JP2015191750A - battery - Google Patents

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嘉夫 田川
Yoshio Tagawa
嘉夫 田川
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery efficiently exhibiting battery performance while minimizing the generation of dendrite.SOLUTION: A battery 10 includes an electrode body 110 and an electrolyte 112 which are stored in a single housing 120, the electrode body 110 comprising a positive side collector foil 102, a positive side electrode material 104 laminated on the positive side collector foil 102, a negative side collector foil 106, and a negative side electrode material 108 laminated on the negative side collector foil 106. A positive side electrode terminal Pn and a negative side electrode terminal Pn are connected to the positive side collector foil 102 and to the negative side collector foil 106, respectively. In the battery, at least one of the positive side electrode terminal Pn or the negative side electrode terminal Pn is provided in a plural number, and a control section 206 allowing individual control of each value of currents flowing through the electrode terminal Pp, Pn is included.

Description

本発明は、電池に関する。   The present invention relates to a battery.

従来、物質の化学反応を用いて電流を発生させる各種の電池が広く使用されている。
例えば、下記特許文献1は、燃料電池に関する技術であり、反応ガス流路が形成された燃料電池用セパレータを含む燃料電池セルを積層した燃料電池積層体と、前記燃料電池積層体の積層方向両端のうち少なくともいずれか一方に配置される複数の分割集電板を有する集合集電板と、前記分割集電板と導通する導電部と、前記導電部と前記分割集電板との間を導通又は非導通に切換える切換手段と、前記導電部と前記分割集電板との間の導通又は非導通の切換を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池セパレータの反応ガス流路を流れる反応ガスに沿って前記導通又は非導通の切換を制御する。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of batteries that generate current using chemical reactions of substances have been widely used.
For example, the following Patent Document 1 is a technology related to a fuel cell, and includes a fuel cell stack in which fuel cells including a fuel cell separator in which a reaction gas channel is formed, and both ends in the stacking direction of the fuel cell stack. A current collecting plate having a plurality of divided current collecting plates disposed in at least one of the current collecting plate, a conductive portion electrically connected to the divided current collecting plate, and conduction between the conductive portion and the divided current collecting plate. Or switching means for switching to non-conduction, and control means for controlling switching of conduction or non-conduction between the conductive portion and the divided current collector plate, the control means comprising a reaction gas flow of the fuel cell separator. The switching of the conduction or non-conduction is controlled along the reaction gas flowing through the path.

また、下記特許文献2は、二次電池用電極等に関する技術であり、複数に分割された集電箔と分割された集電箔上にそれぞれ形成された活物質層とを含む複数の電極要素と、電極要素の集電箔を連結する導電要素と、を有する。   Patent Document 2 below is a technique related to an electrode for a secondary battery and the like, and includes a plurality of electrode elements including a plurality of divided current collector foils and active material layers respectively formed on the divided current collector foils. And a conductive element connecting the current collector foils of the electrode elements.

特開2008−293825号公報JP 2008-293825 A 特開2010−97729号公報JP 2010-97729 A

一般的な化学電池は、集電箔上に電極材が積層され、この電極材と電解液中の電解質との化学反応によって生じる電流を取り出す構成となっている。
個々の電池内において電極材は一定の面積を有しているが、各領域における電極材の性能(電解質の取り込み量)は必ずしも均一ではなく、性能に対して過度に電解質が供給された領域には、電極材に取り込み切れなかった電解質が析出して、デンドライトが発生する場合がある。
このようなデンドライトの発生を抑制するためには、性能が低い領域に合わせて電流量を設定しなければならず、電池性能を最大限に発揮させることができない。
A general chemical battery has a configuration in which an electrode material is stacked on a current collector foil, and an electric current generated by a chemical reaction between the electrode material and an electrolyte in an electrolytic solution is taken out.
In each battery, the electrode material has a certain area, but the performance of the electrode material in each region (electrolyte uptake amount) is not necessarily uniform, and the region where the electrolyte is excessively supplied to the performance. In some cases, an electrolyte that cannot be completely taken into the electrode material is deposited, and dendrites may be generated.
In order to suppress the occurrence of such dendrites, the amount of current must be set in accordance with the low performance region, and the battery performance cannot be maximized.

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、デンドライトの発生を抑えつつ、効率的に電池性能を発揮させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to efficiently exhibit battery performance while suppressing the generation of dendrites.

