(57)【要約】      （修正有）【課題】  充放電サイクル特性の低下なく、リチウムイオン二次電池の急速充電方法、充電装置および電力供給装置を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池の充電方法は、金属成分としてＬｉ、Ｍｎ及びＮｉを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質としてリチウムイオン二次電池を使用し、（２Ｃ≦電流≦６０Ｃ）の定電流充電工程とその後の定電圧充電工程を含む。また、充電装置は、リチウムイオン二次電池に対して電力を供給する電源部と、充電の際に、電源部を制御し、リチウムイオン二次電池の充電率を調節する充電制御部とを少なくとも備えている。また、電力供給装置は、リチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を充電するための充電装置とを少なくとも備えている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属成分としてＬｉ、Ｍｎ及びＮｉを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極と、負極と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池を使用し、
下記式（１）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する設定充電電流値Ｉ１で定電流充電を行う定電流充電工程を含むこと、
を特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
２Ｃ≦ｎＣ≦６０Ｃ    …（１）
［式（１）中、Ｃは前記リチウムイオン二次電池の定格容量値を示し、ｎは２〜６０の数値を示す。］
【請求項２】
前記複合金属酸化物が、下記一般式（Ｉ）〜（ＩＶ）で表される条件を同時に満たすことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
ＬｉｘＭｎｙＮｉｚＣｏ（１−ｙ−ｚ）Ｏ２    …（Ｉ）
０．８５≦Ｘ≦１．１                …（ＩＩ）
０．１≦Ｙ≦０．５                  …（ＩＩＩ）
０．２≦Ｚ≦０．８                  …（ＩＶ）
［式（Ｉ）中、Ｘ、Ｙ、及びＺは、式（ＩＩ）〜（ＩＶ）の条件を同時に満たす数値を示す。］
【請求項３】
前記設定充電電流値Ｉ１が、下記式（２）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する充電電流値であることを特徴とする請求項１又２に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
２Ｃ≦ｎＣ≦３０Ｃ    …（２）
［式（２）中、Ｃは前記一般式（１）に記載のＣと同義であり、ｎは前記一般式（１）に記載のＣと同義である。］
【請求項４】
前記定電流充電工程において、陽極の電位［Ｖｖｓ．ＳＨＥ］をモニタした場合に、該電位が、＋１．３Ｖ〜＋２．０Ｖの範囲にある設定電位Ｅ１に到達するまで定電流充電を行うことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項５】
前記定電流充電工程の後、前記設定電位Ｅ１が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、
前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項６】
前記負極には、導電性の炭素材料が負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が、＋４．３Ｖ〜＋５．０Ｖの範囲にある設定電圧値ΔＥ１に到達するまで定電流充電を行うことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項７】
前記定電流充電工程の後、前記設定電圧値ΔＥ１が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、
前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項６に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項８】
前記負極には、チタン酸リチウムが負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が、＋２．８Ｖ〜＋３．５Ｖの範囲にある設定電圧値ΔＥ１に到達するまで定電流充電を行うことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項９】
前記定電流充電工程の後、前記設定電圧値ΔＥ１が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、
前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項８に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項１０】
前記定電流充電工程において、陽極の電位［Ｖｖｓ．ＳＨＥ］をモニタしておき、該電位が、＋１．２Ｖに到達するまで定電流充電を行い、
前記定電流充電工程の後、前記電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項１１】
前記負極には、導電性の炭素材料が負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が＋４．２Ｖに到達するまで定電流充電を行い、
前記定電流充電工程の後、前記電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項１２】
前記負極には、チタン酸リチウムが負極活物質として含まれており、
前記定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、該電圧が＋２．７Ｖに到達するまで定電流充電を行い、
前記定電流充電工程の後、前記電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、前記定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、該電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
【請求項１３】
前記非水電解質溶液に含まれる溶媒の構成成分が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートであり、
前記溶媒中の前記プロピレンカーボネートの含有率α［体積％］、前記エチレンカーボネートの含有率β［体積％］、及び、前記ジエチルカーボネートの含有率γ［体積％］が下記式（３）〜（６）で表される条件を同時に満たしていることを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。
１０≦α≦６０        …（３）
１≦β≦２０          …（４）
３０≦γ≦８５        …（５）
α＋β＋γ＝１００    …（６）
【請求項１４】
充電すべきリチウムイオン二次電池を充電するための充電装置であって、
前記リチウムイオン二次電池に対して電力を供給する電源部と、
充電の際に、請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の充電方法に基づいて、前記電源部を制御し、前記リチウムイオン二次電池の充電率を調節する充電制御部と、
を少なくとも備えていること、
を特徴とする充電装置。
【請求項１５】
リチウムイオン二次電池と、
前記リチウムイオン二次電池を充電するための請求項１４に記載の充電装置と、
を少なくとも備えていること、
を特徴とする電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池の充電方法、充電装置および電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、高容量、高エネルギー密度を有し、充放電サイクル特性に優れ、長期にわたって定格出力を保つなどの特長を有することから、携帯電話、ノート型パソコン、ＰＤＡ等の機器の駆動電源として多く用いられている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の充電には通常、定電流定電圧方式が用いられている。定電流定電圧方式では、まず定電流により所定の上限電圧まで充電を行い、その後その電圧に保持する。定電圧モードに入ると電流値は減衰するので、所定の電流値になった時点で充電が終了となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１１１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リチウムイオン二次電池の充電は、リチウムイオン二次電池が電解質溶液の溶媒として電気抵抗の大きい非水溶媒を使用しているため、電池を完全に充電するまでに時間がかかっていた。上記のようなポータブル化、コードレス化された機器の駆動電源には、急速充電ができることが要求されているため、リチウムイオン二次電池の充電時間の短縮が望まれていた。
【０００６】
