JP3363738B2 - 電気自動車用組電池 - Google Patents
電気自動車用組電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車用の組電
池に関し、特に、その瞬間最大出力特性と充放電容量の
両方の改善に関するものである。
池に関し、特に、その瞬間最大出力特性と充放電容量の
両方の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複数の単電池を含む電気自動車用組電池
のように、家庭用２次電池に比べて遙かに大きなエネル
ギ密度を必要とする２次電池を開発するために、渦巻型
電極を備えた２次電池が注目されている。なぜならば、
薄くて柔軟な帯状の正極と負極とを帯状のセパレータを
介して重ね合わせて巻回することによって得られる渦巻
型電極においては、正極と負極の実効面積を非常に大き
くすることができ、これによって２次電池のエネルギ密
度を増大させることができるからである。なお、ここに
いう渦巻型電極とは、必ずしも円形の断面を有する円柱
状のものに限られず、たとえば矩形断面を有する、角柱
状に巻回されたもしくは円柱状に巻回された後加圧変型
させた渦巻型電極などをも含む。
のように、家庭用２次電池に比べて遙かに大きなエネル
ギ密度を必要とする２次電池を開発するために、渦巻型
電極を備えた２次電池が注目されている。なぜならば、
薄くて柔軟な帯状の正極と負極とを帯状のセパレータを
介して重ね合わせて巻回することによって得られる渦巻
型電極においては、正極と負極の実効面積を非常に大き
くすることができ、これによって２次電池のエネルギ密
度を増大させることができるからである。なお、ここに
いう渦巻型電極とは、必ずしも円形の断面を有する円柱
状のものに限られず、たとえば矩形断面を有する、角柱
状に巻回されたもしくは円柱状に巻回された後加圧変型
させた渦巻型電極などをも含む。
【０００３】図２は、渦巻型電極の一例として、円柱状
渦巻型電極の巻回状態を模式的な斜視図で示している。
渦巻型電極においては、正極１は帯状の金属箔の集電体
とその両面に被着された粉末状の正極活物質とを含み、
負極２は帯状の金属箔の集電体とその両面に被着された
粉末状の負極活物質とを含んでいる。これらの帯状正極
１と帯状正極２のそれぞれには、電流を取出すための正
極集電タブ１ａと負極集電タブ２ａが接合されている。
渦巻型電極の巻回状態を模式的な斜視図で示している。
渦巻型電極においては、正極１は帯状の金属箔の集電体
とその両面に被着された粉末状の正極活物質とを含み、
負極２は帯状の金属箔の集電体とその両面に被着された
粉末状の負極活物質とを含んでいる。これらの帯状正極
１と帯状正極２のそれぞれには、電流を取出すための正
極集電タブ１ａと負極集電タブ２ａが接合されている。
【０００４】図２においては図面の煩雑化を避けるため
にただ１対の正極集電タブ１ａと負極集電タブ２ａが示
されているが、実際には帯状の正極１と負極２の長さ方
向に所定の間隔で複数の正極集電タブ１ａと複数の負極
タブ２ａが接合されている。これらの集電タブは、たと
えば電極活物質層上から集電体を貫通する鳩目止めによ
って取付けることができる。より好ましくは、集電タブ
が取付けられる領域において金属箔集電体が電極活物質
層から露出されており、集電タブがその集電体表面に直
接溶着されることによって取付けられる。この溶着に
は、スポット溶接，超音波溶接等の種々の溶接方法を用
いることができる。
にただ１対の正極集電タブ１ａと負極集電タブ２ａが示
されているが、実際には帯状の正極１と負極２の長さ方
向に所定の間隔で複数の正極集電タブ１ａと複数の負極
タブ２ａが接合されている。これらの集電タブは、たと
えば電極活物質層上から集電体を貫通する鳩目止めによ
って取付けることができる。より好ましくは、集電タブ
が取付けられる領域において金属箔集電体が電極活物質
層から露出されており、集電タブがその集電体表面に直
接溶着されることによって取付けられる。この溶着に
は、スポット溶接，超音波溶接等の種々の溶接方法を用
いることができる。
【０００５】複数の正極集電タブ１ａが接合された帯状
正極１と複数の負極集電タブ２ａが接合された帯状負極
２は、図２に示されているように、セパレータ３を介し
て互いに積層されて巻回される。
正極１と複数の負極集電タブ２ａが接合された帯状負極
２は、図２に示されているように、セパレータ３を介し
て互いに積層されて巻回される。
【０００６】図３は、図２に示されているような巻回に
よって得られた渦巻型電極とさらに電解液を含む単電池
（単セルともいう）の一例を示す概略的な斜視図であ
る。このような単電池において、たとえば電池缶１０は
約６４ｍｍφの外径と約４００ｍｍの長さを有してい
る。図２に示されているような正極集電タブ１ａと負極
集電タブ２ａは、それぞれ正極端子１１と負極端子１２
