JPH11265729A - 電源装置及びそれを備えた電気自動車 - Google Patents

電源装置及びそれを備えた電気自動車

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JPH11265729A
JPH11265729A JP6644698A JP6644698A JPH11265729A JP H11265729 A JPH11265729 A JP H11265729A JP 6644698 A JP6644698 A JP 6644698A JP 6644698 A JP6644698 A JP 6644698A JP H11265729 A JPH11265729 A JP H11265729A
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JP
Japan
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temperature
battery
lithium secondary
secondary battery
lithium
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JP6644698A
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English (en)
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Hideaki Katayama
秀昭 片山
Juichi Arai
寿一 新井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ゲル電解質もしくは、高分子固体電解質を用い
たリチウム電池を常に高い性能で用いる。 【解決手段】リチウムを吸蔵放出できる活物質を用いた
正極とリチウムを吸蔵放出できる活物質を用いた負極と
高分子化合物を含む電解質を構成成分とするリチウム二
次電池に、それを加温することのできる温度制御装置を
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高分子電解質を備え
たリチウム電池を用いる電源装置およびそれを用いた電
気自動車に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境の問題や資源保護の観点
から、化石燃料の使用量を抑え、二酸化炭素排出量が少
なくするために、電気自動車や、電源と内燃機関の両者
を有するハイブリッド式電気自動車の開発が行われてい
る。このような電気自動車用の電源としては体積容量密
度が高く、サイクル寿命の長いリチウム二次電池が好適
である。
【0003】しかしながら、リチウム二次電池は電解質
として可燃性の高い有機溶媒を含む電解液を用いるため
に、他の二次電池に比べ発火の危険性が高く、安全性の
向上を望まれている。このようなリチウム二次電池の安
全性を向上するために、電解質として、高分子化合物を
用いた、ゲル状の電解質あるいは高分子固体電解質の検
討が行われている。
【0004】しかしながら、これら高分子電解質を用い
た電池は、低温域での充放電特性の低下が著しく電気自
動車等屋外で使用する電源装置としては不向きであっ
た。また、常温および低温域での負荷特性も通常の電解
液を用いた電池に比べて劣るため、モーターを駆動する
電気自動車等の電源としては不向きであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】我々は、このような高
分子電解質の欠点を解消し、安全でかつモーターを駆動
することのできる高性能な電気自動車用電源として用い
ることのできる電源装置を発明するに至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置はリチ
ウムを吸蔵放出できる活物質を用いた正極とリチウムを
吸蔵放出できる活物質を用いた負極と高分子化合物を含
む電解質を構成成分とするリチウム二次電池に、それを
加温することのできる温度制御装置からなる。高分子電
解質は常温での導電率が有機溶媒を用いた有機電解液に
比べて、ゲルタイプで約1桁、溶剤を用いない固体電解
質では約2桁低い。また、その導電率は温度に対する依
存性が有機電解液に比べ非常に大きい。このために、常
温および低温域では電池の負荷特性が悪い。また、低温
域での充放電特性の低下が大きいと言う欠点を有してい
る。
【0007】しかしながら、高温域では逆に温度依存性
が大きいために、有機電解液を用いたリチウム二次電池
と同等の性能を有することが可能である。
【0008】一方、リチウム二次電池は高温域での自己
放電特性がニッケル水素電池等の他の二次電池に比べて
小さいという特性を有している。これらのリチウム二次
電池の特性と高分子電解質の特性を考え合わせ、高分子
電解質を用いたリチウム二次電池に加温装置を備えるこ
とにより、高分子電解質の常温,低温域での特性の低下
を防ぎ、常に良好な特性の状態での使用が可能になる。
【0009】本発明に用いる高分子電解質としては、有
機溶剤を含むゲルタイプのものあるいは溶剤を含まない
固体電解質の何れでも良い。また、用いる高分子化合物
としては従来公知の、ポリアルキレンオキザイド,アル
キレンオキサイド基を主鎖または側鎖に有する高分子化
合物,ポリフッ化ビニリデン,ビニリデンフルオリドを
モノマーユニットとして含む共重合体,ポリアクリロニ
