JP2009537936A - 中小容量高出力型リチウムイオン電池 - Google Patents

中小容量高出力型リチウムイオン電池 Download PDF

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Abstract

【課題】中小容量（容量が1〜3Ah）の高出力型リチウムイオン電池を提供すること。
【解決手段】
中小容量高出力型リチウムイオン電池であって、ケースならびにケースに収容された電池セルおよび電解液を含む。上述された電池セルは、陽極プレート、陰極プレートおよび陽極プレートと陰極プレートとの間にある仕切りシートが巻かれて作られたものである。上述された陽極プレートには、陽極用活性物質が、上述された陰極プレートには、陰極用活性物質が、それぞれコーティングされている。上述された陽極用活性物質には、LiMn204が含まれている。上述された電解液の電導率は11〜20ms/cmである。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池に関するものであり、特に、中小容量のリチウムイオン電池に関するものである。
中小容量（容量が1〜3Ah）のリチウムイオン電池と言えば、過去に開発されたリチウムイオン電池が殆ど容量型電池であった。このため、通常、その放電電流および出力が低く、その放電倍率は通常5C以下になっている。
そこで、大電流で充電・放電を必要とする分野、例えば、電動工具、電動玩具などの適用分野は、長年にわたって、ニッケル・水素電池とニッケル・カドミウム電池とにより占有されている。しかし、欧州連盟が亜鉛、水銀、カドミウムなどの有害物質が含まれる全ての製品をヨーロッパ市場に出さないと禁止指令をすでに発効しているため、市場シェアの90％以上を占めたニッケル・カドミウム電池がヨーロッパ市場に進出できなくなるように制限された。したがって、放電電流と出力の高い中小容量のリチウムイオン電池が必要になる。例えば、5C以下にならない、またはより高い放電倍率を持たせて、目前のニーズに応じる必要がある。
本発明の目的は、従来技術の不足を補い、中小容量高出力型リチウムイオン電池を提供することである。
上述された目的を実現するために、本発明は、中小容量高出力型リチウムイオン電池を提供する。それは、ケースならびにケースに収容される電池セルおよび電解液を含んでいる。そして、上記電池セルは、活性物質をコーティングされた陽極プレートおよび陰極プレートならびに仕切りシートが巻かれて作られたものである。上記陽極プレートには、陽極用活性物質が、上記陰極プレートには、陰極用活性物質がコーティングされている。上記陽極用活性物質には、LiMn204が含まれている。好ましくは、さらにLiCo02および/またはLiNiCo02が含まれている。また、上記電解液の電導率は11〜20ms/cmである。
本発明は下記のような効果を持っている：
（１）本発明は、適切に選定された陽極用活性物質を利用することで、電池のパワー密度を低減しない前提の元で、電池のエネルギー密度を向上している。
（２）陽・陰極プレートが長い、且つ薄いプレートであり、その長さと厚みが単位面積当たりの電流の低減に作用する。またリチウムイオンの取付け・取り外しを良好にする。そして、電池の大電流入力・出力能力を向上している。
（３）本発明には、電導率が11〜20ms/cmである高電導率の電解液が採用されている。よって、リチウムイオンの転送に有利である。さらに、電池の大電流入力・出力能力を向上している。
リチウムイオン電池には、ケースならびにケースに収容される電池セルおよび電解液が含まれている。図1に、電池セル10がイメージ的に示されている。当該電池セル10は、陽極プレート11、陰極プレート12および陽・陰極の間における仕切りシート13を有し、それらが巻かれて作られている。当該電池セル10は、電池ケース（図示せず）に収容される。また、当該電池ケースには、電解液が充填されている。陽・陰極プレート11、12は、図2（a）および図2（b）に示されている。プレートは、コーティングエリア14とコーティングしないエリア15に分かれている。
陽極プレート11におけるコーティングエリア14には、陽極用活性物質がコーティングされている。陰極プレート12におけるコーティングエリア14には、陰極用活性物質がコーティングされている。ほかには、コーティングエリア14には、通常、導電剤と粘着剤などの材料がコーティングされている。
陽・陰極プレート11、12におけるコーティングしないエリア15は、電池極の吊り箇所（図示せず）に適用される。
なお、上述された内容は当該分野における技術者が良く分かっていることである。
本発明において、中小容量高出力型リチウムイオン電池における陽極用活性物質には、LiMn204が含まれている。また、LiCo02および/またはLiNiCo02も含まれたほうが良い。一つの実施例には、陽極用活性物質にLiMn204だけが含まれている。もう一つの実施例には、陽極用活性物質がLiMn204とLiCo02との混合物である。さらにもう一つの実施例では、陽極用活性物質がLiMn204とLiNiCo02との混合物である。もう一つの実施例では、陽極用活性物質がLiMn204、LiCo02およびLiNiCo02の混合物である。
陽極用活性物質にLiCo02および/またはLiNiCo02が含まれた場合、LiCo02またはLiNiCo02またはその両者の混合物は、陽極用活性物質の合計重量に10%〜50%を占める。また、LiMn204は、陽極用活性物質の合計重量に50％〜90％を占める。LiCo02またはLiNiCo02との含有割合は、基本的に任意に選択できる。一部の実施例では、LiCo02もしくはLiNiCo02またはその両者の混合物は、陽極用活性物質の合計重量に10％、30％または50％を占める。また、LiMn204は、陽極用活性物質の合計重量に90%、70%または50％を占めることがある。
本発明において、電解液の電導率は11〜20ms/cmである。好ましくは、11〜15ms/cmである。一部の実施例では、電解液の電導率は、11ms/cm、12ms/cm、15ms/cm、17ms/または20ms/cmとしても良い。
本発明において、陽極プレート11と陰極プレート12の長さは、700〜2400mmである。例えば、700mm、1500mmまたは2000mmである。また、その厚み（陽・陰極の塗装材料を含む）は、60〜135μmである。例えば、65μm、85μm、100μm、120μmである。
以下、本発明におけるリチウムイオン電池の実施例を二つ説明する。
実施例１
陽極用活性物質はLiMn204である。陽極プレートの長さは750〜800mmであり、厚みは125〜135μmである。陰極プレートの長さは800〜850mmであり、厚みは75〜80μmである。電導率の11〜15ms/cmの電解液を採用することで、容量が1.1〜1.2Ahであるリチウムイオン電池を作る。