上述した問題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる電池は、単一の筐体内に、正側集電箔、前記正側集電箔上に積層された正側電極材、負側集電箔、および前記負側集電箔上に積層された負側電極材からなる電極体と、電解液とが格納され、前記正側集電箔と接続する正側の電極端子と、前記負側集電箔と接続する負側の電極端子とを備える電池であって、正側の前記電極端子または負側の前記電極端子の少なくともいずれかは複数設けられており、複数設けられた前記電極端子に流れる電流をそれぞれ測定する複数の電流計と、前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記電極端子に流れる電流量をそれぞれ個別に制御する制御手段を備える、ことを特徴とする。
請求項2の発明にかかる電池は、前記制御手段は、前記電池の初期通電時に全ての前記電極端子に最大許容電流を流し、それぞれの前記電流計で測定された前記電流値を初期電流値として記録し、前記初期通電時以降は前記電流計で測定される記電流値が前記初期電流値になるように前記電流量を制御する、ことを特徴とする。
請求項3の発明にかかる電池は、前記制御手段は、前記電流計で測定された電流値が小さいほど、対応する前記電極端子に流れる電流量を小さくする、ことを特徴とする。
請求項4の発明にかかる電池は、複数の前記電極端子が設けられた側の集電箔および電極材は複数の領域に分割されており、分割されたそれぞれの前記領域の集電箔には単一の前記電極端子が設けられている、ことを特徴とする。
請求項5の発明にかかる電池は、前記制御手段は、隣り合う前記電極端子同士の前記電流値の差分が所定値以下の場合には、当該隣り合う前記電極端子間で短絡が生じていると判断する、ことを特徴とする。
請求項6の発明にかかる電池は、前記制御手段は、前記短絡が生じていると判断した場合、前記短絡が生じていると判定された前記電極端子から充電または放電を行わせて前記短絡を解消する、ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a battery according to the invention of claim 1 includes a positive current collector foil and a positive electrode laminated on the positive current collector foil in a single casing. A positive electrode in which an electrode body composed of a material, a negative current collector foil, and a negative electrode material laminated on the negative current collector foil, and an electrolyte is stored and connected to the positive current collector foil A battery comprising a terminal and a negative electrode terminal connected to the negative current collector foil, wherein at least one of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal is provided in plural, A plurality of ammeters that respectively measure the current flowing through the electrode terminals provided, and a control unit that individually controls the amount of current flowing through the electrode terminals based on the current value measured by the ammeter, It is characterized by that.
In the battery according to the second aspect of the present invention, the control means causes a maximum allowable current to flow through all the electrode terminals when the battery is initially energized, and uses the current value measured by each ammeter as an initial current value. It is recorded, and the amount of current is controlled so that the recorded current value measured by the ammeter after the initial energization becomes the initial current value.
The battery according to the invention of claim 3 is characterized in that the control means reduces the amount of current flowing through the corresponding electrode terminal as the current value measured by the ammeter is smaller.
In the battery according to the invention of claim 4, the current collector foil and the electrode material on the side where the plurality of electrode terminals are provided are divided into a plurality of regions, and the current collector foil in each of the divided regions is A single electrode terminal is provided.
In the battery according to the invention of claim 5, when the difference between the current values of the adjacent electrode terminals is equal to or less than a predetermined value, the control means has a short circuit between the adjacent electrode terminals. Judging.
In the battery according to the invention of claim 6, when the control means determines that the short circuit has occurred, the battery is charged or discharged from the electrode terminal determined to have the short circuit. It is characterized by eliminating.

請求項1の発明によれば、正側の電極端子または負側の電極端子の少なくともいずれかを複数設け、複数の電極端子に流れる電流量をそれぞれ個別に制御する。電池内の電極材の性能は均一ではなく、性能以上の電解質を与えると電極材表面にデンドライトが発生する可能性がある。請求項1の発明のように、少なくとも1方の電極に複数の電極端子を設けて、各領域ごとに電極材の性能に合わせて電流量を制御することによって、デンドライトの発生を抑えつつ効率的に電池性能を発揮させることができる。
請求項2の発明によれば、電池の初期通電時に初期電流値を記録して、以降は電流値が初期電流値以下になるように電流量を制御するので、各電極端子に対して適切な目標電流値(初期電流値)を設定することができる。
請求項3の発明によれば、電極端子に流れる電流値が小さいほど、すなわちリチウムイオンが析出しやすくデンドライトがより発生しやすい状況にあるほど、流れる電流量を小さくするので、デンドライド発生を抑制することができる。
請求項4の発明によれば、複数の電極端子が設けられた側の集電箔および電極材は複数の領域に分割されているので、電極端子と、当該電極端子に電荷の授受をおこなう電極体の領域との対応関係が明確になる。
請求項5の発明によれば、隣り合う電極端子同士の電流値の差分が所定値以下の場合には、当該隣り合う電極端子間で短絡が生じていると判断する。短絡の発生は電池性能低下の原因となるため、短絡を早期に短絡を検知することによって電池を安定して使用することができる。
請求項6の発明によれば、電極端子に短絡が生じていると判断した場合、短絡が生じていると判定された電極端子から充電または放電を行わせるので、短絡の原因となるデンドライトを解消して、電池性能を早期に回復させることができる。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of at least one of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are provided, and the amount of current flowing through the plurality of electrode terminals is individually controlled. The performance of the electrode material in the battery is not uniform, and if an electrolyte exceeding the performance is provided, dendrites may be generated on the surface of the electrode material. As in the first aspect of the present invention, by providing a plurality of electrode terminals on at least one electrode and controlling the amount of current in accordance with the performance of the electrode material for each region, the generation of dendrites can be suppressed efficiently. Can exhibit battery performance.
According to the invention of claim 2, since the initial current value is recorded at the time of initial energization of the battery, and thereafter the current amount is controlled so that the current value becomes equal to or less than the initial current value, it is appropriate for each electrode terminal. A target current value (initial current value) can be set.
According to the third aspect of the invention, the smaller the value of the current flowing through the electrode terminal, that is, the more likely it is that lithium ions are likely to deposit and the dendrite is more likely to be generated, the smaller the amount of current flowing, so be able to.
According to the invention of claim 4, since the current collector foil and the electrode material on the side provided with the plurality of electrode terminals are divided into a plurality of regions, the electrode terminal and the electrode for transferring charges to the electrode terminal Correspondence with body area becomes clear.
According to invention of Claim 5, when the difference of the electric current value of adjacent electrode terminals is below a predetermined value, it determines that the short circuit has arisen between the said adjacent electrode terminals. Since the occurrence of a short circuit causes a decrease in battery performance, the battery can be stably used by detecting the short circuit at an early stage.
According to the invention of claim 6, when it is determined that a short circuit has occurred in the electrode terminal, charging or discharging is performed from the electrode terminal determined to have a short circuit, thus eliminating the dendrite that causes the short circuit. Thus, the battery performance can be recovered early.

