JP7282482B2 - battery system - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、非水電解質電池及びバッテリーシステムに関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to non-aqueous electrolyte batteries and battery systems.

鉛蓄電池が自動車に搭載されるメインの電池として使用されている。一方、アイドリングストップ自動車には、大電流の需給に対応するため、チタン酸リチウムを負極活物質に用いた非水電解質二次電池と鉛蓄電池が並列に接続された組電池が搭載されている。この組電池の平均作動電圧は2.4V程度で、鉛蓄電池をメイン電池として用いる場合に比して優れた寿命特性、出力特性が期待できる。 Lead-acid batteries are used as the main batteries installed in automobiles. On the other hand, an idling stop vehicle is equipped with an assembled battery in which a non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium titanate as a negative electrode active material and a lead-acid battery are connected in parallel in order to meet the demand and supply of large current. The average operating voltage of this assembled battery is about 2.4 V, and excellent life characteristics and output characteristics can be expected as compared with the case where a lead-acid battery is used as a main battery.

今後のさらなる大電流化、長寿命化のため、鉛蓄電池に、これに近い満充電電圧を有する電池を組み合わせた車載用電源システムが検討されている。 In order to further increase the current and extend the service life in the future, a vehicle power supply system that combines a lead-acid battery with a battery having a near full charge voltage is being studied.

特許第3930574号公報Japanese Patent No. 3930574 特許第5428708号公報Japanese Patent No. 5428708 米国特許公報US2010/255352A1U.S. Patent Publication US2010/255352A1 特開2011-15516号公報JP 2011-15516 A

本発明が解決しようとする課題は、並列接続される鉛蓄電池の劣化を小さくし、かつ大電流での入出力性能を改善することが可能な非水電解質電池と、該非水電解質電池を備えたバッテリーシステムを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is a non-aqueous electrolyte battery capable of reducing deterioration of lead-acid batteries connected in parallel and improving input/output performance at large currents, and a non-aqueous electrolyte battery comprising the battery. To provide a battery system.

実施形態によれば、バッテリーシステムが提供される。バッテリーシステムは、鉛蓄電池からなる第1の組電池と、第1の組電池に並列接続され、非水電解質電池を複数直列に接続した第2の組電池とを含む。非水電解質電池は、正極と、負極と、非水電解質とを含む。負極は、平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極活物質を含む。リチウムチタン複合酸化物は、Mn、Co、Ni、V、Zr、Nb、Mo及びWよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる金属元素を含む。金属元素の原子比とチタンの原子比の合計に対する金属元素の原子比の割合が0.5%以上である
According to embodiments, a battery system is provided. The battery system includes a first assembled battery composed of lead-acid batteries, and a second assembled battery connected in parallel to the first assembled battery and having a plurality of non-aqueous electrolyte batteries connected in series. A non-aqueous electrolyte battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The negative electrode includes a negative electrode active material containing a lithium-titanium composite oxide having a spinel crystal structure with an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or more. The lithium-titanium composite oxide contains at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, V, Zr, Nb, Mo and W. The ratio of the atomic ratio of the metal element to the sum of the atomic ratio of the metal element and the atomic ratio of titanium is 0.5% or more .

実施形態に係る非水電解質電池の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a non-aqueous electrolyte battery according to an embodiment; FIG. 図1の非水電解質電池に用いられる電極群の部分展開斜視図である。2 is a partially exploded perspective view of an electrode group used in the non-aqueous electrolyte battery of FIG. 1. FIG. 実施形態に係るバッテリーシステムの電気回路を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an electric circuit of a battery system according to an embodiment; FIG.

特許文献4に挙げられているように、平均作動電圧12Vの鉛蓄電池(第一の鉛蓄電池)と、平均作動電圧12Vとなるチタン酸リチウムを負極に用いた非水電解質電池(第二の非水電解質電池)を組み合わせて、DC-DCコンバータを不要とすることで、比較的安価に鉛蓄電池を補助するアイドリングストップ車用の電源システムが開発されている。 As listed in Patent Document 4, a lead-acid battery (first lead-acid battery) with an average operating voltage of 12 V and a non-aqueous electrolyte battery using lithium titanate with an average operating voltage of 12 V as a negative electrode (second non- A power supply system for idling stop vehicles has been developed that supplements the lead-acid battery at a relatively low cost by combining it with a water electrolyte battery and eliminating the need for a DC-DC converter.

しかしながら、特許文献4では、第一の鉛蓄電池と第二の非水電解質電池の作動電圧はほぼ同じ電圧であるため、満充電がもっとも安定した寿命を示す鉛蓄電池の寿命自体はそれほど改善しない。具体的に言うと、平均作動電圧12Vの鉛蓄電池の満充電終止電圧は13.8V程度、満充電時の開回路電圧は13.2V、完全放電開回路電圧は10.8Vで、完全放電電圧は9.0Vであり、実際に作動する電圧には幅がある。チタン酸リチウムを負極に用いた第二の非水電解質電池の平均作動電圧は2.4V、満充電終止電圧は2.8V、満充電開回路電圧は2.6V,完全放電開回路電圧は2.2V、完全放電電圧は1.8V程度である。そのため、第二の非水電解質電池を5直列で接続すると、平均作動電圧は12V、満充電電圧は14V、完全放電電圧は9V程度と、第一の鉛蓄電池とほぼ同じになっている。 However, in Patent Document 4, since the operating voltages of the first lead-acid battery and the second non-aqueous electrolyte battery are almost the same, the life of the lead-acid battery, which exhibits the most stable life when fully charged, does not improve much. Specifically, a lead-acid battery with an average operating voltage of 12V has a full charge final voltage of about 13.8V, a fully charged open circuit voltage of 13.2V, a fully discharged open circuit voltage of 10.8V, and a fully discharged voltage of 10.8V. is 9.0 V, and there is a range of voltages that actually operate. The second non-aqueous electrolyte battery using lithium titanate as the negative electrode has an average operating voltage of 2.4 V, a full charge end voltage of 2.8 V, a full charge open circuit voltage of 2.6 V, and a full discharge open circuit voltage of 2. .2V, and the full discharge voltage is about 1.8V. Therefore, when five second non-aqueous electrolyte batteries are connected in series, the average operating voltage is 12 V, the fully charged voltage is 14 V, and the fully discharged voltage is about 9 V, which are almost the same as those of the first lead-acid battery.

Figure 0007282482000001
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このため、チタン酸リチウムを負極に用いた第二の非水電解質電池が放電作動する際には、並列接続されている鉛蓄電池も満充電のままではいられず、多少の放電がなされる。このため、電池システム全体として高入出力化は達成されるが、鉛蓄電池の劣化が大きく抑制されているわけではない。 Therefore, when the second non-aqueous electrolyte battery using lithium titanate as the negative electrode discharges, the parallel-connected lead-acid battery cannot remain fully charged and is discharged to some extent. Therefore, although the battery system as a whole can achieve high input/output, deterioration of the lead-acid battery is not greatly suppressed.

また、仮に、第二の非水電解質電池を6直列接続すると、平均作動電圧は14.4V、満充電電圧は16.8V、完全放電電圧は10.8V程度とすることができる。この場合には、第二の非水電解質電池を6直列接続した組電池の完全放電時の開回路電圧が、第一の鉛蓄電池の満充電時の開回路電圧と一致している。このため、第二の非水電解質電池の組電池の充放電領域では、第一の鉛蓄電池を満充電にできるため、第一の鉛蓄電池はほぼ常に完全充電状態が保たれる。その一方、第二の非水電解質電池の組電池は完全放電状態であるため、出力が不足する。また、たとえば14V程度の鉛蓄電池の満充電電圧を超えた電圧で充電することもできるが、その場合には第一の鉛蓄電池内では常に電解液の電気分解がすすみ、電力ロスが起こり続けるため、燃費向上効果が失われる課題が残る。また更にベント型の鉛蓄電池の場合は注水の回数が増すため、メンテナンスが必要となる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態によれば、正極と、負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池が提供される。負極は、平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極活物質を含む。このような非水電解質電池によると、正極電位を所定の値に維持したまま、負極電位を上昇させることで電池電圧を低くすることが可能である。
If six second nonaqueous electrolyte batteries are connected in series, the average operating voltage can be 14.4V, the full charge voltage can be 16.8V, and the full discharge voltage can be 10.8V. In this case, the open circuit voltage at full discharge of the assembled battery in which six second non-aqueous electrolyte batteries are connected in series matches the open circuit voltage at full charge of the first lead-acid battery. Therefore, in the charging/discharging region of the assembled battery of the second non-aqueous electrolyte batteries, the first lead-acid battery can be fully charged, so that the first lead-acid battery is almost always maintained in a fully charged state. On the other hand, since the assembled battery of the second non-aqueous electrolyte battery is in a completely discharged state, the output is insufficient. In addition, it is possible to charge with a voltage exceeding the full charge voltage of the lead-acid battery, for example, about 14 V, but in that case, electrolysis of the electrolyte always progresses in the first lead-acid battery, and power loss continues to occur. , the problem of losing the fuel efficiency improvement effect remains. Furthermore, in the case of a vented lead-acid battery, maintenance is required because the frequency of water injection increases.
(First embodiment)
A first embodiment provides a non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The negative electrode includes a negative electrode active material containing a lithium-titanium composite oxide having a spinel crystal structure with an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or more. According to such a non-aqueous electrolyte battery, the battery voltage can be lowered by increasing the negative electrode potential while maintaining the positive electrode potential at a predetermined value.

該負極を用いると、例えば、非水電解質電池の平均作動電圧が2.37Vとなり、満充電電圧が2.77V、完全放電電圧は1.77Vとなる。この電池を6つ直列に接続すると、得られた組電池は、平均作動電圧が14.22Vとなり、満充電電圧が16.62V、完全放電電圧は10.62Vとなる。実施形態の非水電解質電池、実施形態の非水電解質電池の組電池、鉛蓄電池の満充電終止電圧、満充電開回路電圧、平均作動電圧、完全放電開回路電圧、完全放電終止電圧を下記表2に示す。 When this negative electrode is used, for example, the non-aqueous electrolyte battery has an average operating voltage of 2.37V, a fully charged voltage of 2.77V, and a fully discharged voltage of 1.77V. When six of these batteries are connected in series, the resulting assembled battery has an average operating voltage of 14.22V, a full charge voltage of 16.62V, and a full discharge voltage of 10.62V. The following table shows the full charge end voltage, full charge open circuit voltage, average operating voltage, complete discharge open circuit voltage, and complete discharge end voltage of the non-aqueous electrolyte battery of the embodiment, the assembled battery of the non-aqueous electrolyte battery of the embodiment, and the lead-acid battery. 2.

Figure 0007282482000002
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鉛蓄電池(単位電池)は2.0V程度の電圧を有する。この単電池を複数個直列に配列した12V又は24Vの組電池が市販されている。鉛蓄電池の組電池の上限電圧(例えば12V)をわずかに上回る公称電圧を持つ組電池は、鉛蓄電池の組電池と並列接続して使用されると、鉛蓄電池の放電による電圧低下を抑制して組電池全体の寿命を向上させ得る。 A lead-acid battery (unit battery) has a voltage of about 2.0V. A 12V or 24V assembled battery in which a plurality of such cells are arranged in series is commercially available. A battery pack with a nominal voltage that slightly exceeds the upper limit voltage (for example, 12V) of a lead-acid battery pack can suppress a voltage drop due to discharge of the lead-acid battery when used in parallel with a lead-acid battery pack. The life of the entire assembled battery can be improved.

スピネル型結晶構造のチタン酸リチウム(Li4Ti512)の平均作動電位は1.55V(vs.Li/Li)であり、これを負極活物質として用いた非水電解質電池の満充電電圧は2.8V程度である。この非水電解質電池を5つ直列に接続した組電池は、鉛蓄電池の作動電圧範囲と非水電解質電池の作動電圧範囲が一致するため、非水電解質電池の放電のたびに鉛蓄電池の電圧も低下するため、鉛蓄電池の劣化の抑制を期待できない。 Lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) having a spinel crystal structure has an average operating potential of 1.55 V (vs. Li/Li + ), and a fully charged non-aqueous electrolyte battery using this as a negative electrode active material The voltage is about 2.8V. In an assembled battery in which five non-aqueous electrolyte batteries are connected in series, the operating voltage range of the lead-acid battery and the operating voltage range of the non-aqueous electrolyte battery match. Therefore, suppression of deterioration of the lead-acid battery cannot be expected.

