JP2011082099A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery module.
一般に、駆動源として内燃機関と電力走行用モータを併用するハイブリッド型電気自動車が知られている。ハイブリッド型電気自動車には、複数の電池からなる電池モジュールが搭載されている。 In general, a hybrid electric vehicle using an internal combustion engine and a power traveling motor as a drive source is known. A hybrid electric vehicle includes a battery module including a plurality of batteries.
上記電池モジュールの電池である二次電池では、負極、正極及びセパレータを含んだ電極群を備えている。負極は、負極集電体及び負極集電体表面に形成された負極層を有している。負極層は、負極活物質を含んでいる。正極は、正極集電体及び正極集電体表面に形成された正極層を有している。正極層は、正極活物質を含んでいる。 The secondary battery that is the battery of the battery module includes an electrode group including a negative electrode, a positive electrode, and a separator. The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the surface of the negative electrode current collector. The negative electrode layer contains a negative electrode active material. The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on the surface of the positive electrode current collector. The positive electrode layer contains a positive electrode active material.
高出力が必要な場合、二次電池の設計では、一般に、電極の表面積を大きくすることや集電体の厚みを増やすとともに、集電体に接続されたリードなどの面積や厚みを増やしている。これにより、電池の内部抵抗を下げることができ、高出力の二次電池を得ることができる。 When high output is required, secondary battery design generally increases the surface area of the electrode and the thickness of the current collector, as well as the area and thickness of the leads connected to the current collector. . Thereby, the internal resistance of the battery can be lowered, and a high-output secondary battery can be obtained.
同一種の電池で比べると高出力向きに設計された電池は、高出力を要しない電池に比べて、活物質量あたりの集電体やリードが増加するため、単位体積あたりの容量は低下する。このため、ある程度の容量が必要とされるプラグインハイブリッド車用の電池モジュールでは、高出力が得られるハイブリッド車の電池モジュールをそのまま用いると、必要とされる容量に見合う電池は、体積的にも重量的にも大きくなる。 Compared to the same type of battery, the battery designed for high output has a lower capacity per unit volume because current collectors and leads per active material amount increase than batteries that do not require high output. . For this reason, in a battery module for a plug-in hybrid vehicle that requires a certain amount of capacity, if a battery module for a hybrid vehicle that can obtain a high output is used as it is, a battery that meets the required capacity can be obtained in volume. Also increases in weight.
また、適当な出力が得られ、且つ要求される走行距離に応じた容量を持つ電池を設計することは可能だが、要求される走行距離が異なるとその都度、出力と容量の配分が変化することになり、ぴったり合わせようとすると数多くの仕様の電池が必要となる。 In addition, it is possible to design a battery that can provide an appropriate output and has a capacity corresponding to the required travel distance, but the output and capacity distribution changes each time the required travel distance is different. If you try to fit them together, you will need batteries with many specifications.
実際には、電池モジュールが搭載される自動車の重量や想定する電力走行距離にもかなりの開きがあり、幅広い市場ニーズに応えるためにはいくつもの仕様の電池を準備しなければならないという問題があった。 In fact, there is a considerable gap in the weight of the vehicle on which the battery module is installed and the assumed power mileage, and there is a problem that batteries of various specifications must be prepared to meet a wide range of market needs. It was.
また、プラグインハイブリッド車の電池では、電池の容量に対してパルス状に繰り返される大電流での充電・放電の１回あたりの充放電深さは、ハイブリッド車の電池に比べて浅いにもかかわらず、最大電流値に見合った設計となるため、相対的に高容量化の程度が抑制されるという問題があった。 Moreover, in the battery of the plug-in hybrid vehicle, although the charge / discharge depth per charge / discharge at a large current repeated in a pulsed manner with respect to the battery capacity is shallower than that of the battery of the hybrid vehicle, it is small. However, since the design is commensurate with the maximum current value, there is a problem that the degree of capacity increase is relatively suppressed.
そこで、広範囲の電流密度で高容量を維持することを目的とした組電池が開示されている。この組電池は、負極層の膜厚が互いに異なる一対のリチウム二次電池を並列に接続して形成されている（例えば、特許文献１参照）。 Thus, an assembled battery intended to maintain a high capacity with a wide range of current densities is disclosed. This assembled battery is formed by connecting a pair of lithium secondary batteries having different negative electrode layer thicknesses in parallel (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記組電池において、負極層は炭素材で形成されている。この場合、金属リチウムの析出電位と、炭素材がリチウムを吸蔵する電位との差は小さい。このため、大電流での充電や低温での充電時に、電極上の電流が集中しやすい位置に金属リチウムが析出するという問題がある。このため、上記のように負極層の膜厚を調整するだけでは上記した効果を十分に得ることはできないものである。 By the way, in the above assembled battery, the negative electrode layer is formed of a carbon material. In this case, the difference between the deposition potential of metallic lithium and the potential at which the carbon material occludes lithium is small. For this reason, there is a problem that metallic lithium is deposited at a position where the current on the electrode is likely to concentrate during charging with a large current or charging at a low temperature. For this reason, the above-described effects cannot be sufficiently obtained only by adjusting the film thickness of the negative electrode layer as described above.
なお、特許文献１には、複数の膜厚を有した１つの負極層を用いて上記１個のリチウム二次電池形成した例が開示されている。但し、この場合、電極群を缶に挿入する際に外部から負極層に圧力がかかると、厚みで段差が生じている部分で応力が集中して短絡が発生し易くなる問題がある。
Note that
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、大電流でのパルス充放電が可能である劣化の少ない電池モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a battery module with little deterioration that can be charged and discharged with a large current.
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る電池モジュールは、
負極、正極、並びに前記負極及び正極間に介在されたセパレータを含んだ電極群を有した第１充放電部と、
チタン酸リチウムで形成された負極、正極、並びに前記負極及び正極間に介在されたセパレータを含んだ電極群を有し、前記第１充放電部に並列に接続され、前記第１充放電部と同一の電圧範囲で充放電可能であり、前記第１充放電部より大電流でのパルス充放電が可能である第２充放電部と、を備えている。
In order to solve the above-described problem, a battery module according to an aspect of the present invention includes:
A first charging / discharging unit having a negative electrode, a positive electrode, and an electrode group including a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode;
A negative electrode formed of lithium titanate, a positive electrode, and an electrode group including a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, connected in parallel to the first charge / discharge part, and the first charge / discharge part; And a second charging / discharging unit capable of charging / discharging in the same voltage range and capable of pulse charging / discharging with a larger current than the first charging / discharging unit.
この発明によれば、大電流でのパルス充放電が可能である劣化の少ない電池モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a battery module with less deterioration that can be charged and discharged with a large current.
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る電池モジュールについて詳細に説明する。
電池モジュールは、第１充放電部と、第１充放電部に並列に接続され、第１充放電部と同一の電圧範囲で充放電可能であり、第１充放電部より大電流でのパルス充放電が可能である第２充放電部と、を備えている。第１充放電部及び第２充放電部は、それぞれ負極、正極、並びに負極及び正極間に介在されたセパレータを含んだ電極群を有している。第１充放電部の単位体積あたりの充放電容量は、前記第２充放電部の充放電容量より大きくすることができる。
Hereinafter, a battery module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The battery module is connected in parallel to the first charging / discharging unit and the first charging / discharging unit, can be charged / discharged in the same voltage range as the first charging / discharging unit, and has a higher current pulse than the first charging / discharging unit. And a second charging / discharging unit capable of charging / discharging. The first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit each have an electrode group including a negative electrode, a positive electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode. The charge / discharge capacity per unit volume of the first charge / discharge part can be made larger than the charge / discharge capacity of the second charge / discharge part.
