JP2003308817A

JP2003308817A - 組電池

Info

Publication number: JP2003308817A
Application number: JP2002115308A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tanjo; 雄児丹上; Kyoichi Watanabe; 恭一渡辺; Osamu Shimamura; 修嶋村; Takanori Ito; 孝憲伊藤; Hideaki Horie; 英明堀江; Hiroshi Sugawara; 浩菅原; Takaaki Abe; 孝昭安部
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-10-31
Also published as: US20030198866A1; EP1363347A1

Abstract

(57)【要約】【課題】並列に接続された複数の単電池を有する組電
池のサイクル特性を改善する【解決手段】並列に接続された複数の単電池を有する
組電池であって、前記単電池は、放電深度−開回路電圧
曲線の傾きが、放電深度に関して５０％以上の区間にお
いて５〜２０ｍＶ／％である単電池であることを特徴と
する組電池である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は単電池を複数組み合
わせた組電池に関し、より詳しくは、ハイブリッド自動
車等の車両に好適に用いられる、高い出力を発現しうる
組電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯機器から車両まで、種々の用途にお
ける動力源として、充放電可能な二次電池に対する社会
的要請が、近年ますます増大しつつある。二次電池とし
ては、ニッケル・カドミウム二次電池、ニッケル・水素
二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー
二次電池などが開発されている。

【０００３】僅かな動力を必要とする機器の電源として
用いる場合には単電池のみで対応することも可能ではあ
る。しかし、例えば車両用動力源として用いる場合に
は、単電池のみでは充分な動力を提供できないため、複
数の単電池を直列および／または並列に組み合わせた組
電池を用いることが一般的である。

【０００４】しかしながら、一部の単電池が充放電特性
に関して異常品であると、組電池全体のサイクル特性を
低下させる原因となる。この問題に対しては、特開平８
−２４１７０５号公報に、並列接続された単電池群を、
直列接続した組電池が提案されている。該公報において
は、単電池同士が単純に直列接続された部分を無くすこ
とによって、異常品によるサイクル特性の劣化を抑制し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−２４１７０
５号公報に記載されている方式で単電池を接続すること
によって、異常品によるサイクル特性の劣化を抑制する
ことは、ある程度は可能である。しかしながら、異常品
による影響を単電池の並列によって平均化しただけであ
り、電池の特性そのものについて根本的に解決したもの
ではない。従って、単電池の並列化によるサイクル特性
の向上にも限界がある。例えば、並列接続された２つの
単電池を有する組電池について考えてみる。

【０００６】並列接続された単電池の電池性能が全く同
一である場合には、特に問題は生じない。しかしなが
ら、実際系においては、種々の要因によって電池の充放
電状態にバラツキが生じる。例えば、一方の単電池Ａの
放電深度が４９％、他の単電池Ｂの放電深度が５１％に
ばらついた組電池を、全体としての放電深度が１００％
まで放電させたとする。すると、単電池Ａは完全に放電
された状態に達せず（例えば、９９％）、単電池Ｂは過
放電された状態（例えば、１０１％）となる。逆に、こ
の組電池を全体として放電深度が０％まで充電させる
と、単電池Ａは過充電（例えば、−１％）、単電池Ｂは
不充分な充電（例えば、１％）となる。従来の組電池に
おいては、このような過充電や過放電によって電池の劣
化が生じ、組電池のサイクル特性低下を招来していた。

【０００７】そこで本発明は、並列に接続された複数の
単電池を有する組電池のサイクル特性を改善することを
目的とする。また、該組電池を用いた組電池モジュール
および車両を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、並列に接続さ
れた複数の単電池を有する組電池であって、前記単電池
は、放電深度−開回路電圧曲線の傾きが、放電深度に関
して５０％以上の区間において５〜２０ｍＶ／％である
単電池であることを特徴とする組電池である。

【０００９】

【発明の効果】本発明の組電池は、単電池の並列接続に
よって、サイクル特性を向上させるのみならず、用いら
れる単電池の電気特性そのものを規定する。このため、
組電池のサイクル特性の根本的な向上が図れる。すなわ
ち、単電池に固有の放電深度−開回路電圧曲線の形状を
規定することによって、並列接続されている単電池の充
放電状態のバラツキを抑制することができ、その結果、
組電池のサイクル特性が向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本願発明の第一は、並列に接続さ
れた複数の単電池を有する組電池であって、前記単電池
は、放電深度−開回路電圧曲線の傾きが、放電深度に関
して５０％以上の区間において５〜２０ｍＶ／％である
単電池であることを特徴とする組電池である。