に電気的に接続されており、これらの正極端子１１と負
極端子１２はそれぞれ正極絶縁パッキング１３と負極絶
縁パッキング１４によって電池缶１０から電気的に分離
されている。
よって得られた渦巻型電極とさらに電解液を含む単電池
（単セルともいう）の一例を示す概略的な斜視図であ
る。このような単電池において、たとえば電池缶１０は
約６４ｍｍφの外径と約４００ｍｍの長さを有してい
る。図２に示されているような正極集電タブ１ａと負極
集電タブ２ａは、それぞれ正極端子１１と負極端子１２
に電気的に接続されており、これらの正極端子１１と負
極端子１２はそれぞれ正極絶縁パッキング１３と負極絶
縁パッキング１４によって電池缶１０から電気的に分離
されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】通常、電気自動車用組
電池は、図３に示されているような比較的大きな単電池
の複数個を直列接続して得られる。そのような組電池中
で直列接続された複数のセルにおいては、各セル間での
充放電の不均一性を防止するために、各セル間で同量の
電極活物質を含ませることにより容量の不均一性をでき
るだけ小さくすることが好ましいと考えられている（１
９９６年，電池討論会，第２４１頁参照）。
電池は、図３に示されているような比較的大きな単電池
の複数個を直列接続して得られる。そのような組電池中
で直列接続された複数のセルにおいては、各セル間での
充放電の不均一性を防止するために、各セル間で同量の
電極活物質を含ませることにより容量の不均一性をでき
るだけ小さくすることが好ましいと考えられている（１
９９６年，電池討論会，第２４１頁参照）。
【０００８】しかし、組電池の容量を増大させるために
各セル中の粉末状の電極活物質量を増大させれば、活物
質が密に充填されてその中へ電解液が浸入しにくくな
る。すなわち、各セル中の電極活物質層の含液性が低下
し、電流負荷特性（瞬間最大出力特性）が低下する。他
方、電極活物質層の含液性を改善するために活物質の充
填密度を低下させれば、各セルの充放電容量が低下す
る。
各セル中の粉末状の電極活物質量を増大させれば、活物
質が密に充填されてその中へ電解液が浸入しにくくな
る。すなわち、各セル中の電極活物質層の含液性が低下
し、電流負荷特性（瞬間最大出力特性）が低下する。他
方、電極活物質層の含液性を改善するために活物質の充
填密度を低下させれば、各セルの充放電容量が低下す
る。
【０００９】ところで、電気自動車用組電池としては、
自動車の加速時には大きな瞬間最大出力を発揮すること
が望まれ、他方、１回の充電で長距離走行を可能にする
ために大きな充放電容量を有することも望まれる。しか
し、上述のように、各セル中の電極活物質層の充填密度
に関して、各セルの出力特性と容量とが相反する関係に
あるので、先行技術においては電気自動車用組電池の出
力特性と容量との双方を改善することは困難であった。
自動車の加速時には大きな瞬間最大出力を発揮すること
が望まれ、他方、１回の充電で長距離走行を可能にする
ために大きな充放電容量を有することも望まれる。しか
し、上述のように、各セル中の電極活物質層の充填密度
に関して、各セルの出力特性と容量とが相反する関係に
あるので、先行技術においては電気自動車用組電池の出
力特性と容量との双方を改善することは困難であった。
【００１０】このような先行技術における課題に鑑み、
本発明は、瞬間最大出力特性と充放電容量の両方が改善
された電気自動車用組電池を提供することを目的として
いる。
本発明は、瞬間最大出力特性と充放電容量の両方が改善
された電気自動車用組電池を提供することを目的として
いる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による電気自動車
用組電池においては、種類Ａの複数の直列接続された単
電池と種類Ｂの複数の直列接続された単電池とが相互に
並列接続されており、これらの単電池の各々は炭素材料
を活物質として含む負極，リチウムイオンと電気化学反
応可能な材料を活物質として含む正極，および非水電解
液を含み、それらの正負極の対向容量比は実質的に１．
０に設定されており、種類Ａと種類Ｂの単電池間におけ
る負極単位面積当りの活物質量比が０．４５〜０．７５
の範囲内にあり、かつ両種類の単電池の負極単位面積当
りの活物質密度が５〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内にある
ことを特徴としている。
用組電池においては、種類Ａの複数の直列接続された単
電池と種類Ｂの複数の直列接続された単電池とが相互に
並列接続されており、これらの単電池の各々は炭素材料
を活物質として含む負極，リチウムイオンと電気化学反
応可能な材料を活物質として含む正極，および非水電解
液を含み、それらの正負極の対向容量比は実質的に１．
０に設定されており、種類Ａと種類Ｂの単電池間におけ
る負極単位面積当りの活物質量比が０．４５〜０．７５
