JP3491473B2 - 組電池 - Google Patents

組電池

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敏和 前島
伸和 田中
賢二 原
晃二 東本
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池で構成さ
れる組電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】二次電池はエンジンを搭載した自動車に
設置される鉛蓄電池等を除いては、主に組電池の形態で
使用される。近年の携帯機器の普及に伴い、エネルギー
密度の高い二次電池が普及している。現状では非水電解
質を用いたリチウム二次電池が、市場に出回っている二
次電池の中で最もエネルギー密度が高い。このような非
水電解質二次電池は、過充電、過放電によって性能が著
しく劣化するため、通常電池一つ一つに保護回路(過充
電防止回路及び/又は過放電防止回路)を備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ように、電池一つ一つに保護回路を備えていると、作製
した電池の容量にバラツキがあった場合、組電池内の電
池容量の小さいものの保護回路が最初に作動し、組電池
全体の容量を支配し、十分な容量が得られない。従って
組電池形成前にそれぞれの単電池を1回以上充放電を行
い、電池容量のチェックをする。本発明が解決しようと
する課題は、過放電防止回路及び/又は過充電防止回路
を備えた2ないしそれ以上の直列接続を有する組電池を
構成する、単電池あるいは電池群の容量のバラツキの許
容範囲を明確化し、組電池生産の歩留まりを低減するこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の過放電防止回路及び/又は過充電防止回路
を備えた2ないしそれ以上の単電池を並列接続してなる
電池群を、直列接続して構成した組電池は、単電池の定
格容量をX、組電池を構成する単電池の実容量の平均を
Y、組電池を構成する電池群の並列接続数をn、組電池
を構成する電池群の実容量の最大値をa、組電池を構成
する電池群の実容量の最小値をb、としたとき、X≦Y
で、且つa−b≦0.15×n×Yを満足することを特
徴とする。また、上記課題を解決するために、本発明の
過放電防止回路及び/又は過充電防止回路を備えた単電
池を、直列接続して構成した組電池は、単電池の定格容
量をX、組電池を構成する単電池の実容量の平均をY、
組電池を構成する単電池の実容量の最大値をa、組電池
を構成する単電池の実容量の最小値をb、としたとき、
X≦Yで、且つa−b≦0.15×Yを満足することを
特徴とする。上記定格容量とは、SBA 6004の規
格のとおり、規定の温度、放電電流及び終止電圧条件
で、完全充電から取り出せるとメーカが公表するアンペ
アアワー電気量のことである。このため、定格容量値は
電池を充電器にて充電する際の充電レート、充電量の基
準になる。また上記実容量とは、所定の使用状態(充放
電条件)で電池を使用したときの実際の放電容量値であ
る。該実容量値は充放電サイクルを繰り返すことでそれ
ぞれのサイクルでの値が異なっていく。そこで本発明に
おける実容量は、所定の使用条件において充放電を1〜
50回繰り返した際のいずれかの放電容量値と定義す
る。
【0005】上記条件を満足した組電池は、それを構成
する単電池の容量のバラツキが低減したものとなる上に
定格容量を満足する。従って不良となる組電池が減少
し、歩留まりを向上させることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をリチ
ウム二次電池を用いた組電池を例に述べる。正極板には
厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にリチウムコバル
ト複合酸化物を主体としたペースト状の活物質を塗布
し、乾燥・圧延した後、幅55mmに切断したものを用
いた。また負極板には厚さ10μmの銅箔の両面に黒鉛
を主体としたペースト状活物質を塗布し、乾燥・圧延し
た後、幅56mmに切断したものを用いた。これらの正
