JP5419743B2 - 電動装置及び電動装置の使用方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池と負荷とを備えた電動装置及び電動装置の使用方法に関し、特に、リチウム二次電池の単電池を複数接続した組電池から負荷に電力を供給する電動装置及び電動装置の使用方法に関する。
リチウムイオン電池は、用途に応じた電圧を得るため、直列に接続して組電池として用いることができるが、組電池を構成する各単電池は、個体差や周囲温度等によって充電可能容量がばらつき、組電池を充放電する際に各単電池を流れる電気量は等しくても残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が異なる状態となる。
直列に接続している場合、放電の際には、容量の小さい単電池は、他の単電池より先に完全放電し過放電状態となる。
直列に接続している場合、放電の際には、容量の小さい単電池は、他の単電池より先に完全放電し過放電状態となる。
リチウムイオン電池セルの電圧が０．６Ｖ以下になると、負極の塗布基材である銅箔の銅がイオンとなって電解液中に溶出し、次の充電時には、電解液中の銅イオンとなって正極に析出すると正極の機能を低下させ、電池性能を低下させる。また、過放電により電池性能が劣化してしまうと電池性能を元の特性に復元することが困難である。
また、通常、リチウム電池は、電解液が鉄製のセルに入っているので、銅イオンが電解液中に溶出した状態では、銅よりも鉄のほうがイオンになりやすい（イオン化傾向が大きい）ため、銅が金属として析出し、鉄がイオンとなって電解液中に溶出するおそれがある。
また、通常、リチウム電池は、電解液が鉄製のセルに入っているので、銅イオンが電解液中に溶出した状態では、銅よりも鉄のほうがイオンになりやすい（イオン化傾向が大きい）ため、銅が金属として析出し、鉄がイオンとなって電解液中に溶出するおそれがある。
つまり、鉄製のセルが電解液中に溶け出し、セルに穴が開き、電解液が漏れ出すおそれがあり、電解液は導電性があり、これがプリント板上に付着した状態で充電すると、充電電流が電解液内を流れ、プリント板が発熱、発煙、発火するおそれがある。
また、過放電状態においては、電解液の分解も起こり、性能劣化やさらには分解ガスにより破裂、発火、発煙が起こるおそれがある。
さらに、複数の単電池を直列接続した組電池では、その中のどれか一つの単電池が過放電になると、充放電の繰り返しでの過放電による劣化が加速され、組電池全体の劣化が加速されて使用できなくなる。
そのため、リチウム電池を単位電池とすると組電池では、放電時に電池の電圧を監視し、どれか１本の単位電池でも、例えば２．３Ｖに達したときに放電を停止させる（例えば、特許文献１、２参照。）。
ここで、上記問題が生じないように放電をある一定電圧で停止させ、この際の放電を停止させる電圧を定格下限電圧という。
そして、過放電とは、定格下限電圧〜０Ｖまでの間で放電させることをいい、転極とは、０Ｖ未満になった状態で放電することをいう。
また、過放電状態においては、電解液の分解も起こり、性能劣化やさらには分解ガスにより破裂、発火、発煙が起こるおそれがある。
さらに、複数の単電池を直列接続した組電池では、その中のどれか一つの単電池が過放電になると、充放電の繰り返しでの過放電による劣化が加速され、組電池全体の劣化が加速されて使用できなくなる。
そのため、リチウム電池を単位電池とすると組電池では、放電時に電池の電圧を監視し、どれか１本の単位電池でも、例えば２．３Ｖに達したときに放電を停止させる（例えば、特許文献１、２参照。）。
ここで、上記問題が生じないように放電をある一定電圧で停止させ、この際の放電を停止させる電圧を定格下限電圧という。
そして、過放電とは、定格下限電圧〜０Ｖまでの間で放電させることをいい、転極とは、０Ｖ未満になった状態で放電することをいう。
しかし、単位電池毎に電圧を測定する必要があるため、多数の電圧検出器が必要になる。
このため、組電池を構成するセルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの電圧を測定して過放電を防止する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。
この特許文献３に記載の技術では、放電判定方法では、組電池を構成するセルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、その検出結果に基づいて判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、さらに、判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、判定値が、基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過放電状態にあると判定している。
このため、組電池を構成するセルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの電圧を測定して過放電を防止する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。
この特許文献３に記載の技術では、放電判定方法では、組電池を構成するセルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、その検出結果に基づいて判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、さらに、判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、判定値が、基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過放電状態にあると判定している。
しかしながら、上述した各特許文献に記載の技術においては、次のような問題があった。
同技術では、放電時の電圧測定にミスがあると、過放電や転極になり、リチウム二次電池の性能が劣化して使用不可能になると考えられていた。
このため、例えば、電圧測定回路が故障し、放電終了信号を発信できず、一つの単電池の出力電圧が０Ｖ以下になった場合、他の単電池が正常であっても組電池全体を新しく交換しなければならなかった。
また、対象電池の特性と異なる電池があれば、組電池は、制御不能になる。
同技術では、放電時の電圧測定にミスがあると、過放電や転極になり、リチウム二次電池の性能が劣化して使用不可能になると考えられていた。
このため、例えば、電圧測定回路が故障し、放電終了信号を発信できず、一つの単電池の出力電圧が０Ｖ以下になった場合、他の単電池が正常であっても組電池全体を新しく交換しなければならなかった。
また、対象電池の特性と異なる電池があれば、組電池は、制御不能になる。
さらに、リチウムイオン二次電池は、充電器の故障などにより過充電になると、正極活物質の分解、負極での金属リチウムの析出や電解液の分解が起こり、充電による発熱や反応熱が重なることで熱暴走して、発火、発煙、破裂等が起こるおそれがある。
複数の単電池を直列接続した組電池においては、個体差や周囲温度等によって充電可能容量がばらつき、その場合、充電電流が同じであっても、容量の低い単電池は過充電となることがあり、組電池全体の電圧は正常であっても、過充電による発火、発煙、破裂等のおそれがある。
そのため、充電時には電池電圧を検出して過充電を防止する必要がある。
複数の単電池を直列接続した組電池においては、各単電池の電圧をすべて検出して過充電を防止する保護回路が必要となる。
しかし、過充電保護回路は高価であり、また、故障した場合などにより過充電となると発火、発煙、破裂等のおそれがあった。
複数の単電池を直列接続した組電池においては、個体差や周囲温度等によって充電可能容量がばらつき、その場合、充電電流が同じであっても、容量の低い単電池は過充電となることがあり、組電池全体の電圧は正常であっても、過充電による発火、発煙、破裂等のおそれがある。
そのため、充電時には電池電圧を検出して過充電を防止する必要がある。
複数の単電池を直列接続した組電池においては、各単電池の電圧をすべて検出して過充電を防止する保護回路が必要となる。
しかし、過充電保護回路は高価であり、また、故障した場合などにより過充電となると発火、発煙、破裂等のおそれがあった。
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、過放電や転極が起こった組電池であっても、交換することなく、その後も正常に使用可能とし、過充電が起こっても安全な電動装置及び電動装置の使用方法の提供を目的とする。
この目的を達成するため、本発明の電動装置は、リチウム二次電池の単電池を複数接続した組電池を備える電池モジュールと、組電池から電力の供給を受けて所定の動作を行う負荷とを備えた電動装置であって、リチウム二次電池の電解質が、無機固体電解質であり、リチウム二次電池は、過放電又は転極が所定時間継続し、充電後、定格範囲内で充放電が行なわれる動作を行うものであり、組電池と負荷との間には、リチウム二次電池の過放電を防止する過放電保護手段を備えていない構成としてある。
また、本発明の電動装置の使用方法は、リチウム二次電池の単電池を複数接続した組電池を備える電池モジュールと、組電池から電力の供給を受けて所定の動作を行う負荷とを備え、リチウム二次電池の電解質が、無機固体電解質であり、組電池と前記負荷との間には、リチウム二次電池の過放電を防止する過放電保護手段を備えていない電動装置を、過放電又は転極を所定時間継続し、充電後、定格範囲内で充放電を行う方法としてある。
本発明の電動装置及び電動装置の使用方法によれば、リチウム二次電池の電解質が無機固体電解質であるので、一つの単電池で過放電や転極が起こった場合でも、再度充電することで、その後も正常に使用できる。
このため、一つの単電池が過放電等になったことで組電池全体を交換する必要がなくなり、組電池やこれを備えた電池モジュール、さらにこの電池モジュールを搭載した電動装置の使用年数を延ばすことができる。
