JP2014241224A - ハイブリッド電池システム - Google Patents
ハイブリッド電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014241224A JP2014241224A JP2013123024A JP2013123024A JP2014241224A JP 2014241224 A JP2014241224 A JP 2014241224A JP 2013123024 A JP2013123024 A JP 2013123024A JP 2013123024 A JP2013123024 A JP 2013123024A JP 2014241224 A JP2014241224 A JP 2014241224A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- density
- output
- current
- conductive polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/137—Electrodes based on electro-active polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/448—End of discharge regulating measures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
【課題】本発明の目的は、従来よりも長時間出力、短時間充電、低コストの実用的なハイブリッド電池システムを提供する。
【解決手段】ハイブリッド電池システムは、正極に導電性高分子を含む構造であり、かつ中エネルギー密度かつ高出力密度の第1電池と、高エネルギー密度かつ低出力密度の第2電池と、高電流出力利用の場合に、前記第1電池から電流を供給させ、低電流出力利用の場合に前記第2電池から電流を供給させるように制御する制御部とを有する。
【選択図】図2
【解決手段】ハイブリッド電池システムは、正極に導電性高分子を含む構造であり、かつ中エネルギー密度かつ高出力密度の第1電池と、高エネルギー密度かつ低出力密度の第2電池と、高電流出力利用の場合に、前記第1電池から電流を供給させ、低電流出力利用の場合に前記第2電池から電流を供給させるように制御する制御部とを有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、中エネルギー密度かつ高出力密度の第1電池と、高エネルギー密度かつ低出力密度の第2電池とを有するハイブリッド電池システムに関する。
特許文献1は、高出力型電池と高容量型電池のハイブリッド電池システムを記載している。特許文献1では、高出力型電池の負極活物質にハードカーボン、正極活物質にリチウムマンガン系複合酸化物を使用し、高容量型電池の負極活物質にグラファイト、正極活物質にリチウムニッケル系複合酸化物を使用した実施形態を記載している。しかしながら、このシステムは、2種類の異なるリチウム電池を用いていたため、性能のバランスが悪く、大型かつ大重量、コスト高になっており、実用的なハイブリッド電池とはいえず、例えば、電気自動車への使用に際してはさらなる改善が必要であった。
特許文献2は、複数電池の残容量を参照して最適出力を演算し電池の効率的利用を図ることを記載している。特許文献3は負荷に印加される電圧または供給される電流を参照して複数電池の最適出力を制御すること記載している。しかしながら、いずれも従来の電池を効率的に用いるための出力制御を開示しているにすぎない。
一般的に、電池自動車に使用されているLiイオン電池は、エネルギー密度を落として出力密度を上げており、電池性能としては中エネルギー密度80〜150Wh/kg、中出力密度2000W/kgを採用している。これは、コストや電池性能の関係から一種類のLiイオン電池を搭載しているため、中エネルギー密度と中出力密度という設定になっている。しかしながら、このような電池性能では、走行距離が短く(例えば160km以下)さらに充電時間も長く(例えば30分以上)、さらなる改善が要求されていた。
上記実情に鑑みて、本発明の目的は、従来よりも長時間出力、短時間充電、低コストの実用的なハイブリッド電池システムを提供する。
本発明は、正極に導電性高分子を含む構造であり、かつ中エネルギー密度かつ高出力密度の第1電池と、高エネルギー密度かつ低出力密度の第2電池と、高電流出力利用の場合に、前記第1電池から電流を供給させ、低電流出力利用の場合に前記第2電池から電流を供給させるように制御する制御部と、を有するハイブリッド電池システムである。
この構成によって、高電流出力利用の場合に、第1電池から電流を供給させ、低電流出力利用の場合に第2電池から電流を供給させることができ、全体的にバランスのよい実用的なハイブリッド電池を提供できる。また、正極に導電性高分子を含む構造の第1電池は、その発熱が他の電池よりも大幅に低減されるため、他の大型電池に必要な冷却システムの必要がない。また、導電性高分子が活物質として機能するので、活物質が金属酸化物の場合に必要なバインダーや導電材などを省略できる。
本発明において「高電流出力」、「低電流出力」という用語は、使用目的に応じて出力値は異なる設定である。制御部は予め設定された高電流出力(例えば所定値以上あるいは所定範囲)の時に第1電池を利用し、予め設定された低電流出力(例えば所定値未満あるいは所定範囲)の時に第2電池を利用する。「高電流出力」は「低電流出力」よりも大きい値である。
また、本発明の実施系形態の一例として、第1電池は、正極基材(集電体)と、正極基材上に形成された導電性高分子の正極活物質と、セパレータと、負極活物質と、負極基材(集電体)とがこの順番に形成された構造である。
