(57)【要約】【課題】非水電解質一次電池が保管中あるいは使用中に劣化することを防止する電池の劣化防止方法及びその装置を提供する。【解決手段】リチウム一次電池２の放電電力を電池電圧より高い電圧に昇圧手段６によって昇圧して蓄電手段７に一時的に蓄電し、蓄電された昇圧電力を印加手段８からリチウム一次電池２に充電方向の電流として印加する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水電解質一次電池に対して充電方向に電流を印加することを特徴とする電池の劣化防止方法。
【請求項２】
非水電解質一次電池自らの放電電圧を電池電圧より高い電圧に昇圧した印加電力を非水電解質一次電池に印加することを特徴とする電池の劣化防止方法。
【請求項３】
電流を間欠的に印加する請求項１又は２に記載の電池の劣化防止方法。
【請求項４】
印加する電流の積算電流量は、電池容量の２０％以内とする請求項１又は２に記載の電池の劣化防止方法。
【請求項５】
非水電解質一次電池に対して充電方向に所定電流値の電流を印加するために必要な電圧の印加電力を生成する電圧生成手段と、前記印加電力を非水電解質一次電池に対して充電方向の電流として印加する電流印加手段とが設けられてなることを特徴とする電池の劣化防止装置。
【請求項６】
電圧生成手段は、非水電解質一次電池からの放電電圧を昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段によって昇圧された印加電力を一時的に蓄電する蓄電手段とを備えてなる請求項５に記載の電池の劣化防止装置。
【請求項７】
電圧生成手段は、非水電解質一次電池が装着された機器の電源装置から得られる電源電力から印加電力を生成する請求項５に記載の電池の劣化防止装置。
【請求項８】
電圧生成手段は、発電手段から得られる発電電力から印加電力を生成する請求項５に記載の電池の劣化防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極活物質としてリチウム等の単体又はその合金、あるいはカーボンとの複合体等を用いて構成される非水電解質一次電池である電池の劣化防止方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デスクトップ型あるいはノート型のパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）や携帯端末機、携帯電話機などでは、メモリバックアップやカレンダー機能、時刻表示機能のために、ＡＣ電源や電池電源であるメイン電源の他にサブ電源とする電池が設けられている。これに対応する電池として、負極活物質にリチウム等の単体又はその合金、あるいはカーボンとの複合体等を用いて構成される非水電解質一次電池が一般に適用されている。
【０００３】
この非水電解質一次電池の負極活物質材料は高活性であるため、電解液中の不純物やセパレータ等の有機物から生じる物質と酸化反応を生じて負極上に酸化皮膜が形成される。この現象は非水電解質一次電池を高温保存あるいは長期保存した場合により顕著になり、保存状態だけでなく機器に装着されて微小電力の放電を継続している状態においても酸化皮膜が発生する。このような酸化皮膜が生じた非水電解質一次電池は劣化の進行が早くなる問題がある。
【０００４】
上記のような非水電解質一次電池に生じる保存状態での問題を解決すべく、電解液中にシラン化合物等の添加剤を溶解させることが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−２２０７３６号公報（第２〜５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解液中に酸化抑制のための添加剤を溶解させると、電解液中に不純物が新たに加わることになり、低温下あるいは高温下での放電特性が低下する問題があった。
【０００７】
本発明が目的とするところは、非水電解質一次電池の保存中あるいは使用中における負極への酸化皮膜の発生を抑制する電池の劣化防止方法及びその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第１発明に係る電池の劣化防止方法は、非水電解質一次電池に対して充電方向に電流を印加することを特徴とするもので、非水電解質一次電池には充電方向に電流が印加されるので、負極の酸化を還元させる作用がなされ、保存中あるいは使用中の非水電解質一次電池の負極に酸化皮膜が発生する劣化現象が抑制される。