このため、一つの単電池が過放電等になったことで組電池全体を交換する必要がなくなり、組電池やこれを備えた電池モジュール、さらにこの電池モジュールを搭載した電動装置の使用年数を延ばすことができる。
本発明では、二次電池は無機固体電解質を用いたことにより、過充電においても熱暴走に至らないことから、過充電保護回路を不要とすることができる。また、性能劣化防止や安全性向上のために過充電保護回路を備える場合においても、簡易な保護回路とすることも可能である。
また、過充電保護回路が故障した場合でも、発火、発煙、破裂等を防ぐことができる。
また、過充電保護回路が故障した場合でも、発火、発煙、破裂等を防ぐことができる。
以下、本発明に係る電池モジュール及び電動装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
まず、本発明の電池モジュール及び電動装置の第一実施形態について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
まず、本発明の電池モジュール及び電動装置の第一実施形態について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
（I）全体構成
同図に示すように、電動装置１ａは、組電池１０と、負荷２０とを備えている。
組電池１０は、リチウム二次電池の単電池１１を複数直列に接続したものである。
この組電池１０は、負荷２０に電力を供給する電源である。
なお、単電池１１は、通常の単位電池の他、単位電池を並列に接続したものも含まれる。
また、組電池１０を構成するリチウム電池の単電池については、後記の「（II）リチウム二次電池の単電池」で詳述する。
同図に示すように、電動装置１ａは、組電池１０と、負荷２０とを備えている。
組電池１０は、リチウム二次電池の単電池１１を複数直列に接続したものである。
この組電池１０は、負荷２０に電力を供給する電源である。
なお、単電池１１は、通常の単位電池の他、単位電池を並列に接続したものも含まれる。
また、組電池１０を構成するリチウム電池の単電池については、後記の「（II）リチウム二次電池の単電池」で詳述する。
この組電池１０は、一の電池モジュール（図示せず）に収めることができる。
電池モジュールは、組電池１０と回路とを備えている。
この電池モジュールには、過放電保護手段（例えば、過放電保護回路）、過充電保護手段をさらに備えていてもよい。
また、電池モジュールの外部に、過放電保護手段（例えば、過放電保護回路）、過充電保護手段を備える電動装置１であってもよい。
なお、電池モジュール及び電動装置１は、過放電保護手段を備えていない場合もある。
電池モジュールは、組電池１０と回路とを備えている。
この電池モジュールには、過放電保護手段（例えば、過放電保護回路）、過充電保護手段をさらに備えていてもよい。
また、電池モジュールの外部に、過放電保護手段（例えば、過放電保護回路）、過充電保護手段を備える電動装置１であってもよい。
なお、電池モジュール及び電動装置１は、過放電保護手段を備えていない場合もある。
負荷２０は、組電池１０から電力の供給を受けて所定の動作を行うものである。
この負荷２０には、例えば、電動機（モータ）、電子部品、電子回路、発光素子、振動素子、表示装置などが含まれる。
また、電動装置１ａが自動車の場合、図２に示すように、負荷２０として電動機２１が備えられる。この電動機２１は、組電池１０から電力供給を受けて所定の方向に回転する。
この負荷２０には、例えば、電動機（モータ）、電子部品、電子回路、発光素子、振動素子、表示装置などが含まれる。
また、電動装置１ａが自動車の場合、図２に示すように、負荷２０として電動機２１が備えられる。この電動機２１は、組電池１０から電力供給を受けて所定の方向に回転する。
（II）リチウム二次電池の単電池
組電池１０は、図１に示すように、複数の単電池１１を直列接続したものである。
単電池１１（１１−１〜１１−ｎ）は、図３に示すように、正極１１−１及び負極１１−２で電解質層１１−３を挟む構成を有している。また、図３に示す例では、正極１１−１には、正極集電体１１−４が接している。さらに、図３に示す例では、負極１１−２に負極集電体１１−５が接している。
組電池１０は、図１に示すように、複数の単電池１１を直列接続したものである。
単電池１１（１１−１〜１１−ｎ）は、図３に示すように、正極１１−１及び負極１１−２で電解質層１１−３を挟む構成を有している。また、図３に示す例では、正極１１−１には、正極集電体１１−４が接している。さらに、図３に示す例では、負極１１−２に負極集電体１１−５が接している。
単電池１１の製造方法に関しては、図３に示すような構成をとり得る方法であれば、特に限定されないが、例えば、正極１１−１と正極集電体１１−４とを積層した正極合材シート、負極１１−２と負極集電体１１−５とを積層した負極合材シート及び固体電解質シートを作製しておき、これらを重ね合わせてプレスする方法がある。
また、正極集電体１１−４上に正極１１−１を形成しておき、その上に電解質層１１−３を形成し、さらにその上に負極集電体１１−５に形成された負極１１−２を、電解質層１１−３と負極１１−２が接するように重ね合わせてもよい。
また、正極集電体１１−４上に正極１１−１を形成しておき、その上に電解質層１１−３を形成し、さらにその上に負極集電体１１−５に形成された負極１１−２を、電解質層１１−３と負極１１−２が接するように重ね合わせてもよい。
正極合材シート及び負極合材シートの製造方法としては、例えば、正極１１−１及び負極１１−２を正極集電体１１−４及び負極集電体１１−５の少なくとも一部に膜状に形成することで作製できる。
製膜方法としては、例えば、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法又は溶射法等が挙げられる。
また、正極集電体１１−４及び負極集電体１１−５に正極１１−１及び負極１１−２の極材を溶液化し、塗布する方法、あるいは正極１１−１及び負極１１−２の極材を正極集電体１１−４及び負極集電体１１−５上に圧縮して積層させる方法により、正極１１−１及び負極１１−２を形成することもできる。
また、正極１１−１は、金属箔等であってもよい。
製膜方法としては、例えば、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法又は溶射法等が挙げられる。
また、正極集電体１１−４及び負極集電体１１−５に正極１１−１及び負極１１−２の極材を溶液化し、塗布する方法、あるいは正極１１−１及び負極１１−２の極材を正極集電体１１−４及び負極集電体１１−５上に圧縮して積層させる方法により、正極１１−１及び負極１１−２を形成することもできる。
また、正極１１−１は、金属箔等であってもよい。
（II-1）負極
負極１１−２は、通常、リチウム二次電池（組電池１０）の負極１１−２に使用できるものであれば、特に限定されない。
例えば、下記する負極活物質と固体電解質を混合した負極合材から負極１１−２を製造してもよく、またカーボン負極を用いてもよい。
負極１１−２は、通常、リチウム二次電池（組電池１０）の負極１１−２に使用できるものであれば、特に限定されない。
例えば、下記する負極活物質と固体電解質を混合した負極合材から負極１１−２を製造してもよく、またカーボン負極を用いてもよい。
（II-11）負極活物質
負極活物質としては、市販されているものを特に限定なく使用することができ、炭素材料やＳｎ金属、Ｉｎ金属などを好適に用いることができる。
具体的には、天然黒鉛や各種グラファイト、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉなどの金属粉、Ｓｎ５Ｃｕ６、Ｓｎ２、Ｃｏ、Ｓｎ２Ｆｅなどの金属合金粉、その他アモルファス合金やメッキ合金が挙げられる。
粒径に関しても特に制限はないが、平均粒径が数μｍ〜８０μｍのものを好適に用いることができる。
負極活物質としては、市販されているものを特に限定なく使用することができ、炭素材料やＳｎ金属、Ｉｎ金属などを好適に用いることができる。
具体的には、天然黒鉛や各種グラファイト、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉなどの金属粉、Ｓｎ５Ｃｕ６、Ｓｎ２、Ｃｏ、Ｓｎ２Ｆｅなどの金属合金粉、その他アモルファス合金やメッキ合金が挙げられる。
粒径に関しても特に制限はないが、平均粒径が数μｍ〜８０μｍのものを好適に用いることができる。
（II-12）負極合材
負極活物質と固体電解質を所定の割合で混合することにより、負極合材が作製される。
（II-13）負極の製造方法
従来公知の方法により、負極合材から製造することができる。
負極活物質と固体電解質を所定の割合で混合することにより、負極合材が作製される。
（II-13）負極の製造方法
従来公知の方法により、負極合材から製造することができる。
（II-2）正極
正極１１−１は、通常、リチウム二次電池（組電池１０）の正極１１−１に使用できるものであれば、特に制限されない。
（II-21）正極活物質
正極活物質としては、市販されているものを特に制限なく使用することができ、リチウムと遷移金属の複合酸化物などを好適に用いることができる。
具体的には、例えば、以下に示す各材料及び各元素の組成比が異なる類似の材料が使用でき、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ２、ＬｉＦｅＭｎＯ２、Ｌｉ２ＰｔＯ３、ＬｉＭｎＮｉＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＶＯ４、ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＦｅ（ＳＯ４）３、ＬｉＣｏＶＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、Ｓなどが挙げられる。
粒径に関しても特に制限されないが、平均粒径が数μｍ〜１０μｍのものを好適に用いることができる。