第１充放電部及び第２充放電部を同一種の電池材料で構成する場合には、単位体積あたりの活物質量を増減させ、集電体やリードの体積は活物質量の増減分を考慮し決定する。そうすることで、第１充放電部及び第２充放電部を同一種の電池材料で構成した場合においても、大電流でのパルス充放電が可能である電池モジュールを提供することができる。 When the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit are made of the same type of battery material, the amount of active material per unit volume is increased or decreased, and the volume of the current collector or lead is determined by increasing or decreasing the amount of active material. Consider and decide. By doing so, even when the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit are made of the same type of battery material, it is possible to provide a battery module capable of pulse charging / discharging with a large current.
このほかに、第１充放電部と第２充放電部の負極をチタン酸リチウムで構成し、正極をそれぞれ高出力向きに調整可能なスピネル型マンガン酸リチウム、及び高容量向きに調整可能なニッケル酸リチウムなどの層状複合酸化物で構成することも可能である。より具体的には、ニッケル、コバルト、マンガン、リチウム複合酸化物やニッケル、コバルト、アルミ、リチウム複合酸化物などが挙げられる。 In addition, the negative electrodes of the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit are made of lithium titanate, and the positive electrode can be adjusted to a high output direction and spinel type lithium manganate, and the nickel can be adjusted to a high capacity direction It is also possible to comprise a layered complex oxide such as lithium acid. More specifically, nickel, cobalt, manganese, lithium composite oxide, nickel, cobalt, aluminum, lithium composite oxide, etc. are mentioned.
次に、この実施の形態の実施例１及び実施例２の電池モジュールについて説明する。始めに、実施例１の電池モジュールについて説明する。 Next, the battery module of Example 1 and Example 2 of this embodiment will be described. First, the battery module of Example 1 will be described.
（実施例１）
図１乃至図６に示すように、実施例１は、電池モジュールが２個の二次電池１、２で形成されている例である。実施例１では、上記第１充放電部は、二次電池１で形成され、上記第２充放電部は、二次電池２で形成されている。なお、図１において、抵抗値Ｒ１は二次電池１の内部抵抗値を表したものであり、抵抗値Ｒ２は二次電池２の内部抵抗値を表したものである。ここでは、内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、後述する負極層１３及び正極層１６に起因して互いに異なっている。
Example 1
As shown in FIGS. 1 to 6, Example 1 is an example in which the battery module is formed of two
二次電池１は、電極群としての第１電極群１０ａと、導電部材としてのアルミ板２０、３０と、外装材４０と、電解液としての非水電解液５０とを備えている。二次電池１の形状は、扁平な角型である。
The
第１電極群１０ａは、負極１１、正極１４、並びに負極１１及び正極１４間に介在されたセパレータ１７を有している。
負極１１は、負極集電体１２と、負極集電体１２の片面又は両面に形成された負極層１３とを有している。負極層１３は、負極活物質を含んでいる。
The
The
正極１４は、正極集電体１５と、正極集電体１５の片面又は両面に形成された正極層１６を有している。正極層１６は、正極活物質を含んでいる。負極層１３及び正極層１６は、互いに対向配置されている。
The
ここでは、第１電極群１０ａは、１１層の負極１１と、１０層の正極１４とが交互に積層され、これらの間にセパレータ１７が計２２枚介在されて形成されている。
アルミ板２０側において、複数の負極集電体１２は、束ねられてアルミ板２０に接続されている。アルミ板３０側において、複数の正極集電体１５は、束ねられてアルミ板３０に接続されている。
Here, the
On the
外装材４０は、第１電極群１０ａを囲んでいる。外装材４０は、第１電極群１０ａを収容している。この実施の形態において、外装材４０は、ラミネートフィルムをアルミ板２０、３０と対向した個所が開口した枠状に成形することで構成されている。ラミネートフィルムとしては、樹脂層間に金属層を介在した多層フィルムが利用できる。外装材４０の両開口部は、アルミ板２０、３０にヒートシールされている。これにより、アルミ板２０、３０及び外装材４０で囲まれた領域内は、密封されている。
The
非水電解液５０は、外装材４０で囲まれた領域内に注入されている。非水電解液５０は、アルミ板２０、３０及び外装材４０により、これらで囲まれた領域内に封入されている。
The nonaqueous
外装材４０から外れたアルミ板２０の露出部は、二次電池１の負極端子として機能している。外装材４０から外れたアルミ板３０の露出部は、二次電池１の正極端子として機能している。
上記のように、二次電池１が形成されている。
The exposed portion of the
As described above, the
二次電池２は、第１電極群１０ａではなく、電極群としての第２電極群１０ｂを備えている。その他、二次電池２は、二次電池１と同様に構成されている。第２電極群１０ｂは、負極層１３及び正極層１６が第１電極群１０ａのそれらより薄く形成されている以外、第１電極群１０ａと同様に形成されている。
The
二次電池２は、二次電池１に並列に接続されている。ここでは、二次電池１及び二次電池２は、これらの正極端子同士が導電体である配線部Ｗ１のみを介して接続され、これらの負極端子同士が導電体である配線部Ｗ２のみを介して接続されている。両正極端子間及び両負極端子間に流れる電流を制限しないため、両正極端子間及び両負極端子間に、電流制限手段や電流逆流防止手段等は接続していない。
The
二次電池２は、二次電池１と同一の電圧範囲で充放電可能なものである。ここでは、二次電池１と二次電池２とはそれぞれ同じ正極活物質、負極活物質を使用する例を示すが、これに限定されるものではない。例えば、二次電池１の正極活物質、負極活物質と二次電池２の正極活物質、負極活物質とが異なる活物質により電池を構成していたとしても組み合わせることが出来る。少なくとも高出力を担う側の電池の負極がチタン酸リチウムで構成されれば本発明の効果は得られる。上記のように、負極層１３及び正極層１６の厚みに関して、二次電池１の方が二次電池２より厚い。このため、次に挙げるように、二次電池１（第１電極群１０ａ）と二次電池２（第２電極群１０ｂ）とで、電池特性を互いに異ならせることができる。
The
二次電池１の内部抵抗値Ｒ１は、二次電池２の内部抵抗値Ｒ２より大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。従って、電池モジュールから外部に向けて大きなパルス電流を流す際には、内部抵抗値Ｒ２が小さい二次電池２が、二次電池１よりも大きな電流を担う。また、モジュールに対して外部から大きなパルス電流を流入させる際にも同様に二次電池２が、より大きな電流を受け入れることができる。
The internal resistance value R1 of the
このうち、第２充放電部を形成する二次電池２の内部抵抗Ｒ２と、第１充放電部を形成する二次電池１の内部抵抗Ｒ１の差が小さいと、この効果が現れにくい。このため、二次電池２を、二次電池１に比べ、各二次電池を実測容量の５０％充電状態として２５℃において各電池容量を１時間で放電しうる電流での０．２秒パルス放電時の電圧とひきつづきその１０倍の電流での０．２秒パルス放電時の電圧の差から算出した電池の内部抵抗に５時間率放電容量を乗じた値が２０％以上小さくなるように構成することが望ましい。
Among these, if the difference between the internal resistance R2 of the
外部へ向けてのパルス電流供給がなくなると、内部抵抗Ｒ１およびＲ２によって生じていた過電圧がなくなり、放電量が少なかった二次電池１の方が二次電池２よりも開回路電圧は高くなる。二次電池１及び二次電池２は、電流制御手段や電流逆流防止手段等を用いることなく並列接続されているため、モジュールが外部に対して電流を供給していない状態になるとパルス放電時の放電量が少なかった二次電池１の電圧が、放電量が大きかった二次電池２の電圧より大きくなり、二次電池１から二次電池２へ向けて電圧差を解消する方向に電流が流れることになる。
When the pulse current supply to the outside is lost, the overvoltage generated by the internal resistances R1 and R2 disappears, and the open circuit voltage of the
一方、電池モジュールが大電流（パルス状の回生電流）を受け入れる場合は内部抵抗の小さな二次電池２が二次電池１よりも大きな電流を受け入れ、パルス状の回生電流が解消されたのちには、二次電池２の方が高い電圧となって二次電池１へ向けて電圧差が解消されるまで電流が流れる。このような動作により、大電流パルスの入出力が可能である電池モジュールとして機能しうる。
On the other hand, when the battery module accepts a large current (pulse-like regenerative current), the
（実施例２）
次に、実施例２の電池モジュールについて説明する。
図７及び図８に示すように、実施例２は、電池モジュールが１個の二次電池４で形成されている例である。実施例２では、上記第１充放電部は、第１電極群１０ａで形成され、上記第２充放電部は、第２電極群１０ｂで形成されている。なお、図１において、抵抗値Ｒ１は第１電極群１０ａの内部抵抗値を表したものであり、抵抗値Ｒ２は第２電極群１０ｂの内部抵抗値を表したものである。実施例１と同様、内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、後述する負極層１３及び正極層１６に起因して互いに異なっている。
(Example 2)
Next, the battery module of Example 2 will be described.
