WO2017046895A1 - 組電池及び電池パック - Google Patents
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Definitions
- Embodiments of the present invention relate to an assembled battery and a battery pack.
- Non-aqueous electrolyte batteries that are charged and discharged by moving lithium ions between a negative electrode and a positive electrode are actively researched as high energy density batteries.
- This non-aqueous electrolyte battery is expected to be used not only as a power source for small electronic devices but also as a medium- and large-sized power source for in-vehicle and stationary applications. In such medium and large-sized applications, excellent life characteristics and high safety are required.
- olivine type compounds such as olivine type lithium iron phosphate and olivine type lithium manganese phosphate are candidates.
- the negative electrode active material for example, spinel type lithium titanate is a candidate.
- An object of the present invention is to provide an assembled battery that can exhibit excellent life characteristics, and a battery pack including the assembled battery.
- an assembled battery includes a first battery unit and a second battery unit electrically connected in series to the first battery unit.
- the first battery unit includes n (n is an integer of 1 or more) first nonaqueous electrolyte batteries.
- Each of the first nonaqueous electrolyte batteries includes a negative electrode containing spinel type lithium titanate, a positive electrode containing at least one olivine type lithium phosphate, and a first nonaqueous electrolyte.
- the olivine-type lithium phosphate is represented by the formula LiM A PO 4 .
- M A is at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Mg, and Ti.
- the second battery unit includes m (m is an integer of 1 or more) second nonaqueous electrolyte batteries.
- Each of the second non-aqueous electrolyte batteries includes a negative electrode containing spinel type lithium titanate, a positive electrode containing at least one lithium-containing composite oxide, and a second non-aqueous electrolyte.
- the lithium-containing composite oxide is represented by the formula LiM B O 2 .
- M B is at least one metal element Mn, is selected from the group consisting of Co and Ni.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit and the discharge capacity Cb of the second battery unit satisfy 1.5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50.
- the discharge capacity Ca is the discharge capacity obtained when the first battery unit of the assembled battery whose state of charge is 100% is discharged to a voltage of 1.5 ⁇ n [V] at a constant current value of 0.2C.
- a capacity [Ah] obtained by subtracting the capacity Cm [Ah] of the assembled battery from C1 [Ah].
- the discharge capacity Cb is a discharge capacity C2 [
- the capacity [Ah] is obtained by subtracting the capacity Cm [Ah] of the assembled battery from Ah].
- a battery pack including the assembled battery according to the first embodiment is provided.
- the block diagram which shows the electric circuit of the assembled battery of FIG. The schematic sectional drawing of the 1st nonaqueous electrolyte battery which the assembled battery of FIG. 1 comprises.
- the expanded sectional view of the A section of FIG. FIG. 6 is a schematic partially cutaway perspective view of another example nonaqueous electrolyte battery included in the battery pack according to the first embodiment.
- the expanded sectional view of the B section of FIG. The schematic exploded perspective view of the battery pack of an example which concerns on 2nd Embodiment.
- the block diagram which shows the electric circuit of the battery pack of FIG. The discharge curves of the assembled battery of Example 1 and the assembled battery of Comparative Example 5 respectively.
- an assembled battery includes a first battery unit and a second battery unit electrically connected in series to the first battery unit.
- the first battery unit includes n (n is an integer of 1 or more) first nonaqueous electrolyte batteries.
- Each of the first nonaqueous electrolyte batteries includes a negative electrode containing spinel type lithium titanate, a positive electrode containing at least one olivine type lithium phosphate, and a first nonaqueous electrolyte.
- the olivine-type lithium phosphate is represented by the formula LiM A PO 4 .
- M A is at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Mg, and Ti.
- the second battery unit includes m (m is an integer of 1 or more) second nonaqueous electrolyte batteries.
- Each of the second non-aqueous electrolyte batteries includes a negative electrode containing spinel type lithium titanate, a positive electrode containing at least one lithium-containing composite oxide, and a second non-aqueous electrolyte.
- the lithium-containing composite oxide is represented by the formula LiM B O 2 .