【００１１】図１は、本発明の組電池における単電池構
成の一実施形態を示す模式図である。図１に示す組電池
は、単電池が２個並列に接続されてなる単電池群を、４
組直列に接続した組電池である。しかしながら、組電池
における単電池の組み合わせ方法は、特に限定されるも
のではなく、任意に選択することができる。並列数や直
列数は、組電池に求める出力、信頼性、電池コスト、組
電池の形状等を考慮して決定する。本発明の効果を大き
く引き出すためには、直列に接続された単電池を有さな
い、即ち、全ての単電池は少なくとも１つの他の単電池
と並列に接続されていることが好ましい。直列に接続さ
れた単電池が存在しないと、単電池における放電状態の
バラツキを抑制し、組電池のサイクル特性を向上させる
上で有効である。なお、本願において「直列に接続」と
は、電気的な分岐点を介さずに２以上の単電池が直接に
接続されている形態をいう。従って、図１に示すように
並列に接続された２以上の単電池群を直列に接続した態
様は、「単電池が直列に接続」された態様には該当しな
いものとする。

【００１２】まず、放電深度−開回路電圧曲線における
放電深度に対する開回路電圧の傾きが本願の要件を満た
す単電池を用いることにより生じる効果について、より
詳細に説明する。

【００１３】例えば、単電池Ａおよび単電池Ｂが並列に
接続された組電池において、一方の単電池Ａの放電深度
が４９％、他の単電池Ｂの放電深度が５１％にばらつい
たとする。ここで、本願の組電池に用いられている単電
池は、放電深度−開回路電圧曲線における放電深度に対
する開回路電圧の傾きが一定の値を有するため、放電深
度４９％にある単電池Ａの電圧が、放電深度５１％にあ
る単電池Ｂの電圧よりも高くなりうる。そうすると、高
電圧の単電池Ａから低電圧の単電池Ｂへと電流が流れ、
放電深度に関して自然に両者のバランスがとられる。こ
のような効果は、放電深度に対する開回路電圧の傾き
が、放電深度に関して５０％以上の区間において５〜２
０ｍＶ／％である単電池を用いることによって充分得る
ことができる。より好ましくは、放電深度−開回路電圧
曲線の傾きが、放電深度に関して８０％以上の区間にお
いて５〜２０ｍＶ／％である単電池を用いる。また、単
電池における過充電を防止する観点からは、放電深度０
％付近における放電深度−開回路電圧曲線の傾きが、放
電深度に関して５〜２０ｍＶ／％であることが好まし
い。かような充放電特性を有していると、充電末期にお
ける単電池間の放電深度のバラツキを効果的に抑制する
ことができる。

【００１４】なお、本発明において放電深度とは放電さ
れている度合いを意味し、満充電状態を放電深度０％、
予定される使用態様において放電しきったと見なされる
状態を放電深度１００％とする。具体的な放電深度の規
定方法としては、以下の方法を用いうる。即ち、１セル
あたり４．２Ｖの開回路電圧を示す状態を満充電状態
（放電深度０％）として規定できる。また、５時間率の
電流値で放電したときに、２．５Ｖになった状態を放電
深度１００％として規定できる。開回路電圧は、電池に
何も負荷がつながっていないときの電圧をいい、図１に
示すように単電池群ごとに電圧センサーを取り付けるこ
とによって測定できる。

【００１５】単電池は、充放電可能な二次電池が用いら
れ、ニッケル・カドミウム二次電池、ニッケル・水素二
次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二
次電池など各種二次電池を用いることができる。この中
では、軽量性、電池特性などを考慮すると、リチウムイ
オン二次電池が好ましい。以下、リチウムイオン二次電
池における形態について詳述するが、本発明の技術的範
囲をリチウムイオン二次電池に限定する趣旨ではなく、
本発明において規定される充放電特性を発現し、本発明
において意図する効果が得られる限りにおいては、他の
単電池を用いた組電池も本発明の技術的範囲に含まれ
る。また、本発明の組電池を製造するにあたっては、特
別な製造装置や方法を用いなくともよい。ただし、生産
性などを考慮して、本発明の組電池を製造するために、
特別な製造装置や方法を用いることを妨げるものではな
い。