上記発明の実施形態の一例として、前記第1電池は、60〜100Wh/kgの中エネルギー密度かつ7000〜9000W/kgの高出力密度の特性を有する。さらに、前記第2電池は、150〜350Wh/kgの高エネルギー密度かつ200〜400W/kgの低出力密度の特性を有する。
上記発明の実施形態の一例として、前記第1電池は、高充電密度の特性を有し高電流による充電が可能である。
この構成によれば、短時間充電(例えば10分以内、好ましくは8分以内、より好ましくは5分)が可能である。
上記発明の実施形態の一例として、前記第1電池の充電残量を検出する第1検出部と、
前記第2電池の充電残量を検出する第2検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記第2検出部で検出された第2電池の充電残量が閾値以下、かつ前記第1検出部で検出された第1電池の充電残量が規定値以上の場合に、前記第1電池を用いて前記第2電池を充電するように制御する。
前記第2電池の充電残量を検出する第2検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記第2検出部で検出された第2電池の充電残量が閾値以下、かつ前記第1検出部で検出された第1電池の充電残量が規定値以上の場合に、前記第1電池を用いて前記第2電池を充電するように制御する。
この構成によれば、第2電池の充電容量が閾値より減少したときに、第1電池の充電容量が規定値以上あれば第1電池を利用して第2電池を充電することができる。
上記発明の実施形態の一例として、前記第2電池は、Liイオン電池である。
この構成によれば、一般的に安価なLiイオン電池を利用することができるため、システム全体を低コストで構成でき、特定の電池特性のLiイオン電池を新しく製造する必要がない。
以下、本発明の実施の形態について図1,2を参照しながら詳細に説明する。図1は、第1電池1の積層構造を示す。第1電池1は、正極基材11と、正極基材11上に形成された導電性高分子の正極活物質12と、セパレータ13と、負極活物質15と、負極基材14とがこの順番に形成されている。
正極基材11は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケルで構成される。正極活物質12は、正極基材11上に電解重合で形成された導電性高分子(膜)である。
セパレータ13は、電解液を保持し、正極と負極の短絡を防止する構成であって、例えば、セルロース、ポリオレフィン系の微多孔性膜である。
負極基材14は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、鉄で構成される。負極活物質15は、例えば、負極基材14上に形成されたグラファイト、非晶質炭素、ハードカーボン、易黒鉛化炭素である。
電解液は、有機溶媒に溶解された電解質を含む非水電解液が好ましい。有機溶媒は、高誘電率溶媒および/または低粘度溶媒で構成されている、高誘電率溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボレート(VC)などが挙げられる。また、低粘度溶媒としては、例えば、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)などの鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンなどのエーテル類、γ−ブチロラクトンなどのラクトン類、アセトニトリルなどのニトリル類、プロピオン酸メチルなどのエステル類、ジメチルホルムアミドなどのアミド類が挙げられる。高誘電率溶媒は、1種類で使用してもよく、また2種類以上を組み合わせて使用してもよい。低粘度溶媒は1種類で使用してもよく、また2種類以上を組み合わせて使用してもよい。高誘電率溶媒と低粘度溶媒とをそれぞれ任意に選択し、組み合わせて使用してもよい。なお、前記の高誘電率溶媒および低粘度溶媒は、容量比(高誘電率溶媒:低粘度溶媒)で1:1〜1:9または9:1〜1:1、好ましくは1:1〜1:5または5:1〜1:1の割合である。
電解質としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3、LiPF4(C2F5)2、LiPF3(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)などが挙げられる。これらの電解質は、1種類で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。これら電解質は、前記の有機溶媒に通常0.1〜3M、好ましくは0.5〜2M、より好ましくは0.7〜1.5Mの濃度で溶解されて使用される。
上記第1電池の構成において、電解液の電解質がLiBF4であれば、充電時に電解液中のLi+が負極活物質(例えばグラファイト)にドープされ、BF4 −(テトラフルオロホウ酸アニオン)が正極の導電性高分子にドープされる。一方、放電時に負極活物質(例えばグラファイト)からLi+が脱ドープされ、正極の導電性高分子からBF4 −が脱ドープする。
また、電極、電解質、セパレータ以外においても、公知の電池の構成部品を用いることがでる。前記構成部品としては、例えば、リード、ターミナル、ガスケット、ケース、パッキン、封止剤などを例示することができる。
第1電池1は、60〜100Wh/kgの中エネルギー密度かつ7000〜9000W/kgの高出力密度の特性を有する。また、実施例として、第1電池1は、80Wh/kgの中エネルギー密度かつ8000W/kgの高出力密度の特性を有する。