- M B is at least one metal element Mn, is selected from the group consisting of Co and Ni.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit and the discharge capacity Cb of the second battery unit satisfy 1.5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50.
- the discharge capacity Ca is the discharge capacity obtained when the first battery unit of the assembled battery whose state of charge is 100% is discharged to a voltage of 1.5 ⁇ n [V] at a constant current value of 0.2C.
- a capacity [Ah] obtained by subtracting the capacity Cm [Ah] of the assembled battery from C1 [Ah].
- the discharge capacity Cb is the discharge capacity C2 [obtained when discharging the second battery unit of the assembled battery whose charge state is 100% to a voltage of 1.5 ⁇ mV at a constant current value of 0.2C.
- the capacity [Ah] is obtained by subtracting the capacity Cm [Ah] of the assembled battery from Ah].
- olivine types such as olivine type lithium iron phosphate and olivine type lithium manganese phosphate as positive electrode active materials
- the charge / discharge curve of the olivine-type compound includes a flat region in which the change in potential accompanying the change in the charge state is small in the range of the charge state of approximately 5% to 95%.
- the charge / discharge curve of spinel type lithium titanate also includes a flat region in which the change in potential due to the change in the charge state is small in the charge state range of approximately 3% to 97%.
- the state of charge within a range of about 5% to 95% is used as the battery voltage as an index. It is difficult to estimate. Therefore, in such a battery, it is difficult to stop discharge so that the battery is not overdischarged during, for example, a charge / discharge cycle, particularly a charge / discharge cycle with a large current. If the discharge cannot be stopped in the state of charge in which the discharge should be stopped, the deterioration of the battery can be promoted.
- the charge / discharge curve of the lithium-containing composite oxide containing Li and at least one metal element selected from the group consisting of Co, Mn, and Ni is approximately in the range of 0% to 100% charged state.
- a region where a change in potential accompanying a change in the state of charge is large can be included. Therefore, in a non-aqueous electrolyte battery using the above lithium-containing composite oxide as a positive electrode active material, it is easy to estimate a charged state within a range of approximately 0% to 100% using the battery voltage as an index.
- the lithium-containing composite oxide has a problem that it easily deteriorates.
- the lithium-containing composite oxide tends to deteriorate significantly when it is overcharged.
- the assembled battery according to the first embodiment includes a first nonaqueous electrolyte battery including a negative electrode including spinel type lithium titanate and a positive electrode including olivine type lithium phosphate LiM A PO 4 .
- the state of charge within a range of approximately 0% to 100% can be estimated.
- the assembled battery according to the first embodiment is a composite oxide having a layered structure including, for example, Li and at least one metal element selected from the group consisting of Co, Mn, and Ni.
- a second non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode including the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 can be prevented from being overcharged. Deterioration of at least one lithium-containing composite oxide LiM B O 2 can be suppressed. As a result, the assembled battery according to the first embodiment can exhibit excellent life characteristics. These reasons will be described in detail below.
- spinel-type lithium titanate that is similarly included in the negative electrodes included in each of the first nonaqueous electrolyte battery and the second nonaqueous electrolyte battery, that is, lithium titanate having a spinel crystal structure is, for example, a composition formula Li 4 + x Ti 5 O 12 (x varies within the range of 0 ⁇ x ⁇ 3 depending on the state of charge).
- Such spinel-type lithium titanate has a Li occlusion and release potential of about 1.5 V with respect to metal lithium, and can occlude and release Li at a higher potential than carbon-based materials. Therefore, spinel type lithium titanate can prevent the deposition of metallic lithium such as lithium dendrite even if it is subjected to rapid charge / discharge.
- spinel type lithium titanate is so small that the volume change upon occlusion of lithium can be ignored. Thanks to these, the first non-aqueous electrolyte battery and the second non-aqueous electrolyte battery containing spinel type lithium titanate can exhibit excellent life characteristics and safety.