の範囲内にあり、かつ両種類の単電池の負極単位面積当
りの活物質密度が５〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内にある
ことを特徴としている。
【００１２】このような電気自動車用組電池は、より好
ましくは、種類Ａの単電池が６〜８ｍｇ／ｃｍ2 の範囲
内の負極活物質密度を有し、種類Ｂの単電池は１１〜１
３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物質密度を有してい
る。
ましくは、種類Ａの単電池が６〜８ｍｇ／ｃｍ2 の範囲
内の負極活物質密度を有し、種類Ｂの単電池は１１〜１
３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物質密度を有してい
る。
【００１３】電気自動車用組電池において、さらに好ま
しくは、負極活物質の炭素材料として黒鉛粉末が用いら
れ、この黒鉛粉末における黒鉛結晶のＣ軸方向の結晶子
の大きさの値Ｌｃは１５０Å以上であり、かつＣ軸方向
の原子面間隔の値ｄ002 は３．３８Å以下である。
しくは、負極活物質の炭素材料として黒鉛粉末が用いら
れ、この黒鉛粉末における黒鉛結晶のＣ軸方向の結晶子
の大きさの値Ｌｃは１５０Å以上であり、かつＣ軸方向
の原子面間隔の値ｄ002 は３．３８Å以下である。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の一
例による電気自動車用組電池を示す模式的なブロック図
である。この組電池においては、互いに直列接続された
種類Ａの５個の単電池と互いに直列接続された種類Ｂの
５個の単電池とを含んでいる。そして、種類Ａの単電池
のシリーズと種類Ｂの単電池のシリーズとは互いに並列
接続されている。
例による電気自動車用組電池を示す模式的なブロック図
である。この組電池においては、互いに直列接続された
種類Ａの５個の単電池と互いに直列接続された種類Ｂの
５個の単電池とを含んでいる。そして、種類Ａの単電池
のシリーズと種類Ｂの単電池のシリーズとは互いに並列
接続されている。
【００１５】これらの単電池ＡとＢが図３に示されてい
るような円柱状のセルで形成される場合、電池缶１０内
に図２に示されているような帯状正極１と帯状負極２が
巻回された渦巻型電極が挿入され、その後に電池缶１０
内に非水電解液が注入される。
るような円柱状のセルで形成される場合、電池缶１０内
に図２に示されているような帯状正極１と帯状負極２が
巻回された渦巻型電極が挿入され、その後に電池缶１０
内に非水電解液が注入される。
【００１６】正極の粉末状活物質としては、マンガン，
コバルト，ニッケル，バナジウム，ニオブ，モリブデ
ン，および銅の少なくとも１つを含む金属酸化物の他
に、フッ化炭素，硫化鉄等の少なくとも１つを含むもの
を用いることができる。
コバルト，ニッケル，バナジウム，ニオブ，モリブデ
ン，および銅の少なくとも１つを含む金属酸化物の他
に、フッ化炭素，硫化鉄等の少なくとも１つを含むもの
を用いることができる。
【００１７】粉末状の負極活物質としては、通常は炭素
材料が用いられ、たとえば黒鉛粉末やコークス等が用い
られ得る。
材料が用いられ、たとえば黒鉛粉末やコークス等が用い
られ得る。
【００１８】非水電解液の溶質としては、ＬｉＰＦ6 ，
ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＮ
（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ，ＬｉＯＳＯ2 （ＣＦ2 ）3 Ｃ
Ｆ3 ，ＬｉＣｌＯ4 等の少なくとも１つを含むものを用
いることができる。
ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＮ
（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ，ＬｉＯＳＯ2 （ＣＦ2 ）3 Ｃ
Ｆ3 ，ＬｉＣｌＯ4 等の少なくとも１つを含むものを用
いることができる。
【００１９】非水電解液の溶媒としては、エチレンカー
ボネイト、プロピレンカーボネイト、ブチレンカーボネ
イト、ビニレンカーボネイト、シクロペンタノン、スル
フォラン、３−メチルスルフォラン、２，４−ジメチル
スルフォラン、３−メチル−１，３−オキサゾリジン−
２−オン、γ−ブチルラクトン、ジメチルカーボネイ
ト、ジエチルカーボネイト、エチルメチルカーボネイ
ト、メチルプロピルカーボネイト、ブチルメチルカーボ
ネイト、エチルプロピルカーボネイト、ブチルエチルカ
ーボネイト、ジプロピルカーボネイト、１，２−ジメト
キシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒ
ドロフラン、１，３−ジオキシソラン、酢酸メチル、酢