第2電池2は、150〜350Wh/kgの高エネルギー密度かつ200〜400W/kgの低出力密度の特性を有する。また、実施例として、第2電池2は、250Wh/kgの高エネルギー密度かつ300W/kgの低出力密度の特性を有する。第2電池2は、Liイオン電池が好ましい。
図2を参照しながら制御部3の機能を説明する。制御部3は、高電流出力利用の場合に、第1電池1から電流を負荷4へ供給させる(図2のA1、A2の矢印)。また、制御部3は、低電流出力利用の場合に、第2電池2から電流を負荷4へ供給させる(図2のB1、B2の矢印)。
例えば、本実施形態のハイブリッド電池システムを電気自動車に使用した場合には、制御部3が発進時、走行加速時に第1電池1を使用し、低速運転および/または一定速度運転時に第2電池2を使用するように制御することが好ましい。また、制御部3は、負荷4からの回生充電時に、負荷4からの高電流を第1電池1へ供給し高速充電(短時間充電)が可能になる(図2のC1、C2の矢印)。
また、図示していないが、本実施形態のハイブリッド電池システムは、第1電池1の充電残量を検出する第1検出部と、第2電池2の充電残量を検出する第2検出部とをさらに有する。制御部3は、第2検出部で検出された第2電池の充電残量が閾値以下(例えば、閾値が満充電の20%以下)、かつ第1検出部で検出された第1電池の充電残量が規定値以上(例えば、規定値が満充電の70%以上)の場合に、第1電池1を用いて第2電池2を充電するように制御する。
制御部3は、コンピュータとソフトウエアプログラムの協働作用で機能する構成でもよく、専用回路、ファームウエア、それらの組み合わせで構成されていてもよい。
(導電性高分子の説明)
本発明に用いられる導電性高分子(層)を構成する単量体(導電性高分子単量体)としては、電解重合法に用いられる電解液に含まれるものであり、電解重合法による酸化により、高分子化して導電性を示す化合物であれば特に限定されるものではない。例えば、単量体としては、ピロール、チオフェン、アニリン、フェニレン等の環式化合物、及びそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体が挙げられる。その中でもアニリン、ピロール、チオフェン等の複素五員環式化合物及びその誘導体が好ましく、特にアニリン、ピロールやその誘導体を含む導電性高分子の場合、製造が容易であり、導電性高分子として化学的に安定であるため好ましい。
本発明に用いられる導電性高分子(層)を構成する単量体(導電性高分子単量体)としては、電解重合法に用いられる電解液に含まれるものであり、電解重合法による酸化により、高分子化して導電性を示す化合物であれば特に限定されるものではない。例えば、単量体としては、ピロール、チオフェン、アニリン、フェニレン等の環式化合物、及びそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体が挙げられる。その中でもアニリン、ピロール、チオフェン等の複素五員環式化合物及びその誘導体が好ましく、特にアニリン、ピロールやその誘導体を含む導電性高分子の場合、製造が容易であり、導電性高分子として化学的に安定であるため好ましい。
(電解質アニオン(ドーパント))
前記電解重合法の際に前記単量体と共に電解液に配合される電解質アニオン(ドーパント)としては、電解重合に用いられる溶媒中で溶解する化合物であれば特に限定されるものではない。前記電解質アニオンを構成するものとしては、例えば、ハロゲン、ハロゲン酸、硝酸、硫酸、ヒ酸、アンチモン酸、ホウ酸、リン酸、カルボン酸、スルホン酸、スルホイミド、スルホメチド等の誘導体や色素化合物が挙げられる。また、前記電解質アニオンを構成するものとしては、具体的には、過塩素酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロヒ酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、ベンジルエチル-[4'-(4''-(ベンジルエチルアミノ)-ジフェニルメチレン)-2',5-シクロヘキサジエニリデン]アンモニウム-2'''、3、3'''-トリスルホン酸、3-ヒドロキシ-4-[2-スルホ-4-(4-スルホフェニルアゾ)フェニルアゾ]-2,7-ナフタレンジスルホン酸を例示することができる。これらと共に、対イオンを伴う塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ヨードニウム塩等の誘導体が挙げられる。更に詳しくは、前記塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、1,3-ジメチルイミダゾリウム塩、4-イソプロピル4’-メチルジフェニルヨードニウム塩を例示することができる。前記電解質アニオンを構成するものの中でも、フッ素原子を含有するもの(支持電解質)を使用することが好ましく、アルキル化されたスルホニル基を有する化合物及びその誘導体がより好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(もしくはビス(トリフルオメタンスルホニル)イミドイオン)や、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む支持電解質を用いることが更に好ましい。また、上記支持電解質は2種以上併用することができる。なお、前記支持電解質が電離することにより、前記電解質アニオンを生成することができ、前記電解質アニオンが、本発明で使用される導電性高分子層中に、ドーパントとして、作用することになる。また、前記電解質に加えて、イオン性液体等も配合することができる。