As shown in FIGS. 7 and 8, Example 2 is an example in which the battery module is formed of one
二次電池４は、複数の電極群としての第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂと、導電部材としてのアルミ板２０、３０と、外装材４０と、電解液としての非水電解液５０と、隔壁６０と、を備えている。二次電池４の形状は、扁平な角型である。
The
第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂは、実施例１の第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂと同様に形成されている。実施例２では、電池モジュールは、１つの二次電池４で形成されているため、アルミ板２０、３０及び外装材４０をそれぞれ１つずつ備えている。
The
隔壁６０は、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂ間に介在されている。隔壁６０は、電気的非導電性の材料で形成されている。なお、隔壁６０は、セパレータ１７と同様、イオン透過性を有していてもよく、セパレータ１７と同様に形成されていてもよい。
The
アルミ板２０側において、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂ毎に、複数の負極集電体１２は、束ねられてアルミ板２０に接続されている。アルミ板３０側において、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂ毎に、複数の正極集電体１５は、束ねられてアルミ板３０に接続されている。
On the
上記のように、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂは、並列に接続されている。第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂは、これらの正極集電体１５同士が導電体であるアルミ板３０のみを介して接続され、これらの負極集電体１２同士が導電体であるアルミ板２０のみを介して接続されている。
As described above, the
第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂにおいて、両正極集電体１５間及び両負極集電体１２間に流れる電流を制限しないため、両正極集電体１５間及び両負極集電体１２間に、電流制限手段や電流逆流防止手段等は接続していない。
In the
外装材４０は、第１電極群１０ａ、第２電極群１０ｂ及び隔壁６０を囲んでいる。外装材４０は、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂを共に収容している。この実施の形態において、外装材４０は、ラミネートフィルムをアルミ板２０、３０と対向した個所が開口した枠状に成形することで構成されている。外装材４０の両開口部は、アルミ板２０、３０にヒートシールされている。これにより、アルミ板２０、３０及び外装材４０で囲まれた領域内は、密封されている。
The
非水電解液５０は、外装材４０で囲まれた領域内に注入されている。非水電解液５０は、アルミ板２０、３０及び外装材４０により、これらで囲まれた領域内に封入されている。
The nonaqueous
外装材４０から外れたアルミ板２０の露出部は、二次電池４の負極端子として機能している。外装材４０から外れたアルミ板３０の露出部は、二次電池４の正極端子として機能している。
上記のように、二次電池４が形成されている。
The exposed portion of the
As described above, the
第２電極群１０ｂは、第１電極群１０ａと同一の電圧範囲で充放電可能なものである。
The
ここでは、第１電極群１０ａと第２電極群１０ｂとはそれぞれ同じ正極活物質、負極活物質を使用する例を示すが、これに限定されるものではない。例えば、第１電極群１０ａの正極活物質、負極活物質と第２電極群１０ｂの正極活物質、負極活物質とが異なる活物質により電池を構成していたとしても組み合わせることが出来る。上記のように、負極層１３及び正極層１６の厚みに関して、第１電極群１０ａの方が第２電極群１０ｂより厚い。このため、次に挙げるように、第１電極群１０ａと第２電極群１０ｂとで、電池特性を互いに異ならせることができる。また、第１電極群と第２電極群とはそれぞれスタック構造の例を示しているが、捲回コイル構造などの別の構造であってもよい。
Here, although the
第１電極群１０ａの内部抵抗値Ｒ１は、第２電極群１０ｂの内部抵抗値Ｒ２より大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。従って、電池モジュールから外部に向けて大きなパルス電流を流す際には、内部抵抗値Ｒ２が小さい第２電極群１０ｂが、第１電極群１０ａよりも大きな電流を担う。また、モジュールに対して外部から大きなパルス電流を流入させる際にも同様に第２電極群１０ｂが、より大きな電流を受け入れることができる。
The internal resistance value R1 of the
このうち、第２電極群１０ｂの内部抵抗Ｒ２と、第１電極群１０ａの内部抵抗Ｒ１の差が小さいと、この効果が現れにくい。このため、第２電極群１０ｂを、第１電極群１０ａに比べ、各電極群を実測容量の５０％充電状態として２５℃において各電池容量を１時間で放電しうる電流での０．２秒パルス放電時の電圧とひきつづきその１０倍の電流での０．２秒パルス放電時の電圧の差から算出した電池の内部抵抗に５時間率放電容量を乗じた値が２０％以上小さくなるように構成することが望ましい。
Among these, if the difference between the internal resistance R2 of the
外部へ向けてのパルス電流供給がなくなると、内部抵抗Ｒ１およびＲ２によって生じていた過電圧がなくなり、放電量が少なかった第１電極群１０ａの方が第２電極群１０ｂよりも開回路電圧は高くなる。第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂは、電流制御手段や電流逆流防止手段等を用いることなく並列接続されているため、モジュールが外部に対して電流を供給していない状態になるとパルス放電時の放電量が少なかった第１電極群１０ａの電圧が、放電量が大きかった第２電極群１０ｂの電圧より大きくなり、第１電極群１０ａから第２電極群１０ｂへ向けて電圧差を解消する方向に電流が流れることになる。
When the pulse current supply to the outside is lost, the overvoltage generated by the internal resistances R1 and R2 disappears, and the open circuit voltage of the
一方、電池モジュールが大電流（パルス状の回生電流）を受け入れる場合は内部抵抗の小さな第２電極群１０ｂが第１電極群１０ａよりも大きな電流を受け入れ、パルス状の回生電流が解消されたのちには、第２電極群１０ｂの方が高い電圧となって第１電極群１０ａへ向けて電圧差が解消されるまで電流が流れる。このような動作により、大電流パルスの入出力が可能である電池モジュールとして機能しうる。
On the other hand, when the battery module accepts a large current (pulse-like regenerative current), the
上記したことから、この実施の形態の電池モジュールにおいて、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂは、実施例１のように互いにことなる外装材４０で囲まれていてもよく、実施例２のように共に同一の外装材４０で囲まれていてもよい。
As described above, in the battery module according to this embodiment, the
次に、比較例１及び比較例２の電池モジュールの構成について説明する。なお、比較例１の電池モジュールは、実施例１の電池モジュールの比較例であり、比較例２の電池モジュールは、実施例２の電池モジュールの比較例である。 Next, the structure of the battery module of the comparative example 1 and the comparative example 2 is demonstrated. The battery module of Comparative Example 1 is a comparative example of the battery module of Example 1, and the battery module of Comparative Example 2 is a comparative example of the battery module of Example 2.