酸エチル等の少なくとも１つを含むものを用いることが
できる。
ボネイト、プロピレンカーボネイト、ブチレンカーボネ
イト、ビニレンカーボネイト、シクロペンタノン、スル
フォラン、３−メチルスルフォラン、２，４−ジメチル
スルフォラン、３−メチル−１，３−オキサゾリジン−
２−オン、γ−ブチルラクトン、ジメチルカーボネイ
ト、ジエチルカーボネイト、エチルメチルカーボネイ
ト、メチルプロピルカーボネイト、ブチルメチルカーボ
ネイト、エチルプロピルカーボネイト、ブチルエチルカ
ーボネイト、ジプロピルカーボネイト、１，２−ジメト
キシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒ
ドロフラン、１，３−ジオキシソラン、酢酸メチル、酢
酸エチル等の少なくとも１つを含むものを用いることが
できる。
【００２０】以上のように形成され得る図１の組電池に
おいて、種類Ａの単電池における負極単位面積当りの活
物質量が種類Ｂの単電池に比べて０．４５〜０．７５の
範囲内に設定され、かつ両種類の単電池の負極単位面積
当りの活物質密度は５〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内に設
定される。ただし、いずれの単電池においても正負極の
対向容量比は実質的に１．０に設定される。
おいて、種類Ａの単電池における負極単位面積当りの活
物質量が種類Ｂの単電池に比べて０．４５〜０．７５の
範囲内に設定され、かつ両種類の単電池の負極単位面積
当りの活物質密度は５〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内に設
定される。ただし、いずれの単電池においても正負極の
対向容量比は実質的に１．０に設定される。
【００２１】より好ましくは、種類Ａの単電池は６〜８
ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物質密度を有し、種類Ｂ
の単電池は１１〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物
質密度を有するように設定される。
ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物質密度を有し、種類Ｂ
の単電池は１１〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物
質密度を有するように設定される。
【００２２】さらに好ましくは、種類Ａと種類Ｂのいず
れかの単電池においても負極の活物質として黒鉛粉末が
用いられ、この黒鉛粉末において黒鉛結晶のＣ軸方向の
結晶子の大きさの値Ｌｃは１５０Å以上であり、かつＣ
軸方向の原子面間隔の値ｄ00 2 は３．３８Å以下のもの
を用いるのが良い。
れかの単電池においても負極の活物質として黒鉛粉末が
用いられ、この黒鉛粉末において黒鉛結晶のＣ軸方向の
結晶子の大きさの値Ｌｃは１５０Å以上であり、かつＣ
軸方向の原子面間隔の値ｄ00 2 は３．３８Å以下のもの
を用いるのが良い。
【００２３】
【実施例】以下において、本発明のいくつかの実施例に
よる組電池を説明する。
よる組電池を説明する。
【００２４】［実施例１］
（種類Ａの単電池用渦巻型電極Ａｅの作製）
正極の作製：５μｍの平均粒径を有するＬｉＣｏＯ2 粉
末の正極活物質と人造黒鉛粉末の導電材とを９：１の重
量比で混合して正極合剤が調製された。この正極合剤
と、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリド
ン（ＮＭＰ）に５重量％溶かした結着剤溶液とが固形分
重量比９５：５で混練されてスラリーが調製された。こ
のスラリーは、２０μｍの厚さを有するアルミ箔の集電
体の両面にドクタブレード法によって塗布された。この
とき、正極用スラリーは負極との対向容量比（単位面積
当りの正極容量／単位面積当りの負極容量）が１．０に
なるように塗布される。集電体に塗布されたスラリー状
の正極活物質層は１５０℃で２時間真空乾燥され、粗電
極が作製された。この粗電極を圧延した後に両側縁をス
リットすることにより、０．１００ｍｍの厚さ，３１０
ｍｍの幅，および５９００ｍｍの長さを有する帯状の正
極が作製された。なお、この圧延の前後において、アル
ミ箔の集電体の厚さはほとんど変化しない。
末の正極活物質と人造黒鉛粉末の導電材とを９：１の重
量比で混合して正極合剤が調製された。この正極合剤
と、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリド
ン（ＮＭＰ）に５重量％溶かした結着剤溶液とが固形分
重量比９５：５で混練されてスラリーが調製された。こ
のスラリーは、２０μｍの厚さを有するアルミ箔の集電
体の両面にドクタブレード法によって塗布された。この
とき、正極用スラリーは負極との対向容量比（単位面積