前記電解重合法の際に前記単量体と共に電解液に配合される電解質アニオン(ドーパント)としては、電解重合に用いられる溶媒中で溶解する化合物であれば特に限定されるものではない。前記電解質アニオンを構成するものとしては、例えば、ハロゲン、ハロゲン酸、硝酸、硫酸、ヒ酸、アンチモン酸、ホウ酸、リン酸、カルボン酸、スルホン酸、スルホイミド、スルホメチド等の誘導体や色素化合物が挙げられる。また、前記電解質アニオンを構成するものとしては、具体的には、過塩素酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロヒ酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、ベンジルエチル-[4'-(4''-(ベンジルエチルアミノ)-ジフェニルメチレン)-2',5-シクロヘキサジエニリデン]アンモニウム-2'''、3、3'''-トリスルホン酸、3-ヒドロキシ-4-[2-スルホ-4-(4-スルホフェニルアゾ)フェニルアゾ]-2,7-ナフタレンジスルホン酸を例示することができる。これらと共に、対イオンを伴う塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ヨードニウム塩等の誘導体が挙げられる。更に詳しくは、前記塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、1,3-ジメチルイミダゾリウム塩、4-イソプロピル4’-メチルジフェニルヨードニウム塩を例示することができる。前記電解質アニオンを構成するものの中でも、フッ素原子を含有するもの(支持電解質)を使用することが好ましく、アルキル化されたスルホニル基を有する化合物及びその誘導体がより好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(もしくはビス(トリフルオメタンスルホニル)イミドイオン)や、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む支持電解質を用いることが更に好ましい。また、上記支持電解質は2種以上併用することができる。なお、前記支持電解質が電離することにより、前記電解質アニオンを生成することができ、前記電解質アニオンが、本発明で使用される導電性高分子層中に、ドーパントとして、作用することになる。また、前記電解質に加えて、イオン性液体等も配合することができる。
前記電解質アニオンは、電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、電解液中に0.1〜35重量%含まれるのが好ましく、1〜20重量%含まれるのがより好ましい。前記範囲内において、前記支持電解質を用いて電解重合を行うことにより、蓄電デバイスにおいて、容量密度に優れた導電性高分子(層)を得ることができる。
(その他の添加剤)
前記電解重合法に用いられる電解液には、前記単量体や電解質アニオン(ドーパント)(もしくは支持電解質)のほかに、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を配合することができる。
前記電解重合法に用いられる電解液には、前記単量体や電解質アニオン(ドーパント)(もしくは支持電解質)のほかに、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を配合することができる。
(電解液の溶媒)
前記電解重合時の電解液に含まれる溶媒としては、特に限定されるものではないが、水、若しくは極性有機溶媒を用いることができる。前記極性有機溶媒は、化学的に安定であり、電気化学反応の反応場として用いることができるものであれば、特に限定されるものではなくエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/またはハロゲン化炭化水素を電解液の溶媒として含む。これらの溶媒を2種以上併用することもできる。
前記電解重合時の電解液に含まれる溶媒としては、特に限定されるものではないが、水、若しくは極性有機溶媒を用いることができる。前記極性有機溶媒は、化学的に安定であり、電気化学反応の反応場として用いることができるものであれば、特に限定されるものではなくエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/またはハロゲン化炭化水素を電解液の溶媒として含む。これらの溶媒を2種以上併用することもできる。
前記有機化合物としては、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン(以上、エーテル結合を含む有機化合物)、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸nブチル、酢酸-t-ブチル、1,2−ジアセトキシエタン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ベンジル-2-エチルへキシル(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、エチレングリコール、1−ブタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−オクタデカノール(以上、ヒドロキシル基を含む有機化合物)、ニトロメタン、ニトロベンゼン(以上、ニトロ基を含む有機化合物)、スルホラン、ジメチルスルホン(以上、スルホン基を含む有機化合物)、及びアセトニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンを例示することができる。なお、前記有機化合物は、前記の例示以外にも、分子中にエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち、2つ以上の結合あるいは官能基を任意の組み合わせで含む有機化合物であってもよい。それらは、例えば、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−フェノキシエタノールなどである。