トリル,アクリロニトリルをモノマーユニットとして含
む共重合体,フォスファゼン,フォスファゼンの共重合
体、およびこれらの架橋体を用いることができる。
【0010】また、ゲルタイプとして用いる場合に使用
する有機溶剤としては、リチウム支持塩を溶解し上記高
分子化合物と混合し、熱的にまたは架橋することにより
ゲルを形成するものであれば何れでも良いが、プロピレ
ンカーボネート,エチレンカーボネート等の環状カーボ
ネートおよびクロロエチレンカーボネート、4−トリフ
ルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどの
ハロゲン化環状カーボネート,ジメチルカーボネート,
ジエチルカーボネート,ジプロピルカーボネート,エチ
ルメチルカーボネート,エチルプロピルカーボネート,
メチルプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート及び
2−トリクロロエチルメチルカーボネート、2−トリフ
ルオロエチルメチルカーボネート、2−トリクロロエチ
ルエチルカーボネート、2−トリクロロエチル−2′−
トリフルオロエチルカーボネート、ビス−2−トリクロ
ロエチルカーボネート,ビス−2−トリフルオロエチル
カーボネートなどのハロゲン化鎖状カーボネート、γ−
ブチロラクトン,アセチル−γ−ブチロラクトン、γ−
バレロラクトンなどの環状エステル、2−ブロモ−γ−
ブチロラクトン、2−トリフルオロメチル−γ−ブチロ
ラクトンなどのハロゲン化環状エステル,テトラヒドロ
フラン、2−メチルテトラヒドロフラン,ジオキソラ
ン、などの環状エーテル及びそのハロゲン化物,ジメト
キシエタン,ジエトキシエタンなどの鎖状エーテル及び
そのハロゲン化物,酢酸メチル,酢酸エチル,酢酸プロ
ピル,ぎ酸メチル,ぎ酸エチル,ぎ酸プロピル,マロン
酸ジメチル,マロン酸ジエチルなどの鎖状エステル及び
そのハロゲン化物などを用いることができる。
【0011】中でも環状カーボネートおよびそのハロゲ
ン化物、および鎖状カーボネートおよびそのハロゲン化
物が好適であり、さらには、これらを適量混合したもの
が好適である。
【0012】また、これら電解質の支持塩としては、通
常のリチウム電池に用いられるリチウム塩であれば何れ
でも良いが、無機塩のLiPF6,LiBF4,LiCl
4,LiAs6 、および、フッ素化有機塩であるLi
SO3CF3や、フッ素有機イミド塩であるLiN(SO2
CF3)2,LiN(SO2CF2CF3)2,LiN(SO2
3)(SO249)など、更に有機塩であるLiC(SO
2CF3)3,LiCH(SO2CF3)2 などが好適である。
なかでも、LiPF6,LiBF4,LiN(SO2CF3)
2,LiN(SO2CF2CF3)2,LiN(SO2CF3)(S
249)は安定性に優れるため支持塩として好適で
ある。
【0013】また、本発明に用いられる負極活物質とし
ては、リチウムイオンを吸蔵放出できる材料であれば何
れでも良く、リチウム2次電池に用いられている公知の
材料を用いることができる、なかでも天然黒鉛,人造黒
鉛,非晶質炭素,炭素繊維などの炭素材料もしくは、金
属リチウム,金属リチウム合金を用いるのが望ましい。
【0014】また、本発明に用いられる正極活物質とし
ては、リチウムイオンを吸蔵放出でる材料であれば何れ
でも良く、リチウム2次電池に用いられている公知の材
料を用いることができる、なかでもα−NaFeO2
構造を母体とする層状リチウム複合酸化物,スピネル型
構造を母体とするリチウム複合酸化物,遷移金属カルコ
ゲン化物のいずれかを用いるのが望ましい。
【0015】また、リチウム電池を加温する装置として
は、温度を検知し、一定温度範囲に制御できるシステム
であれば何れのシステムでも用いることができる。これ
らの例として例えば、ヒーターを用いて電気的に加熱
し、熱電対,サーミスター等で温度検知をし、温度を制
御する方法,温水を循環して温度を制御する方法などを
用いることができる。特に、後者のシステムは、内燃機
関を有するハイブリット式の電気自動車に用いる場合に
は、ラジエターの冷却水を流用することができるため、
システムを簡略化できるために好適である。
【0016】また、制御する温度範囲は40〜150℃
が望ましく、ゲル電解質を用いる場合には溶媒の揮発性
等を考慮すると40〜80℃程度が望ましい。また、固
体電解質を用いる場合にはゲルのように溶媒に揮発性を
考慮する必要がなく、また、固体電解質の場合には導電
率がゲル電解質に比べて1桁程度低いためより高温で動
作させるのが望ましく、80〜150℃程度が望まし
い。また、これら高分子電解質の特性から温度依存性が
大きいため、温度制御は概ね10℃程度の変位内に制御
することが望ましい。
【0017】即ち、本発明の電源装置によれば、ゲル電
解質もしくは、高分子固体電解質を用いたリチウム電池
を常に高い性能で用いることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を具体的に
説明するが、本発明の電源装置はこれら実施例に何ら限
定されるものではない。
【0019】(実施例1)図1は本発明のハイブリット
式自動車の電源および駆動装置部分を表した概念図であ
る。
【0020】駆動源はガソリンエンジン1とリチウム二
次電池6からなり、両者を併用するパラレル方式であ
る。ガソリンエンジンの冷却水の一部はポンプ2を通し
て循環されリチウム二次電池の周囲を循環し加温を行っ
ている。冷却水の温度はバルブ3とラジエター4により