実施の形態にかかる電池10の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the battery 10 concerning embodiment. 電池10の電極体を模式的に示す説明図である。3 is an explanatory view schematically showing an electrode body of a battery 10. FIG. 電池10の他の構成を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing another configuration of the battery 10. FIG. 実施の形態2にかかる電池10の構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a configuration of a battery 10 according to a second embodiment. FIG. 電池10の他の構成を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing another configuration of the battery 10. FIG.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電池の好適な実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a battery according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる電池10の構成を示す説明図である。
実施の形態にかかる電池10は、単一の筐体120内に、正側集電箔102、正側集電箔102上に積層された正側電極材104、負側集電箔106、および負側集電箔106上に積層された負側電極材108からなる電極体110(110A,110B)と、電解液112とが格納されている。
また、電池10は、正側集電箔102と接続する正側の電極端子Pp(Pp1〜Pp5)と、負側集電箔106と接続する負側の電極端子Pn(Pn1〜Pn5)とを備える。
電池10は、単体で電気機器等に電力を供給する単電池であってもよいし、複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池内の一電池セルであってもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of the battery 10 according to the first embodiment.
The battery 10 according to the embodiment includes a positive current collector foil 102, a positive electrode material 104 laminated on the positive current collector foil 102, a negative current collector foil 106, and a single housing 120. The electrode body 110 (110A, 110B) which consists of the negative side electrode material 108 laminated | stacked on the negative side current collection foil 106, and the electrolyte solution 112 are stored.
The battery 10 includes a positive electrode terminal Pp (Pp1 to Pp5) connected to the positive current collector foil 102 and a negative electrode terminal Pn (Pn1 to Pn5) connected to the negative current collector foil 106. Prepare.
The battery 10 may be a single battery that supplies power to an electric device or the like alone, or may be a single battery cell in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells in series.

本実施の形態では、電池10はリチウムイオン二次電池であるものとする。
よって、正側集電箔102としてはアルミニウム箔が用いられ、正側電極材104としてはコバルト酸リチウムなどが用いられる。また、負側集電箔106としては銅箔が用いられ、負側電極材108としては炭素材料などが用いられる。また、電解液112にはリチウムイオンが含まれている。
電池10の充電時には、リチウムイオンが正極側から負極側に移動する。また、電池10の放電時には、リチウムイオンが負極側から正極側に移動する。
In the present embodiment, it is assumed that the battery 10 is a lithium ion secondary battery.
Therefore, an aluminum foil is used as the positive current collector foil 102, and lithium cobalt oxide or the like is used as the positive electrode material 104. Further, a copper foil is used as the negative current collector foil 106, and a carbon material or the like is used as the negative electrode material 108. Further, the electrolytic solution 112 contains lithium ions.
When the battery 10 is charged, lithium ions move from the positive electrode side to the negative electrode side. Further, when the battery 10 is discharged, lithium ions move from the negative electrode side to the positive electrode side.

なお、図1では、電池10が正負の集電箔102,106の片面に電極材104,108が積層された片側電極構造として図示しているが、集電箔102,106の両面に電極材を積層した両面電極構造であってもよい。   In FIG. 1, the battery 10 is illustrated as a one-sided electrode structure in which the electrode materials 104 and 108 are laminated on one surface of the positive and negative current collector foils 102 and 106, but the electrode material is disposed on both surfaces of the current collector foils 102 and 106. A double-sided electrode structure in which is laminated.

ここで、電池10の正側の電極端子Ppまたは負側の電極端子Pnの少なくともいずれかは複数設けられている。
図1の例では、正側の電極端子Ppおよび負側の電極端子Pnの両方が、複数(5つずつ)設けられている。また、各電極端子Pp,Pnには電流線Lが接続されている。
なお、図3に示すように、一方の電極端子(図3の例では負側の電極端子Pn)のみ複数設け、他方の電極端子(図3の例では正側の電極端子Pp)は1つのみ設けるようにしてもよい。
本実施の形態のように、電池10がリチウムイオン二次電池の場合、片方の電極端子のみ複数設ける際には、負側の電極端子Pnを複数設けることが好ましい。これは、後述するように、複数の電極端子Pnを設けて個別に電流量を制御することによって、電極体上におけるデンドライトの生成を抑制する効果が得られるためである。
Here, a plurality of at least one of the positive electrode terminal Pp and the negative electrode terminal Pn of the battery 10 are provided.
In the example of FIG. 1, a plurality (five each) of both the positive electrode terminal Pp and the negative electrode terminal Pn are provided. A current line L is connected to each electrode terminal Pp, Pn.
As shown in FIG. 3, only one electrode terminal (negative electrode terminal Pn in the example of FIG. 3) is provided, and the other electrode terminal (positive electrode terminal Pp in the example of FIG. 3) is one. You may make it provide only.
When the battery 10 is a lithium ion secondary battery as in the present embodiment, it is preferable to provide a plurality of negative electrode terminals Pn when only one electrode terminal is provided. This is because, as will be described later, by providing a plurality of electrode terminals Pn and individually controlling the amount of current, an effect of suppressing generation of dendrites on the electrode body can be obtained.

複数の電極端子(図1では負側の電極端子Pn1〜Pn5)には、それぞれ電流計202および電流制御回路204が接続されている。また、それぞれ電流計202および電流制御回路204は、制御部206に接続されている。
請求項における制御手段は、制御部206が電流計202の測定値に基づいて電流制御回路204の動作を制御することによって実現する。
電流計202は、複数設けられた電極端子Pp,Pnに流れる電流をそれぞれ測定する。
電流制御回路204は、スイッチやヒューズ、コンタクタなどで構成される集積回路である。
制御部206は、CPU、制御プログラムなどを格納・記憶するROM、制御プログラムの作動領域としてのRAM、各種データを書き換え可能に保持するEEPROM、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
制御部206は、電池10の状態を監視して充放電を制御するBMU(Battery Management Unit)などである。
An ammeter 202 and a current control circuit 204 are connected to the plurality of electrode terminals (negative electrode terminals Pn1 to Pn5 in FIG. 1), respectively. The ammeter 202 and the current control circuit 204 are connected to the control unit 206, respectively.
The control means in the claims is realized by the control unit 206 controlling the operation of the current control circuit 204 based on the measured value of the ammeter 202.
The ammeter 202 measures the current flowing through the plurality of electrode terminals Pp and Pn provided.
The current control circuit 204 is an integrated circuit composed of switches, fuses, contactors, and the like.
The control unit 206 includes a CPU, a ROM that stores and stores control programs, a RAM as an operation area of the control program, an EEPROM that holds various data in a rewritable manner, an interface unit that interfaces with peripheral circuits, and the like. Composed.
The control unit 206 is a BMU (Battery Management Unit) that monitors the state of the battery 10 and controls charging and discharging.

