JP3572831B2

JP3572831B2 - 組電池

Info

Publication number: JP3572831B2
Application number: JP30827996A
Authority: JP
Inventors: 伸和田中; 敏和前島; 賢二原; 晃二東本
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH10149807A

Description

【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。組電池を構成する際には、組立工程の簡略化及び安全性を考慮して完全放電状態の単電池を用いる。
【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、完全放電状態で組電池を構成した場合、２ないしそれ以上の直列接続を有する組電池では、前記組電池内の単電池の中で最も電池容量の小さいものは過充電される。どのような電池系においても組電池中の単電池が極端に過充電されることは好ましいことではない。特に非水電解質二次電池の場合は、組電池が極端に過充電される単電池を含むと組電池全体の充放電サイクル寿命が大きく低下する問題がある。
上記問題を抑制するためには、２ないしそれ以上の直列接続を有する組電池内の単電池の中で最も電池容量の小さいものに合わせて、つまり過充電状態にならないよう充電電気容量を決定すればよいが、そうするとその他の電池容量の大きな単電池の特性を充分に生かすことができなくなる。また各単電池をそれぞれ完全放電状態で組電池を構成するため、組電池内の各単電池にどの程度容量のばらつきがあるかを組電池構成前に把握することは容易ではなく、現実的でもない。本発明が解決しようとする課題は、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各単電池に容量のバラツキがあった場合でも、組電池内の単電池の中で最も電池容量の小さいものの過充電を抑制して、充放電サイクル寿命を向上させることである。
【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、本発明の組電池は、それを構成する単電池が、満充電状態から同容量放電ものであることを特徴とする。
複数の単電池を満充電状態から同容量放電すると、たとえ前記複数の電池の充放電可能な容量が異なっていても、つまり個々の電池に容量のバラツキがあっても、それぞれの電池の過充電領域に至るまでの充電可能な電気容量は等しくなる。従って満充電状態から同容量放電した複数の単電池を用いた、２ないしそれ以上の直列接続を有する組電池は、充電時の過充電防止制御が確実になる。
組電池の充電上限電圧＝単電池の充電上限電池電圧×直列接続数・・・（１）
上記（１）式を満足するよう組電池を構成する。
【０００５】
２ないしそれ以上の単電池の並列接続よって構成される電池群が２ないしそれ以上の直列接続によって構成された組電池、又は２ないしそれ以上の直列接続によって構成される電池群が、２以上の単電池の並列接続よって構成される組電池についても、複数の単電池を満充電状態から同容量放電したものを用いることにより、上記と同様の作用が得られる。つまり充電時の過充電防止制御を確実にする上記（１）式を満足するよう組電池を構成すればよい。
【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、捲回体を作製した。
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ＬｉＰＦ_６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。こうして標準容量１４００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池を得た。
【０００７】
上記製法により作製したリチウム二次電池の単電池を１４００ｍＡの定電流で充電（大凡１Ｃ充電に相当）し、表１に示す所定の電池電圧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。その後表１に示す所定の電池電圧値になるまで１４００ｍＡで放電（大凡１Ｃ放電に相当）する。この充放電を繰り返したときの放電容量が初回放電容量の７０％以下になったとき電池の寿命と判断した。表１に６つの単電池Ａ〜Ｆの充電上限電池電圧値、放電終止電池電圧値、電池が寿命に至るまでの充放電サイクル数を示す。
【０００８】
【表１】