(作用電極、集電体)
本発明における導電性高分子層を得るためには、前記導電性高分子単量体と共に、重合用作用電極を用いることにより、前記作用電極上に、導電性高分子層(膜)を製造することができる。
本発明における導電性高分子層を得るためには、前記導電性高分子単量体と共に、重合用作用電極を用いることにより、前記作用電極上に、導電性高分子層(膜)を製造することができる。
前記重合作用電極の種類としては、金属を用いた金属電極や、非金属電極などを用いることができる。例えば、Au、Pt、Al、Ti、Ni、Pd、Ta、Mo、Cr及びWからなる群より選択される金属元素の単体、もしくは合金の電極(SUSなど)や、カーボン電極やITOガラス電極といった非金属電極、これら異種金属またはカーボンなどの非金属をメッキやスパッタリング、被覆する等の処理で組み合わせた電極を好適に用いることができる。前記得られる導電性高分子の伸縮率及び発生力が大きく、且つ、電極を容易に入手できることから、Al、NiやTiなどの金属元素を含む金属電極を用いることが特に好ましい。また、蓄電デバイスとして使用する場合には、AlやAl合金等のように、比重の小さいものは、重合用作用電極としてだけではなく、直接、集電体(集電極)に適用することができ、好ましい態様である。
(電解重合条件)
本発明で使用する導電性高分子(層)は、導電性高分子単量体を公知の電解重合法を用いることにより得ることができ、例えば、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれをも用いることができる。例えば、前記電解重合法は、電流密度0.01〜20mA/cm2、重合時間0.4〜100時間、反応温度−70〜80℃で行うことができ、良好な膜質の導電性高分子を得るために、電流密度0.1〜2mA/cm2、重合時間4〜20時間、反応温度−40〜40℃の条件下で行うことが好ましく、反応温度が−30〜30℃の条件であることがより好ましい。
本発明で使用する導電性高分子(層)は、導電性高分子単量体を公知の電解重合法を用いることにより得ることができ、例えば、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれをも用いることができる。例えば、前記電解重合法は、電流密度0.01〜20mA/cm2、重合時間0.4〜100時間、反応温度−70〜80℃で行うことができ、良好な膜質の導電性高分子を得るために、電流密度0.1〜2mA/cm2、重合時間4〜20時間、反応温度−40〜40℃の条件下で行うことが好ましく、反応温度が−30〜30℃の条件であることがより好ましい。
(第1電池として使用する蓄電デバイス)
前記導電性高分子複合構造体を蓄電デバイスとして、使用することができる。前記蓄電デバイスには、前記電極を正極または負極のどちらか一方に用い電池として高い容量密度を得ることができる。
前記導電性高分子複合構造体を蓄電デバイスとして、使用することができる。前記蓄電デバイスには、前記電極を正極または負極のどちらか一方に用い電池として高い容量密度を得ることができる。
前記蓄電デバイスは、電解質を含むことになるが、前記電解質は、公知の電解質を使用することができ特に限定されるものではなく、前記電解液に含まれる溶媒は、特に限定されるものではなく、極性有機溶媒を用いることができる。前記極性有機溶媒は、化学的に安定であり、電気化学反応の反応場として用いることができるものであれば、特に限定されるものではなく、
以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は以下に限定されるものではない。
(1)水溶媒を用いて、モノマーであるアニリン(東京化成工業株式会社製)を0.2mol/L、パラトルエンスルホン酸(関東化学社製)0.2mol/Lになるように溶解し、重合電解液とした。
(2)続いて、厚さ30μmのアルミニウム箔(重合作用電極:集電体)に、電流密度1mA/cm2で、1時間、20℃、定電流電解重合した。これにより、集電体とポリアニリン(層)が一体化した導電性高分子複合体を得た。ポリアニリン(層)の厚さは394μmであった。これを正極(正極基材、正極活物質)とした。
(2)続いて、厚さ30μmのアルミニウム箔(重合作用電極:集電体)に、電流密度1mA/cm2で、1時間、20℃、定電流電解重合した。これにより、集電体とポリアニリン(層)が一体化した導電性高分子複合体を得た。ポリアニリン(層)の厚さは394μmであった。これを正極(正極基材、正極活物質)とした。
セパレータにセルロース系セパレーター(ニッポン高度紙工業社製、30μm)を使用した。負極基材に厚さ5μmの銅箔を、負極活物質に容量密度1.1mAh/cm2、厚さ30μmのグラファイト(エレクセル社製)を使用した。電解液は、1mol/LのLiPF6をプロピレンカーボネート(PC)に溶解したものである。上記正極、セパレータ、負極を積層した後、密閉容器中に封入し、電解液を浸透させて測定セルを作製した。
実施例2は、モノマーをアニリンからピロールとした以外は実施例1と同様とした。
電池の組み立て方法は、特に限定されないが、ここでは、乾燥Arガス雰囲気のグローブボックス内で行った。充放電評価は、北斗電工株式会社製「HJ1001SD8」を使用した。充電条件は、10CA(1000mA/g@PAn)の一定電流によって性能評価を行った。実施例1,2の各放電レートと電池セルとしての放電電気容量を表1に示す。