【００１６】リチウムイオン二次電池は、リチウムイオ
ンの吸蔵放出が可能な材料からなる正極および負極と、
リチウムイオン伝導性のある非水電解質とを含む、充放
電可能な電池である。正極および負極は直接接触してシ
ョートしないようにセパレーターで分離される。正極お
よび負極は、通常は正極集電体および負極集電体の両面
に正極材料および負極材料を塗布形成することによって
作製される。

【００１７】正極材料としては、リチウム金属酸化物、
リチウム金属酸化物の一部を他の元素で置換した複合酸
化物、マンガン酸化物など各種公知の正極材料を適宜使
用することができる。具体的には、リチウム金属酸化物
としてはリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）、リ
チウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ₂）、リチウムマン
ガン酸化物（ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、リチウム
鉄酸化物（Ｌｉ_XＦｅＯ_Y）、リチウムバナジウム酸化物
（Ｌｉ_XＶ_YＯ_Z）等が挙げられる。

【００１８】上記正極材料の中では、リチウムマンガン
酸化物が好ましい。リチウムマンガン酸化物を正極材料
として用いると、単電池における放電深度−開回路電圧
曲線に好適な傾きを持たせることが可能である。従っ
て、リチウムマンガン酸化物を用いることによって、組
電池のサイクル特性を効果的に向上させうる。また、過
充電や熱による分解にも強い。リチウムマンガン酸化物
は、マンガンの一部がコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）、またはリチウム（Ｌｉ）の１種以上で
置換されていることが好ましい。これらの元素でマンガ
ンの一部を置換することによって、放電深度−開回路電
圧曲線に好適な傾きを持たせることができ、組電池のサ
イクル特性を効果的に向上させうる。特に充電末期での
傾きを大きくすることに関して効果的である。これらの
元素による置換量は、マンガンと置換元素との総量に対
して、５０原子％未満、好ましくは２０原子％未満であ
る。マンガンのこれらの元素による置換は、予め所定量
を配合することによって行われる。

【００１９】正極材料の中では、リチウムニッケル酸化
物も好適である。リチウムニッケル酸化物を正極材料と
して用いると、単電池における放電深度−開回路電圧曲
線に好適な傾きを持たせることができる。従って、リチ
ウムニッケル酸化物を用いることによって、組電池のサ
イクル特性を効果的に向上させうる。

【００２０】負極材料としては、ハードカーボン、ソフ
トカーボン、グラファイト、活性炭などの炭素材料、ま
たはＳｎＢ_XＰ_YＯ_Z、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＬｉＴｉ_XＯ_Y、ＬｉＦ
ｅ_XＯ _Y、ＬｉＭｎ_XＯ_Yなどの金属酸化物を単独または混
合して使用できる。ここで、ハードカーボンとは３００
０℃で熱処理しても黒鉛化しない炭素材料をいい、ソフ
トカーボンとは２８００〜３０００℃で熱処理した際に
黒鉛化する炭素材料をいう。なお、ハードカーボンの製
造には、フラン樹脂、０．６〜０．８のＨ／Ｃ原子比を
有する石油ピッチに酸素架橋した有機材料などを出発原
料とする方法など各種公知の技術を用いることができ、
ソフトカーボンの製造には、石炭、高分子化合物（ポリ
塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブ
チラートなど）、ピッチ等を出発原料とする方法など各
種公知の技術を用いることができる。

【００２１】負極材料は、ハードカーボンなどの非晶質
炭素材料であることが好ましい。なお、本願において非
晶質炭素材料とは、黒鉛化度（結晶化度）を下げた炭素
材料をいう。これらの非晶質炭素材料を負極材料として
用いることによって、単電池における放電深度−開回路
電圧曲線に好適な傾きを持たせることができ、組電池の
サイクル特性を向上させることができる。好適な非晶質
炭素材料をより具体的に規定すると、結晶子Ｌａが１０
ｎｍ以上、Ｌｃが１ｎｍ以下であると好ましい。なお、
「Ｌａ」とはａ軸方向の結晶子の大きさをいい、「Ｌ
ｃ」とはｃ軸方向の結晶子の大きさをいう。これらはＸ
線または電子線回折装置などの測定機器を用いて測定す
ることができる。