これに対し、負極に平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極活物質を用いることで、非水電解質電池の公称電圧を2.37V以下にすることができる。この公称電圧を有する非水電解質電池を6つ直列に接続した組電池は、平均作動電圧が約14.22Vとなるため、非水電解質電池がSOC50%程度でも、鉛蓄電池は満充電に保たれ、鉛蓄電池の劣化抑制ができる。また、スピネル型結晶構造のチタン酸リチウム(LiTi12)を負極活物質として用いた第二の非水電解質電池の終止作動電圧は2.2V程度であり、この非水電解質電池を6直列接続すると、組電池の終止作動電圧が13.2Vとなる。この場合には、第二の非水電解質電池の完全放電時の開回路電圧が、第一の鉛蓄電池の満充電時の開回路電圧と一致している。このため、第二の非水電解質電池の充放電領域では、第一の鉛蓄電池は満充電とできるため、第一の鉛蓄電池はほぼ常に完全充電状態が保たれるが、その一方、第二の非水電解質電池は完全放電状態であるため、出力が不足する。また、鉛蓄電池の満充電電圧を超えてしまうため、第一の鉛蓄電池内では常に電解液の電気分解がすすみ、電力ロスが起こり続けるため、燃費向上効果が失われる課題が残る。また更に開放弁つきの鉛蓄電池の場合は注水の回数が増すため、メンテナンスが必要となる。 On the other hand, by using a negative electrode active material containing a lithium-titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure with an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or more for the negative electrode, a non-aqueous electrolyte battery can be produced. The nominal voltage can be 2.37V or less. An assembled battery in which six non-aqueous electrolyte batteries having this nominal voltage are connected in series has an average operating voltage of about 14.22 V, so even if the non-aqueous electrolyte batteries have an SOC of about 50%, the lead-acid battery can be kept fully charged. , the deterioration of the lead-acid battery can be suppressed. The final operating voltage of the second non-aqueous electrolyte battery using lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) having a spinel crystal structure as the negative electrode active material is about 2.2 V. When 6 are connected in series, the final operating voltage of the assembled battery is 13.2V. In this case, the fully discharged open circuit voltage of the second non-aqueous electrolyte battery matches the fully charged open circuit voltage of the first lead-acid battery. Therefore, in the charging/discharging region of the second non-aqueous electrolyte battery, the first lead-acid battery can be fully charged. Since the non-aqueous electrolyte battery is in a completely discharged state, the output is insufficient. In addition, since the voltage exceeds the full charge voltage of the lead-acid battery, electrolysis of the electrolyte always progresses in the first lead-acid battery, and power loss continues, so the problem of losing the fuel efficiency improvement effect remains. Furthermore, in the case of a lead-acid battery with a release valve, maintenance is required because the frequency of water injection increases.

第1の実施形態によれば、負極電位を上昇させることで非水電解質電池の作動電圧が引き下げられる。そのため、第1の実施形態の非水電解質電池を6つ直列に接続した組電池は、鉛蓄電池の電圧を満充電に保つことで、劣化を抑制しながら、非水電解質電池により入出力特性を改善することができる。この組電池を鉛蓄電池の組電池と並列接続したシステムでは、大電流での入出力を、第1の実施形態の非水電解質電池の組電池が担うため、鉛蓄電池の放電による電圧低下が抑制されて組電池全体の寿命が向上される。たとえば、Li4Ti512のチタンの原子比で10%に相当する量のMn、Co、Ni、V、Zr、Nb、Mo及びWよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる金属元素がチタンと固溶体を形成することにより、平均作動電位が約0.15V(vs.Li/Li)引き下げられて1.65V程度になり得る。これにより、電池の平均作動電圧は約2.30Vになり得る。その結果、鉛蓄電池の満充電時の開回路電圧13.2V時点での非水電解質電池のSOCは、非水電解質電池を6直列接続した組電池の場合、約0%から約25%程度に増加するため、鉛蓄電池の満充電を保ったまま、大電流での入出力が可能なSOC(容量)が拡大されて大電流での入出力性能が改善される。5直列時と比較すると、非水電解質電池の広いSOC範囲で鉛蓄電池が満充電で維持される。 According to the first embodiment, the operating voltage of the non-aqueous electrolyte battery is lowered by increasing the negative electrode potential. Therefore, in the assembled battery in which six non-aqueous electrolyte batteries are connected in series according to the first embodiment, the voltage of the lead-acid battery is kept at full charge, thereby suppressing deterioration and improving the input/output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. can be improved. In a system in which this assembled battery is connected in parallel with an assembled battery of lead-acid batteries, the input/output of a large current is handled by the assembled battery of non-aqueous electrolyte batteries of the first embodiment, so voltage drop due to discharge of the lead-acid battery is suppressed. As a result, the life of the entire assembled battery is improved. For example, at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, V, Zr, Nb, Mo and W in an amount equivalent to 10% in atomic ratio of titanium in Li 4 Ti 5 O 12 By forming a solid solution with titanium, the average action potential can be lowered by about 0.15 V (vs. Li/Li + ) to about 1.65 V. This can result in an average operating voltage of the battery of about 2.30V. As a result, the SOC of the non-aqueous electrolyte battery at the open circuit voltage of 13.2 V when the lead-acid battery is fully charged is about 0% to about 25% in the case of an assembled battery in which six non-aqueous electrolyte batteries are connected in series. Therefore, the SOC (capacity) capable of inputting/outputting a large current is expanded while the lead-acid battery is kept fully charged, and the input/output performance at a large current is improved. Compared to five-series, the lead-acid battery is maintained at full charge over a wide SOC range of the non-aqueous electrolyte battery.

ここで、SOCは、非水電解質電池の充電状態を示し、満充電を100%とし、完全放電を0%とする。非水電解質電池の場合、製造業者より指定された電流、電圧にて充電される。たとえば、マンガン酸化物を含む正極と、1.55(vs.Li/Li)であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極活物質を含む負極を備えた非水電解質電池の場合、1Cで満充電電圧まで定電流充電した後、2.8Vで定電圧充電をし、電流値が1/20Cに収束した時点で充電を終了する定電流定電圧充電を施す。その後10分のレストののち、1Cにて1.8Vまで放電した際の放電容量を定格容量とする。この定格容量に対し、充電されている電気量がどの程度の割合かを示すのが、SOCである。表3に、実施形態の他の例の非水電解質電池、この非水電解質電池を6直列接続してなる組電池、鉛蓄電池の満充電終止電圧、満充電開回路電圧、平均作動電圧、完全放電開回路電圧、完全放電終止電圧を示す。 Here, the SOC indicates the state of charge of the non-aqueous electrolyte battery, with 100% being fully charged and 0% being completely discharged. Non-aqueous electrolyte batteries are charged at the current and voltage specified by the manufacturer. For example, a positive electrode containing manganese oxide and a negative electrode containing a negative electrode active material containing a lithium-titanium composite oxide having a spinel crystal structure of 1.55 (vs. Li/Li + ) of a non-aqueous electrolyte battery. In this case, after constant-current charging at 1C to the full charge voltage, constant-voltage charging at 2.8V is performed, and when the current value converges to 1/20C, constant-current and constant-voltage charging is performed. After resting for 10 minutes, the discharge capacity at the time of discharging to 1.8 V at 1 C is defined as the rated capacity. The SOC indicates the ratio of the charged amount of electricity to the rated capacity. Table 3 shows the non-aqueous electrolyte battery of another example of the embodiment, the assembled battery formed by connecting 6 such non-aqueous electrolyte batteries in series, the full charge end voltage of the lead storage battery, the full charge open circuit voltage, the average operating voltage, the full Discharge open circuit voltage, full discharge final voltage.

Figure 0007282482000003
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非水電解質電池は、容器と、容器内に収納され、正極、負極及びセパレータを含む電極群と、容器内に収納された非水電解質とを備えるものであり得る。 A nonaqueous electrolyte battery may include a container, an electrode group housed in the container and including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a nonaqueous electrolyte housed in the container.

電極群は、正極と負極とがセパレータを介して対向している構造であれば、如何なる構造を採用することもできる。例えば、電極群は、正極及び負極をその間にセパレータを挟んで積層した構造、正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻状又は扁平の渦巻状に捲回した構造を取得る。電極群の全体としての形状は、これが収納される容器に合わせて決定することができる。 Any structure can be adopted for the electrode group as long as the positive electrode and the negative electrode face each other with a separator interposed therebetween. For example, the electrode group may have a structure in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween, or a structure in which the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape or a flat spiral shape with a separator interposed therebetween. The shape of the electrode group as a whole can be determined according to the container in which it is housed.

非水電解質電池の負極、正極、セパレータ、非水電解質及び容器について以下に説明する。 The negative electrode, positive electrode, separator, nonaqueous electrolyte and container of the nonaqueous electrolyte battery are described below.

(1)負極
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に形成された負極合剤層とを含む。
(1) Negative Electrode The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on one or both sides of the negative electrode current collector.

負極合剤層は、負極活物質を含み、また任意に負極結着剤及び負極導電剤を含むことができる。 The negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material, and may optionally contain a negative electrode binder and a negative electrode electrical conductor.

負極活物質は、平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む。 The negative electrode active material includes a lithium-titanium composite oxide having a spinel crystal structure with an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or more.

平均作動電位の上限値は、1.95V(vs.Li/Li)にすることが望ましい。これは、平均作動電位が高すぎると、電池の作動電圧の低下によるエネルギー密度の低下が顕著になる恐れがあるからである。また、電圧範囲が低くなりすぎて、鉛蓄電池の満充電を保つことができる非水電解質電池のSOC範囲が狭くなる恐れがあるためである。平均作動電位のより好ましい範囲は1.60V(vs.Li/Li)以上、1.90V(vs.Li/Li)以下である。さらに好ましくは1.65V(vs.Li/Li)以上、1.85V(vs.Li/Li)以下である。 The upper limit of the average action potential is desirably 1.95 V (vs. Li/Li + ). This is because if the average operating potential is too high, the operating voltage of the battery may drop, resulting in a significant decrease in energy density. Also, the voltage range may become too low, and the SOC range of the non-aqueous electrolyte battery capable of keeping the lead-acid battery fully charged may be narrowed. A more preferable range of the average action potential is 1.60 V (vs. Li/Li + ) or more and 1.90 V (vs. Li/Li + ) or less. More preferably, it is 1.65 V (vs. Li/Li + ) or more and 1.85 V (vs. Li/Li + ) or less.