極板と負極板とを厚さ25μm、幅58mmのポリエチ
レン微多孔膜からなるセパレータを介して捲回し、捲回
体を作製する。この捲回体を負極缶に挿入し、予め負極
集電体に溶着させたタブ端子を缶底に溶着する。次に炭
酸プロピレンと炭酸ジメチルを体積比で40:60に混
合した溶媒にLiPF6を1mol/lの濃度で溶解さ
せた電解液を5ml注入した後、絶縁性のガスケットを
介して予め正極集電体に溶着させた正極タブ端子を正極
キャップに溶着し、負極缶上部に配置させ、負極缶上部
をかしめて電池を密閉した。こうして定格容量1000
mAhのリチウムイオン二次電池の単電池を得る。尚、
保護回路として単電池当たり充電時には4.3V、放電
時には2.3Vを検出した場合作動するものを装着し
た。
【0007】上記製法による単電池を1000mAの定
電流で充電し、電池電圧4.2Vになったところでその
電池電圧を維持するように定電圧充電に切り替える。ト
ータルの充電時間が2.5時間となったところで充電を
停止する。その後電池電圧2.5Vになるまで1000
mAの定電流で放電し、単電池それぞれの実容量を測定
する。表1に単電池A〜δの実容量を示す。
【0008】
【表1】
【0009】表1中の電池Eと電池Fと電池Gを並列に
接続した電池群と、電池Hと電池Iと電池Jを並列に接
続した電池群とを直列に接続して組電池を作製する。こ
の組電池は、 X=1000mAh Y=1013mAh a=1205mAh b= 915mAh n=3 a−b=290mAh 0.15×n×Y=456mAh である。従ってX≦Y及びa−b≦0.15×n×Yを
満足している。この組電池は不良の対象とはならない。
【0010】上記組電池は3つの単電池を並列に接続し
た電池群を2つ直列に接続したものだが、単電池の並列
数、単電池あるいは電池群の直列数は、用途に応じて適
宜選択することが可能である。
【0011】
【実施例】表2に示す2〜4つの単電池を並列に接続し
た電池群1〜9、及び参考例として定格容量(1000
mAh)を満足する単電池について充放電を300回繰
り返す試験を行った。用いた単電池は表1に示したもの
である。充電条件は、まず1000mA×並列数(n)
の定電流で充電し、電池電圧4.2Vになったところで
その電池電圧を維持するように定電圧充電に切り替え、
トータルの充電時間が2.5時間となったところで充電
を停止するものである。放電条件は、電池群電圧あるい
は単電池の電圧が2.5Vになるまで1000mA×並
列数(n)の定電流で放電するものである。尚表2には
各電池群あるいは単電池の初回の放電容量(mAh)、
及び300サイクル後の容量保持率(300サイクル目
の放電容量÷1サイクル目の放電容量×100(%))
も併せて示した。
【0012】
【表2】
【0013】表2に示した単電池の実容量、及び表2の
容量保持率から、並列接続された電池群はそれを構成す
る単電池の実容量に大きなバラツキがあっても、充放電
サイクルの繰り返しによる劣化が単電池と比較してもさ
ほど大きくないことがわかる。
【0014】次に発明の実施の形態で記載した製法によ
る、実容量の異なる単電池を多数作製し、単電池を2直
列、3直列接続した組電池1〜9を作製した。これら組
電池及び参考例としての単電池について充放電を300
回繰り返す試験を行った。用いた組電池は表3に示す実
容量の単電池で構成した。充電条件は、まず1000m
Aの定電流で充電し、電池電圧4.2V×直列数になっ
たところでその電池電圧を維持するように定電圧充電に
切り替え、トータルの充電時間が2.5時間となったと
ころで充電を停止するものである。放電条件は、電池群
電圧あるいは単電池の電圧が2.5V×直列数になるま
で1000mAの定電流で放電するものである。尚表3
には各組電池あるいは単電池の初回の放電容量、及び3
00サイクル後の容量保持率(300サイクル目の放電
容量÷1サイクル目の放電容量×100(%))、a−
b(mAh)、Y(mAh)、0.15×Y(mAh)も併せて示し
た。組電池1〜9は単電池の直列接続であるため、並列
数n=1である。
【0015】
【表3】
【0016】表3の結果から、まずX≦Yを満足しない
組電池7、9は、a−b≦0.15×Yを満足していて