【００２２】正極材料および負極材料を正極集電体およ
び負極集電体上に形成して正極および負極を作製する際
にも各種公知の技術を使用できる。例えば、正極は、正
極材料を溶媒中でバインダーと混合してペースト状に
し、このペーストを正極集電体にコーティングし、乾燥
することによって製造される。負極も同様の作業によっ
て製造される。通常は、集電体の両面にコーティングが
施される。なお、カーボンブラック、グラファイト、ア
セチレンブラック等の導電剤をペースト中に加えてもよ
い。材料とバインダーとの混合割合は、電極の形状に合
わせて適宜決定することが好ましく、コーティングには
各種公知の方法を用いることができる。

【００２３】集電体は、リチウムイオン二次電池に使用
されている各種公知の材料を用いることができ、具体的
には、正極集電体としてはアルミニウム箔などが、負極
集電体としては銅箔などが挙げられる。

【００２４】バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデ
ン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレンなどを挙
げることができ、溶媒としてはバインダーを溶解させる
各種極性溶媒が使用できる。具体的には、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミ
ド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などが挙げられ
る。なお、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを使
用した場合はＮ−メチルピロリドンを用いることが好ま
しい。

【００２５】非水電解液としては、リチウムイオン伝導
性のある各種溶液が好ましく、エチレンカーボネート
（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレン
カーボネート（ＢＣ）等の環状炭酸エステルを単体また
は適宜組み合わせて使用することができる。また、電気
伝導度を高くし、かつ適切な粘度を有する電解液を得る
ため、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカー
ボネート（ＤＥＣ）、γ−ブチルラクトン、γ−バレロ
ラクトン、酢酸エチル、プロピオン酸メチル等を併用し
てもよい。

【００２６】非水電解液中の電解質としては、ＬｉＰＦ
₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃
ＳＯ₃などが挙げられる。

【００２７】セパレーターとしては、ポリエチレン、ポ
リプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂の微多孔膜な
どを用いうる。

【００２８】単電池の形状は、特に限定されるものでは
ないが、ラミネート電池とすることが好ましい。ラミネ
ート電池とは、単電池の外装材としてラミネートフィル
ムを用いた電池をいう。外装材として用いられるラミネ
ートフィルムの形態は、特に限定されず、電池の外装材
として機能しうるものであれば、様々なものを用いう
る。例えば、ポリプロピレン／アルミニウム箔／ポリプ
ロピレンをこの順序に積層させた、高分子金属複合フィ
ルムを用いることができる。

【００２９】ラミネート電池は、電池形状を薄い平板状
にすることが容易である。このように電池の厚みに対す
る電池面積を増大させることによって、電池内部と外部
との熱の移動を促進させることができる。並列に接続さ
れている単電池間の熱授受が充分に行われるように単電
池を配置した場合には、単電池間での熱授受によって、
単電池間の温度バラツキを抑制することができる。この
ように単電池の温度バラツキを抑制することによって、
単電池間での充放電状態がばらつく原因を根源的に抑制
し、サイクル特性を向上させることが可能である。具体
的には、電池要素の厚さに対する電極表面積の比（電極
表面積（ｍｍ²）／電池要素の厚さ（ｍｍ））を８００
以上とすることが好ましい。「電極表面積」とは、正極
や負極の積層方向における電池要素の面積をいい、一の
電池要素において電極表面積が部分的に異なる場合（例
えば、正極の面積と負極の面積とが異なる場合）には、
正極の面積を基準として取り扱うものとする。また本発
明において「電池要素の厚さ」とは、電池要素の正極や
負極の積層方向厚さをいう。なお、「電池要素」とは、
外装材内部に収納されて充放電に実質的に関与する部分
を意味し、具体的には正極・セパレータ・負極が積層さ
れてなる部分を指す。正極・セパレータ・負極のユニッ
トが２以上積層される場合には、積層された部分全てを
含む。