平均作動電位とは、電極とリチウム金属箔を対向させて、これらの間にセパレータを配置し、電極と対向したリチウム金属箔とは異なるリチウム金属箔を、電極の近傍に配置し、電極と、電極と対向したリチウム金属箔の間でリチウムイオンの移動をさせて、3回充放電を行う。充放電条件は、3VほどのOCV(開回路電圧)から測定電極に還元電流を流し、1Cで満充電電圧まで定電流充電をした後、1.0Vで定電圧充電を行い、電流値が1/20Cに収束した時点で充電を終了する定電流定電圧充電を施す。その後、10分のレストののち、1Cにて3Vまで放電する。その際の放電エネルギー(Wh)を放電電気量で割り算した値を平均作動電圧とする。電解液にはエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネーとの体積比率1:1の溶媒に1モル/Lの六フッ化リン酸リチウムを溶かしたものを用いる。測定対象の電池に使用するのと同じセパレータを使用するのが望ましいが、対極がリチウム金属であるため、容易に短絡しやすく、そのままであると測定に支障をきたすことがある。このため、厚さ30μm程度のガラスフィルターの不織布をセパレータとして用いることができる。 The average working potential is obtained by placing an electrode and a lithium metal foil facing each other, placing a separator therebetween, placing a lithium metal foil different from the lithium metal foil facing the electrode in the vicinity of the electrode, The battery is charged and discharged three times by moving lithium ions between the lithium metal foils facing the electrodes. The charge and discharge conditions are as follows: apply a reduction current to the measurement electrode from an OCV (open circuit voltage) of about 3 V, charge the electrode at 1 C to the full charge voltage, and then charge at a constant voltage of 1.0 V, and the current value is 1. A constant-current constant-voltage charge is applied to end charging when the temperature converges to /20C. Then, after resting for 10 minutes, discharge to 3V at 1C. A value obtained by dividing the discharge energy (Wh) at that time by the amount of discharge electricity is defined as the average operating voltage. The electrolytic solution is prepared by dissolving 1 mol/L of lithium hexafluorophosphate in a solvent containing ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate at a volume ratio of 1:1. It is desirable to use the same separator as that used in the battery to be measured, but since the counter electrode is lithium metal, it is easily short-circuited, and if left as it is, the measurement may be hindered. Therefore, a glass filter non-woven fabric having a thickness of about 30 μm can be used as a separator.

該リチウムチタン複合酸化物の例に、Mn、Co、Ni、V、Zr、Nb、Mo及びWよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる金属元素を含むものが挙げられる。これらによると、チタン酸リチウム(Li4Ti512)が持つスピネル型結晶構造を維持したまま、負極の平均作動電位を高くする(貴なものにする)ことができる。 Examples of the lithium-titanium composite oxide include those containing at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, V, Zr, Nb, Mo and W. According to these, the average operating potential of the negative electrode can be increased (precious) while maintaining the spinel crystal structure of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ).

リチウムチタン複合酸化物において、金属元素がチタンと固溶体を形成していることが望ましい。また、チタン成分の一部が金属元素と置換されていても良い。 In the lithium-titanium composite oxide, it is desirable that the metal element forms a solid solution with titanium. Also, part of the titanium component may be substituted with a metal element.

チタンの原子比と金属元素の原子比との合計に対する金属元素の原子比の比率が、0.5%以上であることが望ましい。金属元素の原子比の比率が高い方が負極の平均作動電位を上昇させる上で有利であるが、高すぎると過度な電池電圧の低下を招く。よって、より好ましい範囲は1%以上59%以下、さらに好ましい範囲は2%以上30%以下、よりさらに好ましい範囲は5%以上10%以下である。 The ratio of the atomic ratio of the metal element to the sum of the atomic ratio of titanium and the atomic ratio of the metal element is preferably 0.5% or more. A higher atomic ratio of the metal elements is advantageous in raising the average operating potential of the negative electrode, but too high a ratio causes an excessive drop in battery voltage. Therefore, a more preferable range is 1% or more and 59% or less, a further preferable range is 2% or more and 30% or less, and a still more preferable range is 5% or more and 10% or less.

リチウムチタン複合酸化物は、例えば以下に説明する方法で合成され得る。炭酸リチウム(LiCO)の粉末、二酸化チタン(TiO)の粉末、Mn、Co、Ni、V、Zr、Nb、Mo及びWよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる金属元素の塩(例えば硝酸塩)の粉末を乾式混合した後、空気中で熱処理を施すことにより、合成される。 A lithium-titanium composite oxide can be synthesized, for example, by the method described below. At least one metal element selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, titanium dioxide (TiO 2 ) powder, Mn, Co, Ni, V, Zr, Nb, Mo and W It is synthesized by dry mixing salt (eg nitrate) powders followed by heat treatment in air.

熱処理温度は、200℃以上850℃以下の範囲にすることが望ましい。この範囲を逸脱すると、スピネル型結晶構造とは異なる構造を持つ相が生成しやすくなるからである。熱処理温度のより好ましい範囲は250℃以上700℃以下で、さらに好ましい範囲は400℃以上600℃以下である。 The heat treatment temperature is desirably in the range of 200° C. or higher and 850° C. or lower. This is because a phase having a structure different from the spinel type crystal structure is likely to be generated when the content is outside this range. A more preferable range of the heat treatment temperature is 250° C. or higher and 700° C. or lower, and a further preferable range is 400° C. or higher and 600° C. or lower.

負極結着剤は、分散された負極活物質の間隙を埋め、また、負極活物質と負極集電体を結着させるために配合される。負極結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、及びスチレンブタジェンゴムが挙げられる。 The negative electrode binder is blended to fill gaps between the dispersed negative electrode active materials and to bind the negative electrode active material and the negative electrode current collector. Examples of negative electrode binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluororubber, and styrene-butadiene rubber.

負極導電剤は、集電性能を高め、且つ、負極活物質と負極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。負極導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。 The negative electrode conductive agent is blended in order to improve the current collection performance and suppress the contact resistance between the negative electrode active material and the negative electrode current collector. Examples of negative electrode conductors include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black and graphite.

負極合剤層中の負極活物質、負極導電剤及び負極結着剤は、それぞれ68質量%以上96質量%以下、2質量%以上16質量%以下及び2質量%以上16質量%以下の割合で配合することが好ましい。負極導電剤の量を2質量%以上とすることにより、負極層の集電性能を更に向上させることができる。また、負極結着剤の量を2質量%以上とすることにより、負極活物質含有層と負極集電体との結着性と高めることができ、ひいては優れたサイクル特性を期待できる。一方、負極導電剤及び負極結着剤はそれぞれ16質量%以下にすることが、高容量化を図る上で好ましい。 The negative electrode active material, the negative electrode conductor, and the negative electrode binder in the negative electrode mixture layer are each in a proportion of 68% by mass to 96% by mass, 2% by mass to 16% by mass, and 2% by mass to 16% by mass. Blending is preferred. By setting the amount of the negative electrode conductive agent to 2% by mass or more, the current collection performance of the negative electrode layer can be further improved. Moreover, by setting the amount of the negative electrode binder to 2% by mass or more, the binding between the negative electrode active material-containing layer and the negative electrode current collector can be enhanced, and excellent cycle characteristics can be expected. On the other hand, it is preferable that the negative electrode conductive agent and the negative electrode binder each be 16% by mass or less in order to increase the capacity.

負極集電体は、チタン酸リチウムのリチウム吸蔵及び放出電位において電気化学的に安定である材料を用いることができる。負極集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。負極集電体の厚さは5~20μmの範囲内にあることが好ましい。このような厚さを有する負極集電体は、負極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 A material that is electrochemically stable at the lithium absorption and release potentials of lithium titanate can be used for the negative electrode current collector. The negative electrode current collector is preferably made of copper, nickel, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The thickness of the negative electrode current collector is preferably in the range of 5 to 20 μm. A negative electrode current collector having such a thickness can balance the strength and weight reduction of the negative electrode.

負極は、例えば、負極活物質、負極結着剤及び負極導電剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製し、このスラリーを集電体に塗布し、乾燥し、負極合剤層を形成した後、プレスを施すことにより作製される。負極はまた、負極活物質、負極結着剤及び負極導電剤をペレット状に形成して負極合剤層とし、これを負極集電体上に配置することにより作製されてもよい。
(2)正極
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に形成された正極合剤層とを含むことができる。正極合剤層は、正極活物質、正極結着剤及び正極導電剤を含むことができる。
For the negative electrode, for example, a slurry is prepared by suspending a negative electrode active material, a negative electrode binder and a negative electrode conductor in a solvent, and this slurry is applied to a current collector and dried to form a negative electrode mixture layer. It is produced by pressing. The negative electrode may also be produced by forming a negative electrode active material, a negative electrode binder, and a negative electrode conductive agent into pellets to form a negative electrode mixture layer, which is placed on a negative electrode current collector.
(2) Positive Electrode The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on one side or both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer may include a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode conductor.

正極活物質の例に種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn24またはLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-y-zCoyz2(MはAl,CrおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素であり、0≦y≦0.5、0≦z≦0.1である))、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMn1-y-zCoyz2(MはAl、CrおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素であり、0≦y≦0.5、0≦z≦0.1である))、リチウムマンガンニッケル複合化合物(例えばLixMn1/2Ni1/22)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えば、LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4など)、硫酸鉄(例えばFe2(SO43)、バナジウム酸化物(例えばV25)、LiNi1-a-bCoMn(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ(S)、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。なお、上記に好ましい範囲の記載がないx、y及びzについては、0以上1以下の範囲であることが好ましい。 Examples of positive electrode active materials include various oxides and sulfides. For example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (e.g. Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (e.g. Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxides (e.g. Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxides (e.g. Li x Ni 1-yz Co y M z O 2 (M is selected from the group consisting of Al, Cr and Fe at least one element, 0≦y≦0.5 and 0≦z≦0.1)), lithium manganese cobalt composite oxide (for example, Li x Mn 1-y-z Co y M z O 2 (M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr and Fe, and 0 ≤ y ≤ 0.5 and 0 ≤ z ≤ 0.1)), lithium manganese nickel composite compounds (for example Li x Mn 1/2 Ni 1/2 O 2 ), spinel-type lithium manganese nickel composite oxides (e.g. Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium phosphorous oxides having an olivine structure (e.g. Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Mny PO 4 , Li x CoPO 4 etc.), iron sulfate (eg Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (eg V 2 O 5 ), Li x Ni 1-a -b Co a Mn b Mc O 2 (0.9 < x ≤ 1.25, 0 < a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.45, 0 ≤ c ≤ 0.1, M is Mg, Al , represents at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Zn, Zr, Ca and Sn). In addition, organic materials and inorganic materials such as conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide polymer materials, sulfur (S), and carbon fluoride are also included. It should be noted that x, y, and z, which have no preferred ranges described above, are preferably in the range of 0 or more and 1 or less.

正極活物質には、組成式Li1-aNixCoyMnz2(-0.1≦a≦0.4、0.1≦x/(y+z)≦1.3)で表される酸化物が好ましい。リチウムマンガン複合酸化物やリチウムコバルト酸化物などの現時点で多用されている正極活物質の中で、6直列接続の組電池にした場合の電圧適合性がもっともたかいためである。 The positive electrode active material is represented by the composition formula Li 1-a Ni x Co y Mn z O 2 (−0.1≦a≦0.4, 0.1≦x/(y+z)≦1.3). Oxides are preferred. This is because, among positive electrode active materials such as lithium-manganese composite oxide and lithium-cobalt oxide, which are widely used at present, voltage adaptability is the highest when a six-series-connected assembled battery is formed.

Figure 0007282482000004
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x、y及びzは、それぞれ、0よりも大きいため(0<x、0<y、0<z)、この酸化物はNi、Co及びMnを必須成分として含むニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。充電によりリチウムが完全に放出されると、(1-a)は0になる。x/(y+z)の値を前述の範囲にするのは、以下の理由によるものである。x/(y+z)の値を0.1未満にすると、Co及びMnに対するNiの比率が小さくなることから、正極活物質のエネルギー密度が低下する。一方、x/(y+z)の値が1.3を超えると、Co及びMnに対するNiの比率が大きくなることから、正極活物質の熱安定性が低下する。よって、x/(y+z)の値は0.1以上1.3以下にする。より好ましい範囲は、0.6≦x/(y+z)≦1、y≧zである。y≧zとすることにより、正極活物質の熱安定性が向上される。 Since x, y and z are each greater than 0 (0<x, 0<y, 0<z), this oxide is a nickel-cobalt-manganese composite oxide containing Ni, Co and Mn as essential components. . (1-a) becomes 0 when lithium is completely released by charging. The reason why the value of x/(y+z) is set within the above range is as follows. When the value of x/(y+z) is less than 0.1, the energy density of the positive electrode active material is lowered because the ratio of Ni to Co and Mn is decreased. On the other hand, when the value of x/(y+z) exceeds 1.3, the ratio of Ni to Co and Mn becomes large, so the thermal stability of the positive electrode active material is lowered. Therefore, the value of x/(y+z) should be 0.1 or more and 1.3 or less. A more preferable range is 0.6≦x/(y+z)≦1, y≧z. By setting y≧z, the thermal stability of the positive electrode active material is improved.