上で述べた定電流定電圧方式の充電方法で、充電時間を短くするには、定電流充電区間において充電電流値を高く設定して充電する方法あるいは上限電圧値を高く設定する方法が考えられる。しかしながら、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を使用しているリチウムイオン二次電池などでは、過大な電流または過大な電圧での充電を行った場合、正極活物質中のＬｉが脱離しすぎて格子が破壊され、充放電サイクル特性が劣化するという問題を生じる。そのため、従来のリチウムイオン二次電池の充電は、負極活物質が炭素系材料の場合は、上限電圧値を＋４．２Ｖに設定し、１ＣＡ｛リチウムイオン二次電池の定格容量値（Ａｈ）に相当する電流値｝以下で定電流充電を行い、その後、充電電圧値を＋４．２Ｖ±０．０５Ｖという高い精度で制御しながら定電圧充電を行う必要があった。また、負極活物質がチタン酸リチウムの場合は、上限電圧値を＋２．７Ｖ、定電圧充電での電圧値を＋２．７Ｖ±０．０５Ｖで制御する必要があった。このような条件で充電を行った場合、通常２時間から８時間程度の充電時間を要していた。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性の著しい低下を引き起こすことなく、従来よりも短時間で充電を行うことを可能とするリチウムイオン二次電池の充電方法、充電装置および電力供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、先に述べたように、従来は１ＣＡ｛リチウムイオン二次電池の定格容量値（Ａｈ）に相当する電流値｝以下の条件で定電流充電を行うことが当業者の一般的認識であったにもかかわらず、正極活物質として特定の複合金属酸化物を用い、かつ、電池の定格容量値を超える値に相当する特定の電流値で定電流充電を行うことをあえて採用することが上記目的を達成するために極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法は、
金属成分としてＬｉ、Ｍｎ及びＮｉを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極と、負極と、リチウム塩を含有する非水電解質溶液とを有するリチウムイオン二次電池を使用し、
下記式（１）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する設定充電電流値Ｉ１で定電流充電を行う定電流充電工程を含むことを特徴とする。
２Ｃ≦ｎＣ≦６０Ｃ    …（１）
［式（１）中、Ｃは前記リチウムイオン二次電池の定格容量値を示し、ｎは２〜６０の数値を示す。］
【００１０】
ここで、本発明において、負極及び正極となる電極は、リチウムイオン（又は金属リチウム）が酸化還元種として関与する電子移動反応を進行させることが可能な反応場となるものである。また、「電子移動反応を進行させること」とは、搭載されるべき機器の電源又は補助電源として要求される電池寿命の範囲内で上記電子移動反応を進行させることである。また、本明細書において、「負極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の酸化反応により電子を放出する電極である。更に、「正極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の還元反応により電子を受容する電極である。
【００１１】
上記設定充電電流値Ｉ１は、上記式（１）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する値で設定される。例えば、使用するリチウムイオン二次電池の定格容量値（Ｃ）を１Ａｈ（１０００ｍＡｈ）として、充電を定電流充電のみで行う場合、本発明では、設定充電電流値Ｉ１は、２Ｃ〜６０Ｃの範囲内において設定される１つの設定値ｎＣに相当する値で設定されるので、実際の設定充電電流値Ｉ１は、２Ａ（２０００ｍＡ）〜６０Ａ（６００００ｍＡ）の範囲内において設定される１つの電流値となる。単位がＡｈで表される定格容量値Ｃを用いる場合は、設定充電電流値Ｉ１の単位はＡとし、単位がｍＡｈで表される定格容量値Ｃを用いる場合は、設定充電電流値Ｉ１の単位はｍＡとする。また、例えば、ｎを５、定格容量値Ｃを１Ａｈとした場合は、ｎＣは５Ａｈとなり、相当する設定充電電流値Ｉ１は５Ａとなる。この場合の電流値は、定格容量値Ｃが１Ａｈの電池を１２分で全放電状態から満充電にする電流値である。ｎが１０、定格容量値Ｃを１００ｍＡｈとした場合は、ｎＣは１０００ｍＡｈとなり、相当する設定充電電流値Ｉ１は１０００ｍＡとなる。この場合の電流値は、定格容量値Ｃが１００ｍＡｈの電池を６分で全放電状態から満充電にする電流値である。
【００１２】
本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法は、金属成分としてＬｉ、Ｍｎ及びＮｉを少なくとも含む複合金属酸化物を正極活物質として含む正極を有するリチウムイオン二次電池を使用し、上記条件を満たす設定充電電流値Ｉ１で定電流充電を行う定電流充電工程を含むことにより、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性の著しい低下を引き起こすことなく、従来よりも短い充電時間で充電することができる。
【００１３】
設定充電電流値Ｉ１が、２Ｃに相当する電流値未満であると、充電時間の短縮効果が不十分である。一方、設定充電電流値Ｉ１が６０Ｃを超えると、分極が大きくなるため、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化が生じ、本発明の効果を得ることができない。
【００１４】
ここで、本発明の効果を容易かつ確実に得る観点から、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法においては、複合金属酸化物が、下記一般式（Ｉ）〜（ＩＶ）で表される条件を同時に満たす複合金属酸化物であることが好ましい。
ＬｉｘＭｎｙＮｉｚＣｏ（１−ｙ−ｚ）Ｏ２    …（Ｉ）
０．８５≦Ｘ≦１．１                …（ＩＩ）
０．１≦Ｙ≦０．５                  …（ＩＩＩ）
０．２≦Ｚ≦０．８                  …（ＩＶ）
［式（Ｉ）中、Ｘ、Ｙ、及びＺは、式（ＩＩ）〜（ＩＶ）の条件を同時に満たす数値を示す。］
【００１５】
上記一般式（Ｉ）中のＸが０．８５未満であると活物質のグラム当りの充放電容量が減少する傾向があり、１．１を超えた場合も活物質のグラム当りの充放電容量が減少する傾向がある。また、Ｙが０．１未満であると活物質の熱安定性が損なわれる傾向があり、０．５を超えると活物質のグラム当りの充放電容量が減少する傾向がある。また、Ｚが０．２未満であると活物質のグラム当りの充放電容量が減少する傾向があり、０．８を超えると活物質の熱安定性が損なわれる傾向がある。
【００１６】
また、本発明の効果を容易かつ確実に得る観点から、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法においては、設定充電電流値Ｉ１が、下記式（２）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する充電電流値であることが好ましい。
２Ｃ≦ｎＣ≦３０Ｃ    …（２）
［式（２）中、Ｃは前記一般式（１）に記載のＣと同義であり、ｎは前記一般式（１）に記載のＣと同義である。］
【００１７】
更に、本発明では、充電時間をさらに確実に短縮する観点から、設定充電電流値Ｉ１が、下記式（７）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する充電電流値であることが好ましい。
５Ｃ≦ｎＣ≦３０Ｃ    …（７）
［式（７）中、Ｃは前記一般式（１）に記載のＣと同義であり、ｎは前記一般式（１）に記載のｎと同義である。］
【００１８】
また、本発明では、定電流充電工程において、陽極の電位［Ｖｖｓ．ＳＨＥ］をモニタした場合、陽極の電位が、＋１．３Ｖ〜＋２．０Ｖの範囲にある設定電位Ｅ１に到達するまで定電流充電を行うことを特徴としていてもよい。このように電位をモニタすることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００１９】
なお、本発明において「陽極」とは、充電の際に、外部電源の正極（＋極）と電気的に接続され、酸化反応が進行して電子が放出される電極を示す。この「陽極」は、放電時には、先に述べたリチウムイオン二次電池の「正極」として機能する電極である。また、「ＳＨＥ」とは、標準水素電極の電位、すなわち０Ｖを示す。
【００２０】
設定電位Ｅ１が、＋２．０Ｖを超えると、充放電サイクル特性の劣化が大きくなる傾向がある。また、設定電位Ｅ１が、＋１．３Ｖ未満であると、充電時間の短縮効果が小さくなる。そのため、設定電位Ｅ１は上記範囲であることが好ましい。
【００２１】
さらに、定電流充電工程の後、上記設定電位Ｅ１が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことが好ましい。このように充電電圧を制御することにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００２２】
ここで、「設定電流値Ｉ２」とは、使用対象となるリチウムイオン二次電池の充放電特性に応じて設定される充電率に基づいて設定される値である。なお、「充電率」は、充電の経過とともに増加する充電容量Ｃｉと、満充電時の充電容量Ｃ０との比（Ｃｉ／Ｃ０）である。例えば、満充電まで、すなわちＣｉ／Ｃ０が１．０となるまで充電が続けられるように設定電流値Ｉ２を設定してもよく、あるいは、Ｃｉ／Ｃ０が０．９となるところで充電を終了させるように設定電流値Ｉ２を設定してもよい。
【００２３】
また、本発明は、負極には、導電性の炭素材料が負極活物質として含まれており、