（比較例１）
図９に示すように、比較例１の電池モジュールは、同一の２個の二次電池３を並列に接続して形成されている。二次電池３は、それぞれ第３電極群１０ｃを有している。このため、一方の二次電池３の負極層１３及び正極層１６の厚みは、他方の二次電池３の負極層１３及び正極層１６の厚みと同一である。なお、図９において、抵抗値Ｒ３は二次電池３の内部抵抗値を表したものである。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 9, the battery module of Comparative Example 1 is formed by connecting two identical
上記した以外、比較例１の電池モジュールは、実施例１の電池モジュールと同様に形成されている。一方の二次電池３（第３電極群１０ｃ）と、他方の二次電池３（第３電極群１０ｃ）とで、電池特性（充放電する際の電流値Ｉ３及び充放電容量等）は同一である。
Except for the above, the battery module of Comparative Example 1 is formed in the same manner as the battery module of Example 1. One secondary battery 3 (
（比較例２）
図１０に示すように、比較例２の電池モジュールは、１個の二次電池５で形成されている。二次電池５は、同一の２個の第３電極群１０ｃを並列に接続して形成されている。このため、一方の第３電極群１０ｃの負極層１３及び正極層１６の厚みは、他方の第３電極群１０ｃの負極層１３及び正極層１６の厚みと同一である。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 10, the battery module of Comparative Example 2 is formed of one
上記した以外、比較例２の電池モジュールは、実施例２の電池モジュールと同様に形成されている。一方の第３電極群１０ｃと、他方の第３電極群１０ｃとで、電池特性（充放電する際の電流値Ｉ３及び充放電容量等）は同一である。
Except as described above, the battery module of Comparative Example 2 is formed in the same manner as the battery module of Example 2. One
次に、上記実施例１及び実施例２の電池モジュールの一層詳しい構成を、実施例１及び実施例２の電池モジュール、並びに比較例１及び比較例２の電池モジュールの製造方法と併せて説明する。以下、正極の作製方法、負極の作製方法、電極群の作製方法、非水電解液の調製方法、二次電池の作製方法、二次電池の電池特性検査、電池モジュールへの組立て方について順に説明する。 Next, a more detailed configuration of the battery modules of Example 1 and Example 2 will be described together with the battery modules of Example 1 and Example 2 and the method for manufacturing the battery modules of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. . Hereinafter, a method for producing a positive electrode, a method for producing a negative electrode, a method for producing an electrode group, a method for preparing a non-aqueous electrolyte, a method for producing a secondary battery, a battery characteristic inspection for a secondary battery, and a method for assembling a battery module will be described in order. To do.
（正極の作製方法）
まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラックと、導電剤としての粉末状グラファイトと、結着剤としてのＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）とを１００：２：３：４の重量比となるように混合した混合物を用意する。続いて、上記混合物に、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を加えて混練することにより、正極活物質等が混合された混合ペーストを調製する。
(Production method of positive electrode)
First, lithium cobaltate as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, powdered graphite as a conductive agent, and PVdF (polyvinylidene fluoride) as a binder are 100: 2: 3: 4. Prepare a mixture that is mixed in a weight ratio. Subsequently, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) is added to the mixture and kneaded to prepare a mixed paste in which the positive electrode active material and the like are mixed.
次いで、厚さ１５μｍのアルミ箔の両面に少なくとも片側端部に余白を残すように混合ペーストを塗布する。塗布した混合ペーストが乾燥した後、片側端部に混合ペーストが塗布されていない余白が残るように、ペーストを塗布・乾燥させたアルミ箔を裁断し、次いで、ロールプレスを施す。その後、ロールプレスを施したペーストを塗布・乾燥させたアルミ箔を、縦６０ｍｍ、幅３４ｍｍの形状に打ち抜く。 Next, a mixed paste is applied on both sides of the 15 μm thick aluminum foil so that a margin is left at least at one end. After the applied mixed paste is dried, the aluminum foil to which the paste has been applied and dried is cut so as to leave a blank where the mixed paste is not applied at one end, and then roll press is performed. Thereafter, an aluminum foil coated and dried with a roll-pressed paste is punched into a shape having a length of 60 mm and a width of 34 mm.
これにより、アルミ箔を集電体とする長さ７ｍｍの余白の部分含めて縦６０ｍｍ、幅３４ｍｍの形状の正極が作製される。なお、正極集電体の上記余白の部分は、正極リードを構成している。 As a result, a positive electrode having a length of 60 mm and a width of 34 mm including a blank portion having a length of 7 mm using an aluminum foil as a current collector is produced. In addition, the margin part of the positive electrode current collector constitutes a positive electrode lead.
実施例１及び実施例２の第１電極群１０ａ用の正極１４（正極集電体１５と、正極集電体１５の両面に形成された正極層１６とを有した正極１４）を作製する際は、混合ペーストの単位面積あたりの乾燥塗布量を片面で２００ｇ／ｍ２として正極１４を作製した（図２）。
When producing positive electrode 14 (
実施例１及び実施例２の第２電極群１０ｂ用の正極１４を作製する際は、混合ペーストの単位面積あたりの乾燥塗布量を片面で５０ｇ／ｍ２として正極１４を作製した（図３）。
When producing the
比較例１及び比較例２の第３電極群１０ｃ用の正極を作製する際は、混合ペーストの単位面積あたりの乾燥塗布量を片面で１２５ｇ／ｍ２として正極を作製した。
When producing the positive electrode for the
（負極の作製方法）
まず、負極活物質としてのチタン酸リチウムと、導電剤としての粉末状グラファイトと、結着剤としてのＰＶｄＦとを１００：５：５の重量比となるように混合した混合物を用意する。続いて、上記混合物にＮＭＰを加えて混練することにより、負極活物質等が混合された混合ペーストを調製する。
(Production method of negative electrode)
First, a mixture is prepared by mixing lithium titanate as a negative electrode active material, powdered graphite as a conductive agent, and PVdF as a binder in a weight ratio of 100: 5: 5. Subsequently, NMP is added to the mixture and kneaded to prepare a mixed paste in which the negative electrode active material and the like are mixed.
次いで、厚さ１５μｍのアルミ箔の両面に少なくとも片側端部に余白を残すように混合ペーストを塗布する。塗布した混合ペーストが乾燥した後、片側に混合ペーストが塗布されていない余白が残るように、ペーストを塗布・乾燥させたアルミ箔を裁断し、次いで、ロールプレスを施す。その後、ロールプレスを施したペーストを塗布・乾燥させたアルミ箔を、縦６０ｍｍ、幅３４ｍｍの形状に打ち抜く。 Next, a mixed paste is applied on both sides of the 15 μm thick aluminum foil so that a margin is left at least at one end. After the applied mixed paste is dried, the aluminum foil to which the paste has been applied and dried is cut so that a blank without the mixed paste remains on one side, and then a roll press is applied. Thereafter, an aluminum foil coated and dried with a roll-pressed paste is punched into a shape having a length of 60 mm and a width of 34 mm.
これにより、アルミ箔を集電体とする長さ７ｍｍの余白の部分含めて縦６０ｍｍ、幅３４ｍｍの形状の負極が作製される。なお、負極集電体の上記余白の部分は、負極リードを構成している。 As a result, a negative electrode having a length of 60 mm and a width of 34 mm including a blank portion having a length of 7 mm using an aluminum foil as a current collector is produced. Note that the blank portion of the negative electrode current collector constitutes a negative electrode lead.