制御部206は、電流計202で測定された電流値に基づいて、電流制御回路204を制御して、各電極端子Pp,Pnに所望の電流量が流れるようにする。
すなわち、制御部206は、電流計202によって測定された電流値に基づいて、電極端子Pp,Pnに流れる電流量をそれぞれ個別に制御する。
より詳細には、制御部206は、電池10の初期通電時に全ての電極端子Pp,Pnに最大許容電流を流し、それぞれの電流計202で測定された電流値を初期電流値として記録し、初期通電時以降は電流計202で測定される電流値が初期電流値以下になるように前記電流量を制御する。
これは、初期通電時に各電極端子Pp,Pnにつながる電極体110の領域における抵抗の大きさを測定するためである。
The control unit 206 controls the current control circuit 204 based on the current value measured by the ammeter 202 so that a desired amount of current flows through the electrode terminals Pp and Pn.
That is, the control unit 206 individually controls the amount of current flowing through the electrode terminals Pp and Pn based on the current value measured by the ammeter 202.
More specifically, the control unit 206 causes the maximum allowable current to flow through all the electrode terminals Pp and Pn when the battery 10 is initially energized, and records the current value measured by each ammeter 202 as the initial current value. After energization, the amount of current is controlled so that the current value measured by the ammeter 202 is equal to or less than the initial current value.
This is for measuring the magnitude of resistance in the region of the electrode body 110 connected to the electrode terminals Pp and Pn during initial energization.

また、制御部206は、電流計202で測定された電流値が小さいほど、対応する電極端子Pp,Pnに流れる電流量を小さくするようにしてもよい。
これは、電極端子Pp,Pnに流れる電流値が小さいほど、リチウムイオンが析出しやすくデンドライトが発生しやすい状況にあると考えられるためである。このようなデンドライトの発生しやすい状態にある電極端子Pp,Pnに対して、流す電流量を小さくすることによって、より確実にデンドライド発生を抑制することができる。
Further, the control unit 206 may decrease the amount of current flowing through the corresponding electrode terminals Pp and Pn as the current value measured by the ammeter 202 is smaller.
This is because the smaller the current value flowing through the electrode terminals Pp and Pn, the more likely it is that lithium ions are likely to precipitate and dendrites are more likely to occur. The generation of dendrites can be more reliably suppressed by reducing the amount of current that flows to the electrode terminals Pp and Pn in a state where such dendrites are likely to occur.

図2は、電池10の電極体を模式的に示す説明図である。
図2は、それぞれ負側の電極体110Bを図示しており、図2Aには負側集電箔106に1つの電極端子Pnが接続され、図2Bには負側集電箔106に5つの電極端子Pn1〜Pn5が接続されている。
負側集電箔106上には負側電極材108が積層されている。ここで、電極材(図2では負側電極材108)の性能は、全領域に渡って一様であることが好ましいが、実際には各部によって異なる。
例えば電極端子Pnに流す電流の目標値を計10Aにした場合、図2Aのように負側電極材108を均等に10個の領域E1〜E10に分割すると、電極材の性能が全領域に渡って一様な場合には、各領域に1.0Aずつの電流が流れる。
しかし、実際には、各領域E1〜E10で流れる電流量(性能値)が異なり、図2Aに示すようなばらついた値となる。すなわち領域E1の性能値は1.0A、領域E2の性能値は1.2A、領域E3の性能値は0.8A、領域E4の性能値は0.7A、領域E5の性能値は0.9A、領域E6の性能値は1.3A、領域E7の性能値は0.9A、領域E8の性能値は0.7A、領域E9の性能値は1.2A、領域E10の性能値は1.1Aである。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an electrode body of the battery 10.
FIG. 2 illustrates the negative electrode body 110B. In FIG. 2A, one electrode terminal Pn is connected to the negative current collector foil 106, and FIG. Electrode terminals Pn1 to Pn5 are connected.
A negative electrode material 108 is stacked on the negative current collector foil 106. Here, the performance of the electrode material (the negative electrode material 108 in FIG. 2) is preferably uniform over the entire region, but actually differs depending on each part.
For example, when the target value of the current flowing through the electrode terminal Pn is set to 10A in total, if the negative electrode material 108 is equally divided into 10 regions E1 to E10 as shown in FIG. 2A, the performance of the electrode material extends over the entire region. Current is 1.0 A in each region.
However, in reality, the amount of current (performance value) flowing in each of the regions E1 to E10 is different, and varies as shown in FIG. 2A. That is, the performance value of the region E1 is 1.0A, the performance value of the region E2 is 1.2A, the performance value of the region E3 is 0.8A, the performance value of the region E4 is 0.7A, and the performance value of the region E5 is 0.9A. The performance value of region E6 is 1.3A, the performance value of region E7 is 0.9A, the performance value of region E8 is 0.7A, the performance value of region E9 is 1.2A, and the performance value of region E10 is 1.1A. It is.

このような状態の負側電極材108に対して各領域E1〜E10にそれぞれ1.0Aが流れるように電流を流すと、性能値が1.0A未満の領域でリチウムイオンの析出が生じ、デンドライトが発生する。
図2Aの構成でデンドライトが発生しないようにするには、各領域に流す電流量を領域E1〜E10における最小性能値である0.7Aに抑えればよい。しかしながら、この場合電極端子Pnには0.7A×10=7.0Aしか流れず、目標電流値(10A)との差が3.0Aとなる。
When a current is applied to the negative electrode material 108 in such a state such that 1.0 A flows in each of the regions E1 to E10, lithium ions are precipitated in a region where the performance value is less than 1.0 A, and dendrites Will occur.
In order to prevent dendrite from being generated in the configuration of FIG. 2A, the amount of current flowing in each region may be suppressed to 0.7 A, which is the minimum performance value in the regions E1 to E10. However, in this case, only 0.7 A × 10 = 7.0 A flows through the electrode terminal Pn, and the difference from the target current value (10 A) is 3.0 A.