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が、＋４．３Ｖ〜＋５．０Ｖの範囲にある設定電圧値ΔＥ１に到達するまで定電流充電を行うことを特徴としていてもよい。このように電圧をモニタすることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００２４】
設定電圧値ΔＥ１が、＋５．０Ｖを超えると、充放電サイクル特性の劣化が大きくなる傾向がある。設定電圧値ΔＥ１が、＋４．３Ｖ未満であると、充電時間の短縮効果が小さくなる。そのため、設定電圧値ΔＥ１は上記範囲であることが好ましい。
【００２５】
さらに、定電流充電工程の後、上記設定電圧値ΔＥ１が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでもよく、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことが好ましい。このように充電電圧を制御することにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００２６】
なお、設定電流値Ｉ２は、上で述べたように、使用対象となるリチウムイオン二次電池の充放電特性に応じて設定される充電率に基づいて設定される値である。
【００２７】
また、本発明は、負極には、チタン酸リチウムが負極活物質として含まれており、
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が、＋２．８Ｖ〜＋３．５Ｖの範囲にある設定電圧値ΔＥ１に到達するまで定電流充電を行うことを特徴としていてもよい。このように電圧をモニタすることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００２８】
設定電圧値ΔＥ１が、＋３．５Ｖを超えると、充放電サイクル特性の劣化が大きくなる傾向がある。設定電圧値ΔＥ１が、＋２．８Ｖ未満であると、充電時間の短縮の効果が小さい。そのため、設定電圧値ΔＥ１は上記範囲であることが好ましい。
【００２９】
さらに、定電流充電工程の後、上記設定電圧値ΔＥ１が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでもよく、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことが好ましい。このように充電電圧を制御することにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００３０】
なお、設定電流値Ｉ２は、上で述べたように、使用対象となるリチウムイオン二次電池の充放電特性に応じて設定される充電率に基づいて設定される値である。
【００３１】
また、本発明は、定電流充電工程において、陽極の電位［Ｖｖｓ．ＳＨＥ］をモニタした場合、電位が、＋１．２Ｖに到達するまで定電流充電を行い、定電流充電工程の後、電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴としていてもよい。このような充電条件を満たす定電圧充電工程を更に設けることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００３２】
なお、設定電流値Ｉ２は、上で述べたように、使用対象となるリチウムイオン二次電池の充放電特性に応じて設定される充電率に基づいて設定される値である。
【００３３】
また、本発明は、負極には、導電性の炭素材料が負極活物質として含まれており、
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が＋４．２Ｖに到達するまで定電流充電を行い、
定電流充電工程の後、電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴としていてもよい。このような充電条件を満たす定電圧充電工程を更に設けることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００３４】
なお、設定電流値Ｉ２は、上で述べたように、使用対象となるリチウムイオン二次電池の充放電特性に応じて設定される充電率に基づいて設定される値である。
【００３５】
また、本発明は、負極には、チタン酸リチウムが負極活物質として含まれており、
定電流充電工程において、電池電圧をモニタしておき、電圧が＋２．７Ｖに到達するまで定電流充電を行い、
定電流充電工程の後、電位が保持されるように充電電圧を一定に調節する定電圧充電工程を更に含んでおり、定電圧充電工程において、充電電流値の減衰状態をモニタしておき、電流値が、設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電を行うことを特徴としていてもよい。このような充電条件を満たす定電圧充電工程を更に設けることにより、電解質溶液の分解、電極活物質の劣化、過充電をより確実に防止しながら急速充電を行うことが可能となる。
【００３６】
なお、設定電流値Ｉ２は、上で述べたように、使用対象となるリチウムイオン二次電池の充放電特性に応じて設定される充電率に基づいて設定される値である。
【００３７】
また、本発明の効果を容易かつ確実に得る観点から、非水電解質溶液に含まれる溶媒の構成成分が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートであり、溶媒中のプロピレンカーボネートの含有率α［体積％］、エチレンカーボネートの含有率β［体積％］、及び、ジエチルカーボネートの含有率γ［体積％］が下記式（３）〜（６）で表される条件を同時に満たしていることが好ましい。
１０≦α≦６０        …（３）
１≦β≦２０          …（４）
３０≦γ≦８５        …（５）
α＋β＋γ＝１００    …（６）
【００３８】
含有率αが、１０体積％未満の場合は、低温での充放電特性が不充分となる傾向があり、他方、６０体積％を超えると、プロピレンカーボネートの分解が起こり、信頼性が不充分となる傾向がある。また、含有率βが、１体積％未満の場合は、プロピレンカーボネートの分解が起こり、信頼性が不充分となる傾向があり、他方、２０体積％を超えると、低温（−２０℃〜２５℃）での充放電特性が不充分となる傾向がある。また、含有率γが、３０体積％未満の場合は、高レート放電特性及び低温での充放電特性が不充分となる傾向があり、他方、８５体積％を超えると、放電容量が減少する傾向がある。
【００３９】
また、本発明は、充電すべきリチウムイオン二次電池を充電するための充電装置であって、リチウムイオン二次電池に対して電力を供給する電源部と、充電の際に、上記のいずれかの充電方法に基づいて、電源部を制御し、リチウムイオン二次電池の充電率を調節する充電制御部とを少なくとも備えていることを特徴とする充電装置を提供する。
【００４０】
本発明の充電装置は、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて充電を制御することにより、充放電サイクル特性を著しく低下させることなく、従来よりも短時間で急速充電を行うことができる。
【００４１】
ここで、リチウムイオン二次電池に対して電力を供給する電源部は、それ自身が電力を発生するもの、あるいは外部からの電力を取り入れるもののいずれであってもよい。自身が電力を発生するものとしては、例えば、機械的な仕事を電力に変換するデバイス、熱や光などのエネルギーを電力に変換するデバイス、化学反応により電力を発生するデバイス（例えば、燃料電池）が挙げられる。また、外部からの電力としては、例えば、一般家庭のＡＣコンセントからの電力が挙げられる。
【００４２】
また、本発明では、電源部には、電池に対して適切な充電電流を供給できるように、必要に応じて、公知の電圧降圧部、交流／直流変換部、定電流出力部、定電圧出力部等が備えられていてもよい。例えば、電源が交流方式である場合、電源部が交流／直流変換部を更に備えることができる。
【００４３】
また、本発明は、リチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を充電するための上記充電装置とを少なくとも備えていることを特徴とする電力供給装置を提供する。
【００４４】
本発明の電力供給装置は、備えられた本発明の充電装置が、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて充電を制御する。それにより、備えられたリチウムイオン二次電池が、充放電サイクル特性の著しい低下を生じることなく従来よりも短い時間で電力を蓄積することができ、主電源及び／又は補助電源として用いることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、充放電サイクル特性の著しい低下を引き起こすことなく、従来よりも短時間で充電を行うことを可能とするリチウムイオン二次電池の充電方法、充電装置および電力供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら本発明によるリチウムイオン二次電池の充電方法、充電装置および電力供給装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
先ず、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法の適用対象となるリチウムイオン二次電池の好適な一例について説明する。
【００４８】