使用する正極活物質の種類は1種類又は2種類以上にすることができる。 One type or two or more types of positive electrode active materials can be used.

正極結着剤は、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合される。正極結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴムが挙げられる。 The positive electrode binder is blended to bind the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of positive electrode binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluororubber.

正極導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて配合される。正極導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。 The positive electrode conductive agent is blended as necessary in order to improve the current collection performance and suppress the contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of positive electrode conductors include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black and graphite.

正極合剤層において、正極活物質及び正極結着剤はそれぞれ80質量%以上98質量%以下、2質量%以上20質量%以下の割合で配合することが好ましい。正極結着剤は、2質量%以上の量にすることにより十分な電極強度が得られる。また、正極結着剤を20質量%以下にすることにより、正極の絶縁性材料の含有量を減少させ、内部抵抗を減少できる。 In the positive electrode material mixture layer, it is preferable that the positive electrode active material and the positive electrode binder are mixed at a ratio of 80% by mass or more and 98% by mass or less and 2% by mass or more and 20% by mass or less. Sufficient electrode strength can be obtained by setting the amount of the positive electrode binder to 2% by mass or more. Also, by setting the positive electrode binder to 20% by mass or less, the content of the insulating material of the positive electrode can be reduced, and the internal resistance can be reduced.

導電剤を加える場合には、正極活物質、正極結着剤及び正極導電剤はそれぞれ77質量%以上95質量%以下、2質量%以上20質量%以下、及び3質量%以上15質量%以下の割合で配合することが好ましい。正極導電剤は、3質量%以上の量にすることにより上述した効果を十分に発揮することができる。また、15質量%以下にすることにより、高温保存下での正極導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。 When adding a conductive agent, the positive electrode active material, the positive electrode binder, and the positive electrode conductive agent are respectively 77% by mass or more and 95% by mass or less, 2% by mass or more and 20% by mass or less, and 3% by mass or more and 15% by mass or less. It is preferable to blend them in proportions. The above-mentioned effect can be sufficiently exhibited by setting the amount of the positive electrode conductive agent to 3% by mass or more. In addition, by making it 15% by mass or less, it is possible to reduce the decomposition of the non-aqueous electrolyte on the surface of the positive electrode conductor during storage at high temperatures.

正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。 The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu and Si.

正極は、例えば正極活物質、正極結着剤及び必要に応じて配合される正極導電剤を適当な溶媒に懸濁してスラリーを調製し、このスラリーを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した後、プレスを施すことにより作製される。正極はまた、正極活物質、正極結着剤及び必要に応じて配合される正極導電剤をペレット状に形成して正極合剤層とし、これを正極集電体上に配置することにより作製されてもよい。
(3)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
(4)非水電解質
非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、又は、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質であってよい。
For the positive electrode, for example, a positive electrode active material, a positive electrode binder, and an optional positive electrode conductive agent are suspended in an appropriate solvent to prepare a slurry, and this slurry is applied to a positive electrode current collector and dried. After forming the positive electrode material mixture layer, it is produced by applying a press. The positive electrode is also produced by forming a positive electrode mixture layer by pelletizing a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode conductive agent blended as necessary, and disposing this on a positive electrode current collector. may
(3) Separator The separator may be made of, for example, a porous film containing polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. Among them, a porous film made of polyethylene or polypropylene melts at a certain temperature and can block electric current, so safety can be improved.
(4) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte is, for example, a liquid non-aqueous electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent, or a gel non-aqueous electrolyte obtained by combining a liquid electrolyte and a polymer material. good.

液状非水電解質は、電解質を0.5モル/L以上2.5モル/L以下の濃度で有機溶媒に溶解したものであることが好ましい。 The liquid non-aqueous electrolyte is preferably an electrolyte dissolved in an organic solvent at a concentration of 0.5 mol/L or more and 2.5 mol/L or less.

有機溶媒に溶解させる電解質の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO22]のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質は高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of electrolytes dissolved in organic solvents include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethosulfonate ( LiCF3SO3 ), and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN( CF3SO2 ) 2 ], and mixtures thereof. The electrolyte is preferably one that is resistant to oxidation even at high potentials, most preferably LiPF 6 .

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、ジオキソラン(DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(DME)、ジエトキシエタン(DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)、及びスルホラン(SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate; linear carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC); carbonates; cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX); chain ethers such as dimethoxyethane (DME) and diethoxyethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), Acetonitrile (AN) and sulfolane (SL) are included. These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)が含まれる。 Examples of polymeric materials include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO).

或いは、非水電解質には、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、無機固体電解質等を用いてもよい。 Alternatively, the non-aqueous electrolyte may be a room-temperature molten salt (ionic melt) containing lithium ions, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like.

常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンの組合せからなる有機塩の内、常温(15~25℃の範囲内)で液体として存在しうる化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩が含まれる。一般に、非水電解質電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。
(5)容器
容器は、例えば、厚さ1mm以下の金属製容器が用いることができる。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましく、厚さ0.2mm以下であることがさらに好ましい。
Room-temperature molten salt (ionic melt) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (within the range of 15 to 25° C.) among organic salts composed of a combination of organic cations and anions. The room-temperature molten salt includes a room-temperature molten salt that exists as a liquid by itself, a room-temperature molten salt that becomes liquid when mixed with an electrolyte, and a room-temperature molten salt that becomes liquid when dissolved in an organic solvent. In general, the melting point of room-temperature molten salt used in non-aqueous electrolyte batteries is 25° C. or lower. Also, organic cations generally have a quaternary ammonium skeleton.
(5) Container As the container, for example, a metal container having a thickness of 1 mm or less can be used. More preferably, the metal container has a thickness of 0.5 mm or less, more preferably 0.2 mm or less.

容器の形状は、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等であってよい。容器は、電池寸法に応じて、様々な形態を採ることができる。 The shape of the container may be flat (thin), rectangular, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or the like. The container can take various forms depending on the battery dimensions.

金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。合金中に鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は1質量%以下にすることが好ましい。 Metal containers are made of aluminum, aluminum alloys, or the like. The aluminum alloy is preferably an alloy containing elements such as magnesium, zinc and silicon. When transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium are included in the alloy, the content is preferably 1% by mass or less.

或いは、容器はラミネートフィルム製でもよい。 Alternatively, the container may be made of laminated film.

第1の実施形態の非水電解質電池の一例を図1及び図2を参照して説明する。非水電解質電池20は、図1に示すように、開口部を有する容器21aと、容器21aの開口部に溶接された蓋体21bと、容器21a内に収容された扁平型電極群22と、容器21a内に収納され且つ電極群22を含浸した非水電解質(図示しない)とを備えている。 An example of the non-aqueous electrolyte battery of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. As shown in FIG. 1, the nonaqueous electrolyte battery 20 includes a container 21a having an opening, a cover 21b welded to the opening of the container 21a, a flat electrode group 22 housed in the container 21a, and a non-aqueous electrolyte (not shown) housed in the container 21a and impregnated with the electrode group 22 .

扁平型電極群22は、一対の長辺を有する帯状の正極23と、一対の長辺を有する帯状の負極24とを備える。図2に示すように、正極23及び負極24は、間に一対の長辺を有する帯状のセパレータ25を挟んで捲回されている。正極23、負極24及びセパレータ25は、長辺の方向が合わされた状態で捲回されている。 The flat electrode group 22 includes a strip-shaped positive electrode 23 having a pair of long sides and a strip-shaped negative electrode 24 having a pair of long sides. As shown in FIG. 2, the positive electrode 23 and the negative electrode 24 are wound with a strip-shaped separator 25 having a pair of long sides sandwiched therebetween. The positive electrode 23, the negative electrode 24, and the separator 25 are wound with their long sides aligned.

正極23は、正極集電体23aと正極集電体23aの表面に担持された正極合剤層23bとを含む。正極集電体23aは、図1に示すように、正極集電体23aの長辺と平行な方向に延び、その表面に正極合剤層23bを担持していない帯状の部分23cを含む。この部分23cは正極集電タブ23cとして用いることができる。 The positive electrode 23 includes a positive electrode current collector 23a and a positive electrode mixture layer 23b carried on the surface of the positive electrode current collector 23a. As shown in FIG. 1, the positive electrode current collector 23a includes a strip-shaped portion 23c that extends in a direction parallel to the long side of the positive electrode current collector 23a and does not carry the positive electrode mixture layer 23b on its surface. This portion 23c can be used as a positive current collecting tab 23c.

負極24は、図2に示すように、負極集電体24aと負極集電体24aの表面に担持された負極合剤層24bとを含む。負極集電体24aは、図1に示すように、負極集電体24aの長辺と平行な方向に延び、その表面に負極合剤層24bを担持していない帯状の部分24cを含む。この部分24cは負極集電タブ24cとして用いることができる。電極群22は、図1に示すように、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ23cが突出し、且つ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ24cが突出している。 As shown in FIG. 2, the negative electrode 24 includes a negative electrode current collector 24a and a negative electrode mixture layer 24b carried on the surface of the negative electrode current collector 24a. As shown in FIG. 1, the negative electrode current collector 24a includes a strip-shaped portion 24c that extends in a direction parallel to the long side of the negative electrode current collector 24a and does not carry the negative electrode mixture layer 24b on its surface. This portion 24c can be used as the negative electrode current collecting tab 24c. As shown in FIG. 1, the electrode group 22 has a spirally wound positive electrode current collecting tab 23c protruding from one end face, and a spirally wound negative electrode current collecting tab 24c protruding from the other end face. ing.

図1に示すように、扁平電極群22は、2つの挟持部材26を有する。挟持部材26は、第1の挟持部26aと、第2の挟持部26bと、この第1および第2の挟持部26aおよび26bを連結する連結部26cとを有する。正極集電タブ23cおよび負極集電タブ24cは、扁平状に捲回されているため、捲回の中心が空間になっている。この空間のうち、正極集電タブ23c内の空間に一方の挟持部材26の連結部26cが配置されており、負極集電タブ24c内の空間に他方の挟持部材26の連結部26cが配置されている。このような配置により、正極集電タブ23cおよび負極集電タブ24cは、それぞれ、連結部26cを境にして、その一部が第1の挟持部26aによって挟持され、且つ正極集電タブ23c又は負極集電タブ24c内の前記空間を挟んで前記一部と向き合う他の一部が第2の挟持部26bによって挟持されている。 As shown in FIG. 1 , the flat electrode group 22 has two holding members 26 . The holding member 26 has a first holding portion 26a, a second holding portion 26b, and a connecting portion 26c that connects the first and second holding portions 26a and 26b. Since the positive electrode current collecting tab 23c and the negative electrode current collecting tab 24c are wound in a flat shape, the center of the winding is a space. Among these spaces, the connecting portion 26c of one holding member 26 is arranged in the space inside the positive electrode current collecting tab 23c, and the connecting portion 26c of the other holding member 26 is arranged in the space inside the negative electrode current collecting tab 24c. ing. With such an arrangement, the positive electrode current collecting tab 23c and the negative electrode current collecting tab 24c are partially sandwiched by the first sandwiching portion 26a with the connecting portion 26c as a boundary, and the positive electrode current collecting tab 23c or the positive electrode current collecting tab 23c or Another portion of the negative electrode current collecting tab 24c facing the above-described portion across the space is sandwiched by a second sandwiching portion 26b.

電極群22の最外周のうち、正極集電タブ23c及び負極集電タブ24cを除いた部分は、絶縁テープ27により被覆されている。 The outermost periphery of the electrode group 22 is covered with an insulating tape 27 except for the positive collector tab 23c and the negative collector tab 24c.

蓋体21bは、矩形形状を有する。蓋体21bは、図示しない2つの貫通孔を有している。蓋体21bには、非水電解液を注入するための注液口(図示しない)が更に開口されている。注液口は、電解液の注液後、封止蓋(図示しない)によって封止される。 Lid 21b has a rectangular shape. The lid 21b has two through holes (not shown). A liquid injection port (not shown) for injecting a non-aqueous electrolyte is further opened in the lid 21b. The injection port is sealed with a sealing lid (not shown) after injection of the electrolytic solution.