正極１１−１は、通常、リチウム二次電池（組電池１０）の正極１１−１に使用できるものであれば、特に制限されない。
（II-21）正極活物質
正極活物質としては、市販されているものを特に制限なく使用することができ、リチウムと遷移金属の複合酸化物などを好適に用いることができる。
具体的には、例えば、以下に示す各材料及び各元素の組成比が異なる類似の材料が使用でき、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ２、ＬｉＦｅＭｎＯ２、Ｌｉ２ＰｔＯ３、ＬｉＭｎＮｉＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＶＯ４、ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＦｅ（ＳＯ４）３、ＬｉＣｏＶＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、Ｓなどが挙げられる。
粒径に関しても特に制限されないが、平均粒径が数μｍ〜１０μｍのものを好適に用いることができる。
（II-22）正極合材
正極活物質と固体電解質を所定の割合で混合することにより正極合材が作製される。
割合としては、正極活物質の固体重量％（wt%）として、２０wt%〜９５wt%の割合で用いることができる。
（II-23）正極の製造方法
従来公知の方法により正極合材から製造することができる。
正極活物質と固体電解質を所定の割合で混合することにより正極合材が作製される。
割合としては、正極活物質の固体重量％（wt%）として、２０wt%〜９５wt%の割合で用いることができる。
（II-23）正極の製造方法
従来公知の方法により正極合材から製造することができる。
（II-3）固体電解質
（II-31）無機固体電解質
無機固体電解質は、ＬｉＮ、ＬＩＳＩＣＯＮ類、Thio−ＬＩＳＩＣＯＮ類、Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３などのペロブスカイト構造を有する結晶や、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＬｉＴｉ２Ｐ３Ｏ１２、さらにこれら結晶化させた電解質などを用いることができる。また、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系、Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５−ＴｉＯ２系の酸化物系非晶質固体電解質、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２系などの硫化物系非晶質固体電解質、さらにこれら結晶化させた結晶性固体電解質、あるいは、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳなどのような金属酸化物と硫化物が混合された非晶質電解質やそれらを結晶化させた電解質などが好ましい。
リチウムイオン伝導性に優れ、粒子同士の界面を得やすい硫化物系固体電解質である。
（II-31）無機固体電解質
無機固体電解質は、ＬｉＮ、ＬＩＳＩＣＯＮ類、Thio−ＬＩＳＩＣＯＮ類、Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３などのペロブスカイト構造を有する結晶や、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＬｉＴｉ２Ｐ３Ｏ１２、さらにこれら結晶化させた電解質などを用いることができる。また、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系、Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５−ＴｉＯ２系の酸化物系非晶質固体電解質、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２系などの硫化物系非晶質固体電解質、さらにこれら結晶化させた結晶性固体電解質、あるいは、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳなどのような金属酸化物と硫化物が混合された非晶質電解質やそれらを結晶化させた電解質などが好ましい。
リチウムイオン伝導性に優れ、粒子同士の界面を得やすい硫化物系固体電解質である。
（II-32）硫化物系固体電解質
硫化物系固体電解質は、硫黄、りん及びリチウムのみからなるものの他、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅなどを含む他の物質を含んでいてもよく、有機化合物、無機化合物、あるいは有機・無機両化合物からなる材料を原材料として製造しても良い。
原材料としては、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）と五硫化二燐（Ｐ２Ｓ５）、又は硫化リチウムと単体燐及び単体硫黄、さらには硫化リチウム、五硫化二燐、単体燐及び／又は単体硫黄から生成するリチウムイオン伝導性無機固体物質である。
硫化リチウムと、五硫化二燐又は単体燐及び単体硫黄の混合モル比は、通常５０：５０〜８０：２０、好ましくは、６０：４０〜７５：２５である。
特に好ましくは、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０（モル比）程度である。
本実施形態におけるリチウムイオン伝導性物質粒子は、上述のように、好適には、硫化リチウムと、五硫化二燐及び／又は、単体燐及び単体硫黄から製造することができる。
硫化物系固体電解質は、硫黄、りん及びリチウムのみからなるものの他、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅなどを含む他の物質を含んでいてもよく、有機化合物、無機化合物、あるいは有機・無機両化合物からなる材料を原材料として製造しても良い。
原材料としては、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）と五硫化二燐（Ｐ２Ｓ５）、又は硫化リチウムと単体燐及び単体硫黄、さらには硫化リチウム、五硫化二燐、単体燐及び／又は単体硫黄から生成するリチウムイオン伝導性無機固体物質である。
硫化リチウムと、五硫化二燐又は単体燐及び単体硫黄の混合モル比は、通常５０：５０〜８０：２０、好ましくは、６０：４０〜７５：２５である。
特に好ましくは、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０（モル比）程度である。
本実施形態におけるリチウムイオン伝導性物質粒子は、上述のように、好適には、硫化リチウムと、五硫化二燐及び／又は、単体燐及び単体硫黄から製造することができる。
具体的には、これらの原料を溶融反応した後、急冷するか、または、原料をメカニカルミリング法（以下、「ＭＭ法」という。）により処理して、ガラス状の固定電解質を得る。さらに熱処理することにより結晶性の固体電解質が得られる。イオン伝導性の観点からは、結晶性の固体電解質が好ましい。
（II-4）正極集電、負極集電
正極集電シート及び負極集電シートとしては、例えば、ステンレス鋼、金、白金、亜鉛、ニッケル、スズ、アルミニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、チタンなどの金属、および、これらの合金にて、シート、箔、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状などに形成されたものが用いられる。
特に、正極集電シートではアルミニウム箔、負極集電シートではアルミニウム箔やスズ箔が、集電性、加工性、コストの点で好ましい。
正極集電シート及び負極集電シートとしては、例えば、ステンレス鋼、金、白金、亜鉛、ニッケル、スズ、アルミニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、チタンなどの金属、および、これらの合金にて、シート、箔、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状などに形成されたものが用いられる。
特に、正極集電シートではアルミニウム箔、負極集電シートではアルミニウム箔やスズ箔が、集電性、加工性、コストの点で好ましい。
（III）充放電特性
次に、リチウム二次電池の充放電特性について、図４を参照して説明する。
同図は、リチウム二次電池の単電池の充放電特性を示すグラフである。
次に、リチウム二次電池の充放電特性について、図４を参照して説明する。
同図は、リチウム二次電池の単電池の充放電特性を示すグラフである。
発明者は、本実施形態のリチウム二次電池の単電池１１の充放電特性を測定した。
単電池１１を充放電装置（北斗電工株式会社、充放電システムＨＪ１００１、ＳＭ８Ａ（図示せず））に接続した。
その充放電装置を用いて、単電池１１を、０．５３５ｍＡで、出力電圧Ｖｏが４．２Ｖになるまで定電流充電した。
次いで、１．０７ｍＡで２．５Ｖまで定電流放電し、これを初期放電容量とした。
単電池１１を充放電装置（北斗電工株式会社、充放電システムＨＪ１００１、ＳＭ８Ａ（図示せず））に接続した。
その充放電装置を用いて、単電池１１を、０．５３５ｍＡで、出力電圧Ｖｏが４．２Ｖになるまで定電流充電した。
次いで、１．０７ｍＡで２．５Ｖまで定電流放電し、これを初期放電容量とした。
続いて、１．０７ｍＡの定電流で−１Ｖまで過放電した。ここで、０Ｖに達した後は、転極した。
さらに、−１Ｖで定電圧放電を約５５時間行った。
約５５時間が経過した後、定電圧放電を停止した。
停止直後から、開路電圧Ｖｏは、急激に上昇し、１．２Ｖに達した。
さらに、単電池１１を約５０時間放置しておくと、出力電圧Ｖｏは、約１．２Ｖ前後を維持した。
５０時間の経過後は、１．０７ｍＡで４．２Ｖまでの充電と、１．０７ｍＡで２．５Ｖまでの放電とを繰り返し行った。
さらに、−１Ｖで定電圧放電を約５５時間行った。
約５５時間が経過した後、定電圧放電を停止した。