図１は、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法の適用対象となるリチウムイオン二次電池の好適な一例の基本構成を示す模式断面図である。図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、主として、互いに対向する板状の負極１０及び板状の正極２０と、負極１０と正極２０との間に隣接して配置される板状のセパレータ４０と、非水電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容するケース５０とから構成されている。なお、負極１０、正極２０及びセパレータの内部には非水電解質溶液（図示せず）が含浸されている。また、上記「板状」とは、平板状、湾曲している板状の状態も含む。
【００４９】
ここで、「負極１０」及び「正極２０」は説明の便宜上、リチウムイオン二次電池１の放電時の極性を基準に決定したものである。従って、充電時には、「負極１０」が「陰極」となり、「正極２０」が「陽極」となる。
【００５０】
また、図１に示すように、負極１０は、集電体１６と、集電体１６上に形成された負極活物質含有層１８とからなる。更に、正極２０は、集電体２６と、集電体２６上に形成された正極活物質含有層２８とからなる。集電体１６及び集電体２６は、負極活物質含有層１８及び正極活物質含有層２８への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられている集電体を使用することができる。例えば、集電体１６及び集電体２６としては、アルミニウム、銅などの金属箔が挙げられる。
【００５１】
負極１０の負極活物質含有層１８は、主として、負極活物質と、導電助剤と、結着剤とから構成されている。
【００５２】
負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（デインターカレーション・インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の負極活物質を使用できる。このような活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛（難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等）等の炭素材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）が挙げられる。
【００５３】
上記負極活物質としては、特に導電性の炭素材料（グラファイト、非晶質炭素）又はチタン酸リチウムが好ましい。炭素材料としては、炭素材料の層間距離ｄ002が０．３３５〜０．３３８ｎｍであり、かつ、炭素材料の結晶子の大きさＬｃ002が３０〜１２０ｎｍであるものがより好ましい。このような条件を満たす炭素材料としては、人造黒鉛、ＭＣＦ（メソカーボンファイバ）等が挙げられる。なお、上記層間距離ｄ002及び結晶子の大きさＬｃ002は、Ｘ線回折法により求めることができる。
【００５４】
導電助剤は特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯのような導電性酸化物が挙げられる。
【００５５】
結着剤は、上記の負極活物質の粒子と導電助剤の粒子とを結着可能なものであれば特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂が挙げられる。また、この結着剤は、上記の負極活物質の粒子と導電助剤の粒子との結着のみならず、箔（集電体１６）への結着に対しても寄与している。
【００５６】
また、負極活物質含有層１８には、電子伝導性の多孔体を含有させることが好ましく、電子伝導性の多孔体としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックが挙げられる。
【００５７】
正極２０の正極活物質含有層２８は、負極活物質含有層１８と同様に、主として、正極活物質と、導電助剤と、結着剤とから構成されている。
【００５８】
本発明では、正極活物質が、金属成分としてＬｉ、Ｍｎ及びＮｉを少なくとも含む複合金属酸化物であることが必要である。
【００５９】
上記複合金属酸化物としては、先に述べたように、本発明の効果をより確実に得る観点から、下記一般式（Ｉ）〜（ＩＶ）で表される条件を同時に満たす複合金属酸化物を用いることが好ましい。
ＬｉｘＭｎｙＮｉｚＣｏ１−ｙ−ｚＯ２    …（Ｉ）
０．８５≦Ｘ≦１．１              …（ＩＩ）
０．１≦Ｙ≦０．５                …（ＩＩＩ）
０．２≦Ｚ≦０．８                …（ＩＶ）
［式（Ｉ）中、Ｘ、Ｙ、及びＺは、式（ＩＩ）〜（ＩＶ）の条件を同時に満たす数値を示す。］
【００６０】
更に、正極活物質含有層２８に含まれる正極活物質以外の各構成要素は、負極活物質含有層１８を構成するものと同様の物質を使用することができる。また、この正極活物質含有層２８に含まれる結着剤も、上記の正極活物質の粒子と導電助剤の粒子との結着のみならず、箔（集電体２６）への結着に対しても寄与している。また、正極活物質含有層２８にも、電子伝導性の多孔体を含有させることが好ましい。
【００６１】
負極１０と正極２０との間に配置されるセパレータ４０は、絶縁性の多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられているセパレータを使用することができる。例えば、絶縁性の多孔体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
【００６２】
非水電解質溶液はケース５０の内部空間に充填され、その一部は、負極１０、正極２０、及びセパレータ４０の内部に含有されている。非水電解質溶液は、リチウム塩を非水溶媒（有機溶媒）に溶解したものが使用される。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＣＯ）２等の塩が使用される。なお、これらの塩は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、非水電解質溶液は、ゲルポリマーなどのゲル化剤を添加することによりゲル状としてもよい。
【００６３】
また、非水電解質溶液の非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネートで構成されるものが挙げられる。
【００６４】
本発明では、先に述べたように、本発明の効果をより確実に得る観点から、上記非水溶媒中のプロピレンカーボネートの含有率α［体積％］、エチレンカーボネートの含有率β［体積％］、及び、ジエチルカーボネートの含有率γ［体積％］が下記式（３）〜（６）で表される条件を同時に満たしていることが好ましい。
１０≦α≦６０        …（３）
１≦β≦２０          …（４）
３０≦γ≦８５        …（５）
α＋β＋γ＝１００    …（６）
【００６５】
ケース５０は、可とう性を有するフィルムから形成されている。フィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、リチウムイオン二次電池自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、リチウムイオン二次電池の設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００６６】
また、フィルムは、ケースの充分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、ケース５０外部からケース５０内部への水分や空気の侵入及びケース５０内部からケース５０外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層と、最内部の層の上方に配置される金属層とを少なくとも有する「複合包装フィルム」であることが好ましい。さらに、複合包装フィルムは、非水電解質溶液に接触する最内部の層と、最内部の層から最も遠いケース５０の外表面の側に配置される合成樹脂製の最外部の層と、最内部の層と最外部の層との間に配置される少なくとも１つの金属層とを有する３層以上の層から構成されていることがより好ましい。
【００６７】
最内部の層は、可とう性を有し、使用される非水電解質溶液に対する化学的安定性（化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性）、並びに、酸素及び水（空気中の水分）に対する化学的安定性を有している合成樹脂であれば特に限定されないが、更に酸素、水（空気中の水分）及び非水電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。
【００６８】
金属層としては、酸素、水（空気中の水分）及び非水電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔を使用してもよい。
【００６９】
次に、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法及び充電装置の好適な一実施形態について説明する。
【００７０】
図２及び図３は、本発明の充電装置の好適な一実施形態の基本構成を示す系統図である。図２に示す充電装置２は、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて作動する構成を有しており、電源部１０３と、充電制御部１０２とを少なくとも備えている。充電制御部１０２は、電源部１０３に電気的に接続されており、さらに、リチウムイオン二次電池１にも電気的に接続されている。また、電源部１０３とリチウムイオン二次電池１とが電気的に接続されており、充電制御部１０２が本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて電源部１０３を制御することにより、リチウムイオン二次電池１に対する充電が行われる。なお、充電装置２は、電源部１０３及び充電制御部１０２がリチウムイオン二次電池１に電気的に接続されて用いる構成を有するものであればよい。より詳しくは、リチウムイオン二次電池を内部に常時固定する構成を有していてもよく、脱着可能に固定する構成を有していてもよい。