- At least one olivine-type lithium phosphate LiM A PO 4 included in the positive electrode included in the first nonaqueous electrolyte battery has a structure in which the PO 4 tetrahedron included in the crystal structure is stable, Even when the occlusion and release are repeated, the crystal structure can be kept stable. Further, P has a strong covalent bond with O in the crystal structure, and does not easily release oxygen even in an overcharged state. Therefore, olivine type lithium phosphate LiM A PO 4 can be said to be a safe positive electrode active material. Thanks to this, the first nonaqueous electrolyte battery containing at least one olivine-type lithium phosphate LiM A PO 4 can exhibit excellent life characteristics and safety.
- the assembled battery according to the first embodiment has a capacity ratio Ca / Cb of 1 for the first battery unit including the first nonaqueous electrolyte battery and the second battery unit including the second nonaqueous electrolyte battery. .5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50 by including in the discharge curve of the entire assembled battery, the entire assembled battery accompanying a change in the charged state in a charged state of approximately 0% to 100%.
- the change in the battery voltage [V] can be sufficiently increased as compared with the assembled battery not including the second nonaqueous electrolyte battery.
- the capacity ratio Ca / Cb is 1 for the first battery unit including the first nonaqueous electrolyte battery and the second battery unit including the second nonaqueous electrolyte battery. .5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50 by including the battery in the entire assembled battery in accordance with the change in the charging state in the charging state of approximately 0% to 100% in the charging curve of the entire assembled battery The change in the voltage [V] can be increased compared to the assembled battery that does not include the second nonaqueous electrolyte battery.
- the assembled battery according to the first embodiment changes the state of charge with the voltage [V] of the entire assembled battery as an index in both the charged state close to the end of discharge and the charged state close to the end of charge. Can be grasped. Therefore, the assembled battery according to the first embodiment reaches a charged state where the deterioration of the first nonaqueous electrolyte battery can be promoted, and reaches a charged state where the deterioration of the second nonaqueous electrolyte battery can be promoted. Both of them can be prevented and by extension, excellent life characteristics can be exhibited.
- the potential of the olivine-type lithium phosphate LiM A PO 4 and the potential of the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 in charge / discharge cannot be individually adjusted. Therefore, in such a battery, overdischarge of the olivine type lithium phosphate LiM A PO 4 and overcharge of the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 cannot be prevented.
- both the negative electrode included in the first nonaqueous electrolyte battery and the negative electrode of the second nonaqueous electrolyte battery contain spinel type lithium titanate.
- the 1st nonaqueous electrolyte battery and the 2nd nonaqueous electrolyte battery can contain the same negative electrode active material.
- the negative electrode included in the first nonaqueous electrolyte battery contains spinel type lithium titanate, and the negative electrode of the second nonaqueous electrolyte battery differs greatly from the spinel type lithium titanate in terms of lithium occlusion and release potential.
- an assembled battery having a ratio Ca / Cb greater than 50 of the capacity of the first battery unit Ca to the capacity Cb of the second battery unit has a large cell capacity difference. It becomes difficult to match the resistance values of the battery units equally. If the resistance value has a large difference, the charge state is likely to be shifted between the first battery unit and the second battery unit when charging / discharging in the state of the assembled battery. Thereby, deterioration is accelerated
- the ratio Ca / Cb of the capacity Ca of the first battery unit to the capacity Cb of the second battery unit is preferably in the range of 5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 30.
- An assembled battery within this range can exhibit excellent life characteristics without significantly reducing the energy density.
- a more preferable range is 8 ⁇ Ca / Cb ⁇ 20.
- the discharge capacities Ca and Cb are measured by the following procedure.
- the state of charge of the assembled battery is set to 100%.
- an assembled battery in which the state of charge is 100% that is, SOC (state of charge: 100% of charge) is constant at 0.2C up to the rated voltage of the assembled battery in a temperature environment of 25 ° C.
- the battery pack is in a state where it is subjected to current charging and then subjected to constant voltage charging for 5 hours.
- the capacity Cm [Ah] of the assembled battery is measured.
