鋰離子二次電池、充放電系統和充電方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及裡離子二次電池，特別地，設及適于在高倍率下充放電的裡離子二次 電池。
【背景技術】
[0002] 非水電解質二次電池能W高能量密度存儲電能，并且近年來對其的需求一直在增 長。在非水電解質二次電池中，活躍的研究領域是使用裡鹽如LiPFs或LiBF廟有機溶劑如碳 酸亞乙醋中的溶液作為電解質的裡離子二次電池。另一方面，已經越來越認識到使用熱穩 定的且難燃的烙鹽電解質的烙鹽電池的潛力。作為運樣的烙鹽電解質，例如，報道了作為有 機陽離子和陰離子的鹽的離子液體(參見專利文獻1)。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1:日本專利特開號公報

【發明內容】

[0006] 技術問題
[0007] 近年來，裡離子二次電池的用途甚至已經擴大到用于電動車輛的電力存儲。運樣 的應用范圍的增加已經導致對在高倍率下的充放電特性方面有所提高的裡離子二次電池 的需求。然而，眾所周知，當裡離子二次電池在高倍率下運行時，電池的容量降低。
[000引技術方案
[0009] 本發明的一個方面設及裡離子二次電池，其包含正極、負極、置于正極和負極之間 的隔膜和非水電解質，正極包含正極集電器和保持在正極集電器上的正極活性材料，正極 活性材料包含含裡的過渡金屬氧化物，負極包含負極集電器和保持在負極集電器上的負極 活性材料，負極活性材料包括選自裡金屬、裡合金、碳材料、含裡的鐵化合物、娃氧化物、娃 合金、鋒、鋒合金、錫氧化物和錫合金中的至少一種，非水電解質包含有機陽離子和第一陰 離子形成的第一鹽，和裡離子和第二陰離子形成的第二鹽，相對于有機陽離子和裡離子的 總和，裡離子的比例為不小于20摩爾％，在非水電解質中第一鹽和第二鹽的總含量不小于 90質量％。
[0010] 本發明的另一個方面設及充放電系統，所述充放電系統包含裡離子二次電池，檢 測裡離子二次電池的溫度的溫度測定單元，控制裡離子二次電池的充電電流Iin的充電控制 裝置，和控制裡離子二次電池的放電電流IDUt的放電控制裝置，充電控制裝置被構造為根據 通過溫度測定單元檢測到的裡離子二次電池的溫度確定充電電流Iin。
[0011] 本發明的又一個方面設及裡離子二次電池的充電方法，所述方法包括:檢測裡離 子二次電池的溫度的步驟;從充電電流Iin-k化=1的至少兩個預設值選擇充電電流 Iin,使得隨著檢測到的溫度更高，所選擇的充電電流Iin更大的步驟;和在所選擇的預設充 電電流I in-k下對裡離子二次電池進行充電的步驟。
[0012]本發明的又一個方面設及裡離子二次電池的放電方法，所述方法包括:檢測裡離 子二次電池的溫度的步驟;從放電電流iDut-k化=1，2，-〇的至少兩個預設值選擇放電電流 Inut,使得隨著檢測到的溫度更高，所選擇的放電電流Iout更大的步驟;和在所選擇的預設放 電電流I?t-k下對裡離子二次電池進行放電的步驟。
[oou]有益效果
[0014] 即使在高倍率下對裡離子二次電池進行充放電時，所述裡離子二次電池也能實現 高容量。
【附圖說明】
[0015] [圖1]是根據本發明的實施方式的正極的正面圖。
[0016] [圖2]是沿圖1中的ii-n線取的截面圖。
[0017] [圖3]是根據本發明的實施方式的負極的正面圖。
[0018] [圖4]是沿圖3中的IV-IV線取的截面圖。
[0019] [圖5]是示出根據本發明的實施方式的烙鹽電池的電池殼的部分被切掉的透視 圖。
[0020] [圖6]是示意性示出沿圖5中的VI-VI線的橫截面的縱截面圖。
[0021] [圖7]是示意性示出根據本發明的實施方式的充放電系統的方框圖。
[0022] [圖引是示出根據本發明的實施方式的充放電系統的流程圖。
[0023] [圖9]是示出根據本發明的另一個實施方式的充放電系統的流程圖。
【具體實施方式】
[0024] [【具體實施方式】]
[0025] 首先，將列舉本發明的實施方式。
[0026] 本發明的第一方面設及（1)裡離子二次電池，其包含正極、負極、置于正極和負極 之間的隔膜和非水電解質，正極包含正極集電器和保持在正極集電器上的正極活性材料， 正極活性材料包含含裡的過渡金屬氧化物，負極包含負極集電器和保持在負極集電器上的 負極活性材料，負極活性材料包括選自裡金屬、裡合金、碳材料、含裡的鐵化合物、娃氧化 物、娃合金、鋒、鋒合金、錫氧化物和錫合金中的至少一種，非水電解質包含有機陽離子和第 一陰離子形成的第一鹽，和裡離子和第二陰離子形成的第二鹽，相對于有機陽離子和裡離 子的總和，裡離子的比例為不小于20摩爾％，在非水電解質中第一鹽和第二鹽的總含量不 小于90質量％。