【００３０】また、ラミネート電池は、缶電池などと異
なり、端子部を大きくすることが容易である。このよう
に端子部を大きくした場合には、並列に接続された単電
池の一部に異常が発生して充放電できなくなり、正常な
単電池の端子部に大電流が流れても、端子部からの放熱
によって端子部の昇温を抑制しうる。このため、端子部
の発熱によって充放電できなくなるなどの問題を生じに
くくすることが可能である。具体的には、組電池の端子
部の断面積をＳａ、並列数をｎとしたときに、単電池の
端子部の断面積がＳａ／ｎよりも大きくすることが有効
である。一般的な単電池においては、４〜８ｍｍ²とす
るとよい。ただし、この範囲に限定する趣旨ではない。

【００３１】組電池は、動力源として各種機器に組み込
まれる。組電池は、そのまま各種機器に搭載しても、組
電池を組み合わせてまず組電池モジュールを作製し、組
電池モジュールを各種機器に搭載してもよい。組電池モ
ジュールを作製する際には、組電池を直列に接続すると
よい。これにより、大出力を有し、かつ、サイクル特性
に優れる組電池モジュールを得ることができる。即ち、
本願発明の第二は、前記組電池が、複数直列接続されて
なる組電池モジュールである。

【００３２】本発明の組電池または組電池モジュール
は、各種電気機器に適用することが可能であるが、車両
に適用することが特に好ましい。即ち、本願発明の第三
は、前記組電池または前記組電池モジュールを搭載した
車両である。車両は大出力を一般に必要とし、かつ、電
池寿命が長いこと（電池の交換や修理が不要な期間が長
いこと）が求められる。また、使用の継続に伴う出力低
下が、少ないことが強く求められる。サイクル特性に優
れる本発明の組電池または組電池モジュールはこれらの
要望に対して、上述の通り、非常に有効な解決手段であ
る。なお、参考までに図２に、本発明の組電池を搭載し
た車両の断面模式図を示す。

【００３３】

【実施例】１．正極材料の放電深度−開回路電圧曲線に
与える影響正極材料としてリチウムニッケル酸化物、負極材料とし
て金属リチウムを用いた単電池を準備した。また、正極
材料としてリチウムマンガン酸化物を用いた以外は、同
様の構成を有する単電池を準備した。これらの単電池に
ついて、以下の手順によって、放電深度と開回路電圧と
の関係を調査した。

【００３４】まず、２．５時間かけて単電池を満充電さ
せた。充電終止電圧は４．２Ｖとし、充電終止電圧に達
したら、２．５時間４．２Ｖで保持した。次に、１Ｃの
定電流値で６分間放電させて、放電深度を１０％増加さ
せた。その後、単電池の電圧が安定するまで１０分間放
置し、安定時の電圧を開回路電圧とした。この作業を、
放電深度が１００％となるまで順次繰り返した。

【００３５】放電深度と開回路電圧との関係を調査した
結果を図３に示す。図に示すように、リチウムニッケル
酸化物を用いた単電池における、放電深度に対する開回
路電圧の傾きは、放電深度の全区間にわたって略一定値
を示していた。従って、リチウムニッケル酸化物のみで
放電深度に対する開回路電圧の傾きが本発明で規定する
条件に合致するように調整することも可能であり、かよ
うな場合には、負極材料の選択の幅を広げることが可能
である。また、リチウムマンガン酸化物も、放電深度の
一定の区間において、放電深度に対する開回路電圧の傾
き増大に寄与しうることが示された。

【００３６】２．マンガンを一部置換することが放電深
度−開回路電圧曲線に与える影響正極材料としてリチウムマンガン酸化物、負極材料とし
て金属リチウムを用いた単電池を準備した。また、正極
材料としてマンガンの一部（２０原子％）がコバルトで
置換されたリチウムマンガン酸化物を用いた以外は、同
様の構成を有する単電池を準備した。これらの単電池に
ついて、「１．正極材料の放電深度−開回路電圧曲線に
与える影響調査」と同様に手順によって、放電深度と開
回路電圧との関係を調査した。結果を図４に示す。