停止直後から、開路電圧Ｖｏは、急激に上昇し、１．２Ｖに達した。
さらに、単電池１１を約５０時間放置しておくと、出力電圧Ｖｏは、約１．２Ｖ前後を維持した。
５０時間の経過後は、１．０７ｍＡで４．２Ｖまでの充電と、１．０７ｍＡで２．５Ｖまでの放電とを繰り返し行った。
図４に示すように、単電池１１は、出力電圧Ｖｏが過放電となり、さらに転極した後であっても、充電後には、定格範囲内で正常に充放電を行うことができた。
これは、単電池１１の電解質が、固体電解質であるために、過放電による性能劣化が生じにくいことが理由となっているものと思われる。
また、同図に示すように、放電を停止した場合、単電池１１の出力電圧Ｖｏは、約１．２Ｖで安定しようとした。このように、単電池１１は、過放電後は、自力で所定の出力電圧に回復しようとする。つまり、単電池１１は、出力電圧Ｖｏの回復能力があることから、過放電後でも正常に充放電を行うことができる。
これは、単電池１１の電解質が、固体電解質であるために、過放電による性能劣化が生じにくいことが理由となっているものと思われる。
また、同図に示すように、放電を停止した場合、単電池１１の出力電圧Ｖｏは、約１．２Ｖで安定しようとした。このように、単電池１１は、過放電後は、自力で所定の出力電圧に回復しようとする。つまり、単電池１１は、出力電圧Ｖｏの回復能力があることから、過放電後でも正常に充放電を行うことができる。
このように、単電池１１は、過放電を防止する保護回路が接続されていない場合でも、電源としての機能を正常に果たし得る。したがって、過放電を防止する保護回路を省略して、電池モジュールを安価にすることができる。
なお、同図では、放電停止から約５０時間後に充電を開始したが、この充電を開始せず、単電池１１をそのまま放置しておくと、出力電圧Ｖｏは、その後も１．２Ｖを維持し続けるものと思われる。
なお、同図では、放電停止から約５０時間後に充電を開始したが、この充電を開始せず、単電池１１をそのまま放置しておくと、出力電圧Ｖｏは、その後も１．２Ｖを維持し続けるものと思われる。
以上、説明したように、本実施形態の電池モジュール及び電動装置は、リチウム二次電池の組電池の電解質が固体電解質であるので、過放電や転極になった後も、再度充電することで、正常に充放電を行うことができる。
このため、例えば、過放電を防止する回路が不要となり、簡易な構成で負荷を駆動させることができる。
このため、例えば、過放電を防止する回路が不要となり、簡易な構成で負荷を駆動させることができる。
［第二実施形態］
まず、本発明の電池モジュール及び電動装置の第一実施形態について、図５を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、放電制御手段を新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図５において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
まず、本発明の電池モジュール及び電動装置の第一実施形態について、図５を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、放電制御手段を新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図５において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
（I）全体構成
同図に示すように、電動装置１ｂは、組電池１０と、負荷２０と、放電制御手段３０ｂとを備えている。
同図に示すように、電動装置１ｂは、組電池１０と、負荷２０と、放電制御手段３０ｂとを備えている。
放電制御手段３０ｂは、図５に示すように、電圧測定回路３１（３１−１〜３１−ｎ）と、ＯＲ回路３２と、放電制御回路３３とを有している。
電圧測定回路３１は、複数の単電池１１（以下、グループ電池）の電圧を測定し、その測定電圧が一定の閾値に達したときにいずれかの単電池１１の電圧が０Ｖになったものと推定して放電終了信号をＯＲ回路３２へ出力し、バイパス（図示せず）により０Ｖに達した単電池１１が属するグループ電池をバイパスし、他のグループ電池からは放電を続ける。
なお、放電終了信号は、０Ｖに限らず、０Ｖより大きい電圧を測定したときに出力されても良い。
電圧測定回路３１は、複数の単電池１１（以下、グループ電池）の電圧を測定し、その測定電圧が一定の閾値に達したときにいずれかの単電池１１の電圧が０Ｖになったものと推定して放電終了信号をＯＲ回路３２へ出力し、バイパス（図示せず）により０Ｖに達した単電池１１が属するグループ電池をバイパスし、他のグループ電池からは放電を続ける。
なお、放電終了信号は、０Ｖに限らず、０Ｖより大きい電圧を測定したときに出力されても良い。
放電制御回路３３は、電圧検出回路（図示せず）によって検出される組電池１０の電圧データを用いて、組電池１０に対する放電電流（負荷電流）値を演算し、放電電流を得るための放電制御を行う。
なお、組電池１０と放電制御手段３０ｂは、一の電池モジュールに収めることができる。
また、放電制御手段３０ｂは、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
なお、組電池１０と放電制御手段３０ｂは、一の電池モジュールに収めることができる。
また、放電制御手段３０ｂは、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
以上、説明したように、本実施形態の電池モジュール及び電動装置は、リチウム二次電池の組電池の電解質が固体電解質であるので、過放電や転極になった後も、再度充電することで、正常に充放電を行うことができる。
このため、例えば、電圧測定回路が故障し、放電終了信号を発信できず、一つの単電池の出力電圧が０Ｖ以下になった場合でも、組電池全体を交換することなく、その後も正常に電動装置を使用し続けることができる。
このため、例えば、電圧測定回路が故障し、放電終了信号を発信できず、一つの単電池の出力電圧が０Ｖ以下になった場合でも、組電池全体を交換することなく、その後も正常に電動装置を使用し続けることができる。
［第三実施形態］
次に、本発明の電池モジュール及び電動装置の第三の実施形態について、図６を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、インバータ・コンバータを有する放電制御手段を新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図６において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
次に、本発明の電池モジュール及び電動装置の第三の実施形態について、図６を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、インバータ・コンバータを有する放電制御手段を新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図６において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図６に示すように、電動装置１ｃは、組電池１０と、負荷２０と、放電制御手段３０ｃとを備えている。
ここで、放電制御手段３０ｃは、電圧測定回路３１と、ＯＲ回路３２と、放電制御回路３３と、インバータ・コンバータ３４とを有している。
ここで、放電制御手段３０ｃは、電圧測定回路３１と、ＯＲ回路３２と、放電制御回路３３と、インバータ・コンバータ３４とを有している。
インバータ・コンバータ３４は、放電制御回路３３の指令により負荷２０への出力を制御する。このインバータ・コンバータ３４が出力を制御することにより、組電池１０の負荷電流が制御される。
なお、組電池１０と放電制御手段３０ｃは、一の電池モジュールに収めることができる。
また、放電制御手段３０ｃは、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
なお、組電池１０と放電制御手段３０ｃは、一の電池モジュールに収めることができる。
また、放電制御手段３０ｃは、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
以上、説明したように、本実施形態の電池モジュール及び電動装置は、インバータ・コンバータを備えたことで、放電時における組電池からの電流制御を適切に行うことができる。
また、リチウム二次電池の組電池の電解質が固体電解質であるので、過放電や転極になった後も、再度充電することで、正常に充放電を行うことができる。これにより、電動装置は、組電池で過放電や転極が起こった後も、正常に使用し続けることができる。
また、リチウム二次電池の組電池の電解質が固体電解質であるので、過放電や転極になった後も、再度充電することで、正常に充放電を行うことができる。これにより、電動装置は、組電池で過放電や転極が起こった後も、正常に使用し続けることができる。
［第四実施形態］
次に、本発明の電池モジュール及び電動装置の第四の実施形態について、図７を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、充放電制御手段と充電手段とを新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図７において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
次に、本発明の電池モジュール及び電動装置の第四の実施形態について、図７を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、充放電制御手段と充電手段とを新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図７において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図７に示すように、電動装置１ｄは、組電池１０と、負荷２０と、充放電制御手段４０と、充電手段５０を備えている。