実施例１及び実施例２の第１電極群１０ａ用の負極１１（負極集電体１２と、負極集電体１２の両面に形成された負極層１３とを有した負極１１）を作製する際は、混合ペーストの単位面積あたりの乾燥塗布量を片面で１２０ｇ／ｍ２として負極１１を作製した（図２）。
When producing negative electrode 11 (
実施例１及び実施例２の第２電極群１０ｂ用の負極１１を作製する際は、混合ペーストの単位面積あたりの乾燥塗布量を片面で３０ｇ／ｍ２として負極１１を作製した（図３）。
When producing the
比較例１及び比較例２の第３電極群１０ｃ用の負極を作製する際は、混合ペーストの単位面積あたりの乾燥塗布量を片面で７５ｇ／ｍ２として負極を作製した。
When producing the negative electrode for the
（電極群の作製方法）
まず、厚さ２０μｍ、幅５７ｍｍのつづら折り状のポリエチレン微多孔膜で形成されたセパレータを用意する。続いて、作製した１０層の正極及び１１層の負極を交互に積層し、正極及び負極間の接触が生じないように正、負両極間にそれぞれセパレータを介在させる。正極及び負極を積層させる際は、正極集電体の余白の部分と、負極集電体の余白の部分とが逆方向に突き出るように積層させる。
(Production method of electrode group)
First, a separator formed of a zigzag-shaped polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm and a width of 57 mm is prepared. Subsequently, the produced 10 layers of positive electrodes and 11 layers of negative electrodes are alternately laminated, and separators are interposed between the positive and negative electrodes, respectively, so that contact between the positive and negative electrodes does not occur. When laminating the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are laminated so that the blank portion protrudes in the opposite direction.
これにより、１０層の正極、１１層の負極及び２２層のセパレータを有した電極群が作製される。電極群の最外層は負極であり、その上にセパレータが覆う構成となる。なお、電極群を作製する際、正極と対向しない最外層の負極の外側の負極層は剥ぎとった。 As a result, an electrode group having 10 positive electrodes, 11 negative electrodes, and 22 separators is produced. The outermost layer of the electrode group is a negative electrode, and the separator is covered thereon. When producing the electrode group, the negative electrode layer outside the outermost negative electrode that did not face the positive electrode was peeled off.
上記電極群の作製方法を用いて作製した実施例１及び実施例２の第１電極群１０ａの正極乾燥塗布量（正極を作製する際の混合ペーストの乾燥塗布量）及び負極乾燥塗布量（負極を作製する際の混合ペーストの乾燥塗布量）を算出したところ、正極乾燥塗布量が７．２ｇ、負極乾燥塗布量が４．３ｇであった。
The positive electrode dry coating amount (the dry coating amount of the mixed paste when preparing the positive electrode) and the negative electrode dry coating amount (the negative electrode) of the
上記電極群の作製方法を用いて作製した実施例１及び実施例２の第２電極群１０ｂの正極乾燥塗布量及び負極乾燥塗布量を算出したところ、正極乾燥塗布量が１．８ｇ、負極乾燥塗布量が１．１ｇであった。
When the positive electrode dry coating amount and the negative electrode dry coating amount of the
上記電極群の作製方法を用いて作製した比較例１及び比較例２の第３電極群１０ｃの正極乾燥塗布量及び負極乾燥塗布量を算出したところ、正極乾燥塗布量が４．５ｇ、負極乾燥塗布量が２．７ｇであった。
When the positive electrode dry coating amount and the negative electrode dry coating amount of the
（非水電解液の調製方法）
まず、非水溶媒としてのＥＣ（エチレンカーボネート）と、非水溶媒としてのγ−ＢＬ（γ−ブチロラクトン）とを、４０：６０の体積比となるように混合した混合溶媒を用意する。続いて、非水溶媒に溶解される電解質としてのＬｉＢＦ４（四フッ化ホウ酸リチウム）を、上記混合溶媒に１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解することにより、非水電解液（液状の非水電解質）を調製する。ここでは、非水電解液は、リチウム電解液である。
(Preparation method of non-aqueous electrolyte)
First, a mixed solvent is prepared in which EC (ethylene carbonate) as a nonaqueous solvent and γ-BL (γ-butyrolactone) as a nonaqueous solvent are mixed so as to have a volume ratio of 40:60. Subsequently, LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) as an electrolyte dissolved in a non-aqueous solvent is dissolved in the above mixed solvent by 1.5 mol / L, whereby a non-aqueous electrolyte (liquid non-aqueous electrolyte) is obtained. To prepare. Here, the non-aqueous electrolyte is a lithium electrolyte.
（二次電池の作製方法）
まず、厚さ０．２ｍｍ、幅２５ｍｍのアルミ板を用意する。続いて、作製した電極群の負極集電体の余白の部分（負極リード）を束ねて、一方のアルミ板上に溶接する。作製した電極群の正極集電体の余白の部分（正極リード）を束ねて、他方のアルミ板上に溶接する。また、アルミ箔の両面をポリプロピレンで覆って形成された厚さ１００μｍのラミネートフィルムを用意し、ラミネートフィルムを枠状に成形する。
(Production method of secondary battery)
First, an aluminum plate having a thickness of 0.2 mm and a width of 25 mm is prepared. Subsequently, the blank portion (negative electrode lead) of the negative electrode current collector of the produced electrode group is bundled and welded onto one aluminum plate. The blank portion (positive electrode lead) of the positive electrode current collector of the produced electrode group is bundled and welded on the other aluminum plate. Further, a laminate film having a thickness of 100 μm formed by covering both surfaces of an aluminum foil with polypropylene is prepared, and the laminate film is formed into a frame shape.
続く、実施例１及び比較例１の二次電池を作製する工程は次の（作製１）に示す通りであり、実施例２及び比較例２の二次電池を作製する工程は次の（作製２）に示す通りである。 The subsequent steps of manufacturing the secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 are as shown in the following (Manufacturing 1), and the steps of manufacturing the secondary batteries of Example 2 and Comparative Example 2 are the following (Manufacturing). As shown in 2).
（作製１）枠状のラミネートフィルム内にアルミ板に接続された電極群を収容し、一方のアルミ板をラミネートフィルムから突出させる。そして、ラミネートフィルムの一方の開口部分を一方のアルミ板にヒートシールする。その後、ラミネートフィルム及び一方のアルミ板で囲まれた領域内に、上記調製した非水電解液を第１電極群においては８．４８ｇ、第２電極群においては２．１２ｇ、第３電極群においては５．３ｇ注入する。 (Production 1) An electrode group connected to an aluminum plate is accommodated in a frame-shaped laminate film, and one aluminum plate is protruded from the laminate film. Then, one opening portion of the laminate film is heat sealed to one aluminum plate. Thereafter, in the region surrounded by the laminate film and one aluminum plate, the prepared non-aqueous electrolyte solution is 8.48 g in the first electrode group, 2.12 g in the second electrode group, and in the third electrode group. Inject 5.3g.
（作製２）枠状のラミネートフィルム内にアルミ板に共に接続された２つの電極群を収容し、一方のアルミ板をラミネートフィルムから突出させる。そして、ラミネートフィルムの一方の開口部分を一方のアルミ板にヒートシールする。その後、ラミネートフィルム及び一方のアルミ板で囲まれた領域内に、上記調製した非水電解液を１０．６ｇ注入する。 (Preparation 2) Two electrode groups connected together to an aluminum plate are accommodated in a frame-shaped laminate film, and one aluminum plate is protruded from the laminate film. Then, one opening portion of the laminate film is heat sealed to one aluminum plate. Thereafter, 10.6 g of the non-aqueous electrolyte prepared above is injected into a region surrounded by the laminate film and one aluminum plate.
上記（作製１）及び（作製２）の工程に続いて、非水電解液が注入されたラミネートフィルム等を、排気可能なシーラー装置内に搬入し、非水電解液がこぼれないように固定し、減圧による電解液含浸を行う。その後、他方のアルミ板をラミネートフィルムから突出させる。そして、ラミネートフィルムの他方の開口部分を他方のアルミ板にヒートシールする。ラミネートフィルムの両開口部はアルミ板で密閉される。ラミネートフィルムは、外装材を構成する。
これにより、幅が３５ｍｍでかつ高さが６５ｍｍの二次電池が完成する。ここでは、二次電池は、非水電解質二次電池であり、より詳しくは、リチウム二次電池である。
Following the steps of (Preparation 1) and (Preparation 2), the laminated film or the like into which the non-aqueous electrolyte is injected is carried into a sealer device that can be evacuated and fixed so that the non-aqueous electrolyte does not spill. Then, impregnation with an electrolyte solution under reduced pressure is performed. Thereafter, the other aluminum plate is protruded from the laminate film. Then, the other opening of the laminate film is heat sealed to the other aluminum plate. Both openings of the laminate film are sealed with an aluminum plate. The laminate film constitutes an exterior material.
