JP2019040733A - Battery pack - Google Patents

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麻奈美 小田原
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武 伊藤
貴志 倉林
Takashi Kurabayashi
貴志 倉林
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Abstract

To provide a battery pack having a long cycle life while maintaining a large electrical capacity.SOLUTION: A battery pack 2 is formed by combining a plurality of single cells 4. When a plurality of single cells 4 (6) located in a central portion is assumed to be a first single cell group 10 and a plurality of single cells 4 (8) located on both sides of the central portion is assumed to be a second single cell group 12, an electrolyte used in the cells 4 (6) contained in the first single cell group 10 is a first alkaline electrolyte containing NaOH as a main component of the solute and an electrolyte used in the cells 4 (8) contained in the second single cell group 12 is a second alkaline electrolyte containing KOH as a main component of the solute.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数の単電池を組み合わせて形成される組電池に関し、詳しくは、単電池としてアルカリ蓄電池を用いた組電池に関する。   The present invention relates to an assembled battery formed by combining a plurality of unit cells, and more particularly to an assembled battery using an alkaline storage battery as the unit cell.

昨今、太陽光発電などの再生可能エネルギーの有効活用、あるいは、緊急時の停電対策を目的として、蓄電・バックアップシステムのニーズが拡大している。このようなニーズに応えるため、大容量の蓄電池の需要が高まっており、アルカリ蓄電池においても大容量の製品の開発が進められている。ここで、蓄電池において大容量化を図る場合、例えば、複数の単電池を組み合わせて組電池を形成することが行われる。   In recent years, needs for power storage and backup systems are expanding for the purpose of effective use of renewable energy such as photovoltaic power generation, or power outage countermeasures in an emergency. In order to meet such needs, the demand for large-capacity storage batteries is increasing, and development of large-capacity products is being promoted for alkaline storage batteries. Here, in order to increase the capacity of the storage battery, for example, a plurality of unit cells are combined to form an assembled battery.

ところで、蓄電池においては、充放電にともなって、電池反応による反応熱やジュール熱が発生し、温度が上昇する。組電池において大容量化を図るべく単電池の個数を増やすと発生する熱量が増加するので、組電池は、単電池1個の場合に比べて温度が上昇し易く高温にさらされる度合いが大きい。蓄電池は高温にさらされて熱影響を受けると劣化し放電容量が低下する。このため、単電池を単独で使用する場合に比べて温度が上昇し易い組電池は、熱影響による放電容量の低下が起こり易いといった問題がある。   By the way, in a storage battery, with charge / discharge, reaction heat and Joule heat are generated by battery reaction, and the temperature rises. When the number of single cells is increased in order to increase the capacity of the assembled battery, the amount of heat generated increases. Therefore, the assembled battery is more likely to rise in temperature than the case of a single cell, and is exposed to a high temperature. When a storage battery is exposed to a high temperature and affected by heat, it deteriorates and its discharge capacity decreases. For this reason, an assembled battery whose temperature is likely to rise as compared with the case where a single battery is used alone has a problem in that the discharge capacity is likely to decrease due to thermal effects.

また、単電池として角形の単電池を複数個準備し、かかる複数の角形の単電池を組み合わせて組電池を形成した場合、複数個の円筒形電池を組み合わせて形成した組電池に比べ、単電池同士の接触面積が大きくなるので熱が発散し難く、特に中央部分は、熱が蓄積し易いので高温状態になり易い。一方、中央部分から両端の部分にいくにしたがって熱は発散し易くなる。このため、中央部分から離れた部分は、中央部分よりは高温状態になり難い。このように、組電池においては、場所によって温度に差が生じる。このため、より高温になる部分に位置する単電池は、他の部分に位置する単電池に比べ高温にさらされる度合いが高く熱影響を受け易い。このように、組電池内においては、熱影響を受けた単電池と、熱影響をあまり受けていない単電池とが存在するようになる。   In addition, when a plurality of rectangular unit cells are prepared as a unit cell and the assembled battery is formed by combining such a plurality of unit cell units, the unit cell is compared with the unit cell formed by combining a plurality of cylindrical cells. Since the contact area between them increases, it is difficult for heat to dissipate, and in particular, the central portion tends to be in a high temperature state because heat is likely to accumulate. On the other hand, heat tends to dissipate as it goes from the central portion to both end portions. For this reason, the part away from the central part is less likely to reach a higher temperature than the central part. Thus, in an assembled battery, a temperature difference arises according to a place. For this reason, the unit cell located in the part which becomes higher temperature has a high degree of exposure to high temperature, and is easily affected by heat, compared to the unit cell located in the other part. As described above, in the assembled battery, there are a single cell that is affected by heat and a single cell that is not significantly affected by heat.

一般的に電池は、熱影響を受けると劣化する。具体的には、充電効率が低下し、それにともない放電容量が低下する。したがって、組電池内の単電池においては、組電池内のどの部分に位置するかによって放電容量が異なってくる。このため、組電池内では、放電容量の低下の度合いが大きい単電池と放電容量の低下の度合いが小さい単電池とが混在し、放電容量のアンバランスが生じる傾向がある。このような傾向は、組電池が室温(25℃程度)よりも温度が高い高温環境で使用される場合や、単電池自体の発熱量が大きくなる高率充放電が行われる場合に、より顕著に現れる。   Generally, a battery deteriorates when it is affected by heat. Specifically, the charging efficiency is lowered, and the discharge capacity is lowered accordingly. Accordingly, the discharge capacity of the single battery in the assembled battery varies depending on the position in the assembled battery. For this reason, in the assembled battery, a single cell having a large degree of decrease in discharge capacity and a single cell having a small degree of decrease in discharge capacity tend to coexist, and the discharge capacity tends to be unbalanced. Such a tendency is more prominent when the assembled battery is used in a high-temperature environment where the temperature is higher than room temperature (about 25 ° C.), or when high-rate charge / discharge that increases the calorific value of the unit cell itself is performed. Appears in

一般的に電池においては、充放電を繰り返していくと、充放電サイクルの経過にともない電池は劣化していき、放電容量が低下していく。そして、電池の放電容量が所定値(下限値)を下回った時にサイクル寿命が尽きる。   In general, in a battery, when charging and discharging are repeated, the battery deteriorates as the charging and discharging cycle progresses, and the discharge capacity decreases. The cycle life is exhausted when the discharge capacity of the battery falls below a predetermined value (lower limit value).

ここで、組電池のサイクル寿命については、放電容量の低下の度合いが大きい単電池に依存する。つまり、放電容量の低下の度合いが大きい単電池ほど放電容量の下限値を早期に下回るので、放電容量の低下の度合いが大きい単電池が存在する組電池ほど短寿命となる。   Here, the cycle life of the assembled battery depends on the unit cell having a large degree of reduction in discharge capacity. That is, a single battery with a large degree of decrease in discharge capacity falls below the lower limit value of the discharge capacity earlier, so that an assembled battery having a single battery with a large degree of decrease in discharge capacity has a shorter life.

組電池においては、上記したような放電容量のアンバランスが生じている場合、組電池全体としてのサイクル寿命が短くなる問題がある。   In an assembled battery, when the above-described discharge capacity imbalance occurs, there is a problem that the cycle life of the entire assembled battery is shortened.

上記したような問題を解決するため、組電池においては、温度の上昇を抑えるための冷却機構を設けることが行われている。このような冷却機構としては、例えば、特許文献1に示すような、隣り合う単電池の間を仕切る放熱用仕切板が知られている。この放熱用仕切板は、通風孔を有しており、この通風孔内に冷却風を流通させることにより、単電池の冷却を行う。   In order to solve the above-described problems, a battery pack is provided with a cooling mechanism for suppressing an increase in temperature. As such a cooling mechanism, for example, a heat dissipation partition plate that partitions adjacent unit cells as shown in Patent Document 1 is known. The heat radiating partition plate has ventilation holes, and cools the cells by circulating cooling air through the ventilation holes.