実施例２
陽極用活性物質はLiMn204とLiNiCo02が一定の比例で混合されたものであり、LiMn204の重量パーセンテージが90%であり、LiNiCo02の重量パーセンテージが10%である。陽極プレートの長さは1500〜1600mmであり、厚みは125〜135μmである。陰極プレートの長さは1550〜1650mmであり、厚みは75〜85μmである。電導率の11〜15ms/cmの電解液を採用することで、容量が2.2〜2.5Ahであるリチウムイオン電池を作る。
試験によれば、本発明におけるリチウムイオン電池は優れた放電性能を持っている。また優れた、かつ快速の充電性能を持っている。このため、電動工具が迅速に充電、迅速に放電できるようになることを分かった。放電性能および充電性能は以下の表に示されている。
Figure 2009537936
Figure 2009537936
図３は、本発明におけるリチウムイオン電池の倍率放電トレンドである。本発明における中小容量高出力型リチウムイオン電池が優れた大電流による放電能力を持っており、電動工具などの使用を満たせることを表明している。
リチウムイオン電池における電池セルの構造イメージ図である。 リチウムイオン電池における陽・陰極プレートの平面イメージ図である。 リチウムイオン電池における陽・陰極プレートの側面図である。 本発明におけるリチウムイオン電池の倍率放電トレードである。

Claims (5)

  1. 中小容量高出力型リチウムイオン電池であって、ケースならびにケースに収容された電池セルおよび電解液を備え、上記電池セルは、陽極プレート、陰極プレートおよび陽極プレートと陰極プレートとの間にある仕切りシートとが巻かれて構成されていて、上記陽極プレートに陽極用活性物質がコーティングされ、上記陰極プレートに陰極用活性物質がコーティングされていて、
    上記陽極用活性物質は、LiMn204を含み、上記電解液の電導率が11〜20ms/cmであることを特徴とする、中小容量高出力型リチウムイオン電池。
  2. 上記陽極用活性物質は、さらに、LiCo02およびLiNiCo02を含むことを特徴とする、請求項1に記載の中小容量高出力型リチウムイオン電池。
  3. 上記陽極用活性物質は、LiMn204の重量パーセンテージが50%〜90%であり、LiCo02および/またはLiNiCo02の重量パーセンテージが10%〜50%であることを特徴とする、請求項２に記載の中小容量高出力型リチウムイオン電池。
  4. 上記電解液の電導率が11〜15ms/cmであることを特徴とする、請求項1〜３のいずれかに記載の中小容量高出力型リチウムイオン電池。
  5. 上記陽極プレートおよび陰極プレートの長さが700〜2400mmであり、厚みが65〜135μmであることを特徴とする、請求項４に記載の中小容量高出力型リチウムイオン電池。
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