- the capacity Cm [Ah] of the assembled battery is a discharge capacity when the assembled battery is discharged to a rated discharge end voltage at a constant current value of 0.2 C with respect to the rated capacity of the assembled battery in an environment of 25 ° C. is there.
- the charged state of the assembled battery is set to 100% by the same method as above.
- the assembled battery is disassembled and taken out separately into a first battery unit and a second battery unit.
- the taken out first battery unit is discharged to a voltage of 1.5 ⁇ n V in a temperature environment of 25 ° C. with a constant current value of 0.2 C with respect to the capacity Cm of the assembled battery.
- n is the number of first nonaqueous electrolyte batteries included in the first battery unit and connected to each other in series.
- n 1.
- the discharge capacity in this discharge is C1 [Ah].
- a capacity obtained by subtracting the capacity Cm [Ah] of the assembled battery from the discharge capacity C1 is defined as a capacity Ca [Ah] of the first battery unit.
- the taken-out second battery unit is discharged to a voltage of 1.5 ⁇ m V in a temperature environment of 25 ° C. with a constant current value of 0.2 C with respect to the capacity Cm of the assembled battery.
- m is the number of second nonaqueous electrolyte batteries included in the second battery unit and connected to each other in series.
- m 1.
- the discharge capacity in this discharge is C2 [Ah].
- a capacity obtained by subtracting the capacity Cm [Ah] of the assembled battery from the discharge capacity C2 is defined as a second battery unit Cb [Ah].
- the capacity Ca [Ah] of the first battery unit can be adjusted by the number of parallel first nonaqueous electrolyte batteries included in the first battery unit and the capacity of each battery.
- the capacity of the first nonaqueous electrolyte battery is, for example, the type and content of the positive electrode active material in the positive electrode layer, the type and content of the negative electrode active material in the negative electrode layer, and the positive electrode layer and the negative electrode layer included per battery.
- the weights of these can be adjusted in combination. For example, in the case of a wound electrode group, the weights of the positive electrode layer and the negative electrode layer included per battery are changed by adjusting the winding length of the electrode group included per battery. Can do.
- the weight of the positive electrode layer and the negative electrode layer included in each battery can be changed by adjusting the number of stacked layers included in each battery.
- the capacity Cb [Ah] of the second battery unit can also be adjusted by the number of parallel non-aqueous electrolyte batteries included in the second battery unit and the capacity of each battery.
- the capacity of the second nonaqueous electrolyte battery can be adjusted in the same manner as that of the first nonaqueous electrolyte battery.
- An assembled battery including the first battery unit and the second battery unit so that the capacity ratio Ca / Cb falls within the range of 1.5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50 is, for example, the first battery unit and the second battery unit.
- a battery unit When a battery unit is combined to form an assembled battery, it can be manufactured by adjusting the state of charge of each battery unit.
- the capacity ratio Ca / Cb is within the range of 1.5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50 between the first battery unit and the second battery unit by the procedure described in the embodiment described below. Can be produced.
- the open circuit voltage (OCV: Open Circuit Voltage) of the second battery unit is 2.5 V or less in a state where the charged state is 100%.
- OCV Open Circuit Voltage
- Such an assembled battery can further suppress the deterioration of the second nonaqueous electrolyte battery included in the second battery unit.
- the second nonaqueous electrolyte battery having an open circuit voltage (OCV) of 2.5 V or less can suppress the oxidative decomposition of the electrolytic solution in the positive electrode, and thus can suppress deterioration.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit is more preferably 2.3 V or more, and is preferably 2.32 V or more and 2.45 V or less. Further preferred.
- An assembled battery in which the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit is 2.5 V or less when the state of charge of the assembled battery is 100% is produced, for example, according to the procedure described in the examples described below. be able to.
- the assembled battery according to the first embodiment includes a first battery unit and a second battery unit that is electrically connected directly to the first battery unit.
- the first battery unit includes n (n is an integer of 1 or more) first nonaqueous electrolyte batteries. That is, the first battery unit can include one first nonaqueous electrolyte battery or a plurality of first nonaqueous electrolyte batteries. The plurality of first nonaqueous electrolyte batteries can be electrically connected to each other in series, for example.