ここで、充放電制御手段４０は、電圧測定回路４１と、ＯＲ回路４２と、充放電制御回路４３と、インバータ・コンバータ４４とを有している。
これら電圧測定回路４１とＯＲ回路４２は、それぞれ第一実施形態における電圧測定回路３１とＯＲ回路３２と同様の機能を有している。
ここで、充放電制御手段４０は、電圧測定回路４１と、ＯＲ回路４２と、充放電制御回路４３と、インバータ・コンバータ４４とを有している。
これら電圧測定回路４１とＯＲ回路４２は、それぞれ第一実施形態における電圧測定回路３１とＯＲ回路３２と同様の機能を有している。
充放電制御回路４３は、電圧検出回路（図示せず）によって検出される組電池１０の電圧データを用いて、組電池１０に対する充電電流値及び放電電流（負荷電流）値を演算し、これら充電電流及び放電電流を得るための充電制御値及び放電制御値をインバータ・コンバータ４４へ出力する。
インバータ・コンバータ４４は、充放電制御回路４３の指令により組電池１０への充電電流を制御する。組電池１０は、インバータ・コンバータ４４から供給される電流で充電される。
インバータ・コンバータ４４は、充放電制御回路４３の指令により負荷２０への出力を制御する。このインバータ・コンバータ４４が出力を制御することにより、組電池１０の負荷電流が制御される。
インバータ・コンバータ４４は、充放電制御回路４３の指令により負荷２０への出力を制御する。このインバータ・コンバータ４４が出力を制御することにより、組電池１０の負荷電流が制御される。
なお、組電池１０と充放電制御手段４０は、一の電池モジュールに収めることができる。
また、充放電制御手段４０は、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
さらに、充放電制御手段４０は、組電池１０を過充電から保護することから、「過充電を防止する保護手段」としての機能を有している。
また、充放電制御手段４０は、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
さらに、充放電制御手段４０は、組電池１０を過充電から保護することから、「過充電を防止する保護手段」としての機能を有している。
なお、本実施形態の充放電制御手段４０は、「過充電を防止する保護手段」として、図７に示すような回路構成としたが、「過充電を防止する保護手段」は、同図に示す構成に限るものではなく、例えば、組電池１０の全体の電圧を検出して制御する電圧測定手段を備えたもの、放電量を積算し放電量に応じた電気量を充電する電気量積算手段を備えたもの、温度検出する温度検出手段を備えたもの、温度ヒューズを備えたものなどであってもよい。
例えば、電圧測定手段を備えたものは、組電池１０の全体の電圧を検出し、この電圧が所定の電圧値に達すると、充電を停止するものである。
電気量積算手段を備えたものは、リチウム二次電池１０からの放電量を積算し、この放電量に応じた充電量で充電するものである。
温度検出手段を備えたものは、リチウム二次電池１０の温度を検出し、この温度の高低によって、充電を制御するものである。
温度ヒューズを備えたものは、リチウム二次電池１０の温度が上昇し、所定の温度に達すると温度ヒューズが切断して、充電を停止するものである。
例えば、電圧測定手段を備えたものは、組電池１０の全体の電圧を検出し、この電圧が所定の電圧値に達すると、充電を停止するものである。
電気量積算手段を備えたものは、リチウム二次電池１０からの放電量を積算し、この放電量に応じた充電量で充電するものである。
温度検出手段を備えたものは、リチウム二次電池１０の温度を検出し、この温度の高低によって、充電を制御するものである。
温度ヒューズを備えたものは、リチウム二次電池１０の温度が上昇し、所定の温度に達すると温度ヒューズが切断して、充電を停止するものである。
充電手段５０は、インバータ・コンバータ４４に電力を供給する。インバータ・コンバータ４４は、充電手段５０から受けた電力を組電池１０へ送って充電させる。
なお、電動装置１ｄがハイブリッドカーの場合、充電手段５０は、図８に示すように、例えば、発電機５１とエンジン５２により構成することができる。エンジン５２は、発電機５１に回転力を与える。発電機５１は、エンジン５２から与えられた回転力により電力を発電し、インバータ・コンバータ４４へ供給する。
また、電動装置１ｄが車両の場合、車両走行中の実際の制御値は、電圧データの他に、アクセル操作量センサ、ブレーキ操作量センサなどの各種センサ（図示せず）による検出値も用いて演算することができる。
なお、電動装置１ｄがハイブリッドカーの場合、充電手段５０は、図８に示すように、例えば、発電機５１とエンジン５２により構成することができる。エンジン５２は、発電機５１に回転力を与える。発電機５１は、エンジン５２から与えられた回転力により電力を発電し、インバータ・コンバータ４４へ供給する。
また、電動装置１ｄが車両の場合、車両走行中の実際の制御値は、電圧データの他に、アクセル操作量センサ、ブレーキ操作量センサなどの各種センサ（図示せず）による検出値も用いて演算することができる。
以上、説明したように、本実施形態の電池モジュール及び電動装置は、充電手段を備えたことで、電動装置から取り外すことなく組電池を充電することができる。
また、充放電制御手段を備えたことで、組電池の充電と放電について適切に制御することができる。
さらに、リチウム二次電池の組電池の電解質が固体電解質であるので、過放電や転極になった後も、再度充電することで、正常に充放電を行うことができる。これにより、その組電池を搭載した電動装置は、組電池で過放電や転極が起こった後も、正常に使用し続けることができる。
また、充放電制御手段を備えたことで、組電池の充電と放電について適切に制御することができる。
さらに、リチウム二次電池の組電池の電解質が固体電解質であるので、過放電や転極になった後も、再度充電することで、正常に充放電を行うことができる。これにより、その組電池を搭載した電動装置は、組電池で過放電や転極が起こった後も、正常に使用し続けることができる。
［第五実施形態］
次に、本発明の電池モジュール及び電動装置の第五の実施形態について、図９を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、転極検出回路を有する放電制御手段を新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図９において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
次に、本発明の電池モジュール及び電動装置の第五の実施形態について、図９を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電動装置の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、転極検出回路を有する放電制御手段を新たに備えた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図９において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図９に示すように、電動装置１ｅは、組電池１０と、負荷２０と、放電制御手段３０ｅを備えている。
ここで、放電制御手段３０ｅは、電圧測定回路３１と、ＯＲ回路３２と、放電制御回路３３と、転極検出回路３５とを有している。
ここで、放電制御手段３０ｅは、電圧測定回路３１と、ＯＲ回路３２と、放電制御回路３３と、転極検出回路３５とを有している。
転極検出回路３５は、図１０に示すように、比較器３５１を用いて、リチウム二次電池の単電池１１の出力電圧Ｖｏが転極した状態で所定値より低くなったことを検出する回路である。
比較器３５１は、例えば、オペアンプで構成することができる。この比較器３５１は、出力端ｔ１と、＋電源端子ｔ２と、−電源端子ｔ３と、＋入力端子と、−入力端子とを有している。
出力端ｔ１は、スイッチング素子３５２（このスイッチング素子３５２がｎチャネルＦＥＴ（Field Effect Transistor）であるときは、このｎチャネルＦＥＴのゲート）に接続されている。
＋電源端子ｔ２は、単電池１１の正極側に接続されている。
−電源端子ｔ３は、単電池１１の負極側に接続されている。
＋入力端子は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。
−入力端子は、基準電圧Ｖ２の負極側に接続されている。
比較器３５１は、例えば、オペアンプで構成することができる。この比較器３５１は、出力端ｔ１と、＋電源端子ｔ２と、−電源端子ｔ３と、＋入力端子と、−入力端子とを有している。
出力端ｔ１は、スイッチング素子３５２（このスイッチング素子３５２がｎチャネルＦＥＴ（Field Effect Transistor）であるときは、このｎチャネルＦＥＴのゲート）に接続されている。
＋電源端子ｔ２は、単電池１１の正極側に接続されている。
−電源端子ｔ３は、単電池１１の負極側に接続されている。
＋入力端子は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。
−入力端子は、基準電圧Ｖ２の負極側に接続されている。
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは、直列に接続されており、この直列の一端（抵抗Ｒ１側）が単電池１１の正極側に接続され、他端（抵抗Ｒ２側）が単電池１１の負極側に接続されている。
基準電圧Ｖ２の正極側は、単電池１１の負極側に接続されている。
スイッチング素子３５２であるｎチャネルＦＥＴのソースは、負荷２０のマイナス側に接続され、ドレインは、単電池１１の負極側に接続されている。
ダイオード３５３は、アノードが負荷２０のマイナス側に接続され、カソードが、単電池１１の負極側に接続されている。
基準電圧Ｖ２の正極側は、単電池１１の負極側に接続されている。
スイッチング素子３５２であるｎチャネルＦＥＴのソースは、負荷２０のマイナス側に接続され、ドレインは、単電池１１の負極側に接続されている。