図1に示す電池は、正極リード28と正極端子21cと負極リード29と負極端子21dとをさらに備える。
正極リード28は、正極端子21cと電気的に接続するための接続プレート28aと、接続プレート28aに開口された貫通孔28bと、接続プレート28aから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部28cとを有する。正極リード28の2つの集電部28cは、その間に正極集電タブ23cを挟持する挟持部材26と正極集電タブ23cとを挟み、溶接によって挟持部材26に電気的に接続されている。
The battery shown in FIG. 1 further includes a positive lead 28, a positive terminal 21c, a negative lead 29, and a negative terminal 21d.
The positive electrode lead 28 includes a connection plate 28a for electrically connecting to the positive electrode terminal 21c, a through hole 28b opened in the connection plate 28a, and a strip-shaped portion that is bifurcated from the connection plate 28a and extends downward. and a current collector 28c. The two collector portions 28c of the positive electrode lead 28 are electrically connected to the holding member 26 by welding with the sandwiching member 26 sandwiching the positive electrode current collecting tab 23c and the positive electrode current collecting tab 23c sandwiched therebetween.

負極リード29は、負極端子21dと電気的に接続するための接続プレート29aと、接続プレート29aに開口された貫通孔29bと、接続プレート29aから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部29cとを有する。負極リード29の2つの集電部29cは、その間に負極集電タブ24cを挟持する挟持部材26と負極集電タブ24cとを挟み、溶接によって負極集電タブ24cに電気的に接続されている。 The negative electrode lead 29 includes a connecting plate 29a for electrically connecting to the negative electrode terminal 21d, a through hole 29b opened in the connecting plate 29a, and a strip-shaped portion that is bifurcated from the connecting plate 29a and extends downward. and a current collector 29c. The two current collecting portions 29c of the negative electrode lead 29 are electrically connected to the negative electrode current collecting tab 24c by welding with the sandwiching member 26 sandwiching the negative electrode current collecting tab 24c therebetween and the negative electrode current collecting tab 24c. .

正極リード28および負極リード29を正極集電タブ23cおよび負極集電タブ24cにそれぞれ電気的に接続する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば超音波溶接やレーザー溶接等の溶接が挙げられる。 A method for electrically connecting the positive electrode lead 28 and the negative electrode lead 29 to the positive electrode current collecting tab 23c and the negative electrode current collecting tab 24c, respectively, is not particularly limited, but welding such as ultrasonic welding or laser welding may be used. mentioned.

正極端子21c及び正極リード28が外部絶縁部材21e及び図示しない内部絶縁部材を介して蓋体21bにかしめ固定されている。このような配置により、正極端子21c及び正極リード28は、互いに電気的に接続されており、かつ蓋体21bから電気的に絶縁されている。負極端子21d及び負極リード29が外部絶縁部材21e及び図示しない内部絶縁部材を介して蓋体21bにかしめ固定されている。このような配置により、負極端子21d及び負極リード29は、互いに電気的に接続されており、かつ蓋体21bから電気的に絶縁されている。 A positive electrode terminal 21c and a positive electrode lead 28 are crimped and fixed to the lid 21b via an external insulating member 21e and an internal insulating member (not shown). With this arrangement, the positive terminal 21c and the positive lead 28 are electrically connected to each other and electrically insulated from the lid 21b. A negative electrode terminal 21d and a negative electrode lead 29 are crimped and fixed to the lid 21b via an external insulating member 21e and an internal insulating member (not shown). With this arrangement, the negative terminal 21d and the negative lead 29 are electrically connected to each other and electrically insulated from the lid 21b.

以上説明した第1の実施形態の非水電解質電池は、平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極を備える。その結果、大電流での入出力が可能なSOC(容量)範囲を広くすることができるため、非水電解質電池の大電流での入出力性能を向上することが可能である。また、並列接続される鉛蓄電池の劣化を小さくすることができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係るバッテリーシステムは、複数の鉛蓄電池からなる第1の組電池と、第1の組電池に並列接続され、非水電解質電池からなる単位電池を複数直列に接続した第2の組電池とを含む。非水電解質電池には、第1の実施形態の非水電解質電池が使用され得る。
The non-aqueous electrolyte battery of the first embodiment described above includes a negative electrode containing a lithium-titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure and an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or more. As a result, the SOC (capacity) range in which high-current input/output is possible can be widened, so that the high-current input/output performance of the non-aqueous electrolyte battery can be improved. Moreover, deterioration of the lead-acid batteries connected in parallel can be reduced.
(Second embodiment)
A battery system according to a second embodiment includes a first assembled battery composed of a plurality of lead-acid batteries, and a second assembled battery connected in parallel to the first assembled battery and composed of a plurality of unit cells composed of non-aqueous electrolyte batteries connected in series. and the assembled battery. The non-aqueous electrolyte battery of the first embodiment can be used for the non-aqueous electrolyte battery.

鉛蓄電池には、市販されている鉛蓄電池を使用することができる。市販されている鉛蓄電池は、例えば、公称電圧が2V、4V、6V、12V、24Vである。第1の組電池における、鉛蓄電池の電気的接続は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続の組み合わせを用いることができる。 A commercially available lead-acid battery can be used as the lead-acid battery. Commercially available lead-acid batteries have, for example, nominal voltages of 2V, 4V, 6V, 12V and 24V. For the electrical connection of the lead-acid batteries in the first assembled battery, series connection, parallel connection, or a combination of series connection and parallel connection can be used.

次に、実施形態に係るバッテリーシステムの一例を、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of the battery system according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

図3に示すバッテリーシステム1は、第1の組電池10及び第2の組電池11を具備する。第1の組電池10は、複数個の鉛蓄電池を含む組電池である。これらの鉛蓄電池は、公称電圧がそれぞれ2Vであり、直列に接続されている。第2の組電池11は、第1の組電池10に並列に接続されている。第2の組電池11は、第1の実施形態の非水電解質電池を複数個含む。複数個の非水電解質電池は、直列に接続されている。 A battery system 1 shown in FIG. 3 includes a first assembled battery 10 and a second assembled battery 11 . The first assembled battery 10 is an assembled battery including a plurality of lead-acid batteries. These lead-acid batteries each have a nominal voltage of 2V and are connected in series. The second assembled battery 11 is connected in parallel to the first assembled battery 10 . The second assembled battery 11 includes a plurality of non-aqueous electrolyte batteries of the first embodiment. A plurality of non-aqueous electrolyte batteries are connected in series.

図3に示すバッテリーシステム1では、第1の組電池10と第2の組電池11とが、回路開閉手段30を介して並列に接続されている。 In the battery system 1 shown in FIG. 3 , a first assembled battery 10 and a second assembled battery 11 are connected in parallel via a circuit opening/closing means 30 .

回路開閉手段30は、半導体スイッチ31を備える。半導体スイッチ31は、金属-酸化物-半導体接合電界効果トランジスタ(MOF-FET)を含み、これを介する電子の通電及びその遮断の切り替えを行うことができる。半導体スイッチ31を介する電子の通電及びその遮断の切り替えは、電気制御手段(ECU)32によって制御される。 The circuit opening/closing means 30 includes a semiconductor switch 31 . The semiconductor switch 31 includes a metal-oxide-semiconductor junction field effect transistor (MOF-FET) through which electrons can be switched on and off. Electric control means (ECU) 32 controls energization and cut-off of the electrons through the semiconductor switch 31 .

第1の組電池10の端子間電圧は、図示しないセンサによりモニタされ、その情報が電子制御ユニット32へと送られる。 The voltage across the terminals of the first assembled battery 10 is monitored by a sensor (not shown), and the information is sent to the electronic control unit 32 .

バッテリーシステム1は、第1の電気負荷40及びオルタネータ50を更に具備している。第1の電気負荷40及びオルタネータ50は、半導体スイッチ31を介さずに、第1の組電池10に並列接続されている。また、第1の電気負荷40及びオルタネータ50は、半導体スイッチ31を介して、第2の組電池11に並列接続されている。 Battery system 1 further comprises a first electrical load 40 and an alternator 50 . The first electric load 40 and the alternator 50 are connected in parallel to the first assembled battery 10 without the semiconductor switch 31 interposed therebetween. Also, the first electric load 40 and the alternator 50 are connected in parallel to the second assembled battery 11 via the semiconductor switch 31 .

第1の電気負荷40は、印加電圧の変化に敏感でない電気負荷である。
オルタネータ50は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する交流発電機である。オルタネータ50は、図示しない整流器に交流電流を送ることができる。この整流器は、受け取った交流電流を直流電流に変換して、この直流電流をバッテリーシステム1に流す働きを有する。オルタネータ50からの送電電圧は、図示しないセンサによりモニタされ、その情報が電子制御ユニット32に送られる。
The first electrical load 40 is an electrical load that is insensitive to changes in applied voltage.
Alternator 50 is an alternator that converts mechanical energy into electrical energy. Alternator 50 can send alternating current to a rectifier, not shown. This rectifier has the function of converting the received alternating current into a direct current and passing this direct current through the battery system 1 . A transmission voltage from the alternator 50 is monitored by a sensor (not shown), and the information is sent to the electronic control unit 32 .

バッテリーシステム1は、第2の電気負荷60を更に具備している。第2の電気負荷60は、半導体スイッチ31を介さずに、第2の組電池11に並列接続されている。第2の電気負荷60は、半導体スイッチ31を介して、第1の組電池10、第1の電気負荷40及びオルタネータ50に並列接続されている。 Battery system 1 further comprises a second electrical load 60 . A second electrical load 60 is connected in parallel to the second assembled battery 11 without the semiconductor switch 31 interposed therebetween. A second electric load 60 is connected in parallel to the first assembled battery 10 , the first electric load 40 and the alternator 50 via the semiconductor switch 31 .

第2の電気負荷60は、印加電圧が変化すると不具合が生じ得る電気負荷である。第2の電気負荷60は、第1の組電池10の公称電圧に合わせて作動電圧が設定されている。 The second electrical load 60 is an electrical load that can malfunction when the applied voltage changes. The operating voltage of the second electric load 60 is set according to the nominal voltage of the first assembled battery 10 .

バッテリーシステムは、第2の組電池11を保護するための保護制御手段70を更に具備している。保護制御手段70は、例えば、第2の組電池11の端子間電圧をモニタする手段(図示しない)を含むことができる。例えば、第2の組電池11の端子間電圧が閾値未満に下がると、保護制御手段70は、回路開閉手段30に接続された電子制御手段32に信号を送り、半導体スイッチ31を介して第1の組電池10から第2の組電池11へと通電させ、第2の組電池11が過放電状態になるのを防ぐことができる。 The battery system further comprises protection control means 70 for protecting the second assembled battery 11 . The protection control means 70 can include, for example, means (not shown) for monitoring the voltage across the terminals of the second assembled battery 11 . For example, when the voltage across the terminals of the second assembled battery 11 drops below the threshold value, the protection control means 70 sends a signal to the electronic control means 32 connected to the circuit opening/closing means 30 to cause the semiconductor switch 31 to switch to the first It is possible to prevent the second assembled battery 11 from being over-discharged by energizing the second assembled battery 11 from the first assembled battery 10 .

バッテリーシステム1の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、自動車用バッテリーシステムであり得る。 The application of the battery system 1 is not particularly limited, but may be, for example, an automotive battery system.

自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム1では、第1の電気負荷40は、例えば、空調設備及び照明設備を含む。 In the battery system 1, which is an automotive battery system, the first electrical load 40 includes, for example, air conditioning equipment and lighting equipment.

自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム1では、オルタネータ50が、自動車のエンジンに機械的に接続されている。また、オルタネータ50は、制動系統にも接続されており、自動車の制動の際に生じるエネルギーを回生エネルギーに変換することができる。 In a battery system 1, which is an automobile battery system, an alternator 50 is mechanically connected to an automobile engine. The alternator 50 is also connected to the braking system, and can convert the energy generated during braking of the vehicle into regenerative energy.