当りの正極容量／単位面積当りの負極容量）が１．０に
なるように塗布される。集電体に塗布されたスラリー状
の正極活物質層は１５０℃で２時間真空乾燥され、粗電
極が作製された。この粗電極を圧延した後に両側縁をス
リットすることにより、０．１００ｍｍの厚さ，３１０
ｍｍの幅，および５９００ｍｍの長さを有する帯状の正
極が作製された。なお、この圧延の前後において、アル
ミ箔の集電体の厚さはほとんど変化しない。
【００２５】負極の作製：スチレンブタジエンゴム（Ｓ
ＢＲ）のディスパージョンと黒鉛粉末を水に分散させ
て、さらに増粘剤であるカルボキシメチルセルロース
（ＣＭＣ）を添加して負極用スラリーが調製された。こ
のとき用いられた黒鉛粉末のＣ軸方向における結晶子の
大きさＬｃは１０００Åより大きく、Ｃ軸方向の平均原
子面間隔ｄ002は３．３５Åであり、そして平均粒径は
２０μｍであった。また、このスラリーが乾燥された後
の負極における重量組成比が（黒鉛粉末）：ＳＢＲ：Ｃ
ＭＣ＝１００重量部：５重量部：１重量部になるように
調製された。このようなスラリーが厚さ１８μｍの銅箔
の集電体の両面に塗布され、乾燥されて粗電極が作製さ
れた。このとき、銅箔の集電体の片面上には８ｍｇ／ｃ
ｍ2 の活物質量が被着された。この粗電極を圧延して両
側縁をスリットすることにより、０．１４０ｍｍの厚
さ，３２０ｍｍの幅，および６０００ｍｍの長さを有す
る帯状の負極が得られた。
ＢＲ）のディスパージョンと黒鉛粉末を水に分散させ
て、さらに増粘剤であるカルボキシメチルセルロース
（ＣＭＣ）を添加して負極用スラリーが調製された。こ
のとき用いられた黒鉛粉末のＣ軸方向における結晶子の
大きさＬｃは１０００Åより大きく、Ｃ軸方向の平均原
子面間隔ｄ002は３．３５Åであり、そして平均粒径は
２０μｍであった。また、このスラリーが乾燥された後
の負極における重量組成比が（黒鉛粉末）：ＳＢＲ：Ｃ
ＭＣ＝１００重量部：５重量部：１重量部になるように
調製された。このようなスラリーが厚さ１８μｍの銅箔
の集電体の両面に塗布され、乾燥されて粗電極が作製さ
れた。このとき、銅箔の集電体の片面上には８ｍｇ／ｃ
ｍ2 の活物質量が被着された。この粗電極を圧延して両
側縁をスリットすることにより、０．１４０ｍｍの厚
さ，３２０ｍｍの幅，および６０００ｍｍの長さを有す
る帯状の負極が得られた。
【００２６】（種類Ｂの単電池用渦巻型電極Ｂｅの作
製） 正極の作製：種類Ａの電池用渦巻型電極Ａｅの場合と同
様に、種類Ｂの電池用渦巻型電極Ｂｅのための正極が作
製された。
製） 正極の作製：種類Ａの電池用渦巻型電極Ａｅの場合と同
様に、種類Ｂの電池用渦巻型電極Ｂｅのための正極が作
製された。
【００２７】負極の作製：渦巻型電極Ａｅと同様に渦巻
型電極Ｂｅ用の負極が作製されたが、渦巻型電極Ｂｅ用
の負極の活物質量は１１ｍｇ／ｃｍ2 に設定された。
型電極Ｂｅ用の負極が作製されたが、渦巻型電極Ｂｅ用
の負極の活物質量は１１ｍｇ／ｃｍ2 に設定された。
【００２８】（電解液とセパレータ）非水電解液として
は、ＥＣ（エチレンカーボネイト）とＤＥＣ（ジエチル
カーボネイト）を２：３の体積比で含む混合溶媒にＬｉ
ＰＦ6 の溶質を１モル／リットルだけ溶かした溶液が用
いられた。また、セパレータとしては、ポリプロピレン
製の微多孔膜が用いられた。
は、ＥＣ（エチレンカーボネイト）とＤＥＣ（ジエチル
カーボネイト）を２：３の体積比で含む混合溶媒にＬｉ
ＰＦ6 の溶質を１モル／リットルだけ溶かした溶液が用
いられた。また、セパレータとしては、ポリプロピレン
製の微多孔膜が用いられた。
【００２９】（単電池の組立）以上のようにして用意さ
れた帯状正極と帯状負極をセパレータを介して巻回する
ことにより渦巻型電極ＡｅとＢｅを作製し、円筒形の電
池缶内に挿入した後に電解液が注入されて図３に示され
ているようなリチウム２次電池が作製された。
れた帯状正極と帯状負極をセパレータを介して巻回する
ことにより渦巻型電極ＡｅとＢｅを作製し、円筒形の電
池缶内に挿入した後に電解液が注入されて図３に示され
ているようなリチウム２次電池が作製された。
【００３０】（組電池の作製）図１に示されているよう
に、渦巻型電極Ａｅを含む種類Ａの単電池５個が直列接
続され、渦巻型電極Ｂｅを含む種類Ｂの単電池の５個が
直列接続された。そして、これらの単電池Ａのシリーズ
と単電池Ｂのシリーズが互いに並列接続されて組電池に
された。
に、渦巻型電極Ａｅを含む種類Ａの単電池５個が直列接
続され、渦巻型電極Ｂｅを含む種類Ｂの単電池の５個が
直列接続された。そして、これらの単電池Ａのシリーズ
と単電池Ｂのシリーズが互いに並列接続されて組電池に
された。
【００３１】（初期充放電試験）このように作製された
組電池において、２５℃の温度の下に０．１２５Ｃの電
流量で２０．５０Ｖまで充電した後に、１Ｃの電流量で
１３．７５Ｖまで放電させ、そのときに得られた容量が
初期放電容量として定められた。