ダイオード３５３は、アノードが負荷２０のマイナス側に接続され、カソードが、単電池１１の負極側に接続されている。
転極検出回路３５は、次のように動作する。
比較器３５１の−入力端子には、基準電圧Ｖ２の負極側が接続されている。つまり、その−入力端子には、−の基準電圧−Ｖ２が入力される。
一方、比較器３５１の＋入力端子には、単電池１１の出力電圧Ｖｏのうち抵抗Ｒ１とＲ２によって分圧された電圧Ｖｒｏ（抵抗Ｒ２の両端電圧）が入力される。
この分圧電圧Ｖｒｏは、単電池１１が通常の放電を行っている限り、０Ｖを下回ることはない。このため、比較器３５１の＋入力端子の入力電圧Ｖｒｏは、−入力端子の入力電圧−Ｖ２よりも大きくなり、出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、＋電源端子の電圧ｔ２と同じになって、スイッチング素子３５２であるｎチャネルＦＥＴのゲートに電流が流れる。
ただし、ｎチャネルＦＥＴは、ソースが単電池１１の負極側に接続され、ドレインが負荷２０の負極側に接続されている。このため、ｎチャネルＦＥＴのソース−ドレイン間には電流が流れず、ダイオード３５３に電流が流れる。
比較器３５１の−入力端子には、基準電圧Ｖ２の負極側が接続されている。つまり、その−入力端子には、−の基準電圧−Ｖ２が入力される。
一方、比較器３５１の＋入力端子には、単電池１１の出力電圧Ｖｏのうち抵抗Ｒ１とＲ２によって分圧された電圧Ｖｒｏ（抵抗Ｒ２の両端電圧）が入力される。
この分圧電圧Ｖｒｏは、単電池１１が通常の放電を行っている限り、０Ｖを下回ることはない。このため、比較器３５１の＋入力端子の入力電圧Ｖｒｏは、−入力端子の入力電圧−Ｖ２よりも大きくなり、出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、＋電源端子の電圧ｔ２と同じになって、スイッチング素子３５２であるｎチャネルＦＥＴのゲートに電流が流れる。
ただし、ｎチャネルＦＥＴは、ソースが単電池１１の負極側に接続され、ドレインが負荷２０の負極側に接続されている。このため、ｎチャネルＦＥＴのソース−ドレイン間には電流が流れず、ダイオード３５３に電流が流れる。
これに対し、単電池１１が過放電状態となり、さらに転極した場合、抵抗Ｒ１とＲ２には、−の電圧−Ｖｏが印加される。
抵抗Ｒ１とＲ２は、その電圧−Ｖｏを分圧する。この分圧電圧−Ｖｒｏ（抵抗Ｒ２の両端電圧）は、比較器３５１の＋入力端子に入力される。
ここで、＋入力端子の入力電圧−Ｖｒｏが、−入力端子の入力電圧−Ｖ２よりも大きいときは（−Ｖｒｏ＞−Ｖ２）、出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、＋電源電圧ｔ２と等しくなる。この場合、出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、ｎチャネルＦＥＴのゲートに印加され、ソース−ドレイン間に電流が流れる。なお、ダイオード３５３は、逆方向接続となるため、電流は流れない。
抵抗Ｒ１とＲ２は、その電圧−Ｖｏを分圧する。この分圧電圧−Ｖｒｏ（抵抗Ｒ２の両端電圧）は、比較器３５１の＋入力端子に入力される。
ここで、＋入力端子の入力電圧−Ｖｒｏが、−入力端子の入力電圧−Ｖ２よりも大きいときは（−Ｖｒｏ＞−Ｖ２）、出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、＋電源電圧ｔ２と等しくなる。この場合、出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、ｎチャネルＦＥＴのゲートに印加され、ソース−ドレイン間に電流が流れる。なお、ダイオード３５３は、逆方向接続となるため、電流は流れない。
一方、＋入力端子の入力電圧−Ｖｒｏが、−入力端子の入力電圧−Ｖ２よりも小さいときは（−Ｖｒｏ＜−Ｖ２）、出力端ｔ１は、＋電源電圧ｔ３と等しくなる。この出力端ｔ１の電圧Ｖｔ１は、０となるので、ｎチャネルＦＥＴのゲートに電流が流れず、ソース−ドレイン間に電流が流れなくなり、放電が停止する。
これにより、転極した単電池１１の出力電圧Ｖｏが、所定値よりも低くなることを防止できる。
これにより、転極した単電池１１の出力電圧Ｖｏが、所定値よりも低くなることを防止できる。
転極検出回路３５において、スイッチング素子３５２をＯＮ−ＯＦＦさせる電圧の閾値（検出電圧）は、基準電圧Ｖ２、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の各値により、任意に設定できる。
例えば、転極になるのを回避したい場合は、０Ｖを検出電圧とする。このとき、基準電圧Ｖ２は、０Ｖとなる。
また、転極の状態において所定の電圧値以下になることを回避したい場合は、その電圧値を検出電圧とする。このとき、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の比が１：１の場合には、基準電圧Ｖ２は、その所定の電圧値の１／２の値となる。
例えば、転極になるのを回避したい場合は、０Ｖを検出電圧とする。このとき、基準電圧Ｖ２は、０Ｖとなる。
また、転極の状態において所定の電圧値以下になることを回避したい場合は、その電圧値を検出電圧とする。このとき、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の比が１：１の場合には、基準電圧Ｖ２は、その所定の電圧値の１／２の値となる。
このように、転極検出回路３５は、０Ｖを検出して、転極にならないように放電を停止することができ、また、転極の状態における任意の電圧値を検出して、この段階で放電を停止することもできる。
このように、転極検出回路３５が、任意の電圧値を検出電圧とすることができるのは、単電池１１が転極の状態になったとしても、その後再び通常の充放電が可能だからである。
このため、転極検出回路３５の検出電圧は、単電池１１の性能に応じて任意に設定できる。
このように、転極検出回路３５が、任意の電圧値を検出電圧とすることができるのは、単電池１１が転極の状態になったとしても、その後再び通常の充放電が可能だからである。
このため、転極検出回路３５の検出電圧は、単電池１１の性能に応じて任意に設定できる。
なお、組電池１０と放電制御手段３０ｅは、一の電池モジュールに収めることができる。
また、放電制御手段３０ｅには、インバータ・コンバータを備えることができる。
さらに、電動装置１ｅには、充電手段を備えることができる。
また、放電制御手段３０ｅには、インバータ・コンバータを備えることができる。
さらに、電動装置１ｅには、充電手段を備えることができる。
また、放電制御手段３０ｅは、組電池１０を過放電や転極から保護することから、「過放電を防止する保護手段」としての機能を有している。
さらに、放電制御手段３０ｅは、組電池１０を過充電から保護することから、「過充電を防止する保護手段」としての機能を有している。
さらに、放電制御手段３０ｅは、組電池１０を過充電から保護することから、「過充電を防止する保護手段」としての機能を有している。
以上説明したように、本実施形態の電池モジュール及び電動装置は、転極検出回路を設けたことで、リチウム二次電池の出力電圧が転極したこと、又は転極して所定の電圧値になったことを検出できる。そして、これらを検出したときは、転極検出回路は、回路を切断して、過剰な放電を回避することができる。
［実施例］
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
〔実施例１〕
（硫化リチウムの調製）
硫化リチウムは、特開平７−３３０３１２号公報における第一の態様（２工程法）の方法に従って製造した。以下、具体的に説明する。
まず、攪拌翼についた１０リットルオートクレーブに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）３３２６．４ｇ（３３．６モル）、及び水酸化リチウム２８７．４ｇ（１２モル）を仕込み、３００ｒｐｍ、１３０℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を３リットル／分の供給速度で２時間吹き込んだ。
（硫化リチウムの調製）
硫化リチウムは、特開平７−３３０３１２号公報における第一の態様（２工程法）の方法に従って製造した。以下、具体的に説明する。
まず、攪拌翼についた１０リットルオートクレーブに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）３３２６．４ｇ（３３．６モル）、及び水酸化リチウム２８７．４ｇ（１２モル）を仕込み、３００ｒｐｍ、１３０℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を３リットル／分の供給速度で２時間吹き込んだ。
続いて、この反応液を窒素気流下（２００ｃｃ／分）昇温し、反応した水硫化リチウムを脱硫化水素化し、硫化リチウムを得た。尚、昇温するにつれ、上記硫化水素と水酸化リチウムの反応により副生した水が蒸発を始めたが、この水はコンデンサにより凝縮して系外に抜き出した。水を系外に留去すると共に反応液の温度は上昇するが、１８０℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。水硫化リチウムの脱硫化水素反応が終了後（約８０分）に反応を終了し、流化リチウムを調製した。
（硫化リチウムの精製）
調製した５００ｍＬのスラリー反応溶液（ＮＭＰ−硫化リチウムスラリー）中のＮＭＰをデカンテーションした後、脱水したＮＭＰ１００ｍＬを加え、１０５℃で約１時間攪拌した。そのままの温度でＮＭＰをデカンテーションした。さらにＮＭＰ１００ｍＬを加え、１０５℃で約１時間攪拌し、そのままの温度でＮＭＰをデカンテーションし、同様の操作を合計４回繰り返した。デカンテーション終了後、窒素気流下２３０℃（ＮＭＰの沸点以上の温度）で硫化リチウムを常圧下で３時間乾燥した。