【００７１】
電源部１０３の構成については、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいてリチウムイオン二次電池１に対して電力を供給することができれば特に限定されない。例えば、外部電源として商用１００Ｖ電源を使用する場合には、電源部１０３が、外部電源から供給される電力を当該電源部１０３で電圧降圧し、交流電流を直流電流に変換してリチウムイオン二次電池１に供給する機能を有していてもよい。この場合には、例えば、電源部１０３を、電圧降圧部、交流／直流変換部を更に備えた構成とすることができる。
【００７２】
次に、充電制御部１０２の構成の一例が示された図３を用い、充電制御部１０２が行う制御について詳細に説明する。図３に示す充電装置２の充電制御部１０２は、電流検出部１１１、出力電流制御部１１２、電圧検出部１１３、出力電圧制御部１１４、制御装置１１５及びタイマ１１６から構成されている。電流検出部１１１は、リチウムイオン二次電池１の充電時における充電電流を検出する素子であり、リチウムイオン二次電池１の充電時における充電電流を検出できるようリチウムイオン二次電池１に電気的に接続されている。また、電流検出部１１１は、必要に応じてリチウムイオン二次電池１の放電時における放電電流値を検出する機能を有する。さらに、電流検出部１１１は、制御装置１１５に電気的に接続されており、検出したデータを制御装置１１５に電気信号で送信するような構成を有している。
【００７３】
電圧検出部１１３は、リチウムイオン二次電池１の充電時におけるリチウムイオン二次電池１の電圧を検出する素子であり、リチウムイオン二次電池１の電圧を検出できるようリチウムイオン二次電池１に電気的に接続されている。また、電圧検出部１１３は、必要に応じてリチウムイオン二次電池１の放電時におけるリチウムイオン二次電池１の電圧値を検出する機能を有する。さらに、電圧検出部１１３は、制御装置１１５に電気的に接続されており、検出したデータを制御装置１１５に電気信号で送信するような構成を有している。
【００７４】
制御装置１１５は、リチウムイオン二次電池１の充電時において電流検出部１１１によって検出される充電電流値Ｉに基づいて、後述する出力電流制御部１１２を独立に制御する機能を有する装置である。また、制御装置１１５は、リチウムイオン二次電池１の充電時において電圧検出部１１３によって検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値に基づいて、後述する出力電圧制御部１１４を独立に制御する機能を有する。制御装置１１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置及びインターフェース（いずれも図示せず）から構成されている。
【００７５】
タイマ１１６は、制御装置１１５に電気的に接続されており、充電開始からの充電時間を計測する機能や、充電方式が定電流充電から定電圧充電に切り替わってからの充電時間を計測する機能を有している。また、タイマ１１６は、計測したデータを制御装置１１５に電気信号で送信する機能を有している。制御装置１１５は、電流検出部１１１又は電圧検出部１１３において検出されるデータに基づく制御とは別に、充電時間に関するデータをタイマ１１６から取り込んで、後述する出力電流制御部１１２及び出力電圧制御部１１４を独立に制御する機能を有している。
【００７６】
出力電流制御部１１２は、制御装置１１５に電気的に接続されており、さらに電源部１０３に電気的に接続されている。出力電流制御部１１２は、制御装置１１５からの電気信号に基づいて電源部１０３の出力電流を調節する機能を有する。出力電圧制御部１１４は、制御装置１１５に電気的に接続されており、さらに電源部１０３に電気的に接続されている。出力電圧制御部１１４は、制御装置１１５からの電気信号に基づいて電源部１０３の出力電圧を調節する機能を有する。
【００７７】
制御装置１１５は、電流検出部１１１において検出される充電電流値に基づいて出力電流制御部１１２を制御することにより、充電電流値を一定に保持する定電流充電を行うことができる。さらに、この定電流充電を、例えば、タイマ１１６から送られるデータに基づいて所定の期間行うことができる。あるいは、制御装置１１５が、電圧検出部１１３において検出される電池の電圧をモニタし、電池の電圧が所定の値になったところで定電流充電を終了する制御を行うことができる。
【００７８】
また、制御装置１１５は、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値に基づいて出力電圧制御部１１４を制御することにより、充電電圧値を一定に保持する定電圧充電を行うことができる。さらに、この定電圧充電を、例えば、タイマ１１６から送られるデータに基づいて所定の期間行うことができる。あるいは、制御装置１１５が、電流検出部１１１において検出される充電電流値をモニタし、充電電流値が所定の値になったところで終了する制御を行うことができる。
【００７９】
このように、図３に示す充電装置２は、定電流充電工程および定電圧充電工程を行う機能を有しており、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて充電を行うことができる。充電制御部１０２の構成については、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて充電制御を行うことができれば特に上記の構成に限定されない。例えば、タイマ１１６を省いてもよい。
【００８０】
次に、図３に示す充電装置２を用いた本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法の好適な一実施形態について説明する。
【００８１】
図４は、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法における充電工程の好適な一例を示すフローチャートである。図４は、定電流充電を行う際の充電制御手順の一例を示す。充電の開始の条件（タイミング）は、例えば、制御装置１１５が、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の放電時における電圧をモニタしておき、電圧値に基づいて決定される電池の充電率が所定の値を下回った時に自動的に充電を開始するようにしてもよく、あるいは、充電率が所定の値を下回った時にアラーム等の信号を外部に対して表示し、充電開始信号が手動により入力されると同時に充電を開始するようにしてもよい。充電が開始されると、制御装置１１５が、設定充電電流値Ｉ１で定電流充電を行う（Ｓ１）。Ｓ１では、制御装置１１５が、電流検出部１１１において検出される充電電流値をモニタして、充電電流値が設定充電電流値Ｉ１で一定になるよう出力電流制御部１１２を制御している。ここで、設定充電電流値Ｉ１は、下記式（１）で表される条件を満たす１つの設定値ｎＣに相当する電流値である。
２Ｃ≦ｎＣ≦６０Ｃ    …（１）
式（１）中、Ｃはリチウムイオン二次電池の定格容量値を示し、ｎは２〜６０の数値を示す。
【００８２】
定電流充電が進行するとともに、リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥは上昇する。制御装置１１５は、リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが設定電圧値ΔＥ１に到達するまで、定電流充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ２）。このように定電流充電を行っている際中（Ｓ１及びＳ２）は、制御装置１１５が、電圧検出部１１３によって検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥをモニタし、電圧値ΔＥと設定電圧値ΔＥ１とを比較している。リチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが設定値電圧値ΔＥ１に到達すると、制御装置１１５は定電流充電を終了する（Ｓ３）。なお、定電流充電は、タイマ１１６の働きにより予め設定された期間で終了させてもよい。
【００８３】
以下、上記の充電工程によりリチウムイオン二次電池の充電を行う場合の具体例について詳細に説明する。
【００８４】
図５は、電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールの一例を示すグラフである。図５は、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用い、負極活物質として人造黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池１に対して、設定充電電流値Ｉ１が１０Ｃ（このときのＣは、リチウムイオン二次電池１の定格容量値０．１Ａｈである）に相当する電流値（１Ａ）の定電流充電を行った時の電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールを示す。先ず、制御装置１１５が、充電電流Ｉを設定充電電流値Ｉ１（１Ａ）に保持する定電流充電を開始し（Ｓ１）、定電流充電が進行するとともにリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが上昇する。制御装置１１５は、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥをモニタし、電圧値ΔＥが予め設定した設定電圧値ΔＥ１（４．５Ｖ）に到達するまで定電流充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ２）。電圧値ΔＥが設定電圧値ΔＥ１（４．５Ｖ）に到達したところで制御装置１１５は定電流充電を終了する（Ｓ３）。この場合、定電流充電開始（０分）から定電流充電が終了した時点Ｔ１までが充電時間となる。図５では、充電時間は５．８分であり、従来よりも短時間での充電が行われている。