組電池において、２５℃の温度の下に０．１２５Ｃの電
流量で２０．５０Ｖまで充電した後に、１Ｃの電流量で
１３．７５Ｖまで放電させ、そのときに得られた容量が
初期放電容量として定められた。
【００３２】（最大出力の測定）得られた組電池におい
て、２５℃の温度の下に０．１２５Ｃの電流量で２０．
５Ｖまで充電した後に、０Ｃから３Ｃまでの各電流で１
０秒間ずつ放電し、そのときの電圧が測定された。得ら
れた電流−電圧曲線において最も大きな出力値が最大出
力値とされた。
て、２５℃の温度の下に０．１２５Ｃの電流量で２０．
５Ｖまで充電した後に、０Ｃから３Ｃまでの各電流で１
０秒間ずつ放電し、そのときの電圧が測定された。得ら
れた電流−電圧曲線において最も大きな出力値が最大出
力値とされた。
【００３３】［実施例２，３および比較例１〜３］負極
の活物質量が表１の電極ＡｅとＢｅ欄に示されているよ
うに設定された以外は実施例１の場合と同様に実施例
２，３および比較例１〜３による組電池が作製されて電
池特性の試験が行なわれた。なお、従来の典型的な組電
池は比較例１によるものである。
の活物質量が表１の電極ＡｅとＢｅ欄に示されているよ
うに設定された以外は実施例１の場合と同様に実施例
２，３および比較例１〜３による組電池が作製されて電
池特性の試験が行なわれた。なお、従来の典型的な組電
池は比較例１によるものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１の結果から、負極の活物質量が少ない
電極Ａｅはその充填密度が小さいので電解液の含液性に
優れ、高い瞬間出力（電流負荷特性）を発揮することが
できると考えられる。他方、比較例３の組電池において
は、電極Ｂｅの活物質量が多すぎてその充填密度が大き
いので、十分な含液性を得ることができなくて活物質の
すべてが充放電に寄与し得ないために放電容量が低下し
たものと考えられる。
電極Ａｅはその充填密度が小さいので電解液の含液性に
優れ、高い瞬間出力（電流負荷特性）を発揮することが
できると考えられる。他方、比較例３の組電池において
は、電極Ｂｅの活物質量が多すぎてその充填密度が大き
いので、十分な含液性を得ることができなくて活物質の
すべてが充放電に寄与し得ないために放電容量が低下し
たものと考えられる。
【００３６】［実施例４，５および比較例４，５］負極
の活物質量が表２の電極ＡｅとＢｅの欄に示されている
ように設定された以外は実施例１の場合と同様に、実施
例４，５および比較例４，５による組電池が作製されて
電池の特性試験が行なわれた。
の活物質量が表２の電極ＡｅとＢｅの欄に示されている
ように設定された以外は実施例１の場合と同様に、実施
例４，５および比較例４，５による組電池が作製されて
電池の特性試験が行なわれた。
【００３７】
【表２】
【００３８】［実施例６〜８および比較例６〜８］負極
の活物質にコークスが用いられ、その活物質量が表３の
電極ＡｅとＢｅの欄に示されているように設定された以
外は実施例１の場合と同様に、実施例６〜８および比較
例６〜８による組電池が作製されて電池の特性試験が行
なわれた。
の活物質にコークスが用いられ、その活物質量が表３の
電極ＡｅとＢｅの欄に示されているように設定された以
外は実施例１の場合と同様に、実施例６〜８および比較
例６〜８による組電池が作製されて電池の特性試験が行
なわれた。
【００３９】
【表３】
【００４０】以上のような表１，表２，および表３の結
果から明らかなように、電池Ａ中の負極活物質量が５ｍ
ｇ／ｃｍ2 未満の場合には組電池の充放電容量が著しく
低下し、逆に電池Ｂ中の負極活物質量が１３ｍｇ／ｃｍ
2 を超えれば組電池の最大出力特性が低下することがわ
かる。また、組電池が十分な最大出力特性を有するため
には電池Ａ中の負極活物質量が８ｍｇ／ｃｍ2 以下であ
ることが好ましく、十分な容量を有するためには電池Ｂ
中の負極活物質量が１１ｍｇ／ｃｍ2 以上であるのが好
ましいことがわかる。このような関係から、組電池にお
いて、電池Ａの負極単位面積当りの活物質量は電池Ｂに
比べて０．４５〜０．７５の範囲内にあることが好まし
い。
果から明らかなように、電池Ａ中の負極活物質量が５ｍ
ｇ／ｃｍ2 未満の場合には組電池の充放電容量が著しく
低下し、逆に電池Ｂ中の負極活物質量が１３ｍｇ／ｃｍ
2 を超えれば組電池の最大出力特性が低下することがわ
かる。また、組電池が十分な最大出力特性を有するため
には電池Ａ中の負極活物質量が８ｍｇ／ｃｍ2 以下であ
ることが好ましく、十分な容量を有するためには電池Ｂ
中の負極活物質量が１１ｍｇ／ｃｍ2 以上であるのが好
ましいことがわかる。このような関係から、組電池にお
いて、電池Ａの負極単位面積当りの活物質量は電池Ｂに
比べて０．４５〜０．７５の範囲内にあることが好まし
い。
【００４１】なお、負極集電体の銅箔の厚みは１８μｍ
であるので、表１〜３に示された面積当りの活物質量を
Ａｄ（ｍｇ／ｃｍ2 ）とすれば、三次元的充填密度Ｄｄ