【００３７】コバルト置換リチウムマンガン酸化物を正
極材料として用いた場合には、放電深度が１０〜３０％
である区間において、放電深度に対する開回路電圧の傾
きが５〜２０ｍＶ／％であった。一方、リチウムマンガ
ン酸化物を正極材料として用いた場合には、放電深度が
０〜１０％である区間において、放電深度に対する開回
路電圧の傾きが５〜２０ｍＶ／％であった。上述の結果
より、正極材料に用いられるリチウムマンガン酸化物の
マンガンの一部を置換することによって、放電深度に対
する開回路電圧の傾きを好適に調整可能であることが確
認できた。

【００３８】３．負極材料の種類が放電深度−開回路電
圧曲線に与える影響正極材料として金属リチウム、負極材料として非晶質炭
素材料（ハードカーボン）を用いた単電池を準備した。
また、負極材料として黒鉛を用いた以外は、同様の構成
を有する単電池を準備した。これらの単電池について、
「１．正極材料の放電深度−開回路電圧曲線に与える影
響調査」と同様に手順によって、放電深度と開回路電圧
との関係を調査した。結果を図５に示す。

【００３９】非晶質炭素材料を負極材料として用いた場
合には、放電深度が０〜７０％である区間において、放
電深度に対する開回路電圧の傾きが５〜２０ｍＶ／％で
あった。一方、黒鉛を負極材料として用いた場合には、
放電深度が１０〜４０％である区間において、放電深度
に対する開回路電圧の傾きが５〜２０ｍＶ／％であっ
た。

【００４０】４．各種電極材料の組み合わせが放電深度
−開回路電圧曲線に与える影響正極材料としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏ
Ｏ₂）、負極材料として非晶質炭素材料（ハードカーボ
ン）を用いた単電池を準備した。また、正極材料として
リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）を用いた以外
は同様の構成を有する単電池、および、負極材料として
黒鉛を用いた以外は同様の構成を有する単電池を準備し
た。これら３種類の単電池について、「１．正極材料の
放電深度−開回路電圧曲線に与える影響調査」と同様に
手順によって、放電深度と開回路電圧との関係を調査し
た。結果を図６に示す。

【００４１】図６に示されるように、正極材料としてリ
チウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）を用いることに
よって、放電深度に対する開回路電圧の傾きを好適に制
御できることが示された。また、負極材料として非晶質
炭素材料を用いることによっても、放電深度に対する開
回路電圧の傾きを好適に制御できることが示された。ち
なみに、正極材料：リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ
₂Ｏ₄）、負極材料：非晶質炭素材料（ハードカーボン）
のときは、合計９０％の区間（０〜１０％および２０％
〜１００％）において、放電深度に対する開回路電圧の
傾きが５〜２０ｍＶ／％であった。正極材料：リチウム
コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）、負極材料：非晶質炭
素材料のときは、８０％の区間（２０〜１００％）にお
いて、放電深度に対する開回路電圧の傾きが５〜２０ｍ
Ｖ／％であった。また、正極材料：リチウムコバルト酸
化物（ＬｉＣｏＯ₂）、負極材料：黒鉛のときは、２０
％の区間（８０〜１００％）において、放電深度に対す
る開回路電圧の傾きが５〜２０ｍＶ／％であった。

【００４２】５．放電深度−開回路電圧曲線の傾きが組
電池のサイクル特性に与える影響「４．各種電極材料の組み合わせが放電深度−開回路電
圧曲線に与える影響」において準備した、合計９０％の
区間で放電深度に対する開回路電圧の傾きが５〜２０ｍ
Ｖ／％である単電池（正極材料：リチウムマンガン酸化
物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄），負極材料：非晶質炭素材料（ハー
ドカーボン））を、図１に示すように接続した組電池を
製造した。この組電池を用いて、充電−充電休止−放電
−放電休止を１サイクルとする充放電を繰り返した。充
電は、１Ｃの定電流値で行い、充電終止電圧は４．２Ｖ
とした、すなわち電圧が４．２Ｖになったら充電を終了
させた。放電は、１Ｃの定電流値で行い、放電終止電圧
は２．５Ｖとした、すなわち電圧が２．５Ｖになったら
放電を終了させた。また、充電休止時間および放電休止
時間はそれぞれ１０分間とした。