【００８５】
次に、図３に示す充電装置２を用いた本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法の別の実施形態について説明する。
【００８６】
図６は、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法における充電工程の好適な一例を示すフローチャートである。図６は、定電流定電圧充電を行う際の充電制御手順の一例を示す。充電の開始、Ｓ１、及びＳ２までは、図４で説明した充電制御と同様である。図６では、Ｓ２の次に、制御装置１１５が、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥに基づいて出力電圧制御部１１４を制御することにより、充電電圧値ΔＥを設定値電圧値ΔＥ１に保持する定電圧充電を行う（Ｓ４）。定電圧充電が進行するとともに充電電流値Ｉは減少する。制御装置１１５は、充電電流値Ｉが設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ５）。Ｓ５では、制御装置１１５が、電流検出部１１１において検出される充電電流値Ｉをモニタし、充電電流値Ｉと設定電流値Ｉ２とを比較している。充電電流値Ｉが設定電流値Ｉ２に到達すると制御装置１１５は定電圧充電を終了する（Ｓ６）。なお、設定電流値Ｉ２は、目的とするリチウムイオン二次電池１の充電率に合わせて適宜設定される。
【００８７】
以下、上記の充電工程により、リチウムイオン二次電池の充電を行う場合の具体例について詳細に説明する。
【００８８】
図７は、電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールの一例を示すグラフである。図７は、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用い、負極活物質として人造黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池１に対して、設定充電電流値Ｉ１が１０Ｃ（このときのＣは、リチウムイオン二次電池１の定格容量値０．１Ａｈである）に相当する電流値（１Ａ）の定電流充電、及び、設定電圧値ΔＥ１が＋４．３Ｖの定電圧充電を行った時の電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールを示す。先ず、制御装置１１５が、設定充電電流値Ｉ１（１Ａ）に保持する定電流充電を開始し（Ｓ１）、定電流充電が進行するとともにリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが上昇する。制御装置１１５は、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥをモニタし、電圧値ΔＥが予め設定した設定電圧値ΔＥ１（＋４．３Ｖ）に到達するまで定電流充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ２）。電圧値ΔＥが設定電圧値ΔＥ１（＋４．３Ｖ）に到達したところで制御装置１１５は定電流充電を終了し、続いて、制御装置１１５は、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが設定電圧値ΔＥ１（＋４．３Ｖ）に保持されるよう出力電圧制御部１１４を制御して、定電圧充電を行う（Ｓ４）。定電圧充電を開始すると、充電が進行するとともに充電電流値Ｉは低下する。制御装置１１５は、電流検出部１１１において検出される充電電流値Ｉをモニタし、充電電流値Ｉが予め設定した設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ５）。充電電流値Ｉが設定電流値Ｉ２に到達すると制御装置１１５は定電圧充電を終了する（Ｓ６）。この場合、定電流充電開始（０分）から定電圧充電が終了した時点Ｔ２までが充電時間となる。図７では、設定電流値Ｉ２は０．２Ａであり、充電時間は７．１分である。この充電工程においても、従来よりも短時間での充電が行われている。
【００８９】
また、図８は、電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールの一例を示すグラフである。図８は、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用い、負極活物質として人造黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池１に対して、設定充電電流値Ｉ１が１０Ｃ（このときのＣは、リチウムイオン二次電池１の定格容量値０．１Ａｈである）に相当する電流値（１Ａ）の定電流充電、及び、設定電圧値ΔＥ１が＋４．２Ｖの定電圧充電を行った時の電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールを示す。先ず、制御装置１１５が、設定充電電流値Ｉ１（１Ａ）に保持する定電流充電を開始し（Ｓ１）、定電流充電が進行するとともにリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが上昇する。制御装置１１５は、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥをモニタし、電圧値ΔＥが予め設定した設定電圧値ΔＥ１（＋４．２Ｖ）に到達するまで定電流充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ２）。電圧値ΔＥが設定電圧値ΔＥ１（＋４．２Ｖ）に到達したところで制御装置１１５は定電流充電を終了し、続いて、制御装置１１５は、電圧検出部１１３において検出されるリチウムイオン二次電池１の電圧値ΔＥが設定電圧値ΔＥ１（＋４．２Ｖ）に保持されるよう出力電圧制御部１１４を制御して、定電圧充電を行う（Ｓ４）。定電圧充電を開始すると、充電が進行するとともに充電電流値Ｉは低下する。制御装置１１５は、電流検出部１１１において検出される充電電流値Ｉをモニタし、充電電流値Ｉが予め設定した設定電流値Ｉ２に到達するまで定電圧充電をさらに続ける制御を行う（Ｓ５）。充電電流値Ｉが設定電流値Ｉ２に到達すると制御装置１１５は定電圧充電を終了する（Ｓ６）。この場合、定電流充電開始（０分）から定電圧充電が終了した時点Ｔ３までが充電時間となる。図８では、設定電流値Ｉ２は５ｍＡであり、充電時間は１５．２分である。この充電工程においても、従来よりも短時間での充電が行われている。
【００９０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００９１】
例えば、図５及び図７に示される実施形態のように負極活物質が導電性の炭素材料である場合は、一つの設定電圧値ΔＥ１を＋４．３Ｖ〜＋５．０Ｖの範囲の中で設定することができる。また、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いる場合は、一つの設定電圧値ΔＥ１を＋２．８Ｖ〜＋３．５Ｖの範囲の中で設定することができる。
【００９２】
図９及び図１０は、負極活物質が異なる２種類のリチウムイオン二次電池に対して同条件で定電流充電を行った際の、陽極の電位［Ｖｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋］と陰極の電位［Ｖｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋］の時間変化のプロフィールの一例を示した図である。図９では、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用い、負極活物質として人造黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池に対する定電流充電を行っており、図１０では、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用い、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池に対する定電流充電を行っている。いずれの図においても、正極活物質を含む電極が陽極である。図９及び図１０のように、陽極の電位をモニタすることができる場合には、定電流充電工程や定電圧充電工程の制御に陽極の電位を用いることができる場合もある。
【００９３】
例えば、図５の定電流充電工程において、陽極の電位Ｅ［Ｖｖｓ．ＳＨＥ］をモニタできる場合（例えば、充電制御部１０２が、陽極の電位［Ｖｖｓ．ＳＨＥ］を測定する手段を備える場合）、電位Ｅが、＋１．３Ｖ〜＋２．０Ｖの範囲の中で設定される一つの設定電位Ｅ１に到達するまで定電流充電を続ける制御を行うことができ、負極活物質がチタン酸リチウムに替わった場合でも設定電位Ｅ１が設定される範囲は同じとすることができる。
【００９４】
図１１は、本発明の電力供給装置の好適な一実施形態の基本構成を示す系統図である。
【００９５】
図１１に示す電力供給装置３は、リチウムイオン二次電池１と、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて作動する本発明の充電装置とを構成要素として少なくとも備えている。電力供給装置３は、リチウムイオン二次電池１と、充電装置の構成要素として電源部１０３及び充電制御部１０２とを備え、さらに電力被供給部１０４を備えている。
【００９６】