一方、実施の形態にかかる電池10では、図2Bのように負側集電箔106に複数の電極端子Pn1〜Pn5を接続し、個々の電極端子Pn1〜Pn5に流す電流量を制御する。
ここで、電極端子Pn1には領域E1,E2を経た電流が、電極端子Pn2には領域E3,E4を経た電流が、電極端子Pn3には領域E5,E6を経た電流が、電極端子Pn4には領域E7,E8を経た電流が、電極端子Pn5には領域E9,E10を経た電流が、それぞれ流れるとする。
この場合、それぞれの電極端子Pnには、電流を供給する領域の性能値のうち低い方に合わせて目標電流を設定する。すなわち、電極端子Pn1では領域E1の性能値である1.0A×2、電極端子Pn2では領域E4の性能値である0.7A×2、電極端子Pn3では領域E5の性能値である0.9A×2、電極端子Pn5では領域E10の性能値である1.1A×2を、それぞれ目標電流値として設定する。
この結果、電極端子Pn1には1.0×2=2.0A、電極端子Pn2には0.7×2=1.4A、電極端子Pn3には0.9×2=1.8A、電極端子Pn4には0.7×2=1.4A、電極端子Pn5には1.1×2=2.2A、全体で計8.8Aが流れることになり、図2Aに示す構成と比較して電流量が増加し、目標電流値に近くなっている。
このように、実施の形態にかかる電池10では、集電箔の性能分布に応じて適切な電流量を設定することができ、電池10の性能をより有効に利用することができる。
On the other hand, in the battery 10 according to the embodiment, a plurality of electrode terminals Pn1 to Pn5 are connected to the negative current collector foil 106 as shown in FIG. 2B, and the amount of current flowing through the individual electrode terminals Pn1 to Pn5 is controlled.
Here, the current through the regions E1 and E2 is applied to the electrode terminal Pn1, the current through the regions E3 and E4 is applied to the electrode terminal Pn2, the current through the regions E5 and E6 is applied to the electrode terminal Pn3, and the current through the regions E5 and E6 is applied to the electrode terminal Pn4. It is assumed that currents passing through the regions E7 and E8 flow through the electrode terminals Pn5 and currents passing through the regions E9 and E10, respectively.
In this case, a target current is set for each electrode terminal Pn in accordance with the lower one of the performance values of the current supply region. That is, the electrode terminal Pn1 has a performance value of 1.0A × 2 in the region E1, the electrode terminal Pn2 has a performance value of 0.7A × 2 in the region E4, and the electrode terminal Pn3 has a performance value of 0.9A in the region E5. For the electrode terminal Pn5, the performance value of the region E10, 1.1A × 2, is set as the target current value.
As a result, 1.0 × 2 = 2.0 A for the electrode terminal Pn1, 0.7 × 2 = 1.4 A for the electrode terminal Pn2, 0.9 × 2 = 1.8 A for the electrode terminal Pn3, Pn4 is 0.7 × 2 = 1.4A, and electrode terminal Pn5 is 1.1 × 2 = 2.2A, so that a total of 8.8A flows. Compared to the configuration shown in FIG. The amount increases and is close to the target current value.
Thus, in the battery 10 according to the embodiment, an appropriate amount of current can be set according to the performance distribution of the current collector foil, and the performance of the battery 10 can be used more effectively.

また、制御部206は、隣り合う電極端子Pp,Pn同士の電流値の差分が所定値以下の場合には、当該隣り合う電極端子Pp,Pn間で短絡が生じていると判断する。
上述のように、制御部206は、各電極端子Pp,Pnにそれぞれ異なる電流量が流れるように制御するが、隣り合う電極端子Pp,Pn同士の電流値の差分が所定値以下、すなわちほぼ同一となった場合は、電極材表面に析出したデンドライトによって短絡が生じている可能性が高い。
制御部206は、このように短絡が生じていると判断した場合、短絡が生じていると判定された電極端子Pp,Pnから充電または放電を行わせて短絡を解消する。
本実施の形態では、電池10はリチウムイオン二次電池であるため、負側の電極端子Pnから放電を行い、負極に生じたリチウムデンドライトを解消する。
また、制御部206は、一度短絡が生じた電極端子Pp,Pnに流す電流量を短絡発生前よりも低くする。短絡した電極端子Pp,Pnに接続された電極体は抵抗が高くなっていると考えられ、電流値を変更しないと短絡が再発する可能性が高い。そこで、負荷を低減することで短絡の再発を防止している。
Moreover, the control part 206 judges that the short circuit has arisen between the said adjacent electrode terminal Pp, Pn, when the difference of the electric current value of adjacent electrode terminal Pp, Pn is below a predetermined value.
As described above, the control unit 206 controls each electrode terminal Pp and Pn so that different current flows, but the difference between the current values of the adjacent electrode terminals Pp and Pn is equal to or less than a predetermined value, that is, substantially the same. In such a case, there is a high possibility that a short circuit is caused by the dendrite deposited on the surface of the electrode material.
When the control unit 206 determines that a short circuit has occurred, the control unit 206 eliminates the short circuit by charging or discharging the electrode terminals Pp and Pn determined to have a short circuit.
In the present embodiment, since the battery 10 is a lithium ion secondary battery, discharging is performed from the negative electrode terminal Pn to eliminate lithium dendrite generated in the negative electrode.
In addition, the control unit 206 lowers the amount of current flowing through the electrode terminals Pp and Pn once short-circuited than before the occurrence of the short-circuit. The electrode body connected to the short-circuited electrode terminals Pp and Pn is considered to have a high resistance, and if the current value is not changed, there is a high possibility that the short circuit will recur. Therefore, the recurrence of the short circuit is prevented by reducing the load.

なお、隣り合う電極端子Pp,Pnの初期電流値の差分が所定値未満の場合には、元々電流値が近接した値であるため、上記短絡判断は行わない。
また、上記短絡判定は、電池10が一定以上の電流量で充電または放電されている場合にのみ行う。これは、相対的に少ない電流量で動作している場合には、それぞれの電極端子Pp,Pnに流れる電流量が少なく、十分な測定精度が得られず誤判定が生じる可能性があるためである。
When the difference between the initial current values of the adjacent electrode terminals Pp and Pn is less than a predetermined value, the current value is originally a close value, and thus the short circuit determination is not performed.
The short circuit determination is performed only when the battery 10 is charged or discharged with a current amount equal to or greater than a certain amount. This is because when operating with a relatively small amount of current, the amount of current flowing through each of the electrode terminals Pp and Pn is small, so that sufficient measurement accuracy cannot be obtained and erroneous determination may occur. is there.

