[發明專利]鋰二次電池組、以及使用了其的電子設備、充電系統和充電方法

有效

• 申請號: 201480000807.3
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN104170120A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 上剃春樹;山田將之;喜多房次
• 申請（專利權）人: 日立麥克賽爾株式會社
• 主分類號: H01M2/10
• 分類號: H01M2/10;H01M4/36;H01M4/48;H01M10/052;H02J7/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;於毓楨

技術領域

本發明涉及快速充電特性優異的鋰二次電池組、以及使用了其的電子設備、充電系統和充電方法。

背景技術

以鋰二次電池為代表的非水二次電池是高電壓、高容量，因此以便攜電話為代表，近年來廣泛用作智能手機、平板終端等各種便攜設備的電源。此外，還顯示出在電動工具等動力工具、電動汽車、電動式自行車等中型、大型規格中的用途也擴大。

作為鋰二次電池的一般的充電方法，標準的方法是，當將使滿充電狀態的電池用1小時可放電的電流值設為1C時，以0.7～1C左右的電流，進行恒流(CC)充電至預定的充電結束電壓為止，達到該充電結束電壓后，切換為以維持該充電結束電壓的方式逐漸減少充電電流的恒壓(CV)充電。

另一方面，也正在增加能夠盡早結束電池的充電這樣的需要。例如以便攜電話用鋰二次電池為例，就以往的便攜電話用鋰二次電池而言，通過以1C以下的電流值充電2～4小時左右，能夠形成滿充電狀態、接近其的狀態。然而，伴隨著這樣的便攜電話等應用鋰二次電池的設備的高功能化、與便攜電話相比尺寸大的智能手機、平板終端的普及，對鋰二次電池要求具有更高容量。因此，以與以往相同程度的電流值進行充電時，還有可能滿充電所需時間超過實用范圍而變長。例如，就超過1500mAh這樣的高容量的電池而言，相當于1C的電流值相對變大，為了防止因大電流充電引起的放熱，需要以0.7C左右的低電流值進行充電，其結果是充電時間變長。因此為了避免該問題，要求開發能夠以更大的電流值進行充電的、實現高容量化的同時使充電所需時間縮短化的技術。

為了響應這樣的要求，例如提出了如下的方法：通過將多個正極活性物質組合使用從而提高快速充電特性的方法(專利文獻1)、通過負極使用鋰鈦復合氧化物從而實現高輸出化(提高負荷特性)的同時提高快速充電特性的方法(專利文獻2)、通過向負極中除了活性物質之外還添加絕緣性無機氧化物填料從而即使進行快速充電也確保良好的電池特性的方法(專利文獻3)等。

此外還有如下的報告：在僅僅提高鋰二次電池的負荷特性這樣的方面上，將具有Si的超微粒子分散在SiO₂中的結構的SiO_x用于負極活性物質是有效的(專利文獻4、5)。

另一方面，提出了如下的方法：在從電動工具這樣的設備主體卸下電池組并進行充電的情況下，通過利用充電設備所具備的冷卻裝置來強制性抑制因快速充電引起的電池組的急劇溫度上升，能夠利用超過1C的電流的充電而縮短充電時間(專利文獻6)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-076997號公報

專利文獻2：日本特開2010-097751號公報

專利文獻3：日本特開2009-054469號公報

專利文獻4：日本特開2004-047404號公報

專利文獻5：日本特開2005-259697號公報

專利文獻6：日本特開2008-104349號公報

發明內容

發明要解決的課題

就上述各專利文獻中所記載的、縮短充電時間的以往的方法而言，雖然看到相應的效果，但期望進一步提高快速充電特性。在提高鋰二次電池的快速充電特性時，例如可以考慮到提高電池的負荷特性。但是，根據本發明人等的研究，在使用這樣的電池作為應用于便攜設備等中這樣的具備PTC元件、保護電路等的電池組的情況下，雖然看到在一定程度上提高快速充電特性，但是其提高的程度多數未達到預測的水平，從而判明了僅單純地提高負荷特性是并不充分的。

本發明是為了解決上述問題而提出的，其提供快速充電特性優異的鋰二次電池組、以及使用了其的電子設備、充電系統和充電方法。

用于解決課題的方法

本發明的第1鋰二次電池組，其特征在于，包含：含有正極與負極隔著隔膜對置而成的電極體和非水電解質的鋰二次電池、PTC元件和含有場效應晶體管的保護電路，上述負極包含負極合劑層，所述負極合劑層含有包含Si的材料作為負極活性物質，上述鋰二次電池的單位體積的能量密度為450Wh/L以上，上述鋰二次電池的電流密度為3.0mA/cm²以下，當將上述鋰二次電池的阻抗設為A(mΩ)、除了上述鋰二次電池的阻抗A(mΩ)以外的上述鋰二次電池組的全部電路部的阻抗設為B(mΩ)時，下述關系式(1)和(2)成立。

A≤50mΩ??(1)

B/A≤1????(2)