特開2010−199089号公報JP 2010-199089 A

しかしながら、上記したような放熱用仕切板を用いた場合の冷却効果は、未だ十分ではない。また、各単電池の間に放熱用仕切板を介在させなければならず、組電池全体としては、大型化してしまう。このような組電池は、近年の省スペース化を図るための小形化のニーズに十分に応えられない。   However, the cooling effect in the case of using the heat dissipation partition plate as described above is still not sufficient. Further, a heat dissipation partition plate must be interposed between the single cells, and the entire assembled battery becomes large. Such an assembled battery cannot sufficiently meet the needs for downsizing in order to save space in recent years.

特許文献1のような冷却機構を用いない場合、高温にさらされても充電効率の低下を抑制できる電解液である耐熱型の電解液を用いる態様も考えられる。この場合、冷却機構を設けなくても放電容量のアンバランスをある程度抑制することができる。   When not using a cooling mechanism like patent document 1, the aspect using the heat-resistant type electrolyte solution which is electrolyte solution which can suppress the fall of charging efficiency even if exposed to high temperature is also considered. In this case, the discharge capacity imbalance can be suppressed to some extent without providing a cooling mechanism.

しかしながら、上記したような耐熱型の電解液は、もともとの放電容量が低く、組電池の大容量化を図ることが難しい。   However, the heat-resistant electrolyte as described above has a low original discharge capacity and it is difficult to increase the capacity of the assembled battery.

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、電気的な大容量を維持しつつ、サイクル寿命が長い組電池を提供することにある。   The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an assembled battery having a long cycle life while maintaining a large electric capacity.

本発明によれば、複数の単電池が組み合わされて形成された組電池において、前記単電池のそれぞれは、扁平な箱形状をなしており、前記箱形状における各面のうち最も面積の大きい面同士が合致して接触するように組み合わされ直線状に連結されており、前記直線状における長手方向の中央部分に位置する複数の前記単電池を第1の単電池群とし、前記直線状における長手方向において前記中央部分を挟む両側の部分に位置する複数の前記単電池を第2の単電池群とした場合に、前記第1の単電池群に含まれる前記単電池に用いられている電解液がNaOHを溶質の主成分とする第1のアルカリ電解液であり、前記第2の単電池群に含まれる前記単電池に用いられている電解液がKOHを溶質の主成分とする第2のアルカリ電解液である、組電池が提供される。   According to the present invention, in the assembled battery formed by combining a plurality of unit cells, each of the unit cells has a flat box shape, and the surface having the largest area among the surfaces in the box shape. A plurality of single cells that are combined and connected in a straight line so as to be in contact with each other and located in a central portion in the longitudinal direction in the straight line form a first single battery group, and the length in the straight line When a plurality of the unit cells located on both sides sandwiching the central portion in the direction is a second unit cell group, the electrolytic solution used for the unit cells included in the first unit cell group Is a first alkaline electrolyte containing NaOH as a main component of the solute, and the electrolyte used in the unit cells included in the second unit cell group is a second electrolyte containing KOH as the main component of the solute. An alkaline electrolyte, The battery is provided.

前記第1のアルカリ電解液におけるアルカリ成分の濃度の総和及び前記第2のアルカリ電解液におけるアルカリ成分の濃度の総和は、何れも5.30mol/l以上、8.50mol/l以下であり、前記第1のアルカリ電解液におけるNaOHの濃度は4.75mol/l以上、8.00mol/l以下であり、前記第2のアルカリ電解液におけるKOHの濃度は5.20mol/l以上、8.00mol/l以下である構成とすることが好ましい。   The sum of the concentrations of the alkali components in the first alkaline electrolyte and the sum of the concentrations of the alkali components in the second alkaline electrolyte are both 5.30 mol / l or more and 8.50 mol / l or less, The concentration of NaOH in the first alkaline electrolyte is 4.75 mol / l to 8.00 mol / l, and the concentration of KOH in the second alkaline electrolyte is 5.20 mol / l to 8.00 mol / l. It is preferable that the configuration is 1 or less.

前記第1の単電池群を構成する前記単電池の数が、前記組電池に含まれる前記単電池の総数の33%以上、50%以下である構成とすることが好ましい。   It is preferable that the number of the unit cells constituting the first unit cell group is 33% or more and 50% or less of the total number of the unit cells included in the assembled battery.

前記単電池の総数は、10個以上である構成とすることが好ましい。   The total number of the unit cells is preferably 10 or more.

本発明の組電池は、中央部分に位置する第1の単電池群に用いられる電解液としてNaOHを溶質の主成分とする第1のアルカリ電解液を用いている。このNaOHを溶質の主成分とする第1のアルカリ電解液は、熱による影響を受け難く、単電池の熱による劣化を抑制することができる。熱が蓄積し易い中央部分に耐熱性に優れる第1のアルカリ電解液を用いることにより、放電容量のアンバランスの度合いを小さくすることができ、それにともない組電池のサイクル寿命を長くすることができる。一方、中央部分以外には、放電特性に優れるKOHを溶質の主成分とする第2のアルカリ電解液を用いているので、組電池全体として大容量を維持することができる。このため、本発明によれば、電気的な大容量を維持しつつ、サイクル寿命の長い組電池を提供することができる。   In the assembled battery of the present invention, the first alkaline electrolyte containing NaOH as a main component of solute is used as the electrolyte used in the first unit cell group located in the central portion. The first alkaline electrolyte containing NaOH as a main component of solute is not easily affected by heat and can suppress deterioration of the unit cell due to heat. By using the first alkaline electrolyte having excellent heat resistance in the central portion where heat is likely to accumulate, the degree of imbalance of the discharge capacity can be reduced, and the cycle life of the assembled battery can be extended accordingly. . On the other hand, since the 2nd alkaline electrolyte which uses KOH which is excellent in discharge characteristics as a main ingredient of a solute is used except for a central part, a large capacity can be maintained as a whole assembled battery. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an assembled battery having a long cycle life while maintaining a large electric capacity.

本発明の一実施形態に係る組電池を概略的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed schematically the assembled battery which concerns on one Embodiment of this invention. 比較例1の組電池を概略的に示した斜視図である。6 is a perspective view schematically showing an assembled battery of Comparative Example 1. FIG. 比較例2の組電池を概略的に示した斜視図である。10 is a perspective view schematically showing an assembled battery of Comparative Example 2. FIG. 実施例1、比較例1及び比較例2の組電池について、容量維持率とサイクル数との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between a capacity | capacitance maintenance factor and the cycle number about the assembled battery of Example 1, the comparative example 1, and the comparative example 2. FIG. 温度分布測定用の組電池を概略的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed schematically the assembled battery for temperature distribution measurement. 各熱電対により測定された温度と時間経過との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the temperature measured by each thermocouple, and time passage.

以下、本発明が適用される組電池2について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an assembled battery 2 to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

組電池2は、例えば、図1に示すように、直方体形状の単電池4が10個組み合わされて形成されている。   For example, as shown in FIG. 1, the assembled battery 2 is formed by combining ten cuboid unit cells 4.

ここで、図1において、矢印X、矢印Y及び矢印Zで3方向を示した場合に、矢印Xの基端側を左とし、矢印Xの先端側を右とし、矢印Yの基端側を下とし、矢印Yの先端側を上とし、矢印Zの基端側を前とし、矢印Zの先端側を後とする。なお、後述する組電池を描いた他の図についても、上下左右前後の関係は同様とする。   Here, in FIG. 1, when three directions are indicated by arrows X, Y, and Z, the base end side of arrow X is left, the tip end side of arrow X is right, and the base end side of arrow Y is The bottom side of the arrow Y is the top, the base side of the arrow Z is the front, and the tip side of the arrow Z is the back. It should be noted that the relationship between the upper, lower, left, and right directions is the same in other drawings depicting the assembled battery described later.