Thereby, a secondary battery having a width of 35 mm and a height of 65 mm is completed. Here, the secondary battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more specifically, a lithium secondary battery.
実施例１の二次電池１を作製する際、第１電極群１０ａを外装材４０で囲んで作製した（図１乃至図４）。
実施例１の二次電池２を作製する際、第２電極群１０ｂを外装材４０で囲んで作製した（図１、図５及び図６）。
比較例１の二次電池３を作製する際、第３電極群１０ｃを外装材で囲んでそれぞれ作製した（図９）。
When the
When the
When producing the
実施例２の二次電池４を作製する際、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂを共に外装材４０で囲んで作製した（図７及び図８）。
比較例２の二次電池５を作製する際、同一の２個の第３電極群１０ｃを共に外装材で囲んで作製した（図１０）。
When the
When the
（二次電池の電池特性検査）
上記作製した二次電池１、二次電池２及び二次電池３の電池特性検査（二次電池検査１）と、二次電池４及び二次電池５の電池特性検査（二次電池検査２）とは異なるため、以下、これらの検査方法を分けて説明する。
(Inspection of secondary battery characteristics)
Battery characteristic inspection of the produced
（二次電池検査１）まず、それぞれ２４時間、４５℃の環境で、作製した二次電池１、二次電池２及び二次電池３にエージングを行う。その後、それぞれ室温にて、二次電池１は、１４５ｍＡ、二次電池２は３５ｍＡ、二次電池３は９０ｍＡの電流、上限電圧２．８Ｖにて７時間の定電流・定電圧充電を行う。次いで、室温にて、二次電池１は、１４５ｍＡ、二次電池２は３５ｍＡ、二次電池３は９０ｍＡの電流で正、負両極端子間の電圧が１．８Ｖに達するまで放電を行う。放電を行った結果、二次電池１、二次電池２及び二次電池３の容量は、それぞれおよそ７２０ｍＡｈ、１８０ｍＡｈ、４５０ｍＡｈであった。
(Secondary battery inspection 1) First, the produced
（二次電池検査２）まず、それぞれ２４時間、４５℃の環境で、作製した二次電池４及び二次電池５にエージングを行う。その後、それぞれ室温にて、１８０ｍＡの電流、上限電圧２．８Ｖにて７時間の定電流・定電圧充電を行う。次いで、室温にて、１８０ｍＡの電流で正、負両極端子間の電圧が１．８Ｖに達するまで放電を行う。放電を行った結果、二次電池４及び二次電池５の容量は、それぞれおよそ９００ｍＡｈであった。
(Secondary battery inspection 2) First, the fabricated
（電池モジュールへの組立て方）
実施例１の電池モジュールに組み立てる際、第１電極群１０ａを外装材４０で囲んで形成した二次電池１と、第２電極群１０ｂを外装材４０で囲んで形成した二次電池２とを用いて組み立てる。二次電池１及び二次電池２は、配線部Ｗ１、Ｗ２を用いて並列に接続されている（図１乃至図６）。
(How to assemble the battery module)
When assembling the battery module of Example 1, the
比較例１の電池モジュールに組み立てる際、第３電極群１０ｃを外装材４０で囲んで形成した２個の二次電池３を用意する。その後、２個の二次電池３を用いて電池モジュールに組み立てる。２個の二次電池３は、配線部Ｗ１、Ｗ２を用いて並列に接続されている（図９）。
When the battery module of Comparative Example 1 is assembled, two
実施例２の電池モジュールは、１個の二次電池４で形成されている（図７及び図８）。
比較例２の電池モジュールは、１個の二次電池５で形成されている（図１０）。
The battery module of Example 2 is formed of one secondary battery 4 (FIGS. 7 and 8).
The battery module of Comparative Example 2 is formed of one secondary battery 5 (FIG. 10).
次に、実施例１及び実施例２の電池モジュールと、比較例１及び比較例２の電池モジュールとを対比する。
実施例１において、二次電池１と二次電池２とを並列接続した電池モジュールは、比較例１の二次電池３を２個並列接続した電池モジュールと同一の容量をもつ。さらに電池の電解液や基板量、包材その他の構成部材の量までほぼ同一となる。実施例２と比較例２との対比においても同様のことが言える。
Next, the battery modules of Example 1 and Example 2 are compared with the battery modules of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
In Example 1, the battery module in which the
図１乃至図１０に示すように、実施例１において、第１充放電部としての二次電池１は、二次電池２及び二次電池３（比較例１）より大きい充放電容量を有している。第２充放電部としての二次電池２は、二次電池１及び二次電池３（比較例１）より大電流で充放電することができる。
As shown in FIG. 1 thru | or FIG. 10, in Example 1, the
実施例２において、第１充放電部としての第１電極群１０ａは、第２電極群１０ｂ及び第３電極群１０ｃ（比較例２）より大きい充放電容量を有している。第２充放電部としての第２電極群１０ｂは、第１電極群１０ａ及び第３電極群１０ｃ（比較例２）より大電流で充放電することができる。
このため、実施例１及び実施例２の電池モジュールは、比較例１及び比較例２の電池モジュールに比べて大電流でのパルス充放電が可能となる。
In Example 2, the
For this reason, the battery modules of Example 1 and Example 2 can be charged and discharged with a large current compared to the battery modules of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
実施例１及び実施例２の電池モジュールの上記効果について詳しく説明すると、電池モジュールに大電流が流入する際、相対的に内部抵抗の小さい第２充放電部（実施例１で言う二次電池２、又は実施例２で言う第２電極群１０ｂ）が、相対的に内部抵抗の大きい第１充放電部（実施例１で言う二次電池１、又は実施例２で言う第１電極群１０ａ）よりも大きな電流を受け入れることになる。
The above effects of the battery modules of Example 1 and Example 2 will be described in detail. When a large current flows into the battery module, the second charging / discharging unit having a relatively small internal resistance (
しかし、外部から流入する電流が減少すると、第１充放電部の電圧が第２充放電部の電圧を下回るため、閉回路時の電圧差が生じ、第２充放電部から第１充放電部に向けて電流が流れる。これにより、第１充放電部と第２充放電部との間の開回路電圧差は小さくなる。 However, when the current flowing from the outside decreases, the voltage of the first charging / discharging unit becomes lower than the voltage of the second charging / discharging unit, so that a voltage difference occurs during the closed circuit, and the first charging / discharging unit is changed from the second charging / discharging unit. Current flows toward Thereby, the open circuit voltage difference between a 1st charging / discharging part and a 2nd charging / discharging part becomes small.
一方、放電する際は、第２充放電部が第１充放電部より相対的に大きな電流を放電し、放電電流が減少すると、第１充放電部から第２充放電部へ電流が流れる。このため、第１充放電部及び第２充放電部間の開回路電圧差は小さくなる。 On the other hand, when discharging, when the second charging / discharging unit discharges a relatively larger current than the first charging / discharging unit and the discharging current decreases, a current flows from the first charging / discharging unit to the second charging / discharging unit. For this reason, the open circuit voltage difference between the 1st charging / discharging part and the 2nd charging / discharging part becomes small.
上記したことからも分かるように、実施例１及び実施例２の電池モジュールは、大電流パルスへの対応が可能であるため、大電流パルスでの充放電が行われる用途、例えばハイブリッド型の電気自動車等に搭載する電池モジュールとして好適である。 As can be seen from the above, since the battery modules of Example 1 and Example 2 can cope with a large current pulse, the battery module is used for charging / discharging with a large current pulse, for example, a hybrid electric It is suitable as a battery module mounted on an automobile or the like.