実施例1では、Cレートが0.1のときに、容量密度が77.8Wh/kg、Cレートが1のときに容量密度が62.2Wh/kg、Cレートが10のときに容量密度が41.8Wh/kg、Cレートが20のときに容量密度が27.5Wh/kgであった。実施例2では、Cレートが0.1のときに、容量密度が70.3Wh/kg、Cレートが1のときに容量密度が56.6Wh/kg、Cレートが10のときに容量密度が36.5Wh/kg、Cレートが20のときに容量密度が25.2Wh/kgであった。これに対し、従来の電池では、Cレートで3から5C程度で放電ができなくなり、使用の限界であり、本発明が極めて有意であることが分かる。
また、この結果から、第1電池は本発明のハイブリッド電池システムを電気自動車へ応用する場合に非常に有効であることが分かった。例えば、電気自動車の電池重量を150kgと設定したときに、第1電池(導電性高分子の電池)を35kg、第2電池(Liイオン電池)を115kg使用するとした場合、上記第1電池の重量35kgは以下のように算出できる。電気自動車の発進時に必要な出力は、出力密度3000W/kgを30秒間維持するものとして、3000×30/3600=25Wh/kgとなる。電池重量が150kgとして25Wh/kg×150kg=3.75kWhとなり、その70%(2.8kWh)を、第1電池を用いると設定した。第1電池のエネルギー密度は80Wh/kgとして、2800÷80=35kgとなる。
上記の通り、第1電池(導電性高分子の電池)を35kg、第2電池(Liイオン電池)を115kg使用することで以下の効果がある。第1に、高容量のLiイオン電池を使用することができるため走行距離が70%向上する。
第2に、第1電池(導電性高分子の電池)の高出力密度、高充電密度の性能により、8000W/kgの高出力が可能となり、走行加速時の高電流および回生充電時の高電流が可能となる。このことにより、Liイオン電池への高電流の負荷がなくなり、結果としてLiイオン電池の劣化が抑えられ、寿命が大幅に伸びる。
第3に、第1電池の充電時間を例えば5分以下にでき、短時間充電の第1電池分の充電で25kmの走行が可能である。
第4に、第2電池を汎用品のものを使用できるため、現在の電気自動車用電池よりも大幅に(例えば50%)コストダウンできる。
第5に、第1電池(導電性高分子の電池)は、ほとんど発熱しないため他の大型電池に必要な冷却システムを必要としない。
本発明のハイブリッド電池システムを電気自動車、電動スクーター、電動アシスト自転車、フォークリフト、パワーショベル、電動工具に採用できる。
1 第1電池
11 正極基材
12 導電性高分子膜
13 セパレータ
14 負極基材
15 グラファイト
2 第2電池
3 制御部
4 負荷
11 正極基材
12 導電性高分子膜
13 セパレータ
14 負極基材
15 グラファイト
2 第2電池
3 制御部
4 負荷
Claims (5)
- 正極に導電性高分子を含む構造であり、かつ中エネルギー密度かつ高出力密度の第1電池と、
高エネルギー密度かつ低出力密度の第2電池と、
高電流出力利用の場合に、前記第1電池から電流を供給させ、低電流出力利用の場合に前記第2電池から電流を供給させるように制御する制御部と、を有するハイブリッド電池システム。 - 前記第1電池は、60〜100Wh/kgの中エネルギー密度かつ7000〜9000W/kgの高出力密度の特性を有し、
前記第2電池は、150〜350Wh/kgの高エネルギー密度かつ200〜400W/kgの低出力密度の特性を有する、請求項1に記載のハイブリッド電池システム。 - 前記第1電池は、高充電密度の特性を有し高電流による充電が可能である、請求項1または2に記載のハイブリッド電池システム。
- 前記第1電池の充電残量を検出する第1検出部と、
前記第2電池の充電残量を検出する第2検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記第2検出部で検出された第2電池の充電残量が閾値以下、かつ前記第1検出部で検出された第1電池の充電残量が規定値以上の場合に、前記第1電池を用いて前記第2電池を充電するように制御する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイブリッド電池システム。 - 前記第2電池は、Liイオン電池である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のハイブリッド電池システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013123024A JP2014241224A (ja) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | ハイブリッド電池システム |
PCT/JP2014/065207 WO2014199942A1 (ja) | 2013-06-11 | 2014-06-09 | ハイブリッド電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013123024A JP2014241224A (ja) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | ハイブリッド電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014241224A true JP2014241224A (ja) | 2014-12-25 |
Family