調製した５００ｍＬのスラリー反応溶液（ＮＭＰ−硫化リチウムスラリー）中のＮＭＰをデカンテーションした後、脱水したＮＭＰ１００ｍＬを加え、１０５℃で約１時間攪拌した。そのままの温度でＮＭＰをデカンテーションした。さらにＮＭＰ１００ｍＬを加え、１０５℃で約１時間攪拌し、そのままの温度でＮＭＰをデカンテーションし、同様の操作を合計４回繰り返した。デカンテーション終了後、窒素気流下２３０℃（ＮＭＰの沸点以上の温度）で硫化リチウムを常圧下で３時間乾燥した。
得られた精製硫化リチウム中の不純物含有量を測定した。亜硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ３）、硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４）、チオ硫酸リチウム（Ｌｉ２Ｓ２Ｏ３）の各硫黄酸化物、及びＮ−メチルアミノ酪酸リチウム（ＬＭＡＢ）の含有量は、イオンクロマトグラフ法により定量した。
その結果、精製硫化リチウムの硫黄酸化物の総含有量は０．１３質量％であり、ＬＭＡＢは０．０７質量％であった。
その結果、精製硫化リチウムの硫黄酸化物の総含有量は０．１３質量％であり、ＬＭＡＢは０．０７質量％であった。
（硫化物系固体電解質の調製）
調製した平均粒径３０μｍ程度の精製硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）３２．５４ｇと、平均粒径５０μｍ程度のＰ２Ｓ５（アルドリッチ社製）６７．４６ｇを、１０ｍｍφアルミナボール１７５個が入った５００ｍｌアルミナ製容器に入れ密閉した。尚、上記計量及び密閉作業はすべてグローブボックス内で実施し、使用する器具類はすべて乾燥機で事前に水分除去した。
調製した平均粒径３０μｍ程度の精製硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）３２．５４ｇと、平均粒径５０μｍ程度のＰ２Ｓ５（アルドリッチ社製）６７．４６ｇを、１０ｍｍφアルミナボール１７５個が入った５００ｍｌアルミナ製容器に入れ密閉した。尚、上記計量及び密閉作業はすべてグローブボックス内で実施し、使用する器具類はすべて乾燥機で事前に水分除去した。
密閉したアルミナ製容器を、遊星ボールミル（レッチェ社製ＰＭ４００）にて、室温下、３６時間メカニカルミリング処理することで、白黄色の固体電解質ガラス粒子を得た。このときの回収率は７８％であった。
得られた固体電解質ガラス粒子のＸ線回折測定（ＣｕＫα：λ＝１．５４１８Å）を行った結果、原料Ｌｉ２Ｓのピークは観測されず、固体電解質ガラスに起因するハローパターンであった。
上記固体電解質ガラス粒子を、グローブボックス内Ａｒ雰囲気下で、ＳＵＳ製チューブに密閉し、３００℃、２時間の加熱処理を施して固体電解質ガラスセラミック粒子（平均粒径１４．５２μｍ）を得た。得られた固体電解質ガラスセラミック粒子のＸ線回折測定では、２θ＝１７．８、１８．２、１９．８、２１．８、２３．８、２５．９、２９．５、３０．０ｄｅｇにピークが観測された。
この固体電解質ガラスセラミック粒子の伝導度は、１．３×１０−３Ｓ／ｃｍであった。
上記固体電解質ガラス粒子を、グローブボックス内Ａｒ雰囲気下で、ＳＵＳ製チューブに密閉し、３００℃、２時間の加熱処理を施して固体電解質ガラスセラミック粒子（平均粒径１４．５２μｍ）を得た。得られた固体電解質ガラスセラミック粒子のＸ線回折測定では、２θ＝１７．８、１８．２、１９．８、２１．８、２３．８、２５．９、２９．５、３０．０ｄｅｇにピークが観測された。
この固体電解質ガラスセラミック粒子の伝導度は、１．３×１０−３Ｓ／ｃｍであった。
（電池の作製）
得られた固体電解質ガラスセラミック粒子と正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａ１０．０５Ｏ２を重量比で３０ｗｔ％：７０ｗｔ％で混合して正極合材とした。
また、得られた固体電解質ガラスセラミック粒子と負極活物質である黒鉛粉末を重量比で４０ｗｔ％：６０ｗｔ％で混合して負極合材とした。
得られた固体電解質ガラスセラミック粒子と正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａ１０．０５Ｏ２を重量比で３０ｗｔ％：７０ｗｔ％で混合して正極合材とした。
また、得られた固体電解質ガラスセラミック粒子と負極活物質である黒鉛粉末を重量比で４０ｗｔ％：６０ｗｔ％で混合して負極合材とした。
作製した固体電解質ガラスセラミック粒子２０４ｍｇを直径１６．５ｍｍの金属金型に投入して加圧成型した。この金属金型に上記正極合材１１７ｍｇを投入して再び加圧成型し、さらに正極合材と反対側から上記負極合材を９９ｍｇ投入して加圧成型した。得られた圧粉体を厚さ調整用の０．５ｍｍ厚さのＳＵＳ製スペーサ２枚の間に挟んだ後、ＳＵＳ製バネを積層したものを、ポリプロピレン製ガスケットを用いた宝泉株式会社製コイン電池２０３２用ケースに入れ、宝泉株式会社製コイン電池かしめ機でかしめてコイン電池を作製した。
作製例の電池を０．５３５ｍＡで４．２Ｖまで定電流充電した後、１．０７ｍＡで２．５Ｖまで定電流放電し、初期放電容量とした。引き続いて、１．０７ｍＡで１Ｖまで定電流で過放電し、さらに１Ｖにて定電圧放電を５５時間行った。この状態で放電を停止し、５０時間放置した。その後、１．０７ｍＡで４．２Ｖまでの充電と１．０７ｍＡで２．５Ｖまでの放電を行った。
初期放電容量と、過放電後の充放電試験での放電容量を図１１に示す。なお、図１１は、実施例１とともに、実施例２〜５、８〜１０、比較例１、２における過放電電圧、初期放電容量、過放電後の放電容量を示す。
初期放電容量と、過放電後の充放電試験での放電容量を図１１に示す。なお、図１１は、実施例１とともに、実施例２〜５、８〜１０、比較例１、２における過放電電圧、初期放電容量、過放電後の放電容量を示す。
〔実施例２〕
過放電の電圧を０Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
過放電の電圧を０Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
〔実施例３〕
過放電の電圧を−１Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
過放電の電圧を−１Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
〔実施例４〕
過放電の電圧を−５Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
過放電の電圧を−５Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
〔実施例５〕
過放電の電圧を−１０Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
過放電の電圧を−１０Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
〔比較例１〕
放電の電圧を２．５Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
放電の電圧を２．５Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
〔比較例２〕
非水系電解液を用いて電池を作製した。
正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２とアセチレンブラック、ＰＶＤＦを重量比で８３ｗｔ％：１０ｗｔ％：７ｗｔ％で混合して正極材とした。この正極材２４ｍｇをφ１５のシートとして用いた。
負極活物質である黒鉛粉末とＰＶＤＦを重量比で９０ｗｔ％：１０ｗｔ％で混合して負極材とした。この負極材２８ｍｇをφ１６のシートとして用いた。
非水系電解液を用いて電池を作製した。
正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２とアセチレンブラック、ＰＶＤＦを重量比で８３ｗｔ％：１０ｗｔ％：７ｗｔ％で混合して正極材とした。この正極材２４ｍｇをφ１５のシートとして用いた。
負極活物質である黒鉛粉末とＰＶＤＦを重量比で９０ｗｔ％：１０ｗｔ％で混合して負極材とした。この負極材２８ｍｇをφ１６のシートとして用いた。
セパレータとしてセルガード製セルガードＣ４８０を用い、非水系電解液としてエチレンカーボネートとヂメチルカーボネートを３０ｗｔ％：７０ｗｔ％で混合して用いた。これらを実施例１と同様に、ポリプロピレン製ガスケットを用いた宝泉株式会社製コイン電池２０３２用ケースに入れ、宝泉株式会社製コイン電池かしめ機でかしめてコイン電池を作製した。厚さ調整用として１．５ｍｍ厚さのＳＵＳ製スペーサ１枚とＳＵＳ製バネを用いた。
過放電の電圧を０Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
過放電の電圧を０Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
実施例１〜５では、過放電後においても充放電が可能であり、比較例１の通常放電とほぼ同等の放電容量となっているのに対し、比較例２の非水系電解液電池では過放電後は充放電しなかった。
〔実施例６〕
実施例１と同様に得られた固体電解質ガラス粒子と正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２を重量比で３０ｗｔ％：７０ｗｔ％で混合して正極合材とした。
また、得られた固体電解質ガラス粒子と負極活物質である黒鉛粉末を重量比で４０ｗｔ％：６０ｗｔ％で混合して負極合材とした。
実施例１と同様に得られた固体電解質ガラス粒子と正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２を重量比で３０ｗｔ％：７０ｗｔ％で混合して正極合材とした。
また、得られた固体電解質ガラス粒子と負極活物質である黒鉛粉末を重量比で４０ｗｔ％：６０ｗｔ％で混合して負極合材とした。
作製した固体電解質ガラス粒子５０ｍｇを直径１０ｍｍの金型に投入して加圧成型した。この金型に上記正極合材１４ｍｇを投入して再び加圧成型し、さらに正極合材と反対側から上記負極合材を９ｍｇ投入して加圧成型した。