次に、実施例２の電池モジュールの効果について説明する。
実施例２では、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂは、同一の材料で形成されている。また、実施例２の第１充放電部及び第２充放電部は、非水電解液を共通化することができる。
Next, the effect of the battery module of Example 2 will be described.
In Example 2, the
このため、実施例２の電池モジュールは、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂを同一の外装材４０に収納させることができる。すなわち、１個の二次電池４で、大電流でのパルス充放電が可能である電池モジュールを形成することができる。
For this reason, the battery module of Example 2 can accommodate the
これにより、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂ間の温度ばらつきを実施例１より小さくできるため、劣化速度のばらつきを抑制することができる。また、実施例２の電池モジュールは、実施例１の電池モジュールに比べ、非水電解液の注入回数等の製造工程を低減する効果や、構成部材の個数を低減する効果等を得ることができる。
Thereby, since the temperature dispersion | variation between the
ここで、本願発明者は、実施例１、比較例１、実施例２及び比較例２の電池モジュールの劣化率について調査した。次に、劣化率を調査する方法を説明し、調査した結果を示す。 Here, this inventor investigated the deterioration rate of the battery module of Example 1, Comparative Example 1, Example 2, and Comparative Example 2. Next, a method for investigating the deterioration rate will be described and the results of the investigation will be shown.
（電池モジュールの劣化率の調査）
まず、組み立てた電池モジュールに９０ｍＡで５時間充電した後、室温で２時間放置し、開回路電圧を測定する。次いで、電池モジュールに電流２７Ａで１０秒間放電させ、放電末期の閉回路電圧を測定する。これら開回路電圧（電流０Ａ）と閉回路電圧（電流２７Ａ）を、縦軸：電圧、横軸：電流としたグラフ上にプロットし、２点を直線で結ぶ。そして、電圧１．８Ｖでの直線との交点の電流値を電流値１として求める。その後９００ｍＡにて電池モジュールが１．８Ｖに達するまで放電する。
(Investigation of battery module deterioration rate)
First, the assembled battery module is charged at 90 mA for 5 hours, then left at room temperature for 2 hours, and the open circuit voltage is measured. Next, the battery module is discharged at a current of 27 A for 10 seconds, and the closed circuit voltage at the end of discharge is measured. These open circuit voltage (current 0A) and closed circuit voltage (current 27A) are plotted on a graph with the vertical axis representing voltage and the horizontal axis representing current, and the two points are connected by a straight line. Then, the current value at the intersection with the straight line at a voltage of 1.8 V is obtained as the
ついで、４５℃の環境において、電池モジュールに９Ａの電流値で最初に２８８秒充電する。次いで、９Ａの電流値で２１６秒放電し、２１６秒充電するサイクルを９９９９回繰り返す。最後に、９Ａの電流値で１０８秒充電する。上記のように、合計１００００サイクルの充放電を行った。 Next, in an environment of 45 ° C., the battery module is initially charged with a current value of 9 A for 288 seconds. Next, a cycle of discharging for 216 seconds at a current value of 9 A and charging for 216 seconds is repeated 9999 times. Finally, the battery is charged with a current value of 9 A for 108 seconds. As described above, a total of 10,000 cycles of charge and discharge were performed.
この後、９００ｍＡの電流で、電池モジュールの正、負両極間電圧が１．８Ｖに達するまで放電を行う。続いて、９０ｍＡの電流で５時間充電した後、室温で２時間放置し、開回路電圧を測定する。ひき続き、電池モジュールに電流２７Ａで１０秒間放電させ、放電末期の閉回路電圧を測定する。これら開回路電圧（電流０Ａ）と閉回路電圧（電流２７Ａ）を、縦軸：電圧、横軸：電流としたグラフ上にプロットし、２点を直線で結ぶ。そして、電圧１．８Ｖでの直線との交点の電流値を電流値２として求める。
Thereafter, discharging is performed at a current of 900 mA until the voltage between the positive and negative electrodes of the battery module reaches 1.8V. Subsequently, after charging for 5 hours at a current of 90 mA, the battery is left at room temperature for 2 hours, and the open circuit voltage is measured. Subsequently, the battery module is discharged at a current of 27 A for 10 seconds, and the closed circuit voltage at the end of discharge is measured. The open circuit voltage (current 0A) and the closed circuit voltage (current 27A) are plotted on a graph with the vertical axis representing voltage and the horizontal axis representing current, and the two points are connected by a straight line. Then, the current value at the intersection with the straight line at a voltage of 1.8 V is obtained as the
そして、求めた電流値１及び電流値２から電流値２／電流値１の値を算出した。算出した電流値２／電流値１の値から、電池モジュールの劣化率を求めた。この劣化率は、電池モジュールの充放電量の低下率を示すものでもある。
Then, the value of
図１１に、実施例１、比較例１、実施例２及び比較例２の電池モジュールの電流値２／電流値１の値と、電池モジュールの劣化率を示す。
実施例１の電池モジュールの電流値２／電流値１の値は、０．９５であった。このため、実施例１の電池モジュールの劣化率は、５％となった。
比較例１の電池モジュールの電流値２／電流値１の値は、０．７８であった。このため、比較例１の電池モジュールの劣化率は、２２％となった。
FIG. 11 shows the
The value of
The value of
実施例２の電池モジュールの電流値２／電流値１の値は、０．９２であった。このため、実施例２の電池モジュールの劣化率は、８％となった。
比較例２の電池モジュールの電流値２／電流値１の値は、０．７４であった。このため、比較例２の電池モジュールの劣化率は、２６％となった。
The
The value of
以上のように構成された電池モジュールによれば、電池モジュールは、第１充放電部と、第２充放電部と、を備えている。第１充放電部は、負極１１、正極１４、並びに負極及び正極間に介在されたセパレータ１７を含んだ第１電極群１０ａを有している。第２充放電部は、負極１１、正極１４、並びに負極及び正極間に介在されたセパレータ１７を含んだ第２電極群１０ｂを有している。
According to the battery module configured as described above, the battery module includes the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit. The 1st charging / discharging part has the
第１電極群１０ａの負極１１及び第２電極群１０ｂの負極１１は、チタン酸リチウムで形成されている。詳しくは、第１電極群１０ａの負極層１３及び第２電極群１０ｂの負極層１３は、負極活物質であるチタン酸リチウムで形成されている。
The
負極活物質にグラファイト等の炭素材を使用するリチウムイオン電池では、負極にリチウムイオンのインターカレーションが起こる電位とリチウム金属が析出する電位が近いため、急速充電しようとすると、負極の過電圧が大きくなり、温度ムラや電解液ムラが原因となって部分的にリチウム金属の析出が生じる恐れがある。 In a lithium ion battery using a carbon material such as graphite as the negative electrode active material, the potential at which lithium ion intercalation occurs on the negative electrode is close to the potential at which lithium metal precipitates. Therefore, lithium metal may be partially deposited due to temperature unevenness or electrolyte solution unevenness.
このため、負極へのリチウムイオンのインターカレーションが起こる電位が炭素材のそれよりも高い電位であることが望ましい。このため、リチウム二次電池を構成する場合の負極活物質としては、過電圧の増大に伴うリチウム金属の析出を回避することができるチタン酸リチウムが適している。 For this reason, it is desirable that the potential at which lithium ions intercalate to the negative electrode is higher than that of the carbon material. For this reason, as a negative electrode active material in the case of constituting a lithium secondary battery, lithium titanate that can avoid precipitation of lithium metal accompanying an increase in overvoltage is suitable.