ID=52022237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013123024A Pending JP2014241224A (ja) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | ハイブリッド電池システム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014241224A (ja) |
WO (1) | WO2014199942A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017125700A (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 本田技研工業株式会社 | 駆動装置、輸送機器及び制御方法 |
WO2018030477A1 (ja) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | 蓄電システム、車両、並びに機械設備 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10153636B1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-12-11 | Kitty Hawk Corporation | Electric vehicle hybrid battery system |
WO2021072065A1 (en) | 2019-10-09 | 2021-04-15 | Kitty Hawk Corporation | Hybrid power systems for different modes of flight |
US11655024B1 (en) | 2022-05-25 | 2023-05-23 | Kitty Hawk Corporation | Battery systems with power optimized energy source and energy storage optimized source |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06302316A (ja) * | 1993-04-15 | 1994-10-28 | Hitachi Ltd | ポリマー二次電池 |
JPH11332023A (ja) * | 1998-05-14 | 1999-11-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電気自動車用バッテリー |
JP2000340225A (ja) * | 1999-05-26 | 2000-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合電極組成物およびこれを用いたリチウム電池 |
JP2007037291A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Nec Corp | 自動車用蓄電システム |
JP2008258031A (ja) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Denso Corp | ポリマー二次電池 |
JP2012070609A (ja) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Lite On Clean Energy Technology Corp | ハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法 |
JP2013030350A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sony Corp | 活物質およびその製造方法、電極、二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具ならびに電子機器 |
-
2013
- 2013-06-11 JP JP2013123024A patent/JP2014241224A/ja active Pending
-
2014
- 2014-06-09 WO PCT/JP2014/065207 patent/WO2014199942A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06302316A (ja) * | 1993-04-15 | 1994-10-28 | Hitachi Ltd | ポリマー二次電池 |
JPH11332023A (ja) * | 1998-05-14 | 1999-11-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電気自動車用バッテリー |
JP2000340225A (ja) * | 1999-05-26 | 2000-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合電極組成物およびこれを用いたリチウム電池 |
JP2007037291A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Nec Corp | 自動車用蓄電システム |
JP2008258031A (ja) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Denso Corp | ポリマー二次電池 |