なお、図1では、1つの電極端子Pnに対してそれぞれ1つの電流計202を接続しているが、これに限らず、複数の電極端子Pnに対して1つの電流計202を接続するようにしてもよい。例えば10個の電極端子Pnに対して電流計202が2個の場合、1個の電流計202に対して5個の電極端子Pnを接続し、接続された5個の電極端子Pnに流れる電流値の平均を測定する。
また、複数の電極端子Pnのうち、いずれかにのみ電流計202を接続して、電流値の代表値として用いてもよい。例えば10個の電極端子Pnに対して電流計202が2個の場合、2個の電極端子Pnの電流値を測定して10個の電極端子Pnの電流値の代表値として使用し、残り8個の電極端子Pnの電流値は測定しない。
このような構成によれば、電流計202の設置台数を低減し、電池10の生産コストを低くすることができる。
In FIG. 1, one ammeter 202 is connected to one electrode terminal Pn. However, the present invention is not limited to this, and one ammeter 202 is connected to a plurality of electrode terminals Pn. May be. For example, when there are two ammeters 202 for ten electrode terminals Pn, five electrode terminals Pn are connected to one ammeter 202, and currents flow through the five connected electrode terminals Pn. Measure the average of the values.
Further, the ammeter 202 may be connected to only one of the plurality of electrode terminals Pn and used as a representative value of the current value. For example, when there are two ammeters 202 for ten electrode terminals Pn, the current values of the two electrode terminals Pn are measured and used as representative values of the current values of the ten electrode terminals Pn, and the remaining 8 The current value of each electrode terminal Pn is not measured.
According to such a configuration, the number of installed ammeters 202 can be reduced, and the production cost of the battery 10 can be reduced.

また、電流計202に代えて、電極端子Pnの温度を測定する温度センサを用いてもよい。すなわち、電極端子Pnの温度が高いほど流れている電流値が大きい特性を利用して、電極端子Pnの温度から電流値を推定する相関式やマップなどを作成する。そして、温度センサの測定値と上記相関式やマップを用いて、電極端子Pnの温度に対応する電流値を推定するようにしてもよい。
このような構成によれば、電流計202と比較して安価な温度センサを用いて電極端子Pnの電流値を推定することができ、電池10の生産コストを低くすることができる。
Further, instead of the ammeter 202, a temperature sensor that measures the temperature of the electrode terminal Pn may be used. That is, a correlation equation or a map for estimating the current value from the temperature of the electrode terminal Pn is created using the characteristic that the current value flowing increases as the temperature of the electrode terminal Pn increases. And you may make it estimate the electric current value corresponding to the temperature of the electrode terminal Pn using the measured value of a temperature sensor, the said correlation type | formula, and a map.
According to such a configuration, the current value of the electrode terminal Pn can be estimated using an inexpensive temperature sensor as compared with the ammeter 202, and the production cost of the battery 10 can be reduced.

また、図1では、1つの電極端子Pnに対してそれぞれ1つの電流制御回路204を接続しているが、これに限らず、複数の電極端子Pnに対して1つの電流制御回路204を接続するようにしてもよい。例えば10個の電極端子Pnに対して電流制御回路204が2個の場合、1個の電流制御回路204に対して5個の電極端子Pnを接続し、接続された5個の電極端子Pnに流れる電流量を1個の電流制御回路204で制御する。
このような構成によれば、電流制御回路204の設置台数を低減し、電池10の生産コストを低くすることができる。
In FIG. 1, one current control circuit 204 is connected to one electrode terminal Pn. However, the present invention is not limited to this, and one current control circuit 204 is connected to a plurality of electrode terminals Pn. You may do it. For example, when there are two current control circuits 204 for ten electrode terminals Pn, five electrode terminals Pn are connected to one current control circuit 204, and the five connected electrode terminals Pn are connected. The amount of current flowing is controlled by one current control circuit 204.
According to such a configuration, the number of installed current control circuits 204 can be reduced, and the production cost of the battery 10 can be reduced.

以上説明したように、実施の形態にかかる電池10は、正側の電極端子Ppまたは負側の電極端子Pnの少なくともいずれかを複数設け、複数の電極端子に流れる電流量をそれぞれ個別に制御する。電池10内の電極体110の性能は均一ではなく、性能以上の電解質を与えると電極材表面にデンドライトが発生する可能性がある。電池10のように、少なくとも1方の電極に複数の電極端子を設けて、各領域ごとに電極体110の性能に合わせて電流量を制御することによって、デンドライトの発生を抑えつつ効率的に電池性能を発揮させることができる。
また、電池10は、電池10の初期通電時に初期電流値を記録して、以降は電流値が初期電流値以下になるように電流量を制御するので、各電極端子に対して適切な目標電流値(初期電流値)を設定することができる。
また、電池10は、隣り合う電極端子同士の電流値の差分が所定値以下の場合には、当該隣り合う電極端子間で短絡が生じていると判断する。短絡の発生は電池性能低下の原因となるため、短絡を早期に短絡を検知することによって電池を安定して使用することができる。
また、電池10は、電極端子に短絡が生じていると判断した場合、短絡が生じていると判定された電極端子から充電または放電を行わせるので、短絡の原因となるデンドライトを解消して、電池性能を早期に回復させることができる。
As described above, the battery 10 according to the embodiment includes a plurality of positive electrode terminals Pp and negative electrode terminals Pn, and individually controls the amount of current flowing through the plurality of electrode terminals. . The performance of the electrode body 110 in the battery 10 is not uniform, and if an electrolyte exceeding the performance is provided, dendrites may be generated on the surface of the electrode material. Like the battery 10, by providing a plurality of electrode terminals on at least one electrode and controlling the amount of current according to the performance of the electrode body 110 for each region, the battery can be efficiently produced while suppressing the generation of dendrites. Performance can be demonstrated.
Further, the battery 10 records the initial current value when the battery 10 is initially energized, and thereafter controls the amount of current so that the current value is equal to or less than the initial current value. A value (initial current value) can be set.
In addition, when the difference between the current values of the adjacent electrode terminals is equal to or less than a predetermined value, the battery 10 determines that a short circuit has occurred between the adjacent electrode terminals. Since the occurrence of a short circuit causes a decrease in battery performance, the battery can be stably used by detecting the short circuit at an early stage.
In addition, when the battery 10 determines that a short circuit has occurred in the electrode terminal, the battery 10 is charged or discharged from the electrode terminal determined to have a short circuit, eliminating the dendrite that causes the short circuit, Battery performance can be recovered early.

