的负极；以及含有锂盐的非水电解质溶液。该方法包括利用等于或大于0.5C并且小于2C(这里提到的“C”为所述锂离子二次电池的额定容量)的设定充电电流值进行恒流充电。根据本专利技术，锂离子二次电池能够以恒流充电方式进行充电，并只需监视电压值。因此，能够通过使用具有简单电路结构的充电设备，以简单操作和低成本为锂离子二次电池充电。在本专利技术中，用作负极或正极的电极起反应场的作用，所述反应场能够引起电子转移反应的发生，其中，锂离子(或金属锂)作为氧化还原物质。这里提到的词句“引起电子转移反应的发生”意思是在电池所要求的电池使用期限内引起电子转移反应的发生，所述电池用作安装有该电池的设备的电源或辅助电源。-->在本专利技术中，术语“负极”和“正极”表示在放电期间以电池的极性为基准而确定的电极。更具体地说，负极，是在放电期间由于氧化反应而放出电子的电极；正极，是在放电期间由于还原反应而接受电子的电极。在本专利技术的优选实施方式中，正极承载5到12mg/cm2的正极活性材料，负极承载3到6mg/cm2的负极活性材料。根据本专利技术的另一个优选实施方式，正极上承载的正极活性材料的数量为5到12mg/cm2，负极上承载的负极活性材料的数量为3到6mg/cm2；并且使锂离子二次电池形成薄层并具有足够低的阻抗。从而，当利用等于或大于0.5C并且小于2C的设定充电电流值以恒流充电方式为锂离子二次电池进行充电、同时仅监视电压值时，该电池就能够被充至足够高的充电容量。在本专利技术的另一个优选实施方式中，锂离子二次电池包括多个层叠单元，所述多个层叠单元借助它们之间的隔板而层叠，每个层叠单元包括所述正极、隔板以及所述负极，同时每个层叠单元一个层叠在另一个上。本专利技术提供了一种用于为锂离子二次电池充电的方法，该方法能够通过使用具有简单电路结构的充电设备，以简单操作和低成本为锂离子二次电池充电。附图说明图1是根据本专利技术的优选实施方式，依照为锂离子二次电池充电的方法而要被充电的锂离子二次电池的剖面示意图；以及图2是表示锂离子二次电池1的电压随时间变化的曲线示意图和充电电流随时间变化的曲线示意图。具体实施方式下文将参考附图对本专利技术的优选实施方式进行详细说明。图1是根据本专利技术的优选实施方式，依照为锂离子二次电池充电的方法而要被充电的锂离子二次电池的剖面示意图。-->如图1所示，锂离子二次电池1具有这样的结构，其中三个层叠单元5借助它们之间的板状隔板6而层叠。这样构成每个层叠单元5，使得板状负极2和板状正极3借助它们之间的板状隔板4而层叠。将非水电解质溶液(未图示)注入到负极2的内部和正极3的内部。三个层叠单元5以密封方式被封闭在外壳7中，所述三个层叠单元5借助它们之间的隔板6而使得一个层叠在另一个上。在本实施方式中，构成每个层叠单元5的负极2承载3到6mg/cm2的负极活性材料；并且构成每个层叠单元5的正极3承载5到12mg/cm2的正极活性材料。由此，每个层叠单元5形成极薄的层。与上述内容相对应，在放电期间，以锂离子二次电池1的极性为基准来确定负极2和正极3。在充电期间，负极2充当阳极；正极3充当阴极。如图1所示，每个负极2包括集电板11以及在集电板11上形成的负极活性材料包含层12。每个正极3包括集电板13和在集电板13上形成的正极活性材料包含层14。对于集电板11和13没有特殊的限制。对于用以形成集电板11的材料的基本要求是：其应为能够向负极活性材料包含层12转移充足电荷的良导体；对于集电板13的基本要求是：其应为能够向负极活性材料包含层14转移充足电荷的良导体。由此，集电板11和13能够由在已知的锂离子二次电池的集电板中所使用的材料形成，诸如铝、铜等的金属箔。负极2的负极活性材料包含层12主要由负极活性材料、导电辅助材料以及粘结剂形成。对于负极活性材料没有特殊限制，可以使用已知的负极活性材料，只要这种材料能够以可逆方式进行锂离子的嵌入和分离或在锂离子和锂离子的平衡阴离子(例如，ClO4-)之间的掺杂和去杂。这样的活性材料的实例包括：碳材料，诸如天然石墨、人造石墨或者低温碳极；能够以化学方法与锂结合的金属，诸如Al、Si或Sn；其主要成分是氧化物(例如是SiO2或SnO2)的无定形化合物；以及钛酸锂(Li4Ti5O12)。-->作为负极活性材料，尤其优选导电碳材料(石墨和无定形碳)或钛酸锂。作为碳材料，其层间距离d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池，包括：正极，其含有作为正极活性材料的复合金属氧化物，所述复合金属氧化物包含作为其金属成分的Ｌｉ、Ｃｏ、Ｍｎ以及Ｎｉ中的至少一个；负极，其含有负极活性材料；以及含有锂盐的非水电解质溶液。

【技术特征摘要】
JP 2004-7-6 2004-1995101.一种锂离子二次电池，包括：正极，其含有作为正极活性材料的复合金属氧化物，所述复合金属氧化物包含作为其金属成分的Li、Co、Mn以及Ni中的至少一个；负极，其含有负极活性材料；以及含有锂盐的非水电解质溶液。2.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述正极承载5到12mg/cm2的所述正极活性材料，并且所述负极承载3到6mg/cm2的所述负极活性材料。3.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述锂离子二次电池包括多个层叠单元，所述多个层叠单元借助它们之间的隔板而层叠，每个层叠单元包括所述正极、隔板以及所述负极，同时每个层叠单元一个层叠在另一个上。4.如权利要求2所述的锂离子二次电池，其中，所述锂离子二次电池包括多个层叠单元，所述多个层叠单元借助它们之间的隔板而层叠，每个层叠单元包括所述正极、隔板以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭岛刚，小川和也，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]