充電制御部１０２は、電源部１０３に電気的に接続されており、さらに、リチウムイオン二次電池１にも電気的に接続されている。また、電源部１０３とリチウムイオン二次電池１とが電気的に接続されている。これらは、先に述べたように、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいてリチウムイオン二次電池１が充電されるように働く。また、電源部１０３と電力被供給部１０４が電気的に接続されており、リチウムイオン二次電池１と電力被供給部１０４も電気的に接続されている。電力被供給部１０４は、モータなどのように電力によって作動するデバイスであり、電源部１０３及びリチウムイオン二次電池１を電力源としている。本発明においては、電力被供給部の種類については特に限定されない。なお、電力供給装置３は、リチウムイオン二次電池１及び電源部１０３が電力被供給部１０４に電気的に接続されて用いる構成を有するものであればよい。
【００９７】
電力供給装置３に備えられたリチウムイオン二次電池１は、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法に基づいて充電され、充放電サイクル特性の著しい低下を生じることなく従来よりも短い時間で電力を蓄積する。それにより、リチウムイオン二次電池１は、電源部１０３の電力をより短時間で蓄積し、必要時に主電源又は補助電源として電力被供給部１０４に電力を供給する。このような電力供給装置３は、例えば、携帯機器等の急速充電を必要とする駆動源として利用することができる。
【００９８】
以上、本発明の電力供給装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００９９】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。
【０１００】
以下に示す手順により図１に示したリチウムイオン二次電池１と同様の構成を有する実施例１〜９、比較例１〜５のリチウムイオン二次電池を作製した。
【０１０１】
（実施例１）
負極の作製を行った。先ず、負極活物質として人造黒鉛（９０質量部）、導電助剤としてカーボンブラック（２質量部）、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（８質量部）をプラネタリーミキサーで混合し、溶剤として適量のＮ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を加えて粘度調整して、スラリーを得た。得られたスラリーを、負極活物質担持量が１４．５ｍｇ／ｃｍ２となるように、集電体である電解銅箔（１６μｍ）にドクターブレード法により塗布し、１１０℃で２０分乾燥させ、負極活物質含有層を形成した。乾燥後、作製した負極の空孔率が３０％になるようにカレンダーロールにより圧延を行い、１７．５ｍｍ×３２．５ｍｍの大きさに打ち抜いて負極を得た。
【０１０２】
次に、正極の作製を行った。先ず、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２（９０質量部）、導電助剤としてアセチレンブラック（６質量部）、結着剤としてＰＶＤＦ（４質量部）をプラネタリーミキサーで混合し、溶剤として適量のＮＭＰを加えて粘度調整して、スラリーを得た。得られたスラリーを、正極活物質担持量が２６．５ｍｇ／ｃｍ２となるように、集電体であるアルミニウム箔（２０μｍ）にドクターブレード法により塗布し、１１０℃で２０分乾燥させ、正極活物質含有層を形成した。乾燥後、作製した正極の空孔率が３５％になるようにカレンダーロールにより圧延を行い、１７ｍｍ×３２ｍｍの大きさに打ち抜いて正極を得た。
【０１０３】
非水電解質溶液の調製は以下のように行った。先ず、プロピレンカーボネート（以下、場合によりＰＣという）、エチレンカーボネート（以下、場合によりＥＣという）及びジエチルカーボネート（以下、場合によりＤＥＣという）を体積比がＰＣ：ＥＣ：ＤＥＣ＝２：１：７で混合したものを非水溶媒とし、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ  ｄｍ−３の割合で溶質として添加した。さらに、ＰＣの分解を抑制するために５％のビニレンカーボネートを添加した。
【０１０４】
セパレータと得られた負極と得られた正極とを積層することにより、負極及び正極の間にセパレータが挟まれた積層体を得た。得られた積層体をアルミラミネートパックに入れ、このアルミラミネートパックに非水電解質溶液を注入した後に真空シールし、リチウムイオン二次電池（縦：４３ｍｍ、横：２０ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍ、定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。なお、アルミラミネートパックのフィルムには、非水電解質溶液に接触する合成樹脂製の最内部の層（変性ポリプロピレンからなる層）、アルミニウム箔からなる金属層、ポリアミドからなる層がこの順で順次積層された積層体を使用した。そして、この複合包装フィルムを２枚重ね合せてその縁部をヒートシールして作製した。
【０１０５】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が２Ｃに相当する電流値（２００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．７Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定した。初回の充放電を行った後の放電容量Ａ１とＡ２との比率｛１００×（Ａ２／Ａ１）｝［％］により充放電サイクル特性を評価した。結果が９７．５％以上の電池を、充放電サイクル特性が実用的に充分なものと評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１０６】
（実施例２）
正極活物質担持量を８．０ｍｇ／ｃｍ２、負極活物質担持量を４．５ｍｇ／ｃｍ２とした以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１０７】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が５Ｃに相当する電流値（５００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．５Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１０８】
（実施例３）
正極活物質担持量を５．５ｍｇ／ｃｍ２、負極活物質担持量を３．５ｍｇ／ｃｍ２とした以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１０９】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１０Ｃに相当する電流値（１０００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．５Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１１０】
（実施例４）
実施例３と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１１１】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が３０Ｃに相当する電流値（３０００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値４．２Ｖに到達するまで行い、次いで、電圧値４．２Ｖを保持する定電圧充電を、充電電流値が５ｍＡに低下するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１１２】
（実施例５）
実施例２と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１１３】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が５Ｃに相当する電流値（５００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．２Ｖに到達するまで行い、次いで、電圧値４．２Ｖを保持する定電圧充電を、充電電流値が５ｍＡに低下するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１１４】
（実施例６）
実施例３と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１１５】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１０Ｃに相当する電流値（１０００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．２Ｖに到達するまで行い、次いで、電圧値４．２Ｖを保持する定電圧充電を、充電電流値が５ｍＡに低下するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１１６】
（実施例７）
正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２の替わりにＬｉＭｎ０．３Ｎｉ０．５５Ｃｏ０．１５Ｏ２を用いたこと以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１１７】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が２Ｃに相当する電流値（２００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．７Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１１８】