上記のように規定した場合、単電池4は、左側に位置する左側面、右側に位置する右側面、下側に位置する下面、上側に位置する上面、前側に位置する前面及び後側に位置する後面の各面を有している。ここで、左側面、上面、右側面及び下面の前後方向の幅は、前面及び後面の上下方向や左右方向の幅に比べて小さく、単電池4は全体として扁平な箱形状をしている。   When specified as described above, the unit cell 4 is positioned on the left side surface located on the left side, the right side surface located on the right side, the lower surface located on the lower side, the upper surface located on the upper side, the front surface located on the front side, and the rear side. It has each surface of the rear surface. Here, the width in the front-rear direction of the left side, upper surface, right side, and lower surface is smaller than the vertical and horizontal widths of the front and rear surfaces, and the unit cell 4 has a flat box shape as a whole.

より具体的には、単電池4は、矢印Z方向の長さを単位長さUとした場合、矢印X方向の長さWは単位長さUの5〜6倍の長さであり、矢印Y方向の長さLは単位長さUの7〜8倍の長さである、箱形状をなしていることが好ましい。   More specifically, in the unit cell 4, when the length in the arrow Z direction is the unit length U, the length W in the arrow X direction is 5 to 6 times the unit length U. The length L in the Y direction preferably has a box shape that is 7 to 8 times the unit length U.

単電池4は、いわゆる角形のアルカリ蓄電池であり、その内部には、正極と負極とがセパレータを介して重ね合わされた電極群と、アルカリ電解液とを含んでいる。   The unit cell 4 is a so-called rectangular alkaline storage battery, and includes therein an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are overlapped via a separator, and an alkaline electrolyte.

正極は、アルカリ蓄電池の正極として一般的に用いられているものが用いられる。例えば、正極活物質として水酸化ニッケルを含む正極が用いられる。   What is generally used as a positive electrode of an alkaline storage battery is used for the positive electrode. For example, a positive electrode containing nickel hydroxide is used as the positive electrode active material.

負極は、アルカリ蓄電池の負極として一般的に用いられているものが用いられる。例えば、負極活物質としての水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金を含む負極が用いられる。   What is generally used as a negative electrode of an alkaline storage battery is used for a negative electrode. For example, a negative electrode including a hydrogen storage alloy capable of storing and releasing hydrogen as a negative electrode active material is used.

セパレータとしては、アルカリ蓄電池のセパレータとして一般的に用いられているものが用いられる。例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの等が用いられる。   As a separator, what is generally used as a separator of an alkaline storage battery is used. For example, those obtained by imparting a hydrophilic functional group to a nonwoven fabric made of polyamide fiber, those obtained by imparting a hydrophilic functional group to a nonwoven fabric made of polyolefin fiber such as polyethylene or polypropylene, and the like are used.

アルカリ電解液としては、アルカリ成分の溶質として、NaOH及びKOHのうちの少なくとも1種を含んでいる水溶液が用いられる。   As the alkaline electrolyte, an aqueous solution containing at least one of NaOH and KOH is used as the solute of the alkaline component.

本発明においては、アルカリ成分のうちNaOHを溶質の主成分とする第1のアルカリ電解液と、アルカリ成分のうちKOHを溶質の主成分とする第2のアルカリ電解液とが準備される。ここで、主成分とは、溶質の中で一番多く含まれている成分のことを指す。   In the present invention, a first alkaline electrolyte containing NaOH as a main component of a solute among alkali components and a second alkaline electrolyte containing KOH as a main component of a solute among alkali components are prepared. Here, a main component refers to the component contained most in a solute.

第1のアルカリ電解液は、高温環境下においても充電効率の低下を抑制することができる耐熱性に優れた電解液である。   The first alkaline electrolyte is an electrolyte having excellent heat resistance that can suppress a decrease in charging efficiency even in a high temperature environment.

第2のアルカリ電解液は、熱の影響を多少受け易いものの放電特性に優れた電解液である。   The second alkaline electrolyte is an electrolyte having excellent discharge characteristics although it is somewhat affected by heat.

なお、上記したアルカリ電解液においては、必要に応じてLiOHを添加することが好ましい。LiOHを添加した場合、得られる単電池においては、酸素発生電位を押し上げられるので高率での充電特性が向上する。   In addition, in the above-mentioned alkaline electrolyte, it is preferable to add LiOH as needed. In the case where LiOH is added, in the obtained single cell, the oxygen generation potential can be pushed up, so that charging characteristics at a high rate are improved.

上記した何れのアルカリ電解液においても、アルカリ成分の濃度の総和は、5.30mol/l以上、8.50mol/l以下とすることが好ましい。また、第1のアルカリ電解液においては、NaOHの濃度は、4.75mol/l以上、8.00mol/l以下とすることが好ましく、第2のアルカリ電解液におけるKOHの濃度は、5.20mol/l以上、8.00mol/l以下とすることが好ましい。更に、LiOHの濃度は、1.25mol/l以下とすることが好ましい。   In any of the above alkaline electrolytes, the total concentration of the alkali components is preferably 5.30 mol / l or more and 8.50 mol / l or less. Further, in the first alkaline electrolyte, the concentration of NaOH is preferably 4.75 mol / l or more and 8.00 mol / l or less, and the concentration of KOH in the second alkaline electrolyte is 5.20 mol. / L or more and 8.00 mol / l or less is preferable. Furthermore, the LiOH concentration is preferably 1.25 mol / l or less.

上記したアルカリ成分の濃度の総和については、上記した濃度の範囲を外れると電解液の導電率が低下し、十分な充放電特性を確保することが困難となる。   Regarding the total concentration of the alkali components described above, if the concentration is out of the above-described concentration range, the conductivity of the electrolytic solution is lowered, and it is difficult to ensure sufficient charge / discharge characteristics.

また、第1のアルカリ電解液においては、NaOHについて、上記した濃度の範囲を外れると電解液の導電率が低下し、十分な充放電特性を確保することが困難となる。   Further, in the first alkaline electrolyte, when the concentration of NaOH is out of the above-described concentration range, the conductivity of the electrolyte decreases, and it becomes difficult to ensure sufficient charge / discharge characteristics.

また、第2のアルカリ電解液においては、KOHについて、上記した濃度の範囲を外れると電解液の導電率が低下し、十分な充放電特性を確保することが困難となる。   Further, in the second alkaline electrolyte, when the KOH is out of the above-described concentration range, the conductivity of the electrolyte is lowered, and it is difficult to ensure sufficient charge / discharge characteristics.

LiOHについては、1.25mol/lを超えると析出してしまうので、この濃度を上限とすることが好ましい。なお、LiOHは補助的な成分であり、必ずしも含まれている必要はないので、下限値は0mol/lである。   About LiOH, since it will precipitate when it exceeds 1.25 mol / l, it is preferable to make this density | concentration into an upper limit. Since LiOH is an auxiliary component and does not necessarily need to be contained, the lower limit is 0 mol / l.

単電池4においては、上記した第1のアルカリ電解液を含む第1の単電池6と、上記した第2のアルカリ電解液を含む第2の単電池8とが準備される。つまり、第1の単電池6は耐熱性に優れており、第2の単電池8は放電特性に優れている。   In the single battery 4, a first single battery 6 including the first alkaline electrolyte described above and a second single battery 8 including the second alkaline electrolyte described above are prepared. That is, the first unit cell 6 is excellent in heat resistance, and the second unit cell 8 is excellent in discharge characteristics.

以上のような単電池4は、複数個準備され、それぞれの単電池4は、箱形状における各面のうち最も面積の大きい面同士が合致して接触するように組み合わされて直線状に連結される。具体的には、一方の単電池4の後面と他方の単電池4の前面とが接触するような態様で組み合わされる。このようにして組電池2が形成される。このとき、組電池の中央部分に第1の単電池6を4個配置し、この中央部分を挟む両側に第2の単電池8を3個ずつ配置する。ここで、中央部分に位置する4個の第1の単電池6を第1の単電池群10とし、この第1の単電池群10の両側に位置する合計6個の第2の単電池8を第2の単電池群12とする(図1参照)。   A plurality of the unit cells 4 as described above are prepared, and each unit cell 4 is combined and connected in a straight line so that the surfaces having the largest areas of the surfaces in the box shape are in contact with each other. The Specifically, they are combined in such a manner that the rear surface of one unit cell 4 and the front surface of the other unit cell 4 are in contact with each other. In this way, the assembled battery 2 is formed. At this time, four first unit cells 6 are arranged in the central part of the assembled battery, and three second unit cells 8 are arranged on both sides sandwiching the central unit. Here, the four first unit cells 6 positioned in the central portion are defined as a first unit cell group 10, and a total of six second unit cells 8 positioned on both sides of the first unit cell group 10. Is a second cell group 12 (see FIG. 1).