も実際の放電容量が定格容量(1000mAh)を満足
しないため、不良の対象となる。また、X≦Yを満足し
ていてもa−b≦0.15×Yを満足しない組電池6、
8は、a−b≦0.15×Yを満足するその他の組電池
に比較し、容量維持率の値が低いことがわかる。それに
対しa−b≦0.15×Yを満足する組電池は、単電池
の容量維持率に比べても遜色無い値を示している。
【0017】更に発明の実施の形態で記載した製法によ
る、実容量の異なる単電池を多数作製し、単電池を3並
列に接続した電池群3つをを直列接続した組電池10〜
13、単電池を2並列に接続した電池群2つをを直列接
続した組電池14〜17を作製した。これら組電池及び
参考例としての単電池について充放電を300回繰り返
す試験を行った。表4に組電池を構成する各電池群の実
容量を示す。充電条件は、まず1000mA×並列数の
定電流で充電し、電池電圧4.2V×直列数になったと
ころでその電池電圧を維持するように定電圧充電に切り
替え、トータルの充電時間が2.5時間となったところ
で充電を停止するものである。放電条件は、電池群電圧
あるいは単電池の電圧が2.5V×直列数になるまで1
000mA×並列数の定電流で放電するものである。尚
表4には各組電池あるいは単電池の初回の放電容量、及
び300サイクル後の容量保持率(300サイクル目の
放電容量÷1サイクル目の放電容量×100(%))、
a−b(mAh)、Y(mAh)、0.15×n×Y(mAh)も併せ
て示した。尚、Yは予め測定した全ての単電池の実容量
から算出して示している。
【0018】
【表4】
【0019】表4の結果から、まずX≦Yを満足しない
組電池13、17は、a−b≦0.15×n×Yを満足
していても実際の単電池の実容量が定格容量(1000
mAh)を満足しないため、不良の対象となる。また、
X≦Yを満足していてもa−b≦0.15×n×Yを満
足しない組電池12、16は、a−b≦0.15×n×
Yを満足するその他の組電池に比較し、容量維持率の値
が低いことがわかる。それに対しa−b≦0.15×n
×Yを満足する組電池は、単電池の容量維持率に比べて
も遜色無い値を示している。
【0020】
【発明の効果】本発明により、過放電防止回路及び/又
は過充電防止回路を備えた2ないしそれ以上の直列接続
を有する組電池を構成する、単電池あるいは電池群の容
量のバラツキの許容範囲を明確化し、組電池生産の歩留
まりを低減することができた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−331425(JP,A) 特開 平8−241705(JP,A) 特開 平10−154503(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/22 H01M 2/10 H01M 10/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】過放電防止回路及び/又は過充電防止回路
    を備えた2ないしそれ以上の単電池を並列接続してなる
    電池群を、直列接続して構成した組電池において、単電
    池の定格容量をX、組電池を構成する単電池の実容量の
    平均をY、組電池を構成する電池群の並列接続数をn、
    組電池を構成する電池群の実容量の最大値をa、組電池
    を構成する電池群の実容量の最小値をb、としたとき、
    X≦Yで、且つa−b≦0.15×n×Yを満足するこ
    とを特徴とした組電池。
  2. 【請求項2】過放電防止回路及び/又は過充電防止回路
    を備えた単電池を、直列接続して構成した組電池におい
    て、単電池の定格容量をX、組電池を構成する単電池の
    実容量の平均をY、組電池を構成する単電池の実容量の
    最大値をa、組電池を構成する単電池の実容量の最小値
    をb、としたとき、X≦Yで、且つa−b≦0.15×
    Yを満足することを特徴とした組電池。
  3. 【請求項3】電池が非水電解質二次電池である請求項1
    又は2記載の組電池。
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