（実施例８）
正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２の替わりにＬｉＭｎ０．４２Ｎｉ０．４２Ｃｏ０．１６Ｏ２を用いたこと以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１１９】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が２Ｃに相当する電流値（２００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．７Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１２０】
（実施例９）
負極活物質として人造黒鉛の替わりにチタン酸リチウムを用い、負極活物質担持量を５．５ｍｇ／ｃｍ２とした以外は実施例３と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１２１】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１０Ｃに相当する電流値（１０００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が３．０Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで１．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１２２】
（実施例１０）
実施例３と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１２３】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１０Ｃに相当する電流値（１０００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．３Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１２４】
（比較例１）
実施例１と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１２５】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値４．２Ｖに到達するまで行い、次いで、電圧値４．２Ｖを保持する定電圧充電を、充電電流値が５ｍＡに低下するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１２６】
（比較例２）
実施例２と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１２７】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値４．２Ｖに到達するまで行い、次いで、電圧値４．２Ｖを保持する定電圧充電を、充電電流値が５ｍＡに低下するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１２８】
（比較例３）
実施例３と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１２９】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値４．２Ｖに到達するまで行い、次いで、電圧値４．２Ｖを保持する定電圧充電を、充電電流値が５ｍＡに低下するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１３０】
（比較例４）
正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２の替わりにＬｉＣｏＯ２を用いたこと以外は実施例３と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１３１】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１０Ｃに相当する電流値（１０００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が４．５Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１３２】
（比較例５）
実施例９と同様にリチウムイオン二次電池（定格容量：１００ｍＡｈ）を作製した。
【０１３３】
得られたリチウムイオン二次電池に対して、２５℃で、充電電流値が１Ｃに相当する電流値（１００ｍＡ）の定電流充電を、電圧値が２．７Ｖに到達するまで行い、満充電までに要する時間を計測した。次に、放電は、１Ｃで１．５Ｖまで定電流放電を行い、放電容量Ａ１を測定した。さらに、同様の条件で１０回の充放電を繰り返した後の放電容量Ａ２を測定し、実施例１と同様にして充放電サイクル特性を評価した。得られた結果を表１に示す。
【０１３４】
【表１】
2005158285.tif 000003
【０１３５】
表１に示す結果から明らかなように、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法である実施例１から１０は、すべて、充放電サイクル特性を大きく低下させることなく充電時間の短縮が達成されている。
【０１３６】
実施例４、５及び６と、比較例１、２及び３との比較から、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用いたリチウムイオン二次電池を定電流定電圧充電する際に、定電流充電での充電電流値を高く設定することにより、充放電サイクル特性を大きく低下させることなく充電時間が短縮されていることが分かる。また、正極活物質としてＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２を用いたリチウムイオン二次電池を定電流充電する際に、定電流充電での充電電流値を高く設定し、かつ定電流充電の上限電圧値も高く設定した実施例１、２及び３では、充放電サイクル特性を大きく低下させることなく、さらに充電時間が短縮されていることが分かる。一方、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を用いたリチウムイオン二次電池に対して、充電電流値が１０Ｃに相当する電流値で、電圧値が４．５Ｖに到達するまで定電流充電を行った比較例４では、充電時間は短縮されたが、充放電サイクル特性が悪くなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法、充電装置及び電力供給装置は、急速充電が必要とされる機器の駆動電源あるいはその充電方法及び充電装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明で用いるリチウムイオン二次電池の一例の構成を示す図である。
【図２】本発明の充電装置の好適な一実施形態の基本構成を示す系統図である。
【図３】本発明の充電装置の好適な一実施形態の基本構成を示す系統図である。
【図４】本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法における充電工程の好適な一例を示すフローチャートである。
【図５】リチウムイオン二次電池の電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールの一例を示すグラフである。
【図６】本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法における充電工程の好適な一例を示すフローチャートである。
【図７】リチウムイオン二次電池の電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールの一例を示すグラフである。
【図８】リチウムイオン二次電池の電池電圧及び充電電流の時間変化のプロフィールの一例を示すグラフである。
【図９】リチウムイオン二次電池に対する定電流充電を行った際の、陽極の電位と陰極の電位の時間変化のプロフィールの一例を示した図である。
【図１０】リチウムイオン二次電池に対する定電流充電を行った際の、陽極の電位と陰極の電位の時間変化のプロフィールの一例を示した図である。
【図１１】本発明の電力供給装置の好適な一実施形態の基本構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１…リチウムイオン二次電池、２…充電装置、３…電力供給装置、１０…負極、１６…集電体、１８…負極活物質含有層、２０…正極、２６…集電体、２８…正極活物質含有層、４０…セパレータ、５０…ケース、１０２…充電制御部、１０３…電源部、１０４…電力被供給部、１１１…電流検出部、１１２…出力電流制御部、１１３…電圧検出部、１１４…出力電圧制御部、１１５…制御装置、１１６…タイマ
【図１】
2005158285.tif 000004
【図２】
2005158285.tif 000005
【図３】
2005158285.tif 000006
【図４】
2005158285.tif 000007
【図５】
2005158285.tif 000008
【図６】
2005158285.tif 000009
【図７】
2005158285.tif 000010
【図８】
2005158285.tif 000011
【図９】
2005158285.tif 000012
【図１０】
2005158285.tif 000013
【図１１】
2005158285.tif 000014