このように、熱の蓄積し易い中央部分に耐熱性に優れる第1の単電池6を含む第1の単電池群10が存在し、放熱し易い端部には、熱の影響を多少受け易いものの放電特性に優れる第2の単電池8を含む第2の単電池群12が存在するように構成されているので、単電池4が発熱したとしても熱が蓄積され易い中央部分に位置する第1の単電池6は熱影響を受けにくいので、放電容量のアンバランスの度合いを小さく抑制することができ、組電池2の長寿命化に貢献する。そして、熱が発散し易く中央部分に比べて高温とならない両端部に位置する第2の単電池8は熱影響をあまり受けることなく放電特性を十分に発揮することができる。このため、電気的な大容量を維持しつつサイクル寿命の長い組電池2が得られる。   As described above, the first unit cell group 10 including the first unit cell 6 excellent in heat resistance exists in the central portion where heat is likely to be accumulated, and the end portion where heat is easily radiated is somewhat susceptible to heat. Since the second unit cell group 12 including the second unit cell 8 having excellent discharge characteristics is present, the second unit cell 12 is located in the central portion where heat is easily accumulated even if the unit cell 4 generates heat. Since the single cell 6 is not easily affected by heat, the degree of unbalance of the discharge capacity can be suppressed to be small, which contributes to extending the life of the assembled battery 2. And the 2nd single cell 8 located in the both ends which are easy to radiate | emit heat and do not become high temperature compared with a center part can fully exhibit a discharge characteristic, without receiving thermal influence so much. For this reason, the assembled battery 2 having a long cycle life can be obtained while maintaining a large electric capacity.

ここで、組電池における充放電時の温度分布を以下のようにして求めた。   Here, the temperature distribution during charging / discharging of the assembled battery was determined as follows.

まず、温度測定用の組電池として、図5に示すような、箱型の単電池4が12個組み合わされた組電池42を準備した。この組電池42は、従来から用いられている一般的な組電池である。この組電池42において、両端間の中間の位置を中心位置Cとする。そして、この中心位置Cの前側に位置する単電池を中心位置Cから近い順に、前側第1電池a1、前側第2電池a2、前側第3電池a3、前側第4電池a4、前側第5電池a5、前側第6電池a6とする。また、この中心位置Cの後側に位置する単電池を中心位置Cから近い順に、後側第1電池b1、後側第2電池b2、後側第3電池b3、後側第4電池b4、後側第5電池b5、後側第6電池b6とする。   First, as an assembled battery for temperature measurement, an assembled battery 42 in which 12 box-type unit cells 4 were combined as shown in FIG. 5 was prepared. The assembled battery 42 is a general assembled battery that has been used conventionally. In the assembled battery 42, an intermediate position between both ends is set as a center position C. Then, the cells located on the front side of the center position C are arranged in order from the center position C in the order of the front first battery a1, the front second battery a2, the front third battery a3, the front fourth battery a4, and the front fifth battery a5. The front sixth battery a6. Further, the cells located on the rear side of the center position C are arranged in order from the center position C in the order of the rear first battery b1, the rear second battery b2, the rear third battery b3, the rear fourth battery b4, The rear side fifth battery b5 and the rear side sixth battery b6 are designated.

次いで、前側第1電池a1と後側第1電池b1との間、つまり中心位置Cに第1熱電対t1を配設し、前側第1電池a1と前側第2電池a2との間に第2熱電対t2を配設し、前側第2電池a2と前側第3電池a3との間に第3熱電対t3を配設し、前側第3電池a3と前側第4電池a4との間に第4熱電対t4を配設し、前側第4電池a4と前側第5電池a5との間に第5熱電対t5を配設し、前側第5電池a5と前側第6電池a6との間に第6熱電対t6を配設した。このようにして、上記した単電池間の温度を測定できるようにした。なお、中心位置Cを挟んで前後に位置する各単電池においては、中心位置Cからの距離が同じ電池同士(例えば、前側第3電池a3と後側第3電池b3)は温度がほぼ同じになると想定し、中心位置C及び前側の各単電池間の温度についてのみ測定することとして後側の各単電池間の温度については測定を省略した。   Next, the first thermocouple t1 is disposed between the front first battery a1 and the rear first battery b1, that is, at the center position C, and the second thermocouple is between the front first battery a1 and the front second battery a2. A thermocouple t2 is disposed, a third thermocouple t3 is disposed between the front second battery a2 and the front third battery a3, and a fourth is disposed between the front third battery a3 and the front fourth battery a4. A thermocouple t4 is disposed, a fifth thermocouple t5 is disposed between the front fourth battery a4 and the front fifth battery a5, and a sixth thermocouple t5 is disposed between the front fifth battery a5 and the front sixth battery a6. A thermocouple t6 was provided. In this way, the temperature between the unit cells described above can be measured. In addition, in each single cell located before and after the center position C, the batteries having the same distance from the center position C (for example, the front third battery a3 and the rear third battery b3) have substantially the same temperature. Assuming that this is the case, only the temperature between the center position C and the front unit cells is measured, and the temperature between the rear unit cells is omitted.

熱電対がセットされた組電池42について、充電電流が25Aで10時間の充電を行った後、1時間休止させた。次いで、休止後の組電池42について、放電電流が50Aで放電を行った。この放電は、組電池42の電圧が1.0Vに到達した段階で終了させた。その後、組電池42を1時間休止させた。以上のような条件で充放電操作を行い、その際の各単電池間の温度を測定した。各単電池間の温度と経過時間との関係を表したグラフを図6に示した。なお、図6中において、参照符号t1は第1熱電対t1の温度、参照符号t2は第2熱電対t2の温度、参照符号t3は第3熱電対t3の温度、参照符号t4は第4熱電対t4の温度、参照符号t5は第5熱電対t5の温度、参照符号t6は第6熱電対t6の温度をそれぞれ示している。   The assembled battery 42 on which the thermocouple was set was charged for 10 hours at a charging current of 25 A, and then rested for 1 hour. Next, the battery pack 42 after resting was discharged at a discharge current of 50A. This discharge was terminated when the voltage of the assembled battery 42 reached 1.0V. Thereafter, the assembled battery 42 was suspended for 1 hour. The charge / discharge operation was performed under the above conditions, and the temperature between the single cells at that time was measured. A graph showing the relationship between the temperature and the elapsed time between the individual cells is shown in FIG. In FIG. 6, reference numeral t1 is the temperature of the first thermocouple t1, reference numeral t2 is the temperature of the second thermocouple t2, reference numeral t3 is the temperature of the third thermocouple t3, and reference numeral t4 is the fourth thermocouple. The temperature of the pair t4, the reference symbol t5 indicates the temperature of the fifth thermocouple t5, and the reference symbol t6 indicates the temperature of the sixth thermocouple t6.

一方、各熱電対が測定した最高温度を表1に示した。   On the other hand, the maximum temperature measured by each thermocouple is shown in Table 1.