自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム1では、第2の電気負荷60は、例えば、カーナビゲーション装置及び音響設備を含む。 In the battery system 1, which is an automobile battery system, the second electric load 60 includes, for example, a car navigation device and audio equipment.

次に、自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム1における送電について説明する。 Next, power transmission in the battery system 1, which is an automotive battery system, will be described.

(1)エンジン作動時
自動車のエンジンが作動している間、オルタネータ50が発電を行い、かくして生じた電気が、図示しない整流器により直流に変換され、第1の電気負荷40及び第1の組電池10に送られる。
(1) When the engine is running While the engine of the automobile is running, the alternator 50 generates electricity, and the electricity thus generated is converted into direct current by a rectifier (not shown), and the first electric load 40 and the first assembled battery sent to 10.

エンジンの作動中、オルタネータ50からの送電電圧が第2の電気負荷60によって許容される範囲内にある場合、電子制御ユニット32は、半導体スイッチ31を「通電」状態にし、オルタネータ50で生じた電気を第2の組電池11及び第2の電気負荷60に送る。 During engine operation, when the transmitted voltage from the alternator 50 is within the range allowed by the second electrical load 60, the electronic control unit 32 places the solid-state switch 31 in a "energized" state, causing the electricity generated by the alternator 50 to is sent to the second assembled battery 11 and the second electrical load 60 .

半導体スイッチ31には、第1の組電池10側から第2の組電池11側への電流の向きを順方向とする整流手段としてのダイオード33が寄生している。そのため、半導体スイッチ31が「通電」状態となっていても、第2の組電池11から第1の電気負荷40への送電は寄生ダイオード33により抑制される。そのおかげで、第2の組電池11は、第1の組電池10に比して容量が小さい場合でも、過放電状態になるのを防ぐことができる。 A diode 33 is parasitic on the semiconductor switch 31 as a rectifying means that directs current from the first assembled battery 10 side to the second assembled battery 11 side in the forward direction. Therefore, even if the semiconductor switch 31 is in the "energized" state, power transmission from the second battery pack 11 to the first electric load 40 is suppressed by the parasitic diode 33 . Thanks to this, even if the second assembled battery 11 has a smaller capacity than the first assembled battery 10, it is possible to prevent the second assembled battery 11 from being over-discharged.

エンジンの作動中、オルタネータ50からの送電電圧が第2の電気負荷60によって許容される範囲から外れている場合、電子制御ユニット32は、半導体スイッチ31を「遮断」状態にし、オルタネータ50からの第2の組電池11及び第2の電気負荷60への送電を遮断する。この間は、第2の組電池11が第2の電気負荷60に電気を送ることが可能である。 During engine operation, if the transmission voltage from the alternator 50 is outside the range allowed by the second electrical load 60, the electronic control unit 32 puts the solid-state switch 31 into the "shut off" state, causing the alternator 50 to The power transmission to the No. 2 assembled battery 11 and the second electric load 60 is interrupted. During this time, the second assembled battery 11 can send electricity to the second electrical load 60 .

(2)自動車制動時
自動車が制動されると、オルタネータ50は、エンジン作動時よりも大きな電流を瞬間的にバッテリーシステム1に流す。この際、電子制御ユニット32は、半導体スイッチ31を「通電」状態にする。
(2) When the vehicle is braked When the vehicle is braked, the alternator 50 momentarily causes a larger current to flow through the battery system 1 than when the engine is operating. At this time, the electronic control unit 32 puts the semiconductor switch 31 into the "energized" state.

バッテリーシステム1では、第2の組電池11の大電流での入出力が可能なSOC(容量)範囲が広い。そのため、自動車の制動時にオルタネータ50で生じた大電流は、第1の組電池10よりも第2の組電池11に多く流れる。これにより、第1の組電池10の過放電及び過充電が防止されるため、第1の組電池10の劣化が抑制されてバッテリーシステム1の寿命性能が向上される。 In the battery system 1, the second assembled battery 11 has a wide SOC (capacity) range capable of inputting and outputting a large current. Therefore, the large current generated by the alternator 50 during braking of the automobile flows more to the second assembled battery 11 than to the first assembled battery 10 . As a result, over-discharging and over-charging of the first assembled battery 10 are prevented, so deterioration of the first assembled battery 10 is suppressed and the life performance of the battery system 1 is improved.

(3)エンジン停止時
エンジン停止時は、オルタネータ50は発電しないので、オルタネータ50からの送電は行われない。その代わりに、第1の組電池10及び第2の組電池11が、第1の電気負荷40及び第2の電気負荷60への送電を担う。
(3) When the engine is stopped When the engine is stopped, the alternator 50 does not generate power, so power transmission from the alternator 50 is not performed. Instead, the first assembled battery 10 and the second assembled battery 11 are responsible for power transmission to the first electrical load 40 and the second electrical load 60 .

第1の組電池10からの送電電圧が第2の電気負荷60によって許容される範囲内にある場合、電子制御ユニット32は、半導体スイッチ31を「通電」状態にする。それにより、第1の組電池10は、電気を第1の電気負荷40及び第2の電気負荷60に送る。一方、第2の組電池11は、寄生ダイオード33の整流機能により、もっぱら第2の電気負荷60に電気を送る。 When the transmission voltage from the first assembled battery 10 is within the range allowed by the second electrical load 60, the electronic control unit 32 puts the semiconductor switch 31 in the "energized" state. The first assembled battery 10 thereby sends electricity to the first electrical load 40 and the second electrical load 60 . On the other hand, the second assembled battery 11 sends electricity exclusively to the second electrical load 60 due to the rectifying function of the parasitic diode 33 .

第1の組電池10からの送電電圧が第2の電気負荷60によって許容される範囲から外れている場合、電子制御ユニット32は、半導体スイッチ31を「遮断」状態にする。そのため、第1の組電池10は、第1の電気負荷40のみに電気を送る。一方、第2の組電池11は、第2の電気負荷60のみに電気を送る。 When the transmission voltage from the first assembled battery 10 is out of the range allowed by the second electrical load 60, the electronic control unit 32 puts the semiconductor switch 31 into the "shutdown" state. Therefore, the first assembled battery 10 sends electricity only to the first electrical load 40 . On the other hand, the second assembled battery 11 sends electricity only to the second electrical load 60 .

なお、先に説明したように、第2の電気負荷60は、第1の組電池10の公称電圧に合わせて作動電圧が設定されている。そのため、実際には、第1の組電池10からの送電電圧が第2の電気負荷60によって許容される範囲から外れている時間は極めて短い。そのため、第2の組電池11のみによる第2の電気負荷60への送電も極めて短い。そのおかげで、第2の組電池11は、第1の組電池10に比して容量が小さい場合にも、過放電状態になるのを防ぐことができる。 As described above, the operating voltage of the second electric load 60 is set according to the nominal voltage of the first assembled battery 10 . Therefore, actually, the time during which the power transmission voltage from the first assembled battery 10 is out of the range allowed by the second electric load 60 is extremely short. Therefore, power transmission to the second electric load 60 by only the second assembled battery 11 is also extremely short. Thanks to this, even when the second assembled battery 11 has a smaller capacity than the first assembled battery 10, it is possible to prevent the second assembled battery 11 from being over-discharged.

第2の実施形態に係るバッテリーシステムは、第1の実施形態の非水電解質電池を複数直列接続した第2の組電池と、第2の組電池に並列接続され、複数の鉛蓄電池からなる第1の組電池を含む。第2の組電池は、大電流での入出力が可能なSOC範囲(容量範囲)を広げることができるため、大電流での入出力性能に優れている。そのため、バッテリーシステムにおいて大電流での入出力が要求される場合に、第2の組電池が第1の組電池に優先して大電流充放電されるため、第1の組電池の過充電及び過放電が防止されて第1の組電池の劣化が抑制される。それにより、バッテリーシステムの寿命性能が向上される。 A battery system according to a second embodiment includes a second assembled battery in which a plurality of non-aqueous electrolyte batteries of the first embodiment are connected in series, and a second assembled battery connected in parallel to the second assembled battery and composed of a plurality of lead-acid batteries. 1 battery pack included. Since the second assembled battery can widen the SOC range (capacity range) in which high current input/output is possible, it is excellent in high current input/output performance. Therefore, when the battery system requires input/output with a large current, the second assembled battery is charged and discharged with a large current in preference to the first assembled battery. Overdischarge is prevented, and deterioration of the first assembled battery is suppressed. Thereby, the life performance of the battery system is improved.

[実施例]
以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
[Example]
The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the examples listed below as long as the gist of the invention is not exceeded.

実施例1)
<正極の作製>
正極活物質としてLiNi0.333Co0.333Mn0.333粒子を用意した。正極活物質、カーボンブラック及びPVdFを重量比90%、8%、2%で配合し、これらをN-メチルピロリドン(NMP)中で混錬し、正極スラリーを作製した。
( Example 1)
<Preparation of positive electrode>
LiNi 0.333 Co 0.333 Mn 0.333 O 2 particles were prepared as a positive electrode active material. A positive electrode active material, carbon black and PVdF were blended at weight ratios of 90%, 8% and 2%, and kneaded in N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode slurry.

作製した正極スラリーを、一対の長辺を有する帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した。塗布量は60g/mであった。この際、アルミニウム箔の一辺と平行な方向に延びた帯状の領域には、正極スラリーを塗布しなかった。その後、乾燥して密度が3.2g/ccまでプレスを施して正極合剤層を形成し、正極を得た。正極スラリーを塗布せず、正極合剤層を担持していない帯状の領域を正極集電タブとした。 The prepared positive electrode slurry was applied to both sides of a strip-shaped aluminum foil having a pair of long sides. The coating amount was 60 g/m 2 . At this time, the positive electrode slurry was not applied to the strip-shaped region extending in the direction parallel to one side of the aluminum foil. Then, it was dried and pressed to a density of 3.2 g/cc to form a positive electrode mixture layer, thereby obtaining a positive electrode. A strip-shaped region where the positive electrode slurry was not applied and the positive electrode material mixture layer was not carried was used as a positive electrode current collecting tab.

<負極の作製>
LiCO、TiO、MnNOを原子比Li:Ti:Mn=4:4.75:0.25となるように粉体混合し、500℃に空気中で加熱し、LiTi4.75Mn0.2512を得た。X線回折像よりスピネル構造であることを確認した。
<Production of negative electrode>
Li 2 CO 3 , TiO 2 and MnNO 3 were powder-mixed so that the atomic ratio Li:Ti:Mn=4:4.75:0.25, and heated to 500° C. in air to form Li 4 Ti 4 . .75 Mn 0.25 O 12 was obtained. A spinel structure was confirmed from an X-ray diffraction pattern.

得られた負極活物質、カーボンブラック、PVdFをNMP中で重量比95%、3%、2%で混錬して負極スラリーを作製した。 The obtained negative electrode active material, carbon black, and PVdF were kneaded in NMP at weight ratios of 95%, 3%, and 2% to prepare negative electrode slurries.

作製した負極スラリーを、一対の長辺を有する帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した。塗布量は50g/mであった。この際、アルミニウム箔の一辺と平行な方向に延びた帯状の領域には、負極スラリーを塗布しなかった。その後、乾燥して密度が2.0g/ccまでプレスを施して負極合剤層を形成し、負極を得た。負極スラリーを塗布せず、負極合剤層を担持していない帯状の領域を負極集電タブとした。 The prepared negative electrode slurry was applied to both sides of a strip-shaped aluminum foil having a pair of long sides. The coating amount was 50 g/m 2 . At this time, the negative electrode slurry was not applied to the strip-shaped region extending in the direction parallel to one side of the aluminum foil. Then, it was dried and pressed to a density of 2.0 g/cc to form a negative electrode mixture layer, thereby obtaining a negative electrode. A strip-shaped region where the negative electrode slurry was not applied and the negative electrode mixture layer was not carried was used as a negative electrode current collecting tab.