また、実施例１及び実施例２の電池モジュールの劣化率は、比較例１及び比較例２の電池モジュールの劣化率より低い。このため、実施例１及び実施例２の電池モジュールは、長期に亘って大電流で充放電することが可能である。
上記したことから、本発明の効果によって同一量の部材で構成した同一容量の電池であれば大電流でのパルス充放電で劣化の少ない電池を得ることが可能であり、逆にみれば同一の劣化をゆるす場合には充放電容量の大きい電池モジュールを得ることができる。
Moreover, the deterioration rate of the battery module of Example 1 and Example 2 is lower than the deterioration rate of the battery module of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. For this reason, the battery modules of Example 1 and Example 2 can be charged and discharged with a large current over a long period of time.
From the above, it is possible to obtain a battery with little deterioration by pulse charging / discharging with a large current if it is a battery of the same capacity constituted by the same amount of members due to the effect of the present invention, and conversely, the same battery When the deterioration is eased, a battery module with a large charge / discharge capacity can be obtained.
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
第１充放電部の内部抵抗と第２充放電部の内部抵抗とを異ならせるため、上記実施の形態では、第１充放電部と第２充放電部とで、負極層１３及び正極層１６の厚みを互いに異ならせたが、これに限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、負極層１３及び正極層１６の対向面積を変えたり、正、負両極集電体や、正、負両極リードの厚みを変えたり、正、負両極活物質に混合する導電助剤の配合を変える等、従来から知られている技術を利用することができる。
In order to make the internal resistance of the first charging / discharging part different from the internal resistance of the second charging / discharging part, the
第１電極群１０ａの負極層１３及び第２電極群１０ｂの負極層１３は、負極活物質にチタン酸リチウムを利用しているが、これに限らず、少なくとも第２電極群１０ｂの負極層１３が負極活物質にチタン酸リチウムを利用していれば上述した効果を得ることができる。
The
第１充放電部及び第２充放電部は、直接、又は導電体のみを介して接続されていればよく、これらの間に流れる電流を制限しないよう電池モジュールが構成されていればよい。 The 1st charging / discharging part and the 2nd charging / discharging part should just be connected via the conductor only or directly, and the battery module should just be comprised so that the electric current which flows between these may not be restrict | limited.
二次電池１の形状は、扁平な角型に限定されるものではなく、種々変形可能であり、例えば、筒型、コイン型、ボタン型であってもよい。
The shape of the
電極群は、セパレータを介在させて負極１１と、正極１４とを交互に積層して形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、セパレータを介在させた負極と正極とを捲回して形成してもよい。
The electrode group is formed by alternately laminating the
電池モジュールは、第１充放電部及び第２充放電部以外に、１個以上の第３の充放電部を備えていてもよい。この場合、３個以上の二次電池で電池モジュールを形成したり、３個以上の電極群で電池モジュールを形成する１個の二次電池を形成したりすればよい。例えば、図１２に示すように、電池モジュールは、互いに並列に接続された２個の二次電池１及び１個の二次電池２で形成されていてもよい。
その他、電池モジュールは、第１充放電部及び第２充放電部の少なくとも一方が、互いに並列に接続された複数の電極群で形成されていてもよい。
The battery module may include one or more third charging / discharging units in addition to the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit. In this case, a battery module may be formed with three or more secondary batteries, or a single secondary battery may be formed with three or more electrode groups. For example, as shown in FIG. 12, the battery module may be formed of two
In addition, the battery module may be formed of a plurality of electrode groups in which at least one of the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit is connected in parallel to each other.
さらに、電池モジュールは、第１充放電部及び第２充放電部の少なくとも一方が、互いに並列に接続された複数の電極群で形成されていてもよい。例えば、図１３に示すように、電池モジュールは、直列に接続された２個の二次電池２と、１個の二次電池２とを並列に接続して形成されていてもよい。
またさらに、電池モジュールは、第１充放電部及び第２充放電部の少なくとも一方が、互いに直列及び並列に接続された３個以上の電極群で形成されていてもよい。
Furthermore, the battery module may be formed of a plurality of electrode groups in which at least one of the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit is connected in parallel to each other. For example, as shown in FIG. 13, the battery module may be formed by connecting two
Furthermore, the battery module may be formed of three or more electrode groups in which at least one of the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit is connected in series and in parallel to each other.
第２充放電部は、第１充放電部に比べ、各充放電部を実測容量の５０％充電状態として２５℃において各電池容量を１時間で放電しうる電流での０．２秒パルス放電時の電圧とひきつづきその１０倍の電流での０．２秒パルス放電時の電圧の差から算出した電池の内部抵抗に５時間率放電容量を乗じた値が２０％以上小さいことが望ましい。これにより、大電流でのパルス充放電が可能であり、劣化の少ない電池モジュールを得ることができる。 Compared to the first charge / discharge part, the second charge / discharge part is a 0.2 second pulse discharge at a current that can discharge each battery capacity in one hour at 25 ° C. with each charge / discharge part in a 50% charge state of the actually measured capacity. It is desirable that the value obtained by multiplying the internal resistance of the battery, which is calculated from the voltage at the time of 0.2 second pulse discharge at a current 10 times that of the hour, multiplied by the 5-hour rate discharge capacity is 20% or more smaller. Thereby, pulse charging / discharging with a large current is possible, and a battery module with little deterioration can be obtained.
外装材４０がラミネートフィルムである場合、上述した実施例２において、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂを収容したラミネートフィルムを、缶にさらに収納させてもよい。
When the
また、外装材４０は、ラミネートフィルムに限定するものではなく、種々変形可能であり、例えば、缶であってもよい。上述した実施例２において、第１電極群１０ａ及び第２電極群１０ｂを１個の缶に収納させてもよい。
Moreover, the
２個以上の電極群を１個の缶に収納させることにより、電極群をそれぞれ別の缶に収納させた場合に比べ、電極群間の温度ばらつきを小さくできるため、劣化速度のばらつきを抑制することができる。 By storing two or more electrode groups in one can, the temperature variation between the electrode groups can be reduced compared to the case where the electrode groups are stored in separate cans, thereby suppressing variations in deterioration rate. be able to.
１，２，４…二次電池、１０ａ…第１電極群、１０ｂ…第２電極群、１１…負極、１２…負極集電体、１３…負極層、１４…正極、１５…正極集電体、１６…正極層、１７…セパレータ、２０，３０…アルミ板、４０…外装材、５０…非水電解液、６０…隔壁、Ｗ１，Ｗ２…配線部、Ｒ１，Ｒ２…内部抵抗値、Ｉ１，Ｉ２…電流値。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
チタン酸リチウムで形成された負極、正極、並びに前記負極及び正極間に介在されたセパレータを含んだ電極群を有し、前記第１充放電部に並列に接続され、前記第１充放電部と同一の電圧範囲で充放電可能であり、前記第１充放電部より大電流でのパルス充放電が可能である第２充放電部と、を備えている電池モジュール。 A first charging / discharging unit having a negative electrode, a positive electrode, and an electrode group including a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode;
A negative electrode formed of lithium titanate, a positive electrode, and an electrode group including a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, connected in parallel to the first charge / discharge part, and the first charge / discharge part; A battery module comprising: a second charging / discharging unit capable of charging / discharging in the same voltage range and capable of pulse charging / discharging with a larger current than the first charging / discharging unit.
前記第１充放電部及び第２充放電部の電極群は、共に前記外装材に収納されている請求項１に記載の電池モジュール。 With exterior materials,
2. The battery module according to claim 1, wherein the electrode groups of the first charging / discharging unit and the second charging / discharging unit are both housed in the exterior material.
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| JP2009235297A JP2011082099A (en) | 2009-10-09 | 2009-10-09 | Battery module |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012133950A1 (en) | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Yazaki Corporation | Molding Die and Molding Method for Resin Molded Product |
| JP2016035900A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-17 | 株式会社東芝 | Non-aqueous electrolyte battery and battery pack |
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2009
- 2009-10-09 JP JP2009235297A patent/JP2011082099A/en not_active Withdrawn
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