(実施の形態2)
実施の形態1では、正側集電箔102、正側電極材104、負側集電箔106および負側電極材108が、それぞれ筐体120内で連続して形成されていた。
実施の形態2では、正側集電箔102、正側電極材104、負側集電箔106および負側電極材108をそれぞれ複数の領域に分割し、各領域に1つの電極端子Pp,Pnを接続するようにしている。
なお、以下の説明において、実施の形態1と同様の箇所は同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the positive current collector foil 102, the positive electrode material 104, the negative current collector foil 106, and the negative electrode material 108 are each continuously formed in the housing 120.
In the second embodiment, the positive current collector foil 102, the positive electrode material 104, the negative current collector foil 106, and the negative electrode material 108 are each divided into a plurality of regions, and one electrode terminal Pp, Pn is provided for each region. To connect.
In the following description, parts similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図4は、実施の形態2にかかる電池10の構成を示す説明図である。
図4に示す構成では、正側集電箔102が5つの領域102A〜102Eに、正側電極材104が5つの領域104A〜104Eに、それぞれ分割されており、それぞれの正側集電箔102A〜102Eには、正側の電極端子Pp1〜Pp5が接続されている。
また、負極についても同様に、負側集電箔106が5つの領域106A〜106Eに、負側電極材108が5つの領域108A〜108Eに、それぞれ分割されており、それぞれの負側集電箔106A〜106Eには、負側の電極端子Pn1〜Pn5が接続されている。
このような構成によって、電極端子Pp,Pnと、当該電極端子Pp,Pnとの電荷の授受をおこなう電極体110の領域との対応関係が明確になる。
なお、このような領域の形成は、電極体110の一部にのみ設けてもよい。すなわち、複数の電極端子Pp,Pnのうちの一部が接続された領域では電極体110が分割されており、残りの電極端子Pp,Pnが接続された領域では電極体110が分割されていない(1つの領域に複数の電極端子Pp,Pnが設けられている)構成としてもよい。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a configuration of the battery 10 according to the second embodiment.
In the configuration shown in FIG. 4, the positive current collector foil 102 is divided into five regions 102A to 102E, and the positive electrode material 104 is divided into five regions 104A to 104E. -102E are connected to the positive electrode terminals Pp1-Pp5.
Similarly, for the negative electrode, the negative current collector foil 106 is divided into five regions 106A to 106E, and the negative electrode material 108 is divided into five regions 108A to 108E. Negative electrode terminals Pn1 to Pn5 are connected to 106A to 106E.
With such a configuration, the correspondence between the electrode terminals Pp and Pn and the region of the electrode body 110 that exchanges charges with the electrode terminals Pp and Pn becomes clear.
Note that such a region may be formed only on a part of the electrode body 110. That is, the electrode body 110 is divided in a region where a part of the plurality of electrode terminals Pp, Pn is connected, and the electrode body 110 is not divided in a region where the remaining electrode terminals Pp, Pn are connected. A configuration may be adopted (a plurality of electrode terminals Pp and Pn are provided in one region).

また、図5のように電池10内に電極体110の各領域を仕切る部材を設置してもよい。
図5は、電池10の他の構成を示す説明図である。
図5では、分割された電極体110に対応して、各電極体110の領域を仕切る仕切り部材114(114A〜114D)が設けられている。
仕切り部材114は、例えば筐体120と同素材の板など、物理的にも電気的にも各領域を分離する部材であってもよいし、電池内で正極と負極とを分離するセパレータを用いてもよい。仕切り部材114としてセパレータを用いる場合、各領域間は電気的に分離されているが、電解液112内の電解質等は移動可能となる。
このような構成によって、電池10内に複数の小電池が形成され、それぞれの小電池を独立した単電池として制御することができる。
Moreover, you may install the member which partitions off each area | region of the electrode body 110 in the battery 10 like FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another configuration of the battery 10.
In FIG. 5, partition members 114 (114 </ b> A to 114 </ b> D) that partition the regions of the electrode bodies 110 are provided corresponding to the divided electrode bodies 110.
The partition member 114 may be a member that physically and electrically separates each region, such as a plate made of the same material as the housing 120, or a separator that separates the positive electrode and the negative electrode in the battery. May be. When a separator is used as the partition member 114, each region is electrically separated, but the electrolyte or the like in the electrolytic solution 112 can move.
With such a configuration, a plurality of small batteries are formed in the battery 10, and each small battery can be controlled as an independent unit cell.