<電極群および単電池の作製>
正極及び負極の間に30μm厚で帯状のポリエチレン製セパレータを配置し、これらを偏平の渦巻き状に捲回することにより、電極群を得た。電極群の正極集電タブに正極リードを超音波溶接し、負極集電タブに負極リードを超音波溶接した。
<Production of electrode group and single cell>
A strip-shaped polyethylene separator having a thickness of 30 μm was placed between the positive electrode and the negative electrode, and these were wound in a flat spiral shape to obtain an electrode group. The positive electrode lead was ultrasonically welded to the positive current collecting tab of the electrode group, and the negative electrode lead was ultrasonically welded to the negative electrode current collecting tab.

非水電解液には、ポリカーボネート及びメチルエチルカーボネートを混合した非水溶媒に、電解質であるLiPF6を溶解させたものを用意した。 The non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 as an electrolyte in a non-aqueous solvent in which polycarbonate and methyl ethyl carbonate were mixed.

電極群をアルミニウム含有のラミネートフィルム製容器に収納した後、電解液を注液した。正極リード及び負極リードそれぞれの先端を容器から突出させた状態で容器をヒートシールにより封止し、扁平型の非水電解質電池を得た。 After housing the electrode group in a container made of a laminate film containing aluminum, an electrolytic solution was injected. The container was heat-sealed with the ends of the positive electrode lead and the negative electrode lead projecting from the container to obtain a flat-type non-aqueous electrolyte battery.

非水電解質電池に2.7Vまで定電圧充電を0.2Aまで電流が収束するまで行った後、30分間休止し、次いで、10A放電を行い容量を測定した。電池容量は10Ahであった。
<組電池の作製>
前記の単電池を6直列接続して非水電解質電池の組電池を第2の組電池として得た。さらに平均作動電圧12Vで容量が50Ahの6直列の鉛蓄電池(第1の組電池)と並列接続し、組電池とした。
(実施例~66)
負極活物質の組成、金属元素の種類、Tiと金属元素の合計原子比に対する金属元素の原子比の割合(原子比割合)、焼成温度を表5~表9に示すように変更すること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質電池を得た。各実施例の非水電解質電池(単セル)の電池容量は10Ahであった。
The non-aqueous electrolyte battery was charged at a constant voltage to 2.7 V until the current converged to 0.2 A, then rested for 30 minutes, discharged at 10 A, and the capacity was measured. The battery capacity was 10 Ah.
<Production of assembled battery>
An assembled battery of non-aqueous electrolyte batteries was obtained as a second assembled battery by connecting six of the above-mentioned single cells in series. Furthermore, it was connected in parallel with a 6-series lead-acid battery (first assembled battery) having an average operating voltage of 12 V and a capacity of 50 Ah to form an assembled battery.
(Examples 2 to 66)
The composition of the negative electrode active material, the type of metal element, the ratio of the atomic ratio of the metal element to the total atomic ratio of Ti and the metal element (atomic ratio ratio), and the firing temperature are changed as shown in Tables 5 to 9. A flat type non-aqueous electrolyte battery was obtained in the same manner as described in Example 1. The battery capacity of the non-aqueous electrolyte battery (single cell) of each example was 10 Ah.

そのほかは実施例1と同様にして、組電池を得た。
(比較例1)
LiCOとTiOを原子比Li:Ti=4:5となるように粉体混合し、850℃に空気中で加熱し、LiTi12を得た。X線回折像よりスピネル構造であることを確認した。得られた負極活物質を用いること以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。
Otherwise, in the same manner as in Example 1, an assembled battery was obtained.
(Comparative example 1)
Li 2 CO 3 and TiO 2 were powder-mixed in an atomic ratio of Li:Ti=4:5 and heated to 850° C. in air to obtain Li 4 Ti 5 O 12 . A spinel structure was confirmed from an X-ray diffraction pattern. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that the obtained negative electrode active material was used.

実施例1と同様にして正極を作製した。
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1.

得られた正極及び負極を用いること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質電池を得た。電池容量は10Ahであった。そのほかは実施例1と同様にして、組電池を得た。
(比較例2)
LiCOとTiOを原子比Li:Ti=4:5となるように粉体混合し、500℃に空気中で加熱し、LiTi12を得た。X線回折像よりスピネル構造であることを確認した。得られた負極活物質を用いること以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。
A flat-type non-aqueous electrolyte battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained positive electrode and negative electrode were used. The battery capacity was 10 Ah. Otherwise, in the same manner as in Example 1, an assembled battery was obtained.
(Comparative example 2)
Li 2 CO 3 and TiO 2 were powder-mixed in an atomic ratio of Li:Ti=4:5 and heated to 500° C. in air to obtain Li 4 Ti 5 O 12 . A spinel structure was confirmed from an X-ray diffraction pattern. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that the obtained negative electrode active material was used.

実施例1と同様にして正極を作製した。
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1.

得られた正極及び負極を用いること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質電池を得た。電池容量は10Ahであった。そのほかは実施例1と同様にして、組電池を得た。
(比較例3)
比較例1と同様に作成した単電池を5直列にして組電池を作成した。
A flat-type non-aqueous electrolyte battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained positive electrode and negative electrode were used. The battery capacity was 10 Ah. Otherwise, in the same manner as in Example 1, an assembled battery was obtained.
(Comparative Example 3)
An assembled battery was prepared by connecting 5 single cells prepared in the same manner as in Comparative Example 1 in series.

実施例及び比較例の非水電解質電池について、負極作動電位{V(vs.Li/Li)}と、エンジンスタート、加速、減速停止を模したサイクルを100000サイクル経過した後に、鉛蓄電池の容量維持率を下記に示す方法で測定し、その結果を表5~表9に示す。
For the non-aqueous electrolyte batteries of Examples and Comparative Examples, after 100,000 cycles simulating a negative electrode operating potential {V (vs. Li/Li + )} and an engine start, acceleration, deceleration stop, the lead-acid battery was tested. The capacity retention rate was measured by the method shown below, and the results are shown in Tables 5 to 9.

(負極作動電位)
負極とリチウム金属箔を対向させて、これらの間にセパレータ(厚さが30μmのガラスフィルタ)を配置し、負極と対向したリチウム金属箔とは異なるリチウム金属箔を、負極の近傍に配置し、負極と、負極と対向したリチウム金属箔の間でリチウムイオンの移動をさせて、3回充放電を行う。充放電条件は、3VほどのOCV(開回路電圧)から測定電極に還元電流を流し、1Cで満充電電圧まで定電流充電をした後、1.0Vで定電圧充電を行い、電流値が1/20Cに収束した時点で充電を終了する。その後10分のレストののち、1Cにて3Vまで放電する。その際の放電エネルギー(Wh)を放電電気量で割り算した値を平均作動電圧とする。電解液にはエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネーとの体積比率1:1の溶媒に1モル/Lの六フッ化リン酸リチウムを溶かしたものを用いた。
(negative electrode working potential)
The negative electrode and the lithium metal foil are opposed to each other, a separator (a glass filter having a thickness of 30 μm) is placed between them, and a lithium metal foil different from the lithium metal foil facing the negative electrode is placed near the negative electrode, The battery is charged and discharged three times by moving lithium ions between the negative electrode and the lithium metal foil facing the negative electrode. The charge and discharge conditions are as follows: apply a reduction current to the measurement electrode from an OCV (open circuit voltage) of about 3 V, charge the electrode at 1 C to the full charge voltage, and then charge at a constant voltage of 1.0 V, and the current value is 1. When the temperature converges to /20C, the charging is terminated. After resting for 10 minutes, discharge to 3V at 1C. A value obtained by dividing the discharge energy (Wh) at that time by the amount of discharge electricity is defined as the average operating voltage. The electrolytic solution used was obtained by dissolving 1 mol/L of lithium hexafluorophosphate in a solvent containing ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate at a volume ratio of 1:1.

(エンジンスタート、加速、減速停止を模したサイクルを100000サイクル経過した後に、鉛蓄電池の容量維持率を測定する方法)
実施例1~66および比較例1~3の組電池に対して、下記の放電1、放電2、充電1、充電2を繰り返して試験を行った。
(Method of measuring the capacity retention rate of a lead-acid battery after 100,000 cycles simulating engine start, acceleration, deceleration stop)
The assembled batteries of Examples 1 to 66 and Comparative Examples 1 to 3 were tested by repeating the following discharge 1, discharge 2, charge 1, and charge 2.

放電1:エンジンスタートを模擬するため、放電を600Aで1秒間行う。 Discharge 1: Discharge at 600 A for 1 second to simulate engine start.

放電2:加速を模擬するため、放電を300Aで3秒間行う。 Discharge 2: Discharge at 300 A for 3 seconds to simulate acceleration.

充電1:定常走行時の充電を模擬するため、10Aでの定電流充電を行った後に13.8Vで定電圧充電を行う定電流定電圧充電を120秒間行う。この場合の13.8Vは鉛蓄電池の充電終止電圧を目指している。 Charging 1: In order to simulate charging during steady running, constant current charging at 10 A and then constant voltage charging at 13.8 V are performed for 120 seconds. In this case, 13.8V is aimed at the end-of-charge voltage of the lead-acid battery.

充電2:車両減速時を模擬するため、充電は300Aで3秒間行う。 Charging 2: Charging is performed at 300 A for 3 seconds to simulate vehicle deceleration.

これらを100000サイクル経過した前後に鉛蓄電池の容量を測定した。測定方法は、13.8Vで5Aの定電流定電圧充電により20時間の充電後、5Aの定電流放電で9.0Vまでの放電容量を測定した。表5~表9に示す。 The capacity of the lead-acid battery was measured before and after 100,000 cycles. The measurement method was to measure the discharge capacity up to 9.0 V by 5 A constant current discharge after charging for 20 hours by 5 A constant current constant voltage charging at 13.8 V. Shown in Tables 5 to 9.

Figure 0007282482000005
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Figure 0007282482000006
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Figure 0007282482000007
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Figure 0007282482000008
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Figure 0007282482000009
Figure 0007282482000009

実施例1~66の電池では、表5~表9に示す通りにスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極作動電位が金属元素の添加により上昇し(貴となり)、鉛蓄電池の満充電付近から非水電解質電池の充放電が可能で電力が非水電解質電池に流れるため、鉛蓄電池がほとんど放電されなかった結果、鉛蓄電池の容量減少がとても少ない。
一方、比較例1,2の電池は、鉛蓄電池の満充電終止電圧である13.8Vでは、非水電解質電池は完全放電になっており放電ができないため、鉛蓄電池自身が電力を供給するしかなく、劣化が激しい。
In the batteries of Examples 1 to 66 , as shown in Tables 5 to 9, the negative electrode working potential containing the lithium-titanium composite oxide having a spinel crystal structure increased (becomes noble) due to the addition of the metal element, and the lead-acid battery. Since the non-aqueous electrolyte battery can be charged and discharged from near full charge and power flows to the non-aqueous electrolyte battery, the lead-acid battery is hardly discharged, resulting in very little reduction in capacity of the lead-acid battery.
On the other hand, in the batteries of Comparative Examples 1 and 2, the non-aqueous electrolyte battery is completely discharged and cannot be discharged at 13.8 V, which is the full charge final voltage of the lead-acid battery. No, it is severely degraded.

また、比較例3の電池は、鉛蓄電池と同じ電圧領域で充放電ができるため、比較例1,2に比較して鉛蓄電池の放電時の分担電流は少なくなるため、鉛蓄電池の容量減少は多少改善するが、放電されていることには変わりないため、減少量は実施例1~66に比べると大きい。
In addition, since the battery of Comparative Example 3 can be charged and discharged in the same voltage range as the lead-acid battery, the shared current during discharge of the lead-acid battery is smaller than that of Comparative Examples 1 and 2. Although there is some improvement, the amount of decrease is greater than in Examples 1 to 66 because the discharge is still being performed.