JP2012070609A (ja) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Lite On Clean Energy Technology Corp | ハイブリッドバッテリーモジュール及びバッテリーの管理方法 |
JP2013030350A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sony Corp | 活物質およびその製造方法、電極、二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具ならびに電子機器 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017125700A (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 本田技研工業株式会社 | 駆動装置、輸送機器及び制御方法 |
WO2018030477A1 (ja) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | 蓄電システム、車両、並びに機械設備 |
CN109196752A (zh) * | 2016-08-09 | 2019-01-11 | 株式会社东芝 | 蓄电系统、车辆以及机械设备 |
JPWO2018030477A1 (ja) * | 2016-08-09 | 2019-06-13 | 株式会社東芝 | 蓄電システム、車両、並びに機械設備 |
KR20210048591A (ko) * | 2016-08-09 | 2021-05-03 | 가부시끼가이샤 도시바 | 축전 시스템, 차량, 및 기계 설비 |
KR102346306B1 (ko) * | 2016-08-09 | 2022-01-03 | 가부시끼가이샤 도시바 | 축전 시스템, 차량, 및 기계 설비 |
CN109196752B (zh) * | 2016-08-09 | 2022-05-17 | 株式会社东芝 | 蓄电系统、车辆以及机械设备 |
JP7123797B2 (ja) | 2016-08-09 | 2022-08-23 | 株式会社東芝 | 蓄電システム、車両、並びに機械設備 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014199942A1 (ja) | 2014-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101636427B1 (ko) | 비수 전해액 전지용 전해액 및 비수 전해액 전지 | |
KR101445283B1 (ko) | 비수전해액 전지용 전해액 및 이것을 사용하는 비수전해액 전지 | |
KR101363442B1 (ko) | 전기 화학 디바이스용 전해질, 이것을 사용하는 전해액 및 비수 전해액 전지 | |
JP6120772B2 (ja) | 非水系二次電池 | |
US20060124973A1 (en) | Energy storage device, module thereof and electric vehicle using the same | |
WO2021015264A1 (ja) | 非水電解液、非水電解液電池、及び化合物 | |
JP6100808B2 (ja) | リチウム電池用電解液およびリチウム電池 | |
WO2014199942A1 (ja) | ハイブリッド電池システム | |
JP2016062820A (ja) | 非水電解液、電池用添加剤、電極およびリチウムイオン二次電池 | |
JP6341195B2 (ja) | 二次電池用電解液およびそれを用いた二次電池 | |
JP4239537B2 (ja) | 常温溶融塩型電解質およびそれを用いた電気化学デバイス | |
JP2003036849A (ja) | 二次電池 | |
JP2008117891A (ja) | 電気化学エネルギー蓄積デバイス | |
JP6603014B2 (ja) | 非水電解液及びこれを備えたリチウムイオン二次電池 | |
JP6278758B2 (ja) | 非水電解液及びこれを含む蓄電デバイス | |
JP5727985B2 (ja) | 電池用電極及びこれを用いた電池 | |
JP6980502B2 (ja) | 電池用非水電解液及びリチウム二次電池 | |
WO2024071253A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2009105028A (ja) | アンモニウム塩、並びにそれを用いた電解質、電解液、添加剤及び蓄電デバイス | |
JP2013114934A (ja) | 金属塩、電極保護膜形成剤、それを用いた二次電池用電解質、及び二次電池 | |
WO2024071254A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2013175409A (ja) | リチウム二次電池 | |
WO2020262440A1 (ja) | 電気化学デバイス | |
WO2024071255A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2014199779A (ja) | 過充電防止剤及びこれを含む電解液、並びにリチウムイオン二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160610 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170502 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171114 |