- the first nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a first nonaqueous electrolyte.
- the positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode layer (positive electrode active material layer) formed on the positive electrode current collector.
- the positive electrode layer may be formed on one side of the positive electrode current collector, or may be formed on both sides.
- the positive electrode current collector can also include a portion where the positive electrode layer is not formed on the surface. This part can serve as a positive electrode tab, for example. Alternatively, the positive electrode current collector may be connected to a separate positive electrode tab.
- the negative electrode can include a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the negative electrode current collector.
- the negative electrode layer may be formed on one side of the negative electrode current collector, or may be formed on both sides.
- the negative electrode current collector can also include a portion where the negative electrode layer is not formed on the surface. This part can serve as a negative electrode tab, for example. Alternatively, the negative electrode current collector may be connected to a separate negative electrode tab.
- the positive electrode and the negative electrode can constitute an electrode group.
- the positive electrode and the negative electrode can be laminated with a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer.
- the electrode group can have a stacked structure formed by stacking a plurality of positive electrodes and negative electrodes in this manner.
- the electrode group may have a wound structure obtained by stacking the negative electrode and the positive electrode with a separator disposed between the negative electrode layer and the positive electrode layer, and winding the laminate thus obtained.
- the electrode group can also have other structures.
- the first nonaqueous electrolyte can be held in an impregnated state in the electrode group.
- the first non-aqueous electrolyte battery can further include an electrode group and an exterior member containing the non-aqueous electrolyte.
- the exterior member can include a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode and a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode.
- the exterior member itself can function as either a positive electrode terminal or a negative electrode terminal.
- the second battery unit includes m (m is an integer of 1 or more) second nonaqueous electrolyte batteries. That is, the second battery unit can include one second nonaqueous electrolyte battery, or can include a plurality of second nonaqueous electrolyte batteries. The plurality of second nonaqueous electrolyte batteries can be electrically connected to each other in series, for example.
- the second nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a second nonaqueous electrolyte.
- the positive electrode and the negative electrode can have the same structure as that of the first nonaqueous electrolyte battery.
- the positive electrode and the negative electrode can constitute an electrode group.
- the positive electrode and the negative electrode can be laminated with a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer.
- the electrode group can have, for example, a stacked structure or a wound structure. Alternatively, the electrode group can have other structures.
- the second nonaqueous electrolyte can be held in an impregnated state in the electrode group.
- the second non-aqueous electrolyte battery can further include an electrode group and an exterior member containing the non-aqueous electrolyte.
- the exterior member can include a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode and a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode.
- the exterior member itself can function as either a positive electrode terminal or a negative electrode terminal.
- the positive electrode, the negative electrode, and the first nonaqueous electrolyte included in the first nonaqueous electrolyte battery will be described.
- Positive electrode 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, Mn, Fe, Cu, and Si.
- the positive electrode layer includes at least one olivine type lithium phosphate, that is, at least one lithium phosphate having a crystal structure of an olivine structure.
- the olivine type lithium phosphate is represented by a general formula LiM A PO 4 .
- M A is at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Mg, and Ti.
- M A is preferably at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Mn, and Mg.
- the metal element M A preferably contains Fe.
- a preferred specific example is lithium iron phosphate (for example, LiFePO 4 ) having an olivine type crystal structure.
- Lithium iron phosphate having an olivine type crystal structure has high life characteristics in a high temperature cycle among olivine type lithium phosphates.
- Another preferred example includes an olivine type lithium phosphate represented by the formula LiMn 1-st Fe s Mg t PO 4 (0 ⁇ s, t ⁇ 0.2).
- This olivine-type lithium phosphate has an operating potential of about 4.1 V vs. Li / Li + , which is about 0.7 V vs. Li / Li + higher than that of lithium iron phosphate.
- the olivine type lithium phosphate can act as a positive electrode active material in the positive electrode.
- the positive electrode layer can contain a conductive agent and a binder as necessary.