ここで、上記した第1熱電対t1により示される温度は、前側第1電池a1の温度を表している。なお、前側第1電池a1と対称となる後側第1電池b1の温度も、この第1熱電対t1により示される温度とほぼ同じであると考えられる。また、上記した熱電対t2により示される温度は、前側第2電池a2の温度を表している。なお、前側第2電池a2と対称となる後側第2電池b2の温度も、この第2熱電対t2により示される温度とほぼ同じであると考えられる。また、上記した熱電対t3により示される温度は、前側第3電池a3の温度を表している。なお、前側第3電池a3と対称となる後側第3電池b3の温度も、この第3熱電対t3により示される温度とほぼ同じであると考えられる。また、上記した第4熱電対t4により示される温度は、前側第4電池a4の温度を表している。なお、前側第4電池a4と対称となる後側第4電池b4の温度も、この第4熱電対t4により示される温度とほぼ同じであると考えられる。また、上記した熱電対t5により示される温度は、前側第5電池a5の温度を表している。なお、前側第5電池a5と対称となる後側第5電池b5の温度も、この第5熱電対t5により示される温度とほぼ同じであると考えられる。また、上記した熱電対t6により示される温度は、前側第6電池a6の温度を表している。なお、前側第6電池a6と対称となる後側第6電池b6の温度も、この第6熱電対t6により示される温度とほぼ同じであると考えられる。   Here, the temperature indicated by the first thermocouple t1 represents the temperature of the front first battery a1. Note that the temperature of the rear first battery b1 that is symmetrical to the front first battery a1 is also considered to be substantially the same as the temperature indicated by the first thermocouple t1. The temperature indicated by the thermocouple t2 described above represents the temperature of the front second battery a2. Note that the temperature of the rear second battery b2 that is symmetrical to the front second battery a2 is also considered to be substantially the same as the temperature indicated by the second thermocouple t2. The temperature indicated by the thermocouple t3 described above represents the temperature of the front third battery a3. Note that the temperature of the rear third battery b3 that is symmetrical to the front third battery a3 is also considered to be substantially the same as the temperature indicated by the third thermocouple t3. The temperature indicated by the fourth thermocouple t4 described above represents the temperature of the front fourth battery a4. In addition, it is thought that the temperature of the back side 4th battery b4 symmetrical with the front side 4th battery a4 is also substantially the same as the temperature shown by this 4th thermocouple t4. Further, the temperature indicated by the thermocouple t5 described above represents the temperature of the front side fifth battery a5. In addition, it is thought that the temperature of the back side 5th battery b5 symmetrical with the front side 5th battery a5 is also substantially the same as the temperature shown by this 5th thermocouple t5. The temperature indicated by the thermocouple t6 described above represents the temperature of the front side sixth battery a6. In addition, it is thought that the temperature of the back side 6th battery b6 symmetrical with the front side 6th battery a6 is also substantially the same as the temperature shown by this 6th thermocouple t6.

表1における第1熱電対t1が示した最高温度は、前側第1電池a1及び後側第1電池b1を含む領域を第1領域とした場合に、当該第1領域が少なくとも到達する温度を示している。また、表1における第2熱電対t2が示した最高温度は、中心位置Cから前側第2電池a2までの領域及び中心位置Cから後側第2電池b2までの領域を含む領域を第2領域とした場合に、当該第2領域が少なくとも到達する温度を示している。また、表1における第3熱電対t3が示した最高温度は、中心位置Cから前側第3電池a3までの領域及び中心位置Cから後側第3電池b3までの領域を含む領域を第3領域とした場合に、当該第3領域が少なくとも到達する温度を示している。また、表1における第4熱電対t4が示した最高温度は、中心位置Cから前側第4電池a4までの領域及び中心位置Cから後側第4電池b4までの領域を含む領域を第4領域とした場合に、当該第4領域が少なくとも到達する温度を示している。また、表1における第5熱電対t5が示した最高温度は、中心位置Cから前側第5電池a5までの領域及び中心位置Cから後側第5電池b5までの領域を含む領域を第5領域とした場合に、当該第5領域が少なくとも到達する温度を示している。また、表1における第6熱電対t6が示した最高温度は、中心位置Cから前側第6電池a6までの領域及び中心位置Cから後側第6電池b6までの領域を含む領域を第6領域とした場合に、当該第6領域が少なくとも到達する温度を示している。   The maximum temperature indicated by the first thermocouple t1 in Table 1 indicates the temperature at which the first region reaches at least when the region including the front first battery a1 and the rear first battery b1 is defined as the first region. ing. In addition, the maximum temperature indicated by the second thermocouple t2 in Table 1 is a second region including a region from the center position C to the front second battery a2 and a region including the region from the center position C to the rear second battery b2. In this case, the temperature reaches at least the second region. Further, the maximum temperature indicated by the third thermocouple t3 in Table 1 is a third region including a region from the center position C to the front third battery a3 and a region including the region from the center position C to the rear third battery b3. In this case, the temperature reaches at least the third region. In addition, the maximum temperature indicated by the fourth thermocouple t4 in Table 1 is a fourth region that includes a region from the center position C to the front fourth battery a4 and a region from the center position C to the rear fourth battery b4. In this case, the temperature at which the fourth region reaches at least is indicated. In addition, the maximum temperature indicated by the fifth thermocouple t5 in Table 1 is the fifth region including the region from the center position C to the front fifth battery a5 and the region from the center position C to the rear fifth battery b5. In this case, the temperature reaches at least the fifth region. In addition, the maximum temperature indicated by the sixth thermocouple t6 in Table 1 is a sixth region that includes a region from the center position C to the front sixth battery a6 and a region from the center position C to the rear sixth battery b6. In this case, the temperature reaches at least the sixth region.

次に、上記した各領域に含まれる単電池の個数及び各領域が組電池42の全体に占める比率を表1に併せて示した。具体的には、上記した第1領域に含まれる単電池の個数は、2個であり、組電池42の全体の単電池12個中17%を占めている。また、上記した第2領域に含まれる単電池の個数は、4個であり、組電池42の全体の単電池12個中33%を占めている。また、上記した第3領域に含まれる単電池の個数は、6個であり、組電池42の全体の単電池12個中50%を占めている。また、上記した第4領域に含まれる単電池の個数は、8個であり、組電池42の全体の単電池12個中67%を占めている。また、上記した第5領域に含まれる単電池の個数は、10個であり、組電池42の全体の単電池12個中83%を占めている。また、上記した第6領域に含まれる単電池の個数は、12個であり、組電池42の全体の単電池12個中100%を占めている。   Next, Table 1 also shows the number of single cells included in each of the above-described regions and the ratio of each region to the entire assembled battery 42. Specifically, the number of single cells included in the first region is two, which accounts for 17% of the total 12 single cells of the assembled battery 42. In addition, the number of single cells included in the second region is four, accounting for 33% of the total 12 single cells of the assembled battery 42. In addition, the number of single cells included in the above-described third region is six, accounting for 50% of the total 12 single cells of the assembled battery 42. Further, the number of unit cells included in the fourth region is eight, accounting for 67% of the total twelve unit cells of the assembled battery 42. Further, the number of single cells included in the fifth region is 10 and occupies 83% of the total 12 single cells of the assembled battery 42. Further, the number of unit cells included in the sixth region is 12, which occupies 100% of the total 12 unit cells of the assembled battery 42.

Figure 2019040733
Figure 2019040733

図6のグラフより、充電時の組電池42の各部の温度は、中心位置Cが最も高く、この中心位置Cから離れるにしたがって低くなっていることがわかる。ここで、中心位置Cに配設された第1熱電対t1の温度変化の挙動と第2熱電対t2の温度変化の挙動とはほぼ同じであり、温度もほぼ同じであることがわかる。   From the graph of FIG. 6, it can be seen that the temperature of each part of the assembled battery 42 at the time of charging is the highest at the center position C and decreases as the distance from the center position C increases. Here, it can be seen that the temperature change behavior of the first thermocouple t1 disposed at the center position C is substantially the same as the temperature change behavior of the second thermocouple t2, and the temperature is also substantially the same.

表1より、第1熱電対t1は33.1℃を示しており、第2熱電対t2は32.9℃を示しており、組電池においては中央部分の33%の範囲がほぼ同じ温度で最も発熱するといえる。   From Table 1, the first thermocouple t1 shows 33.1 ° C., the second thermocouple t2 shows 32.9 ° C., and in the assembled battery, the range of 33% of the central portion is almost the same temperature. It can be said that it generates the most heat.