（ｇ／ｃｃ）は次式で表わされる。
であるので、表１〜３に示された面積当りの活物質量を
Ａｄ（ｍｇ／ｃｍ2 ）とすれば、三次元的充填密度Ｄｄ
（ｇ／ｃｃ）は次式で表わされる。
【００４２】Ｄｄ＝Ａｄ×１０-3／０．００６１
ここで、０．００６１の数値は、｛（負極の最終厚さ１
４０μｍ）−（銅箔の厚さ１８μｍ）｝／２＝０．００
６１ｃｍとして得られるものである。
４０μｍ）−（銅箔の厚さ１８μｍ）｝／２＝０．００
６１ｃｍとして得られるものである。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電極活
物質の充填密度の比較的小さな種類Ａの単電池と電極活
物質密度の比較的大きな種類Ｂの単電池を組合せた組電
池を作製することにより、瞬間最大出力特性と充放電容
量の両方が改善された電気自動車用組電池を提供するこ
とができる。
物質の充填密度の比較的小さな種類Ａの単電池と電極活
物質密度の比較的大きな種類Ｂの単電池を組合せた組電
池を作製することにより、瞬間最大出力特性と充放電容
量の両方が改善された電気自動車用組電池を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の実施の形態の一例による電気自動車用
組電池を示す模式的なブロック図である。
組電池を示す模式的なブロック図である。
【図２】渦巻型電極の巻回状態を説明するための模式的
な斜視図である。
な斜視図である。
【図３】自動車用組電池に用いられる円柱状の単電池の
外観の一例を示す概略的な斜視図である。
外観の一例を示す概略的な斜視図である。
１ 帯状正極
１ａ 正極集電タブ
２ 帯状負極
２ａ 負極集電タブ
３ セパレータ
１０ 電池缶
１１ 正極端子
１２ 負極端子
１３ 正極絶縁パッキング
１４ 負極絶縁パッキング
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 近野 義人
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(72)発明者 米津 育郎
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(72)発明者 能間 俊之
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(72)発明者 西尾 晃治
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平８−241705（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−335460（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−94839（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−149807（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−154504（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 10/40
H01M 2/10
H01M 4/02
H01M 4/58
Claims (3)
- 【請求項１】 電気自動車用組電池であって、 前記組電池においては種類Ａの複数の直列接続された単
電池と種類Ｂの複数の直列接続された単電池とが互いに
並列接続されており、 前記単電池の各々は、炭素材料を活物質として含む負
極，リチウムイオンと電気化学反応可能な材料を活物質
として含む正極，および非水電解液を含み、それらの正
負極の対向容量比は実質的に１．０に設定されており、 前記種類Ａと種類Ｂの単電池間における負極単位面積当
りの活物質量比が０．４５〜０．７５の範囲内にあり、
かつ前記両種類の単電池の負極単位面積当りの活物質密
度が５〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内にあることを特徴と
する電気自動車用組電池。 - 【請求項２】 前記種類Ａの単電池は６〜８ｍｇ／ｃｍ
2 の範囲内の負極活物質密度を有し、前記種類Ｂの単電
池は１１〜１３ｍｇ／ｃｍ2 の範囲内の負極活物質密度
を有することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車
用組電池。 - 【請求項３】 前記負極の活物質としての炭素材料は黒
鉛粉末であり、この黒鉛粉末において黒鉛結晶のＣ軸方
向の結晶子の大きさの値Ｌｃは１５０Å以上であり、か
つＣ軸方向の原子面間隔の値ｄ002 は３．３８Å以下で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の電気自