この成形体を３００℃の熱プレスにて１０分間予熱した後、２０分間加圧し、さらに冷プレスで冷却して電池を作製した。
この成形体を３００℃の熱プレスにて１０分間予熱した後、２０分間加圧し、さらに冷プレスで冷却して電池を作製した。
得られた電池を０．３９３ｍＡの充電と０．３９３ｍＡの放電を４２サイクル繰り返した後、負極に対する正極の電位として−１７Ｖを１時間印加した。さらに、０．３９３ｍＡの充電と０．３９３ｍＡの放電を１８サイクル繰り返した。
充放電サイクルでの放電容量の変化を図１２に示す。
過放電後に充放電を繰り返すと、放電容量はほぼ回復した。
充放電サイクルでの放電容量の変化を図１２に示す。
過放電後に充放電を繰り返すと、放電容量はほぼ回復した。
〔実施例７〕
実施例１と同様に作製した電池１０個を用いて、０．５３５ｍＡで４．２Ｖまで定電流充電した後、３ｍＡで定電流で過充電を行った。過充電での異常の有無を図１３に、過充電後の電池の様子を図１４（ａ）に示す。
実施例１と同様に作製した電池１０個を用いて、０．５３５ｍＡで４．２Ｖまで定電流充電した後、３ｍＡで定電流で過充電を行った。過充電での異常の有無を図１３に、過充電後の電池の様子を図１４（ａ）に示す。
〔比較例３〕
比較例２と同様に作製した非水系電解液電池１０個を用いて、実施例７と同様に過充電を行った。過充電後の電池の様子を図１４（ｂ）に示す。
比較例２と同様に作製した非水系電解液電池１０個を用いて、実施例７と同様に過充電を行った。過充電後の電池の様子を図１４（ｂ）に示す。
過充電により実施例７では２１Ｖまで電圧が上昇しても全数で変化が見られなかったが、比較例３では膨れが発生するものがあった。
〔実施例８〕
電池作製時に厚さ調整用のＳＵＳ製スペーサと負極との間に厚さ０．１ｍｍの銅板を入れた以外は実施例１と同様に電池作製を行い、過放電電圧を−２Ｖとした以外は実施例１と同様に充放電を行った。
電池作製時に厚さ調整用のＳＵＳ製スペーサと負極との間に厚さ０．１ｍｍの銅板を入れた以外は実施例１と同様に電池作製を行い、過放電電圧を−２Ｖとした以外は実施例１と同様に充放電を行った。
〔実施例９〕
正極活物質をＬｉＣｏＯ２とし、過放電電圧を−２Ｖとした以外は、実施例１と同様に電池作製を行い、充放電を行った。
正極活物質をＬｉＣｏＯ２とし、過放電電圧を−２Ｖとした以外は、実施例１と同様に電池作製を行い、充放電を行った。
〔実施例１０〕
硫化物系固体電解質の調整において調製した平均粒径３０μｍ程度の精製硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）５４．３１ｇと、平均粒径５０μｍ程度のＰ２Ｓ５（アルドリッチ社製）６５．６９ｇとした以外は、実施例１と同様に調整した硫化物系固体電解質を用いて、実施例１と同様に電池を作製し、過放電電圧を−２Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
これら実施例８〜１０における過放電電圧、初期放電容量、過放電後の放電容量を図１１に示す。
硫化物系固体電解質の調整において調製した平均粒径３０μｍ程度の精製硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）５４．３１ｇと、平均粒径５０μｍ程度のＰ２Ｓ５（アルドリッチ社製）６５．６９ｇとした以外は、実施例１と同様に調整した硫化物系固体電解質を用いて、実施例１と同様に電池を作製し、過放電電圧を−２Ｖとした以外は、実施例１と同様に充放電を行った。
これら実施例８〜１０における過放電電圧、初期放電容量、過放電後の放電容量を図１１に示す。
また、電動装置において、例えば自動車などの用途によっては過放電保護回路によって出力を急にカットすると事故などの危険を生じる可能性がある。そのため従来は電池が劣化、破損したとしても緊急時には過放電電圧まで放電することがあった。その際は電池の交換を要していたが、本実施形態においては、そのような緊急時の放電を行ったとしても、そのまま電池を使用することが可能である。
以上、本発明の電池モジュール及び電動装置の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明に係る電池モジュール及び電動装置は上述した実施形態又は実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した各実施形態では、電動装置として自動車を示したが、電動装置は、自動車に限定されるものではなく、組電池を搭載可能な種々の装置、例えば、携帯電子機器により構成することができる。この携帯電子機器には、例えば、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、パームトップ（ポケット）パソコン、携帯電話、ＰＨＳ、携帯ファックス、携帯プリンタ、ヘッドフォンステレオ、ビデオカメラ、携帯テレビ、ポータブルＣＤ、ポータブルＭＤ、電動髭剃り機、電子手帳、トランシーバ、電動工具、ラジオ、テープレコーダ、デジタルカメラ、携帯コピー機、携帯ゲーム機等に用いることができる。
また、電動装置は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム（据置型電化製品に内蔵）、非常時電力供給システム等により構成することができる。
また、電動装置は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム（据置型電化製品に内蔵）、非常時電力供給システム等により構成することができる。
さらに、リチウム二次電池は、例えば、電池パックや電池ユニットとして電気自動車に搭載することができる。
また、本発明の電動装置が電気自動車である場合、リチウム二次電池は、高い放電密度において十分な放電容量を有していることから、電気自動車は、高出力で長時間走行が可能である。
また、本発明の電動装置が電気自動車である場合、リチウム二次電池は、高い放電密度において十分な放電容量を有していることから、電気自動車は、高出力で長時間走行が可能である。
なお、本発明の電池モジュール及び電動装置は、第一実施形態〜第五実施形態のそれぞれにおける電池モジュール及び電動装置を任意に組み合わせたものであってもよい。
本発明は、リチウム二次電池の過充電、過放電の保護に関する発明であるため、リチウム二次電池を用いた機器や装置に利用可能である。
１ａ〜１ｅ 電動装置
１０ 組電池
１１ 単電池
２０ 負荷
３０ｂ、３０ｃ、３０ｅ 放電制御手段
３５ 転極検出回路
４０ 充放電制御手段
５０ 充電手段
１０ 組電池
１１ 単電池
２０ 負荷
３０ｂ、３０ｃ、３０ｅ 放電制御手段
３５ 転極検出回路
４０ 充放電制御手段
５０ 充電手段
Claims (11)
- リチウム二次電池の単電池を複数接続した組電池を備える電池モジュールと、前記組電池から電力の供給を受けて所定の動作を行う負荷とを備えた電動装置であって、
前記リチウム二次電池の電解質が、無機固体電解質であり、
前記リチウム二次電池は、過放電又は転極が所定時間継続し、充電後、定格範囲内で充放電が行なわれる動作を行うものであり、
前記組電池と前記負荷との間には、前記リチウム二次電池の過放電を防止する過放電保護手段を備えていない
ことを特徴とする電動装置。 - 前記リチウム二次電池の過充電を防止する過充電保護手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の電動装置。 - 前記過充電保護手段は、組電池全体の電圧を検出して制御する電圧測定手段、放電量を積算し放電量に応じた電気量を充電する電気量積算手段、又は、温度検出する温度検出手段又は温度ヒューズを備える
ことを特徴とする請求項２記載の電動装置。 - 前記無機固体電解質が、硫化物系固体電解質である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動装置。 - 前記無機固体電解質が、硫黄、りん、及びリチウムを含む
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動装置。 - 前記無機固体電解質が、
Ｌｉ ２ Ｓ−Ｐ ２ Ｓ ５ 系、ＬｉＩ−Ｌｉ ２ Ｓ−Ｐ ２ Ｓ ５ 系、若しくは、Ｌｉ ３ ＰＯ ４ −Ｌｉ ２ Ｓ−ＳｉＳ ２ 系の硫化物系非晶質固体電解質、又は、これを結晶化させた結晶性固体電解質である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動装置。 - 前記複数の単電池が直列に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動装置。 - 前記単電池が転極した場合に当該単電池の放電を停止する転極検出回路を備えた
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動装置。 - リチウム二次電池の単電池を複数接続した組電池を備える電池モジュールと、前記組電池から電力の供給を受けて所定の動作を行う負荷とを備え、前記リチウム二次電池の電解質が、無機固体電解質であり、前記組電池と前記負荷との間には、前記リチウム二次電池の過放電を防止する過放電保護手段を備えていない電動装置を、
過放電又は転極を所定時間継続し、充電後、定格範囲内で充放電を行う
ことを特徴とする電動装置の使用方法。 - 前記無機固体電解質が、硫黄、りん、及びリチウムを含む
ことを特徴とする請求項９記載の電動装置の使用方法。 - 前記無機固体電解質が、
Ｌｉ ２ Ｓ−Ｐ ２ Ｓ ５ 系、ＬｉＩ−Ｌｉ ２ Ｓ−Ｐ ２ Ｓ ５ 系、若しくは、Ｌｉ ３ ＰＯ ４ −Ｌｉ ２ Ｓ−ＳｉＳ ２ 系の硫化物系非晶質固体電解質、又は、これを結晶化させた結晶性固体電解質である
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の電動装置の使用方法。
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