- the conductive agent that can be included in the positive electrode layer can improve the current collecting performance and suppress the contact resistance between the active material and the current collector.
- Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black, graphite, carbon nanofiber, and carbon nanotube. These carbonaceous materials may be used alone or a plurality of carbonaceous materials may be used.
- the binder that can be included in the positive electrode layer can bind the active material, the conductive agent, and the current collector.
- the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, acrylic resin, and cellulose such as carboxymethylcellulose.
- the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder in the positive electrode layer are blended at a ratio of 80% by mass to 95% by mass, 3% by mass to 18% by mass, and 2% by mass to 17% by mass, respectively. It is preferable.
- a conductive agent can fully exhibit the effect mentioned above by making it the quantity of 3 mass% or more. By making the amount of the conductive agent 18% by mass or less, the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the conductive agent under high temperature storage can be reduced. Sufficient electrode strength can be obtained by setting the binder to an amount of 2% by mass or more. By setting the binder to an amount of 17% by mass or less, the amount of the binder, which is an insulating material in the positive electrode, can be reduced, and the internal resistance can be reduced.
- the positive electrode can be produced, for example, by the following method. First, a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the current collector. At this time, a portion where the slurry is not applied may be left. Thereafter, the coating film is dried to form a positive electrode layer. Next, the positive electrode layer is pressed. Thus, a positive electrode can be obtained. Alternatively, the positive electrode can be produced by forming the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder into a pellet shape and disposing them on the positive electrode current collector.
- Negative electrode The negative electrode current collector is an aluminum foil that is electrochemically stable in a potential range nobler than 1.0 V (vs. Li / Li + ), or Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, It is preferably formed from an aluminum alloy foil containing elements such as Cu and Si.
- the negative electrode layer can include spinel type lithium titanate.
- the spinel type lithium titanate can be represented by a composition formula Li 4 + z Ti 5 O 12 .
- the subscript z changes within the range of 0 ⁇ z ⁇ 3 depending on the state of charge.
- a part of Ti may be substituted with another element. Examples of the substitution element include Al and Nb.
- Spinel type lithium titanate can work as a negative electrode active material in the negative electrode.
- the negative electrode layer can contain a conductive agent and a binder as necessary.
- a conductive agent and a binder as necessary.
- those similar to those that can be included in the positive electrode layer can be used.
- the compounding ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is such that the negative electrode active material is 70% by mass to 96% by mass, the conductive agent is 2% by mass to 28% by mass, and the binder is 2% by mass to 28% by mass. % Or less is preferable.
- the blending ratio of the conductive agent and the binder is 2% by mass or more, the current collecting performance of the negative electrode layer and the binding property between the negative electrode layer and the negative electrode current collector are excellent, and as a result, large current characteristics and cycle A nonaqueous electrolyte battery excellent in both characteristics can be realized.
- the conductive agent and the binder are each preferably 28% by mass or less.
- the negative electrode can be produced, for example, by the following method. First, a negative electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the negative electrode current collector. At this time, a portion where the slurry is not applied may be left. Thereafter, the coating film is dried to obtain a negative electrode layer. Then press. Thus, a negative electrode can be obtained. Alternatively, the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder can be formed into pellets, and these can be placed on the negative electrode current collector to produce a negative electrode.
- a liquid nonaqueous electrolyte or a gel nonaqueous electrolyte can be used as the first nonaqueous electrolyte.
- the liquid nonaqueous electrolyte is prepared, for example, by dissolving the electrolyte in an organic solvent.
- the concentration of the electrolyte is preferably in the range of 0.5 to 2.5 mol / L.
- the gel-like nonaqueous electrolyte is prepared, for example, by combining a liquid electrolyte and a polymer material.
- Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), trifluoromethanesulfone.
- Lithium salts such as lithium acid (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ] are included. These electrolytes can be used alone or in combination of two or more.
- the electrolyte preferably contains LiPF 6 .
- organic solvents examples include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), cyclic carbonates such as vinylene carbonate; Carbonates; cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX); chain ethers such as dimethoxyethane (DME) and diethoxyethane (DEE); ⁇ -butyrolactone (GBL), ⁇ -methyl ⁇ -butyrolactone (MBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (SL) are included.