必要に応じて冷却され走行中は約80℃でほぼ一定に保
たれる。電力はガソリンエンジンによって駆動される発
電機12と充放電制御回路11を通してリチウム電池に
供給される。自動車の走行時はモーター9もしくはガソ
リンエンジンからトランスミッション7を通して駆動系
8に動力が伝えられる。
【0021】次に、リチウム電池の作成方法を具体的に
説明する。正極活物質としてLiCoO2粉末、導電剤として
グラファイト粉末、結着剤としてポリフッ化ビニリデン
樹脂、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを混合
し、スラリー状の正極活物質合剤を得た。このスラリー
をドクターブレード法により正極集電体として厚さ20
μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥して厚さ5
0μmの活物質層を形成し、プレスで圧縮し、真空オー
ブン中で熱処理して水分を除去して正極を作製した。
【0022】また、負極活物質として非晶質炭素粉末、
結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂、溶媒としてN
−メチル−2−ピロリドンを混合し、スラリー状の負極
活物質合剤を得た。このスラリーをドクターブレード法
により負極集電体として厚さ20μmの銅箔の両面に塗
布し、乾燥して厚さ50μmの活物質層を形成し、プレ
スで圧縮し、真空オーブン中で熱処理して水分を除去し
て負極を作製した。
【0023】このようにして得られた正極にポリエチレ
ンオキサイド(分子量50000)をあらかじめLiN
(SO2CF3)2 を溶解しておいたTHFに濃度20%で
溶解した溶液をドクターブレード法により厚さ400μ
mになるように塗布した。その上に負極を重ねあわせ、
溶媒を除去した後、ロールプレス機でプレスしながら1
20℃で熱処理を行い電極群を作製した。この電極群を
巻回し、これを電池缶に収納し、ニッケル製負極リード
の一端を負極に圧着し、他端を電池缶に溶接した。ま
た、アルミニウム製正極リードの一端を正極にとりつ
け、他端を電池蓋に接続した。そして、電池をかしめ、
電池蓋を固定しリチウム二次電池を作製した。
【0024】得られた電池の容量は10Ahで、これを
直列に50個接続し電池ユニットを作製した。
【0025】(実施例2)図2は本発明の電源装置を用
いた家庭用のソーラーシステムの概念図である。ソーラ
ーパネル15で発電された電気は充放電制御回路14を
通してリチウム二次電池13に貯蔵される。その際、発
電された電力の一部を用いて、ヒーター加温装置17を
駆動しリチウム電池を加温する。温度はサーモスタット
16により約80℃の一定温度に保たれる。貯蔵電力を
使用する際には、貯蔵した電力の一部を用いてヒーター
加熱装置を駆動し、温度を一定に保ちながら使用する。
【0026】用いた電池は、実施例1のものと同様でこ
れを、直列に30個,並列に3個,合計90個接続し電
池ユニットを作製した。
【0027】
【発明の効果】以上のごとく、本発明によれば、ゲル電
解質もしくは、高分子固体電解質を用いたリチウム電池
を常に高い性能で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電源装置を用いたハイブリット式電気
自動車の電源および駆動装置の概念図。
【図2】本発明の電源装置を用いたソーラーシステムの
概念図。
【符号の説明】
1…ガソリンエンジン、2…冷却水循環ポンプ、3…バ
ルブ、4…ラジエター、5…冷却水循環系、6…リチウ
ム二次電池、7…トランスミッション、8…駆動系、9
…モーター、10…電力供給系、11…充放電制御回
路、12…発電機、13…リチウム二次電池、14…充
放電制御回路、15…ソーラーパネル、16…サーモス
タット、17…ヒーター、18…電気機器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムを吸蔵放出できる活物質を用いた
    正極とリチウムを吸蔵放出できる活物質を用いた負極と
    高分子化合物を含む電解質を構成成分とするリチウム二
    次電池に、それを加温することのできる温度制御装置を
    備えたことを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項2】前記請求項1に記載の電源装置を備えたこ
    とを特徴とする電気自動車。
  3. 【請求項3】前記請求項1に記載の電源装置と内燃機関
    式の発動機とを備えたハイブリット式電気自動車である
    ことを特徴とする電気自動車。
  4. 【請求項4】前記請求項1に記載のリチウム二次電池を
    ソーラーシステムに利用をすることを特徴とする電池装
    置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100316403B1 (ko) * 1999-10-14 2001-12-12 이계안 전기 자동차/하이브리드 전기자동차용 리튬 폴리머 전지
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CN106143203A (zh) * 2016-08-28 2016-11-23 安徽安凯汽车股份有限公司 一种适用于寒冷地区纯电动客车的电池热管理系统

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