【０００９】
また、本願第２発明に係る電池の劣化防止方法は、非水電解質一次電池自らの放電電圧を電池電圧より高い電圧に昇圧した印加電圧を非水電解質一次電池に印加することを特徴とするもので、非水電解質一次電池自らの放電電力により充電方向に電流が印加されるので、劣化防止のために他の電源を必要とせず、自らの放電電力を利用して劣化防止を図ることができるので、保管中の非水電解質一次電池でも劣化防止を図ることができる。
【００１０】
上記劣化防止方法において、電流を間欠的に印加することによっても劣化防止の作用がなされ、印加する電流の積算電流量は、電池容量の２０％以内とするのが電池に対する影響が少なく好適である。
【００１１】
また、本願第３発明に係る電池の劣化防止装置は、非水電解質一次電池に対して充電方向に所定電流値の電流を印加するために必要な電圧の印加電力を生成する電圧生成手段と、前記印加電力を非水電解質一次電池に対して充電方向の電流として印加する電流印加手段とが設けられてなることを特徴とするもので、電圧生成手段は、非水電解質一次電池に対して充電方向に電流を印加するために電池電圧より高い電圧を生成する。生成された印加電力を電流印加手段により非水電解質一次電池に印加することにより、負極に発生した酸化皮膜を還元する作用が及び、酸化皮膜の発生が抑制されるので、酸化皮膜の発生が拡大することによる電池の劣化を防止することができる。
【００１２】
上記構成において、電圧生成手段は、非水電解質一次電池からの放電電圧を昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段によって昇圧された印加電力を一時的に蓄電する蓄電手段とを備えて構成することにより、非水電解質一次電池自らの放電電力を充電方向に電流を流せる電圧に昇圧し、非水電解質一次電池に印加することになり、自らの放電電力により劣化防止を図ることができる。
【００１３】
また、電圧生成手段は、非水電解質一次電池が装着された機器の電源装置から得られる電源電力から印加電力を生成することにより、主電源とする他の電源を備えたパソコン等の機器では、メモリバックアップ用の非水電解質一次電池に印加する印加電力を主電源から得ることができる。
【００１４】
また、電圧生成手段は、発電手段から得られる発電電力から印加電力を生成することにより、他に印加電力とする電力を供給できる電源が存在しない場合に、太陽電池等の発電手段から得られる電力を用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
第１の実施形態は、パソコンや携帯端末機などの情報機器のメモリバックアップ用の電源あるいはカレンダー機能の電源として機器に装着されている電池のように、前記情報機器を動作させる主電源の他に、メモリバックアップなどの機能を動作させるための副電源として装着されている電池などとして適用されているリチウム一次電池（非水電解質一次電池）の劣化防止装置を構成した例を示すものである。
【００１７】
上記用途に適用されるリチウム一次電池からの放電電力は小さいので長期間にわたって使用できるが、微小電流の放電が継続される状態は、保管状態と同様に負極に酸化皮膜が発生しやすい状態にあり、劣化が進行して使用期間が減少することがある。この劣化を抑制するために、図１に示すように劣化防止装置１が設けられる。
【００１８】
図１において、第１の実施形態に係る劣化防止装置は、前記情報機器の主電源５であるＡＣ電源あるいは電池電源から得られる電源電力から、対象とするリチウム一次電池２に対して充電方向に所定電流値の電流を印加するために必要な電圧の印加電力を生成する電圧生成手段３と、前記印加電力を非水電解質一次電池に対して充電方向に間欠的に印加する間欠印加手段４とを備えて構成されている。一般的に主電源５の電圧はリチウム一次電池２の電圧より大きいので、前記電圧生成手段３は、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路として構成することができる。簡単には、抵抗器を用いた分圧回路により所定電圧を得ることもできる。また、前記間欠印加手段４は、リチウム一次電池２に対して微小電流を継続して充電方向に印加する場合においては必要ないが、間欠的に印加する場合には、電流を印加する時間間隔と印加時間とを設定する。