- PC propylene carbonate
- EC ethylene carbonate
- cyclic carbonates such as vinylene carbonate
- Carbonates examples include cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX); chain ethers such as dimethoxyethane (DME
- Examples of more preferable organic solvents include two or more selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC). And a mixed solvent containing ⁇ -butyrolactone (GBL). By using such a mixed solvent, a nonaqueous electrolyte battery having excellent low temperature characteristics can be obtained.
- PC propylene carbonate
- EC ethylene carbonate
- DEC diethyl carbonate
- DMC dimethyl carbonate
- MEC methyl ethyl carbonate
- GBL ⁇ -butyrolactone
- polymer material examples include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO).
- PVdF polyvinylidene fluoride
- PAN polyacrylonitrile
- PEO polyethylene oxide
- the positive electrode, the negative electrode, and the second nonaqueous electrolyte included in the second nonaqueous electrolyte battery will be described.
- (A) Positive electrode As the positive electrode current collector the same one as that of the first nonaqueous electrolyte battery can be used.
- the positive electrode layer includes at least one lithium-containing composite oxide.
- the lithium-containing composite oxide is represented by a general formula LiM B O 2 .
- M B is at least one metal element Mn, is selected from the group consisting of Co and Ni.
- the lithium-containing composite oxide can act as a positive electrode active material in the positive electrode.
- the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 has a layered structure.
- Lithium-containing composite oxide preferably contains a lithium-containing composite oxide represented by the general formula LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 (0 ⁇ x and y ⁇ 0.4). More preferably, the lithium-containing composite oxide preferably contains LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 lithium-containing composite oxide represented by (0 ⁇ x and y ⁇ 0.3).
- lithium-containing composite oxide lithium-containing nickel-manganese composite oxide (e.g., LiNi 1-a Mn a O 2 (0 ⁇ a ⁇ 1), lithium-cobalt composite oxide (e.g., LiCoO 2), and lithium manganese It may include at least one selected from the group consisting of complex oxides (for example, LiMn 2 O 4 ).
- the positive electrode layer can include a positive electrode active material other than the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 .
- the positive electrode active material other than the lithium-containing composite oxide include spinel type lithium manganese composite oxide.
- the lithium-containing composite oxide preferably accounts for 70% or more of the weight of the positive electrode active material included in the positive electrode layer.
- the positive electrode layer can contain a conductive agent and a binder as necessary.
- a conductive agent and a binder as necessary.
- the conductive agent and the binder that can be included in the positive electrode layer of the second nonaqueous electrolyte battery the same conductive agent and binder as can be included in the positive electrode of the first nonaqueous electrolyte battery are used. be able to.
- the positive electrode active material in the positive electrode layer (when the positive electrode active material other than the lithium-containing composite oxide is included, the total amount of the positive electrode active material), the conductive agent and the binder are 80% by mass or more and 95% by mass or less, respectively. It is preferable to blend in a proportion of not less than 18% by mass and not more than 18% by mass and not less than 2% by mass and not more than 17% by mass.
- the conductive agent can exhibit the above-described effects by adjusting the amount to 3% by mass or more. By making the amount of the conductive agent 18% by mass or less, the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the conductive agent under high temperature storage can be reduced.
- Sufficient electrode strength can be obtained by setting the binder to an amount of 2% by mass or more. By setting the binder to an amount of 17% by mass or less, the amount of the binder, which is an insulating material in the positive electrode, can be reduced, and the internal resistance can be reduced.
- the positive electrode of the second nonaqueous electrolyte battery can be produced, for example, by the same method as the positive electrode of the first nonaqueous electrolyte battery.
- (B) Negative electrode As the negative electrode current collector, the same one as that of the first nonaqueous electrolyte battery can be used.
- the negative electrode layer can include spinel type lithium titanate.
- the spinel type lithium titanate can be represented by a composition formula Li 4 + z Ti 5 O 12 .