動車用組電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05579697A JP3363738B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 電気自動車用組電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05579697A JP3363738B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 電気自動車用組電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10255767A JPH10255767A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3363738B2 true JP3363738B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=13008883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05579697A Expired - Fee Related JP3363738B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 電気自動車用組電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3363738B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
| KR20140108697A (ko) | 2004-01-16 | 2014-09-12 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 리튬 이차전지용 음극 및 리튬 이차전지 |
| JP2005251513A (ja) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池を用いた組電池 |
| JP2005293977A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Enerstruct Kk | 複合電池 |
| CN101529617B (zh) * | 2006-10-16 | 2011-06-29 | 株式会社Lg化学 | 含不对称充电单元的高功率二次电池系统 |
| JP5097415B2 (ja) * | 2007-03-06 | 2012-12-12 | 日立粉末冶金株式会社 | リチウム二次電池 |
| JP4985611B2 (ja) * | 2008-10-14 | 2012-07-25 | 日立化成工業株式会社 | リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池 |
| JP2009152208A (ja) * | 2009-01-09 | 2009-07-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 車両用の電源装置 |
| JP2011040410A (ja) * | 2010-10-20 | 2011-02-24 | Sony Corp | 非水電解質二次電池 |
| JP2013530510A (ja) | 2011-06-09 | 2013-07-25 | エルジー ケム． エルティーディ． | 電極組立体およびこれを含むリチウム二次電池 |
| JP2012109280A (ja) * | 2012-03-12 | 2012-06-07 | Hitachi Chem Co Ltd | リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池 |
| JP6060996B2 (ja) * | 2015-05-11 | 2017-01-18 | 日立化成株式会社 | リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池 |
| GB2591755A (en) * | 2020-02-05 | 2021-08-11 | Dar Yun Energy Science Tech Co Ltd | Power-supplying battery of electric vehicle |
-
1997
- 1997-03-11 JP JP05579697A patent/JP3363738B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10255767A (ja) | 1998-09-25 |
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