このことから、組電池の長手方向の全体に対し少なくとも中央部分の33%の領域には、耐熱性に優れる電解液を用いることが、組電池の特性改善には有効であると考えられる。このため、組電池2においては、第1の単電池群10に含まれている単電池の数は、組電池2に含まれる単電池の総数の33%以上とすることが好ましい。第1の単電池群10に含まれている単電池の数を、組電池2に含まれる単電池の総数の33%以上とすることにより、熱に強い第1の単電池6が、組電池2の中央部分において、最も発熱する部分をカバーできる領域を占めるようになるからである。   From this, it is considered that it is effective to improve the characteristics of the assembled battery to use an electrolytic solution having excellent heat resistance in at least 33% of the central portion with respect to the entire length of the assembled battery. For this reason, in the battery pack 2, the number of battery cells included in the first battery cell group 10 is preferably 33% or more of the total number of battery cells included in the battery pack 2. By setting the number of unit cells included in the first unit cell group 10 to be 33% or more of the total number of unit cells included in the assembled battery 2, the first unit cell 6 that is resistant to heat becomes the assembled battery. This is because, in the central portion of 2, the region that can cover the most heat generating portion is occupied.

一方、第1の単電池群10に含まれている単電池の数が、組電池2に含まれる単電池の総数の50%を超えると、相対的に第2の単電池8の数が減り、良好な放電特性を得難くなるので、第1の単電池群10に含まれている単電池の数は、組電池2に含まれる単電池の総数の50%以下とすることが好ましい。   On the other hand, when the number of single cells included in the first single cell group 10 exceeds 50% of the total number of single cells included in the assembled battery 2, the number of second single cells 8 is relatively reduced. Since it becomes difficult to obtain good discharge characteristics, the number of single cells included in the first single cell group 10 is preferably 50% or less of the total number of single cells included in the assembled battery 2.

なお、組電池2に含まれる単電池4の総数は、特に限定されるものではないが、単電池4が10個以上であれば、蓄電・バックアップシステムのニーズに十分応えられるので、10個以上とすることが好ましい。また、組電池2に含まれる単電池4の総数は、多いほど大容量化が図れるので、なるべく多い個数とすることが好ましいが、組電池2の取り回し等を考慮すると、30個以下とすることが好ましい。   The total number of unit cells 4 included in the assembled battery 2 is not particularly limited. However, if the number of unit cells 4 is 10 or more, the needs of the power storage / backup system can be sufficiently met. It is preferable that Further, the larger the total number of unit cells 4 included in the assembled battery 2, the larger the capacity, so it is preferable that the number be as large as possible. However, in consideration of the handling of the assembled battery 2, the number is 30 or less. Is preferred.

なお、図1では、組電池2について概略的に表現してあり、リードや端子は図示を省略している。また、図2、図3、図5についても同様である。   In FIG. 1, the assembled battery 2 is schematically illustrated, and leads and terminals are not illustrated. The same applies to FIG. 2, FIG. 3, and FIG.

[実施例]
1.組電池の製造
[Example]
1. Manufacture of assembled batteries

(実施例1)   (Example 1)

(1)単電池の製造   (1) Manufacture of single cells

一般的なニッケル水素蓄電池に用いられるニッケル正極、水素吸蔵合金負極及びセパレータを準備した。準備したニッケル正極と、水素吸蔵合金負極とをセパレータを間に介在させた状態で重ね合わせ、電極群を製造した。この電極群は10個製造した。   A nickel positive electrode, a hydrogen storage alloy negative electrode, and a separator used for a general nickel metal hydride storage battery were prepared. The prepared nickel positive electrode and the hydrogen storage alloy negative electrode were superposed with a separator interposed therebetween to produce an electrode group. Ten electrode groups were manufactured.

一方、単電池用容器を10個準備した。この単電池用容器は、図1における矢印X方向の長さが180mm、矢印Y方向の長さが240mm、矢印Z方向の長さが30mmの扁平な箱形状をなしている。   On the other hand, 10 single cell containers were prepared. This unit cell container has a flat box shape with a length in the arrow X direction in FIG. 1 of 180 mm, a length in the arrow Y direction of 240 mm, and a length in the arrow Z direction of 30 mm.

更に、アルカリ電解液を2種類準備した。   Furthermore, two types of alkaline electrolyte were prepared.

まず、一方のアルカリ電解液は、溶質としてNaOH及びLiOHを含んでおり、NaOHの濃度が7.50mol/l、LiOHの濃度が0.50mol/lに調整されている。このアルカリ電解液は、NaOHを主成分とするアルカリ電解液であり、高温にさらされても劣化の少ないタイプである。このアルカリ電解液を第1のアルカリ電解液とする。なお、第1のアルカリ電解液のアルカリ成分の濃度の総和は8.00mol/lである。   First, one alkaline electrolyte contains NaOH and LiOH as solutes, and the NaOH concentration is adjusted to 7.50 mol / l and the LiOH concentration is adjusted to 0.50 mol / l. This alkaline electrolyte is an alkaline electrolyte containing NaOH as a main component, and is of a type with little deterioration even when exposed to high temperatures. This alkaline electrolyte is used as a first alkaline electrolyte. In addition, the sum total of the density | concentration of the alkaline component of a 1st alkaline electrolyte is 8.00 mol / l.

他方のアルカリ電解液は、溶質としてKOH、NaOH及びLiOHを含んでおり、KOHの濃度が7.50mol/l、NaOHの濃度が0.25mol/l、LiOHの濃度が0.25mol/lに調整されている。このアルカリ電解液は、KOHを主成分とするアルカリ電解液であり、放電特性に優れているタイプである。このアルカリ電解液を第2のアルカリ電解液とする。なお、第2のアルカリ電解液のアルカリ成分の濃度の総和は8.00mol/lである。   The other alkaline electrolyte contains KOH, NaOH and LiOH as solutes, and the KOH concentration is adjusted to 7.50 mol / l, the NaOH concentration is adjusted to 0.25 mol / l, and the LiOH concentration is adjusted to 0.25 mol / l. Has been. This alkaline electrolyte is an alkaline electrolyte containing KOH as a main component and is a type excellent in discharge characteristics. This alkaline electrolyte is used as a second alkaline electrolyte. In addition, the sum total of the density | concentration of the alkaline component of a 2nd alkaline electrolyte is 8.00 mol / l.

以下の表2に第1のアルカリ電解液及び第2のアルカリ電解液の組成をまとめて示す。   Table 2 below collectively shows the compositions of the first alkaline electrolyte and the second alkaline electrolyte.

Figure 2019040733
Figure 2019040733

上記のようにして準備した電極群を単電池用容器に収容した。   The electrode group prepared as described above was accommodated in a cell container.

得られた電極群を収容した単電池用容器10個のうち4個につき第1のアルカリ電解液を所定量注入にした。その後、かかる単電池用容器を密閉し、第1の単電池6を4個製造した。   A predetermined amount of the first alkaline electrolyte was injected into 4 out of 10 unit cell containers containing the obtained electrode group. After that, the unit cell container was sealed, and four first unit cells 6 were manufactured.

一方、得られた電極群を収容した単電池用容器10個のうち残りの6個につき第2のアルカリ電解液を所定量注入にした。その後、かかる単電池用容器を密閉し、第2の単電池8を6個製造した。   On the other hand, a predetermined amount of the second alkaline electrolyte was injected into the remaining 6 out of 10 unit cell containers that housed the obtained electrode group. After that, the unit cell container was sealed to manufacture six second unit cells 8.

(2)組電池の組立   (2) Assembly of assembled battery

4個の第1の単電池6につき、それぞれ、箱形状における各面のうち最も面積の大きい面同士が合致して接触するように組み合わせて直線状に連結した。   The four first unit cells 6 were connected in a straight line by being combined so that the surfaces having the largest area among the respective surfaces in the box shape were in contact with each other.