【０００９】
表１から明らかなように、単電池の充電上限電池電圧値が４．２０Ｖを越えると放電終止電池電圧値にかかわらず電池の寿命に至るまでの充放電回数が減少することがわかる。従って本例で用いた電池系では充電上限電池電圧値を４．２０Ｖとし、充電した場合を満充電状態とする。
上記満充電状態の単電池を多数用意し、それぞれを１０５０ｍＡで１時間放電させる。これは、満充電状態から標準の電池容量の７５％の放電を実施したことに相当する。その状態で無作為に選んだ単電池３個を並列に接続して電池群を作製する。この電池群を直列に接続して組電池を構成する。
【００１０】
【実施例】
発明の実施の形態に記載した製法により作製した電池群を３組直列接続した組電池（実施例１）、及び２組直列に接続した組電池（実施例２）を作製した。
また、電池作製後、実施の形態で述べた満充電させる操作、１０５０ｍＡで１時間放電させる操作を一切実施せず、それ以外は実施例の形態と同様とした電池群を３組直列接続した組電池（従来例１）を作製した。また、２組直列に接続した組電池（従来例２）を作製した。
【００１１】
上記実施例１、従来例１の組電池に対して４２００ｍＡの定電流で充電し、組電池の端子間電圧が１２．６Ｖ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。その後所定の電池電圧値になるまで４２００ｍＡで放電する。この充放電を繰り返したときの放電容量が初回放電容量の７０％以下になったとき電池の寿命と判断する充放電サイクル試験を実施した。
実施例２、従来例２の組電池については前記組電池の端子間電圧が８．４Ｖ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以外は実施例１、従来例１の組電池に対する充放電サイクル試験と同条件で充放電サイクル試験を実施した。
表２に組電池が寿命に至るまでの充放電サイクル数、及び１サイクル目の充電時の定電流充電が終了した時点での各並列接続した電池群の電圧を示す。
【００１２】
【表２】

【００１３】
表２から明らかなように従来例１、２の組電池は、それを構成する単電池の電池容量のバラツキがあるため、充電時の組電池の端子間電圧が理論上適当な値であっても過充電となる単電池が存在してしまい、そのため充放電サイクル寿命が低下していることがわかる。それに対し単電池を満充電状態から同容量放電した後、組電池を構成した実施例１、２の組電池は、それを構成する単電池の電池容量のバラツキがあっても、いずれの単電池も過充電されることなく充放電サイクル試験に供した場合長寿命である。
【００１４】
本実施例ではリチウムイオン二次電池の構成の一例を組電池にした場合について述べてきたが、その他の構成のリチウムイオン二次電池、非水電解質二次電池を組電池にした場合でも本実施例と同様の効果が得られると考えられる。またアルカリ蓄電池、鉛蓄電池等、過充電に比較的耐えうる電池を組電池にする場合にも、本発明を適用することにより充放電サイクル寿命が向上することが考えられる。但し、非水電解質二次電池のように過充電をすると極端に充放電サイクル寿命が劣化する電池系を含む組電池に対しては、本発明は最も効果的である。
本実施例で用いた電池系と異なる方法で充電される電池を用いた場合には、満充電状態まで充電する方法が当然本実施例と異なってくる。従って用いる電池によって最適な満充電状態を適宜選択して実施する。
また本実施例では満充電状態から標準の電池容量の７５％を放電した複数の単電池を用いて組電池を構成したが、特にこの値に限定されない。電池の製造条件等により電池容量のバラツキの度合いが左右されるため、それらの条件に見合った量の放電操作をすればよい。
満充電状態から単電池を全く放電させずに組電池を構成することも考えられるが、どの電池系においても満充電状態の電池を組電池にする際の操作に供するのは安全性の面で好ましくない。それは電池の体積当たりのエネルギー密度が高まるに従い気をつけなければならないことである。従って本発明は放電の操作を加えた。好ましくは満充電状態から標準電池容量の５０％以上に相当する放電放電をさせる。
また本実施例では３つの電池を並列に接続した電池群を２つあるいは３つ直列に接続した組電池について述べてきたが、単電池、あるいは２以上の単電池の並列接続よって構成される電池群が、２ないしそれ以上の直列接続によって構成された組電池であれば本実施例と同様の効果が得られる。また、２ないしそれ以上の直列接続によって構成される電池群が、並列接続よって構成される組電池についても同様に本実施例と同様の効果が得られる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、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各単電池に容量のバラツキがあった場合でも、組電池内の単電池の中で最も電池容量の小さいものの過充電を抑制して、充放電サイクル寿命を向上させることができた。

Claims

単電池、又は２以上の単電池の並列接続によって構成される電池群が、２ないしそれ以上の直列接続によって構成される組電池において、それを構成する単電池に、満充電状態から同容量放電したものを用いたことを特徴とする組電池。
２ないしそれ以上の直列接続によって構成される電池群が、並列接続によって構成される組電池において、それを構成する単電池に、満充電状態から同容量放電したものを用いたことを特徴とする組電池。
単電池が非水電解液二次電池である請求項１又は２記載の組電池。