実施例1~7の比較により、金属元素の種類が例えばMnと同じ場合、TiとMnの合計原子比に対するMnの原子比の割合(原子比割合)が2%以上30%以下の実施例1~4は、鉛蓄電池の容量維持率が、実施例5~7よりも大きいことがわかる。金属元素の種類をCoに変えても同様な傾向を示している。また、金属元素の種類をNi、V、Zr、Nb、Mo、Wに変更した場合、表5~表8の結果から明らかなように、Tiと金属元素の合計原子比に対する金属元素の原子比の割合(原子比割合)が5%以上10%以下の実施例の100000サイクル後の鉛蓄電池の容量が、原子比割合が5%未満あるいは10%を超える実施例よりも大きい傾向があることがわかる。なお、表5~表9の結果から明らかなように、負極作動電位は、金属元素の種類、原子比割合によって変化し得る。また、原子比割合を大きくしすぎると結晶構造が乱れ、サイクル特性が劣化したり、抵抗が大きくなることで100000サイクル後に鉛蓄電池の容量にも変化が生じる。
By comparison of Examples 1 to 7, when the type of metal element is the same as Mn, for example, Example 1 in which the atomic ratio ratio (atomic ratio ratio) of Mn to the total atomic ratio of Ti and Mn is 2% or more and 30% or less. It can be seen that the capacity retention ratios of the lead-acid batteries of Examples 5-4 are higher than those of Examples 5-7. Even if the type of metal element is changed to Co, the same tendency is shown. In addition, when the types of metal elements are changed to Ni, V, Zr, Nb, Mo, and W, as is clear from the results in Tables 5 to 8, the atomic ratio of the metal elements to the total atomic ratio of Ti and the metal elements The capacity of the lead-acid battery after 100,000 cycles of the example in which the ratio (atomic ratio) is 5% or more and 10% or less tends to be larger than the example in which the atomic ratio is less than 5% or more than 10%. I understand. As is clear from the results in Tables 5 to 9, the negative electrode working potential can vary depending on the type and atomic ratio of the metal element. On the other hand, if the atomic ratio is too large, the crystal structure will be disturbed, the cycle characteristics will deteriorate, and the resistance will increase, causing a change in the capacity of the lead storage battery after 100000 cycles.

実施例58~63の比較により、焼成温度が250℃以上700℃以下の実施例58~61の100000サイクル後の鉛蓄電池の容量が、焼成温度が250℃未満または700℃を超える実施例62~63よりも大きいことがわかる。焼成温度は高すぎると、結晶格子のTiのサイト以外の箇所に金属元素が配置されたり、Tiと金属元素の固溶体が形成されず、抵抗上昇や容量低下を示す。また焼成温度が低すぎると結晶構造が不適切でやはり抵抗上昇や容量低下を示す。これがサイクル後の鉛蓄電池の容量減少に影響を間接的に及ぼす。
By comparison of Examples 58 to 63 , the capacity of the lead-acid battery after 100000 cycles of Examples 58 to 61 with a firing temperature of 250 ° C. or more and 700 ° C. or less is less than 250 ° C. or more than 700 ° C. Examples 62 to 700 ° C. It can be seen that it is larger than 63. If the sintering temperature is too high, the metal element will be arranged at sites other than the Ti sites in the crystal lattice, or a solid solution of Ti and the metal element will not be formed, resulting in an increase in resistance and a decrease in capacity. On the other hand, if the firing temperature is too low, the crystal structure is inappropriate, resulting in an increase in resistance and a decrease in capacity. This indirectly affects the capacity reduction of the lead-acid battery after cycling.

また、実施例1と実施例64~66を比較することにより、Niを33.3原子%以上含む層状の正極活物質を含む実施例1は、100000サイクル後の鉛蓄電池の容量が、Ni主体の正極活物質を含む実施例64、Co主体の層状正極活物質を含む実施例65、LiMnからなる正極活物質を含む実施例66に比して大きいことがわかる。 Further, by comparing Example 1 with Examples 64 to 66, Example 1, which includes a layered positive electrode active material containing 33.3 atomic % or more of Ni, shows that the capacity of the lead-acid battery after 100,000 cycles is Ni-based. Example 64 containing a positive electrode active material of , Example 65 containing a layered positive electrode active material mainly composed of Co , and Example 66 containing a positive electrode active material consisting of LiMn 2 O 4 .

以上説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例の非水電解質電池によれば、平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含むため、並列接続される鉛蓄電池の劣化を小さくすることができる。また、大電流での入出力が可能な容量(SOC)範囲を拡大して大電流での入出力性能を向上することができる。 According to the non-aqueous electrolyte battery of at least one of the embodiments and examples described above, a lithium-titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure with an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or more is used. Therefore, the deterioration of lead-acid batteries connected in parallel can be reduced. In addition, it is possible to improve the input/output performance at a large current by expanding the capacity (SOC) range in which the input/output at a large current is possible.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
正極と、
平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li )以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極活物質を含む負極と、
非水電解質と
を含む非水電解質電池。
[2]
前記リチウムチタン複合酸化物は、Mn、Co、Ni、V、Zr、Nb、Mo及びWよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる金属元素を含む、[1]に記載の非水電解質電池。
[3]
前記金属元素がチタンと固溶体を形成しており、前記金属元素の原子比とチタンの原子比の合計に対する前記金属元素の原子比の割合が0.5%以上である、[2]に記載の非水電解質電池。
[4]
鉛蓄電池を含むシステムに用いられる、[2]に記載の非水電解質電池。
[5]
鉛蓄電池からなる第1の組電池と、
前記第1の組電池に並列接続され、[1]~[3]のいずれか1項に記載の非水電解質電池を複数直列に接続した第2の組電池と
を含む、バッテリーシステム。
While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
The invention described in the original claims of the present application is appended below.
[1]
a positive electrode;
a negative electrode comprising a negative electrode active material comprising a lithium-titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure and having an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or higher;
non-aqueous electrolyte and
A non-aqueous electrolyte battery containing
[2]
The non-aqueous electrolyte battery according to [1], wherein the lithium-titanium composite oxide contains at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, V, Zr, Nb, Mo and W. .
[3]
[2], wherein the metal element forms a solid solution with titanium, and the ratio of the atomic ratio of the metal element to the sum of the atomic ratio of the metal element and the atomic ratio of titanium is 0.5% or more. Non-aqueous electrolyte battery.
[4]
The non-aqueous electrolyte battery according to [2], which is used in a system including a lead-acid battery.
[5]
a first assembled battery comprising a lead-acid battery;
A second assembled battery in which a plurality of non-aqueous electrolyte batteries according to any one of [1] to [3] are connected in parallel to the first assembled battery and connected in series
including a battery system.

1…バッテリーシステム、10…第1の組電池、11…第2の組電池、21a…容器、21b…蓋、21c…正極端子、21d…負極端子、22…電極群、23…正極、23b…正極合剤層、23c…正極集電タブ、24…負極、24b…負極合剤層、24c…負極集電タブ、25…セパレータ、26…挟持部材、28…正極リード、29…負極リード、30…回路開閉手段、31…半導体スイッチ、32…電気制御手段(ECU)、40…第1の電気負荷、50…オルタネータ、60…第2の電気負荷。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Battery system 10... First assembled battery 11... Second assembled battery 21a... Container 21b... Lid 21c... Positive electrode terminal 21d... Negative electrode terminal 22... Electrode group 23... Positive electrode 23b... Positive electrode mixture layer 23c... Positive electrode current collecting tab 24... Negative electrode 24b... Negative electrode mixture layer 24c... Negative electrode current collecting tab 25... Separator 26... Sandwiching member 28... Positive electrode lead 29... Negative electrode lead 30 Circuit opening/closing means 31 Semiconductor switch 32 Electric control means (ECU) 40 First electric load 50 Alternator 60 Second electric load.

Claims (4)

鉛蓄電池からなる第1の組電池と、
前記第1の組電池に並列接続され、非水電解質電池を複数直列に接続した第2の組電池とを含み、
前記非水電解質電池は、
正極と、
平均作動電位が1.58V(vs.Li/Li)以上であるスピネル型結晶構造を有するリチウムチタン複合酸化物を含む負極活物質を含む負極と、
非水電解質と
を含み、
前記リチウムチタン複合酸化物は、Mn、Co、Ni、V、Zr、Nb、Mo及びWよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる金属元素を含み、
前記金属元素の原子比とチタンの原子比の合計に対する前記金属元素の原子比の割合が0.5%以上である、
バッテリーシステム。
a first assembled battery comprising a lead-acid battery;
A second assembled battery connected in parallel to the first assembled battery and having a plurality of non-aqueous electrolyte batteries connected in series,
The non-aqueous electrolyte battery is
a positive electrode;
a negative electrode comprising a negative electrode active material comprising a lithium-titanium composite oxide having a spinel-type crystal structure and having an average operating potential of 1.58 V (vs. Li/Li + ) or higher;
and a non-aqueous electrolyte,
The lithium-titanium composite oxide contains at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, V, Zr, Nb, Mo and W,
The ratio of the atomic ratio of the metal element to the sum of the atomic ratio of the metal element and the atomic ratio of titanium is 0.5% or more.
battery system.
前記第1の組電池は12Vまたは24Vの電圧を有する、請求項1に記載のバッテリーシステム。The battery system according to claim 1, wherein said first assembled battery has a voltage of 12V or 24V. 前記第2の組電池は、前記非水電解質電池を6つ直列に接続した組電池を含む、請求項1又は2に記載のバッテリーシステム。3. The battery system according to claim 1, wherein said second assembled battery includes an assembled battery in which six said non-aqueous electrolyte batteries are connected in series. 前記リチウムチタン複合酸化物の前記平均作動電位は1.95V(vs.Li/Li )以下である、請求項1~3のいずれか1項記載のバッテリーシステム。
The battery system according to any one of claims 1 to 3, wherein said average operating potential of said lithium-titanium composite oxide is 1.95 V (vs. Li/Li + ) or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011513936A (en) 2008-03-04 2011-04-28 エナーデル、インク Anode for lithium ion cell and method of making the same
WO2011108106A1 (en) 2010-03-04 2011-09-09 株式会社 東芝 Non-aqueous electrolyte cell, cell pack, and automobile
WO2012144201A1 (en) 2011-04-20 2012-10-26 パナソニック株式会社 Nonaqueous-electrolyte secondary battery
WO2012153561A1 (en) 2011-05-12 2012-11-15 宇部興産株式会社 Lithium titanate particles, active material, and method for producing lithium titanate particles
WO2013118220A1 (en) 2012-02-10 2013-08-15 パナソニック株式会社 Negative electrode active material for lithium ion secondary batteries and method for producing same
JP2014167873A (en) 2013-02-28 2014-09-11 Sanyo Electric Co Ltd Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, process of manufacturing the same, and lithium ion secondary battery
WO2017145497A1 (en) 2016-02-26 2017-08-31 日立化成株式会社 Lithium ion secondary battery
WO2017158724A1 (en) 2016-03-15 2017-09-21 株式会社 東芝 Non-aqueous electrolyte cell and battery system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011513936A (en) 2008-03-04 2011-04-28 エナーデル、インク Anode for lithium ion cell and method of making the same
WO2011108106A1 (en) 2010-03-04 2011-09-09 株式会社 東芝 Non-aqueous electrolyte cell, cell pack, and automobile
WO2012144201A1 (en) 2011-04-20 2012-10-26 パナソニック株式会社 Nonaqueous-electrolyte secondary battery
WO2012153561A1 (en) 2011-05-12 2012-11-15 宇部興産株式会社 Lithium titanate particles, active material, and method for producing lithium titanate particles
WO2013118220A1 (en) 2012-02-10 2013-08-15 パナソニック株式会社 Negative electrode active material for lithium ion secondary batteries and method for producing same
JP2014167873A (en) 2013-02-28 2014-09-11 Sanyo Electric Co Ltd Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, process of manufacturing the same, and lithium ion secondary battery
WO2017145497A1 (en) 2016-02-26 2017-08-31 日立化成株式会社 Lithium ion secondary battery
WO2017158724A1 (en) 2016-03-15 2017-09-21 株式会社 東芝 Non-aqueous electrolyte cell and battery system

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