更に、連結された4個の第1の単電池6を挟むように両側に第2の単電池8を3個ずつ同様に連結させた。これにより、図1に示すような、中央部分に第1の単電池6が4個配置され、この中央部分を挟む両側に第2の単電池8が3個ずつ配置された態様の組電池2を得た。   Further, three second unit cells 8 were similarly connected to both sides so as to sandwich the four first unit cells 6 that were connected. As a result, as shown in FIG. 1, the assembled battery 2 has a configuration in which four first unit cells 6 are arranged in the central portion and three second unit cells 8 are arranged on both sides sandwiching the central portion. Got.

なお、各単電池4は、正極端子及び負極端子を有しており(共に図示せず)、これら正極端子及び負極端子は、リード(図示せず)により適切に電気的に直列に接続されている。   Each cell 4 has a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (both not shown), and these positive electrode terminal and negative electrode terminal are appropriately electrically connected in series by leads (not shown). Yes.

(3)初期活性化処理   (3) Initial activation process

組電池2を、25℃の環境下に1日間放置後、0.1Cの充電電流で16時間の充電を行った。その後、当該組電池2を25℃の環境下で12時間放置した。その後、0.2Cの放電電流で電池電圧が1.0Vになるまで放電させた。このような充放電作業を2回繰り返すことにより初期活性化処理を行った。このようにして、組電池2を使用可能状態とした。   The assembled battery 2 was left for 1 day in an environment of 25 ° C., and then charged for 16 hours with a charging current of 0.1 C. Thereafter, the assembled battery 2 was left in an environment at 25 ° C. for 12 hours. Then, it discharged until the battery voltage became 1.0V with the discharge current of 0.2C. The initial activation process was performed by repeating such charging and discharging operations twice. In this way, the assembled battery 2 was made usable.

(比較例1)   (Comparative Example 1)

第1のアルカリ電解液のみ使用し、第1の単電池6のみを10個製造し、第1の単電池6のみ組み合わせたことを除いて、実施例1と同様にして、図2に示すような使用可能状態の組電池22を製造した。   As shown in FIG. 2, in the same manner as in Example 1, except that only the first alkaline electrolyte is used, only the first single cells 6 are manufactured, and only the first single cells 6 are combined. The assembled battery 22 in a usable state was manufactured.

(比較例2)   (Comparative Example 2)

第2のアルカリ電解液のみ使用し、第2の単電池8のみを10個製造し、第2の単電池8のみ組み合わせたことを除いて、実施例1と同様にして、図3に示すように使用可能状態の組電池32を製造した。   As shown in FIG. 3, in the same manner as in Example 1, except that only the second alkaline electrolyte is used, only the second single cell 8 is manufactured, and only the second single cell 8 is combined. The assembled battery 32 in a usable state was manufactured.

以下の表3に、実施例1、比較例1及び比較例2の各組電池の構成をまとめて示す。   Table 3 below collectively shows the configurations of the assembled batteries of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

Figure 2019040733
Figure 2019040733

2.組電池の評価 2. Assembled battery evaluation

(1)初期活性化処理後の容量検査   (1) Capacity inspection after initial activation process

初期活性化処理済みの実施例1、比較例1、2の各組電池2、22、32について、25℃の環境下にて、0.1Cの充電電流で100%充電を行い、その後、20分間放置した。その後、同一環境下にて0.2Cの放電電流で組電池の電圧が1.0Vになるまで放電した。このときの放電容量を求めた。   The assembled batteries 2, 22, and 32 of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 that have been subjected to the initial activation treatment were charged 100% with a charging current of 0.1 C under an environment of 25 ° C., and then 20 Left for a minute. Then, it discharged until the voltage of the assembled battery became 1.0V with the discharge current of 0.2C in the same environment. The discharge capacity at this time was determined.

その結果、容量値は、比較例2の組電池32の容量値が最も高く、次に、実施例1の組電池2の容量値が高く、比較例1の組電池22の容量値は最も低かった。   As a result, the capacity value of the assembled battery 32 of Comparative Example 2 is the highest, the capacity value of the assembled battery 2 of Example 1 is next highest, and the capacity value of the assembled battery 22 of Comparative Example 1 is the lowest. It was.

(2)サイクル寿命試験   (2) Cycle life test

初期活性化処理済みの実施例1、比較例1、2の各組電池2、22、32について、40℃の環境下にて、1.0Itで1時間充電を行い、その後、20分間放置した。その後、同一の環境下にて1.0Itで組電池の電圧が1.0Vになるまで放電した後、10分間放置した。   The assembled batteries 2, 22, and 32 of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 that had been subjected to the initial activation treatment were charged at 1.0 It for 1 hour in an environment of 40 ° C., and then left for 20 minutes. . Thereafter, the battery was discharged at 1.0 It until the voltage of the assembled battery became 1.0 V under the same environment, and then left for 10 minutes.

上記した充放電のサイクルを1サイクルとして充放電を繰り返し、サイクル毎に放電容量を測定した。ここで、1サイクル目の充放電での放電容量を初期容量とし、以下の(I)式からサイクル毎の容量維持率を算出した。
容量維持率(%)=(各サイクルでの放電容量/初期容量)×100・・・(I)
Charging / discharging was repeated with the above-described charging / discharging cycle as one cycle, and the discharge capacity was measured for each cycle. Here, the discharge capacity in charge / discharge at the first cycle was set as the initial capacity, and the capacity maintenance rate for each cycle was calculated from the following formula (I).
Capacity maintenance ratio (%) = (discharge capacity in each cycle / initial capacity) × 100 (I)

そして、各電池につき容量維持率とサイクル数との関係を求め、その結果を図4のグラフに示した。   Then, the relationship between the capacity maintenance rate and the number of cycles was determined for each battery, and the results are shown in the graph of FIG.

(3)考察   (3) Consideration

(i)比較例2の組電池について   (I) About the battery pack of Comparative Example 2

比較例2の組電池32は、放電特性に優れている第2のアルカリ電解液を用いた第2の単電池8のみで構成されていることから、容量値が、比較例1の組電池22及び実施例1の組電池2に比べ高い値を示している。   Since the assembled battery 32 of Comparative Example 2 is composed of only the second single battery 8 using the second alkaline electrolyte having excellent discharge characteristics, the capacity value is the assembled battery 22 of Comparative Example 1. In addition, the value is higher than that of the assembled battery 2 of Example 1.

しかしながら、40℃の環境下でのサイクル寿命試験では、熱の影響を受け易く、充電効率の低下による放電容量の低下がみられた。更に、サイクル経過にともない単電池間の放電容量のアンバランスに起因する容量低下も発生するため、実施例1、比較例1及び比較例2の3つの組電池中最もサイクル寿命が短くなったものと考えられる。   However, in a cycle life test under an environment of 40 ° C., it is easily affected by heat, and a decrease in discharge capacity due to a decrease in charging efficiency was observed. Furthermore, since the capacity drop due to the unbalance of the discharge capacity between the single cells occurs with the cycle, the cycle life is the shortest among the three assembled batteries of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. it is conceivable that.

(ii)比較例1の組電池について   (Ii) About the battery pack of Comparative Example 1

比較例1の組電池22は、熱の影響を受け難い第1のアルカリ電解液を用いた第1の単電池6のみで構成されているので、熱が蓄積されることにより高温にさらされても、充電効率が低下しづらく、比較例2の組電池32に比べて長寿命となっているものと考えられる。   Since the assembled battery 22 of Comparative Example 1 is composed of only the first unit cell 6 using the first alkaline electrolyte that is not easily affected by heat, the battery 22 is exposed to a high temperature due to the accumulation of heat. However, it is difficult to reduce the charging efficiency, and it is considered that the battery life is longer than that of the assembled battery 32 of Comparative Example 2.

しかしながら、第1のアルカリ電解液は、熱の影響は受け難いものの、放電特性は第2のアルカリ電解液よりも劣っていることから、もともとの放電容量の値が低い。   However, although the first alkaline electrolyte is not easily affected by heat, the discharge characteristic is inferior to that of the second alkaline electrolyte, and thus the original discharge capacity value is low.