【００４３】１サイクルごとに下記式：

【００４４】

【数１】

【００４５】により放電容量を求めた。これを用いて、
下記式：

【００４６】

【数２】

【００４７】により容量維持率を算出した。サイクル数
と容量維持率との関係を図７に示す。なお参考までに、
図７には、単電池そのものに関するサイクル数と容量維
持率との関係も示した。図より、本発明の組電池は、単
セルと同等レベルの優れたサイクル特性を有することが
確認できる。

【００４８】また、「４．各種電極材料の組み合わせが
放電深度−開回路電圧曲線に与える影響」において準備
した、合計２０％の区間で放電深度に対する開回路電圧
の傾きが５〜２０ｍＶ／％である単電池（正極材料：リ
チウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂），負極材料：黒
鉛）を用いた以外は、上記同様にしてサイクル数と容量
維持率との関係を調査した。結果を図８に示す。図８に
示すように本発明の要件を満たさない組電池は、本発明
の組電池と比較してサイクル特性が劣っていた。

【００４９】６．単電池をラミネート電池とすることの
意義正極材料としてリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ
₂Ｏ₄）、負極材料として非晶質炭素材料を用いた単電池
を準備した。単電池は、外装材としてラミネートフィル
ムを用いて、ラミネート電池とした。この単電池を図１
に示す構成で配置して組電池とした。また、電池の外装
材としてラミネートフィルムを用いる代わりに、ステン
レス製缶を用いた以外は同様にして単電池を完成させ、
図１に示す構成で配置して、組電池とした。

【００５０】これらの組電池について、「１．放電深度
−開回路電圧曲線の傾きが組電池のサイクル特性に与え
る影響」と同様に手順によって、放電深度と開回路電圧
との関係を調査した。結果を図９に示す。ラミネート電
池とすることによって、サイクル特性を向上させうるこ
とが示された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る組電池における単電池構成の一
実施形態を示す模式図である。

【図２】本発明の組電池を搭載した車両の断面模式図
である。

【図３】各種正極材料における放電深度と開回路電圧
との関係を示すグラフである。

【図４】リチウムマンガン酸化物におけるマンガンの
一部を置換することによって、放電深度−開回路電圧曲
線に与える影響を示すグラフである。

【図５】各種負極材料における放電深度と開回路電圧
との関係を示すグラフである。

【図６】正極材料と負極材料との組み合わせの変更
が、放電深度−開回路電圧曲線に与える影響を示すグラ
フである。

【図７】本発明に係る組電池のサイクル特性を示すグ
ラフである。

【図８】比較例としての組電池のサイクル特性を示す
グラフである。

【図９】ラミネート電池および缶電池のサイクル特性
を示すグラフである。

フロントページの続き (72)発明者嶋村修神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者伊藤孝憲神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者堀江英明神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者菅原浩神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者安部孝昭神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H029 AJ05 AK03 AL08 AM03 AM07 BJ04 BJ06 BJ12 DJ02 HJ18 5H040 AA36 AA40 AS07 AT06 AY06 NN05 5H050 AA02 BA17 CA07 CB09 HA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並列に接続された複数の単電池を有する
組電池であって、前記単電池は、放電深度−開回路電圧曲線の傾きが、放
電深度に関して５０％以上の区間において５〜２０ｍＶ
／％である単電池であることを特徴とする組電池。
【請求項２】前記単電池の正極材料が、リチウムマン
ガン酸化物である、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】前記リチウムマンガン酸化物中のマンガ
ンの一部が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ａｌ、またはＬ
ｉの１種以上の元素で置換されてなる、請求項２に記載
の組電池。
【請求項４】前記単電池の正極材料が、リチウムニッ
ケル酸化物である、請求項１に記載の組電池。
【請求項５】前記単電池の負極材料が、非晶質炭素材
料である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電
池。
【請求項６】前記単電池はラミネート電池である、請
求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項７】直列に接続された単電池を有さないこと
を特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組
電池。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の組
電池が、複数直列接続されてなる組電池モジュール。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項に記載の組
電池、または、請求項８に記載の組電池モジュールを搭
載した車両。