以上説明したように、実施の形態2では、電極体110が複数の領域に分割されており、個々の分割した電極体110に対して電極端子Pp,Pnを接続している。
上述した実施の形態1および実施の形態2は、いずれも個々の電極端子Pp,Pcに対して個別の電流量制御を可能とするものであるが、電極体110が分割されていない実施の形態1と比較して、実施の形態2では電流制御性能をより向上させることができる。
また、実施の形態2において、図4に示すように電極体110のみが分割されている構成と、図5に示すように電極体110が分割され、かつ各部が仕切られている構成とを比較すると、電流制御性能の観点では両者の性能は同等である。
ただし、図5のような構成では、仕切り部材114が設けられていることによって、デンドライドが発生したとしてもその成長が妨げられるので、デンドライド同士の接触による短絡発生を回避することができる。このことから、図5の構成では、電極端子間の短絡判定や短絡発生時の放電による短絡解消処理を行う必要がない。
As described above, in the second embodiment, the electrode body 110 is divided into a plurality of regions, and the electrode terminals Pp and Pn are connected to the divided electrode bodies 110.
The first embodiment and the second embodiment described above both enable individual current amount control for the individual electrode terminals Pp and Pc, but the embodiment in which the electrode body 110 is not divided. Compared to 1, the current control performance can be further improved in the second embodiment.
Further, in the second embodiment, the configuration in which only the electrode body 110 is divided as shown in FIG. 4 is compared with the configuration in which the electrode body 110 is divided and each part is partitioned as shown in FIG. Then, both performances are equivalent in terms of current control performance.
However, in the configuration as shown in FIG. 5, since the partition member 114 is provided, even if dendrid is generated, its growth is hindered, so that occurrence of a short circuit due to contact between the dendriides can be avoided. Therefore, in the configuration of FIG. 5, it is not necessary to perform the short-circuit determination processing between the electrode terminals and the short-circuit elimination processing by the discharge when the short-circuit occurs.

また、図4の構成について、正側または負側のいずれかのみにおいて電極体110を分割し複数の電極端子を設けた構成とし、他方の電極体110については図3の正側電極のように分割せずに電極端子を1つのみ設けるようにしてもよい。
このような構成によれば、一方の電極が分割されていることによって、図1や図3の構成と比較して電流制御性能を向上させることができる。また、他方の電極は分割する必要がないので、図4や図5の構成と比較して製造工程を簡素化することができる。
Further, in the configuration of FIG. 4, the electrode body 110 is divided only on either the positive side or the negative side, and a plurality of electrode terminals are provided, and the other electrode body 110 is like the positive side electrode of FIG. 3. Only one electrode terminal may be provided without being divided.
According to such a configuration, since one of the electrodes is divided, the current control performance can be improved as compared with the configurations of FIGS. 1 and 3. Moreover, since it is not necessary to divide the other electrode, the manufacturing process can be simplified as compared with the configuration of FIGS.

102……正側集電箔、104……正側電極材、106……負側集電箔、108……負側電極材、110……電極体、112……電解液、114……仕切り部材、120……筐体、202……電流計、204……電流制御回路、206……制御部、L……電流線、Pp(Pp1〜Pp5)……正側の電極端子、Pn(Pn1〜Pn5)……負側の電極端子。   102 …… Positive current collector foil, 104 …… Positive electrode material, 106 …… Negative current collector foil, 108 …… Negative electrode material, 110 …… Electrode body, 112 …… Electrolyte, 114 …… Partition 120, casing, 202, ammeter, 204, current control circuit, 206, control unit, L, current line, Pp (Pp1 to Pp5), positive electrode terminal, Pn (Pn1) ~ Pn5) ... Negative electrode terminal.

Claims (6)

単一の筐体内に、正側集電箔、前記正側集電箔上に積層された正側電極材、負側集電箔、および前記負側集電箔上に積層された負側電極材からなる電極体と、電解液とが格納され、前記正側集電箔と接続する正側の電極端子と、前記負側集電箔と接続する負側の電極端子とを備える電池であって、
正側の前記電極端子または負側の前記電極端子の少なくともいずれかは複数設けられており、
複数設けられた前記電極端子に流れる電流をそれぞれ測定する複数の電流計と、
前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記電極端子に流れる電流量をそれぞれ個別に制御する制御手段を備える、
ことを特徴とする電池。
In a single housing, a positive current collector foil, a positive electrode material laminated on the positive current collector foil, a negative current collector foil, and a negative electrode laminated on the negative current collector foil A battery having a positive electrode terminal connected to the positive current collector foil and a negative electrode terminal connected to the negative current collector foil. And
At least one of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal is provided in plural,
A plurality of ammeters each measuring a current flowing through the electrode terminals provided in plurality;
Based on the current value measured by the ammeter, comprising control means for individually controlling the amount of current flowing through the electrode terminal,
A battery characterized by that.
前記制御手段は、前記電池の初期通電時に全ての前記電極端子に最大許容電流を流し、それぞれの前記電流計で測定された前記電流値を初期電流値として記録し、前記初期通電時以降は前記電流計で測定される記電流値が前記初期電流値以下になるように前記電流量を制御する、
ことを特徴とする請求項1記載の電池。
The control means causes a maximum allowable current to flow through all the electrode terminals during initial energization of the battery, records the current value measured by each ammeter as an initial current value, and after the initial energization, Controlling the amount of current so that the current value measured by an ammeter is less than or equal to the initial current value;
The battery according to claim 1.
前記制御手段は、前記電流計で測定された電流値が小さいほど、対応する前記電極端子に流れる電流量を小さくする、
ことを特徴とする請求項1または2記載の電池。
The control means, the smaller the current value measured by the ammeter, the smaller the amount of current flowing through the corresponding electrode terminal,
The battery according to claim 1 or 2.
複数の前記電極端子が設けられた側の集電箔および電極材は複数の領域に分割されており、分割されたそれぞれの前記領域の集電箔には単一の前記電極端子が設けられている、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電池。
The current collector foil and the electrode material on the side where the plurality of electrode terminals are provided are divided into a plurality of regions, and each of the divided current collector foils is provided with a single electrode terminal. Yes,
The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記制御手段は、隣り合う前記電極端子同士の前記電流値の差分が所定値以下の場合には、当該隣り合う前記電極端子間で短絡が生じていると判断する、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の電池。
When the difference between the current values between the adjacent electrode terminals is equal to or less than a predetermined value, the control means determines that a short circuit has occurred between the adjacent electrode terminals.
The battery according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記制御手段は、前記短絡が生じていると判断した場合、前記短絡が生じていると判定された前記電極端子から充電または放電を行わせて前記短絡を解消する、
ことを特徴とする請求項5記載の電池。
When it is determined that the short circuit has occurred, the control means eliminates the short circuit by charging or discharging from the electrode terminal determined to have the short circuit.
The battery according to claim 5.
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