(iii)実施例1の組電池について   (Iii) About the assembled battery of Example 1

実施例1の組電池2は、熱が蓄積し易い中央部分に熱の影響を受け難い第1のアルカリ電解液を用いた第1の単電池6が配置されているので、熱の影響による充電効率の低下が起こり難い。このため、放電容量のアンバランスが起こり難く、それにともない長寿命化が図られている。そして、熱の蓄積が起こり難い両側部分には放電特性に優れている第2のアルカリ電解液を用いた第2の単電池8が配置されているので、組電池全体として電気的に大容量を維持することができている。よって、実施例1の組電池2は、電気的な大容量を維持しつつ、優れたサイクル寿命特性を兼ね備えた優れた組電池であるといえる。   In the assembled battery 2 of Example 1, the first unit cell 6 using the first alkaline electrolyte that is not easily affected by heat is disposed in the central portion where heat is likely to accumulate. It is difficult for efficiency to decrease. For this reason, it is difficult for the discharge capacity to be unbalanced, and accordingly, the life is extended. And since the 2nd single cell 8 using the 2nd alkaline electrolyte which is excellent in discharge characteristics is arranged in the both sides which are hard to accumulate heat, it is electrically large as a whole assembled battery. Can be maintained. Therefore, it can be said that the assembled battery 2 of Example 1 is an excellent assembled battery having excellent cycle life characteristics while maintaining a large electrical capacity.

<本発明の態様>   <Aspect of the Present Invention>

本発明の第1の態様は、複数の単電池が組み合わされて形成された組電池において、前記単電池のそれぞれは、扁平な箱形状をなしており、前記箱形状における各面のうち最も面積の大きい面同士が合致して接触するように組み合わされ直線状に連結されており、前記直線状における長手方向の中央部分に位置する複数の前記単電池を第1の単電池群とし、前記直線状における長手方向において前記中央部分を挟む両側の部分に位置する複数の前記単電池を第2の単電池群とした場合に、前記第1の単電池群に含まれる前記単電池に用いられている電解液がNaOHを溶質の主成分とする第1のアルカリ電解液であり、前記第2の単電池群に含まれる前記単電池に用いられている電解液がKOHを溶質の主成分とする第2のアルカリ電解液である、組電池である。   A first aspect of the present invention is an assembled battery formed by combining a plurality of unit cells, each of the unit cells has a flat box shape, and is the most area among each surface in the box shape A plurality of the single cells located in a central portion in the longitudinal direction in the straight line form a first single battery group, and the straight lines are combined. When the plurality of unit cells located on both sides sandwiching the central portion in the longitudinal direction in the shape are used as the second unit cell group, the unit cells included in the first unit cell group are used. The electrolytic solution used is a first alkaline electrolytic solution containing NaOH as a main component of solute, and the electrolytic solution used in the unit cells included in the second single cell group has KOH as a main component of solute. With the second alkaline electrolyte That is a set battery.

本発明の第2の態様は、前述した本発明の第1の態様において、前記第1のアルカリ電解液におけるアルカリ成分の濃度の総和及び前記第2のアルカリ電解液におけるアルカリ成分の濃度の総和は、何れも5.30mol/l以上、8.50mol/l以下であり、前記第1のアルカリ電解液におけるNaOHの濃度は4.75mol/l以上、8.00mol/l以下であり、前記第2のアルカリ電解液におけるKOHの濃度は5.20mol/l以上、8.00mol/l以下である、組電池である。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention described above, the sum of the concentrations of alkali components in the first alkaline electrolyte and the sum of the concentrations of alkali components in the second alkaline electrolyte are: , Both are 5.30 mol / l or more and 8.50 mol / l or less, and the concentration of NaOH in the first alkaline electrolyte is 4.75 mol / l or more and 8.00 mol / l or less. In the alkaline electrolyte, the assembled battery has a KOH concentration of 5.20 mol / l or more and 8.00 mol / l or less.

本発明の第3の態様は、前述した本発明の第1の態様又は本発明の第2の態様において、前記第1の単電池群を構成する前記単電池の数が、前記組電池に含まれる前記単電池の総数の33%以上、50%以下である、組電池である。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention or the second aspect of the present invention described above, the number of the unit cells constituting the first unit cell group is included in the assembled battery. It is an assembled battery that is 33% or more and 50% or less of the total number of the single cells.

本発明の第4の態様は、前述した本発明の第1の態様〜本発明の第3の態様のいずれかにおいて、前記単電池の総数は、10個以上である、組電池である。   A fourth aspect of the present invention is an assembled battery according to any one of the first to third aspects of the present invention described above, wherein the total number of the unit cells is 10 or more.

2 組電池(実施例1)
4 単電池
6 第1の単電池
8 第2の単電池
10 第1の単電池群
12 第2の単電池群
22 組電池(比較例1)
32 組電池(比較例2)
2 battery pack (Example 1)
4 unit cell 6 first unit cell 8 second unit cell 10 first unit cell group 12 second unit cell group 22 assembled battery (Comparative Example 1)
32 battery pack (Comparative Example 2)

Claims (4)

複数の単電池が組み合わされて形成された組電池において、
前記単電池のそれぞれは、扁平な箱形状をなしており、前記箱形状における各面のうち最も面積の大きい面同士が合致して接触するように組み合わされ直線状に連結されており、
前記直線状における長手方向の中央部分に位置する複数の前記単電池を第1の単電池群とし、前記直線状における長手方向において前記中央部分を挟む両側の部分に位置する複数の前記単電池を第2の単電池群とした場合に、前記第1の単電池群に含まれる前記単電池に用いられている電解液がNaOHを溶質の主成分とする第1のアルカリ電解液であり、前記第2の単電池群に含まれる前記単電池に用いられている電解液がKOHを溶質の主成分とする第2のアルカリ電解液である、組電池。
In an assembled battery formed by combining a plurality of single cells,
Each of the single cells has a flat box shape, and is combined and linearly connected so that the surfaces with the largest areas of the surfaces in the box shape are in contact with each other.
A plurality of the single cells located at the central portion in the longitudinal direction in the straight line form a first single cell group, and the plurality of single cells located at both sides sandwiching the central portion in the longitudinal direction in the linear shape. In the case of the second unit cell group, the electrolyte used in the unit cell included in the first unit cell group is a first alkaline electrolyte containing NaOH as a main component, An assembled battery, wherein the electrolytic solution used in the unit cells included in the second unit cell group is a second alkaline electrolyte containing KOH as a main component of a solute.
前記第1のアルカリ電解液におけるアルカリ成分の濃度の総和及び前記第2のアルカリ電解液におけるアルカリ成分の濃度の総和は、何れも5.30mol/l以上、8.50mol/l以下であり、前記第1のアルカリ電解液におけるNaOHの濃度は4.75mol/l以上、8.00mol/l以下であり、前記第2のアルカリ電解液におけるKOHの濃度は5.20mol/l以上、8.00mol/l以下である、請求項1に記載の組電池。   The sum of the concentrations of the alkali components in the first alkaline electrolyte and the sum of the concentrations of the alkali components in the second alkaline electrolyte are both 5.30 mol / l or more and 8.50 mol / l or less, The concentration of NaOH in the first alkaline electrolyte is 4.75 mol / l to 8.00 mol / l, and the concentration of KOH in the second alkaline electrolyte is 5.20 mol / l to 8.00 mol / l. The assembled battery according to claim 1, which is 1 or less. 前記第1の単電池群を構成する前記単電池の数が、前記組電池に含まれる前記単電池の総数の33%以上、50%以下である、請求項1又は2に記載の組電池。   The assembled battery according to claim 1 or 2, wherein the number of the single cells constituting the first single battery group is 33% or more and 50% or less of the total number of the single cells included in the assembled battery. 前記単電池の総数は、10個以上である、請求項1〜3の何れかに記載の組電池。   The assembled battery according to claim 1, wherein the total number of the single cells is 10 or more.
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