【００１９】
電圧生成回路３によって生成する印加電力の電圧は、リチウム一次電池２に対して充電方向に所定電流値の電流を印加するために必要な電圧であり、設定される電流値は、［総印加電流値／印加時間］で決定される。前記総印加電流値は、リチウム一次電池２が未使用状態から設定された放電終止状態に至るまで放電できる総電流値の２０％以内とするのが好ましいので、連続して印加する場合には微小電流値で印加することになり、間欠的に印加する場合には比較的大きな電流を短時間印加することになる。
【００２０】
例えば、リチウム一次電池２として、二酸化マンガン・リチウム電池［型番：ＣＲ１２３Ａ］を適用して、これが情報機器で１０年間使用されるとして、このリチウム一次電池２に劣化防止のために間欠的に電流を印加する方法は、５００ｍＡで２０μｓｅｃの間で印加する動作を１日１回実行することで劣化防止の効果が得られる。この印加方法を適用した場合の１０年間の総使用電流量は１０ｍＡｈとなるので、主電源５に与える影響は少ない。
【００２１】
尚、充電方向に印加する電流は、連続的に印加する場合においては、数μＡ〜数１０μＡの微弱電流で効果が得られ、微弱電流であるので長期にわたる印加でも主電源５に与える影響は少ない。また、連続的に印加する電流の総電流量はリチウム電池４の電池容量の１０％以内、好ましくは５％程度とすることにより、一次電池であるリチウム一次電池２に充電することによる弊害を防止することができる。
【００２２】
以上説明した第１の実施形態の構成において、リチウム一次電池２に印加する印加電力の供給を受ける主電源５のような電源がない場合、例えば、リチウム一次電池２をマイコン制御されるマイコンガスメータの電源として適用した場合には、主電源５に相当するものは存在しないので、主電源５に代えて発電手段を適用すると、同様の劣化防止装置を構成することができる。発電手段としては、ガスメータの場合には外光が得られやすい所に設置されるので、太陽電池を印加電力の電源とすることにより、リチウム一次電池２に印加する印加電力を太陽電池から供給することができる。
【００２３】
次に、第２の実施形態に係る電池の劣化防止装置について説明する。本実施形態は、リチウム一次電池２自らの放電電力を昇圧して、これを印加電力としてリチウム一次電池２に充電方向に印加するものである。他から供給される電力を使用することなく、自らの放電電力を利用するので、使用中のみならず保管中のリチウム一次電池２の劣化を防止することができる。
【００２４】
図２は、第２の実施形態に係る電池の劣化防止装置の構成を示すもので、リチウム一次電池２に接続された昇圧手段６は、リチウム一次電池２の放電電圧を、これより高い電圧の印加電力に昇圧する。昇圧された印加電力は蓄電手段７に一時的に蓄電され、印加手段８からリチウム一次電池２にその充電方向に印加される。前記昇圧手段６、蓄電手段７、印加手段８は、具体的には、図３又は図４に示すように、それらを全て含む劣化防止回路１０、１２として構成することができる。
【００２５】
図３において、劣化防止回路１０は、スイッチ制御回路１１と、第１のコンデンサＣ１及び第２のコンデンサＣ２と、昇圧スイッチＳ１と、充電スイッチＳ２，Ｓ３と、印加スイッチＳ４とを備えて構成されている。
【００２６】
まず、スイッチ制御回路１１は充電スイッチＳ２，Ｓ３を図示するようにＯＮ状態に制御する。充電スイッチＳ２，Ｓ３がＯＮとなることにより、リチウム一次電池２に対して第１及び第２の各コンデンサＣ１，Ｃ２は並列に接続されるので、第１及び第２の各コンデンサＣ１，Ｃ２はリチウム一次電池２の放電電力により充電される。次に、スイッチ制御回路１０は充電スイッチＳ２，Ｓ３をＯＦＦに制御し、昇圧スイッチＳ１をＯＮに制御する。このスイッチ制御により第１及び第２の各コンデンサＣ１，Ｃ２は直列接続され、第１のコンデンサＣ１に充電された電荷は第２のコンデンサＣ２に流入するので、第２のコンデンサＣ２の電圧が上昇する。即ち、第２のコンデンサＣ２にリチウム一次電池２の電圧より高い電圧が充電されるので、スイッチ制御回路１１は昇圧スイッチＳ１もＯＦＦに制御し、印加スイッチＳ４のみをＯＮに制御する。このスイッチ制御により第２のコンデンサＣ２に蓄電された印加電力は、リチウム一次電池２に対して充電方向に印加される。
【００２７】