[0027] 也就是說，在本發明的W上實施方式中使用的非水電解質為烙鹽電解質。烙鹽占 非水電解質的不小于90質量％，并且裡離子占在非水電解質中存在的陽離子的不小于20摩 爾％。利用運種構造，在高溫下運行期間，裡離子二次電池可W實現優異的倍率特性。當烙 鹽電解質具有高離子濃度時尤其可獲得運種效果。在使用基于有機溶劑的有機電解液作為 電解質的情況下，裡鹽的量的增加伴隨著電解質粘度的增加并且傾向于導致高倍率充放電 特性的下降。由于諸如裡鹽沉淀的問題的風險，所W認為在電解質中裡離子濃度的上限為 約2.0摩爾/L。
[0028] (2)選自第一陰離子和第二陰離子中的至少一種優選為含氣的酷胺陰離子。其原 因在于含氣的酷胺陰離子具有高耐熱性和高離子傳導性。
[0029] (3)非水電解質優選包含碳酸醋化合物。（4)特別地，非水電解質優選包含含氣的 碳酸醋化合物。因為促進了 SEI(固體電解質界面)在電極上的形成，所W運種構造提供例如 提高的裡離子進入負極的吸藏性并且由此可W期待倍率特性的進一步提高。
[0030] (5)優選正極集電器是具有=維中空骨架網絡結構的第一金屬的多孔體，并且第 一金屬包括侶。（6)此外，優選負極集電器是具有=維中空骨架網絡結構的第二金屬的多孔 體，并且第二金屬包括銅。運些構造使得負極或正極活性材料在集電器上的填充性和保持 性提高，并且還提供集電性的提高。結果，可W期待倍率特性的進一步提高。
[0031] (7)本發明的第二方面設及裡離子二次電池的充放電系統，所述充放電系統包含 根據第一方面的裡離子二次電池，檢測裡離子二次電池的溫度的溫度測定單元，控制裡離 子二次電池的充電電流Iin的充電控制裝置，和控制裡離子二次電池的放電電流IDUt的放電 控制裝置，充電控制裝置被構造為根據通過溫度測定單元檢測到的裡離子二次電池的溫度 確定充電電流Iin。利用該系統，可W在根據電池的溫度確定的電流下對電池進行充電。
[0032] (8)優選地，放電控制裝置被構造為根據通過溫度測定單元檢測到的裡離子二次 電池的溫度確定放電電流lout。利用該系統，可W在根據電池的溫度確定的電流下對電池進 行放電。
[00削 （9)優選充電電流Iin選自充電電流lin-k化=1，2,…）的至少兩個預設值，使得隨著 檢測到的溫度更高，所選擇的充電電流I in更大。（10 )還優選放電電流I DUt選自放電電流 Inut-k化=1，2，-0的至少兩個預設值，使得隨著檢測到的溫度更高，所選擇的放電電流Inut 更大。因為即使在高倍率下進行充放電時，也可W在高溫下快速將裡離子二次電池充放電 至高容量，所W運些構造是優選的。
[0034] (11)優選地，該系統還包含加熱裡離子二次電池的加熱器，和控制從加熱器供應 到裡離子二次電池的熱量的加熱控制裝置。在裡離子二次電池的溫度低于適于充放電的溫 度的情況下，通過利用加熱器進行加熱可W將溫度提高到合適溫度。
[0035] (12)本發明的第=方面設及裡離子二次電池的充電方法，所述方法包括:檢測根 據第一方面的裡離子二次電池的溫度的步驟;從充電電流Iin-k化=1的至少兩個預 設值選擇充電電流Iin,使得隨著檢測到的溫度更高，所選擇的充電電流Iin更大的步驟;和 在所選擇的預設充電電流Iin-k下對裡離子二次電池進行充電的步驟。
[0036] (13)本發明的第四方面設及裡離子二次電池的放電方法，所述方法包括:檢測根 據第一方面的裡離子二次電池的溫度的步驟;從放電電流iDUt-k化=1，2，-〇的至少兩個預 設值選擇放電電流iDUt，使得隨著檢測到的溫度更高，所選擇的放電電流Iout更大的步驟;和 在所選擇的預設放電電流iDUt-k下對裡離子二次電池進行放電的步驟。
[0037] (14)優選地，所述方法還包括如下步驟：當檢測到的溫度低于規定的目標溫度時， 對裡離子二次電池進行加熱直到檢測到的溫度（檢測到的溫度)達到目標溫度。W運種方 式，可W使裡離子二次電池的溫度達到適于裡離子二次電池的充放電的溫度。
[0038] [詳細的【具體實施方式】]
[0039] 在下文中將詳細說明本發明的實施方式。本發明的范圍不限于W下討論的實施方 式而是由附屬的權利要求限定，并且包括權利要求的等價物和本發明要求的范圍內的所有 變體。
[0040] [非水電解質]
[0041] 非水電解質是烙鹽電解質，其包含有機陽離子和第一陰離子形成的第一鹽，和裡 離子和第二陰離子形成的第二鹽。非水電解質在裡離子二次電池運行的溫度下將為液體。 第一鹽和第二鹽的總和（即烙鹽)的含量為非水電解質的90質量％ ^上，優選為92質量％ W 上。當烙鹽的含量為非水電解質的90質量％ W上時，耐熱性和不燃性被進一步提高，并且在 高溫下的充放電倍率特性被提高。
[0042]