スイッチ制御回路１１は上記制御動作を所定の時間間隔で実行することにより、リチウム一次電池２には所定時間間隔でパルス的な電流が充電方向に印加される。例えば、リチウム一次電池２としてＣＲ１２３Ａ二酸化マンガン・リチウム電池を適用した場合には、所定時間間隔：２４ｈ、印加電流：５００ｍＡ、印加時間：２０μｓｅｃに設定すると、リチウム一次電池２の負極に酸化皮膜が発生することを抑制して劣化を防止する効果が得られる。第１の実施形態の場合と同様に、リチウム一次電池２を１０年間使用するとして、リチウム一次電池２が自らの放電電力を劣化防止に使用する総印加電流量は、上記設定条件の場合で１０ｍＡｈとなり、電池容量が１，３００ｍＡｈであるリチウム一次電池２の１０年間の自己放電量６５ｍＡｈ（自己放電率：０．５％／年として）より少なく、リチウム一次電池２に大きな消耗を与えることなく自己放電電力により劣化防止を図ることができる。
【００２８】
図４は、図２に示した昇圧手段６、蓄電手段７、印加手段８を全て含む劣化防止回路１２として構成した別構成例を示すものである。
【００２９】
図４において、劣化防止回路１２は、スイッチ制御回路１３と、インダクタＬと、コンデンサＣ３と、昇圧スイッチＳ５と、印加スイッチＳ６と、逆流防止用のダイオードＤとを備えて構成されている。
【００３０】
まず、スイッチ制御回路１３は昇圧スイッチＳ５を短時間だけＯＮ状態に制御する。昇圧スイッチＳ５がＯＮとなることによりインダクタＬにリチウム一次電池２から放電電流が流れ、ダイオードＤを通じてコンデンサＣ５が充電され、昇圧スイッチＳ５がＯＦＦに制御された後もインダクタＬには起電力が発生し、その起電力により流れ続ける電流によってコンデンサＣ５は充電されるので、コンデンサＣ５の電圧はリチウム一次電池２の電圧より高い電圧に昇圧する。次に、スイッチ制御回路１３は印加スイッチＳ６をＯＮに制御する。このスイッチ制御によりコンデンサＣ３に蓄電された印加電力は、リチウム一次電池２に対して充電方向に印加される。
【００３１】
スイッチ制御回路１３は上記制御動作を所定の時間間隔で実行することにより、リチウム一次電池２には所定時間間隔でパルス的な電流が充電方向に印加される。例えば、リチウム一次電池２としてＣＲ１２３Ａ二酸化マンガン・リチウム電池を適用した場合には、所定時間間隔：２４ｈ、印加電流：５００ｍＡ、印加時間：２０μｓｅｃに設定すると、リチウム一次電池２の負極に酸化皮膜が発生することを抑制して劣化を防止する効果が得られる。第１の実施形態の場合と同様に、リチウム一次電池２を１０年間使用するとして、リチウム一次電池２が自らの放電電力を劣化防止に使用する総印加電流量は、上記設定条件の場合で１０ｍＡｈとなり、電池容量が１，３００ｍＡｈであるリチウム一次電池２の１０年間の自己放電量６５ｍＡｈ（自己放電率：０．５％／年として）より少なく、リチウム一次電池２に大きな消耗を与えることなく自己放電電力により劣化防止を図ることができる。
【００３２】
上記第２の実施形態として示した各構成における各スイッチＳ１〜Ｓ６は、機械的スイッチでなく半導体スイッチとして構成できるので、全体をコンパクトに構成することができ、リチウム一次電池２の封口板内に組み込んだり、リチウム一次電池２と一体に電池パックの形態に構成することができる。このようにリチウム一次電池２自体に劣化防止装置を組み込むことにより、保管中あるいは使用中のリチウム一次電池２の劣化防止を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、使用中あるいは保管中の非水電解質一次電池の負極に酸化皮膜が発生することを、非水電解質一次電池に充電方向の電流を印加して抑制するので、非水電解質一次電池の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る電池の劣化防止装置の構成を示すブロック図。
【図２】第２の実施形態に係る電池の劣化防止装置の構成を示すブロック図。
【図３】第２の実施形態に係る劣化防止装置の第１具体例を示す回路図。
【図４】第２の実施形態に係る劣化防止装置の第２具体例を示す回路図。
【符号の説明】
２  リチウム一次電池（非水電解質一次電池）
３  電圧生成手段
４  間欠印加手段
５  主電源
６  昇圧手段
７  蓄電手段
８  印加手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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