- the value of the subscript z changes within the range of 0 ⁇ z ⁇ 3 depending on the state of charge.
- a part of Ti may be substituted with another element. Examples of the substitution element include Al and Nb.
- Spinel type lithium titanate can work as a negative electrode active material in the negative electrode.
- the negative electrode layer may further include a titanium-containing oxide excluding spinel type lithium titanate as a further negative electrode active material.
- negative electrode active materials include monoclinic ⁇ -type titanium-containing oxides, anatase-type titanium-containing oxides, ramsdelide-type lithium titanate, and monoclinic-type niobium titanium complex oxides (for example, TiNb 2 O 7 And Ti 2 Nb 2 O 9 ) and orthorhombic Na-containing niobium titanium composite oxides (for example, Li 2 Na 1.8 Ti 5.8 Nb 0.2 O 14 ).
- the negative electrode layer can contain a conductive agent and a binder as necessary.
- a conductive agent and a binder as necessary.
- the same materials as those that can be included in the negative electrode of the first nonaqueous electrolyte battery can be used.
- the negative electrode active material (when the negative electrode active material other than spinel type lithium titanate is included, the total amount of the negative electrode active material), the compounding ratio of the conductive agent and the binder is 70 mass% or more and 96 mass% or less of the negative electrode active material,
- the negative electrode conductive agent is preferably in the range of 2% by mass to 28% by mass, and the binder is preferably in the range of 2% by mass to 28% by mass. If the conductive agent is less than 2% by mass, the current collecting performance of the negative electrode layer may be reduced, and the large current characteristics of the nonaqueous electrolyte battery may be reduced.
- the binder is less than 2% by mass, the binding property between the negative electrode layer and the negative electrode current collector is lowered, and the cycle characteristics may be lowered.
- the conductive agent and the binder are each preferably 28% by mass or less.
- the negative electrode of the second nonaqueous electrolyte battery can be produced, for example, by the same method as the negative electrode of the first nonaqueous electrolyte battery.
- the second nonaqueous electrolyte the same one as the first nonaqueous electrolyte can be used.
- the second non-aqueous electrolyte may be the same as or different from the first non-aqueous electrolyte.
- the second nonaqueous electrolyte is preferably a nonaqueous electrolyte suitable for each nonaqueous electrolyte battery. At this time, it is preferable that the first nonaqueous electrolyte battery and the second nonaqueous electrolyte battery have approximately the same resistance.
- a porous film formed from a material such as polyethylene, polypropylene, cellulose, and polyvinylidene fluoride (PVdF), a synthetic resin nonwoven fabric, and the like can be used.
- PVdF polyvinylidene fluoride
- a porous film made of polyethylene or polypropylene is preferable from the viewpoint of improving safety because it can be melted at a constant temperature to interrupt the current.
- Exterior material for example, a laminated film bag-shaped container or a metal container is used.
- Examples of the shape include a flat type, a square type, a cylindrical type, a coin type, a button type, a sheet type, and a laminated type.
- a large battery mounted on a two-wheel to four-wheel automobile or the like may be used.
- the laminate film a multilayer film in which a metal layer is sandwiched between resin films is used.
- the metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction.
- the resin film is for reinforcing the metal layer, and as the material, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used.
- PP polypropylene
- PE polyethylene
- nylon nylon
- PET polyethylene terephthalate
- the laminate film can be formed into the shape of an exterior member by sealing by heat sealing.
- the laminate film preferably has a thickness of 0.2 mm or less.
- the metal container can be made of, for example, aluminum or an aluminum alloy.
- the aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc and silicon.
- the content of transition metals such as iron, copper, nickel and chromium is preferably 100 ppm or less. Thereby, it becomes possible to dramatically improve long-term reliability and heat dissipation in a high temperature environment.
- the metal container preferably has a thickness of 0.5 mm or less, and more preferably has a thickness of 0.2 mm or less.
- the positive electrode terminal is formed of a material that is electrically stable and has conductivity in a range where the potential with respect to the oxidation-reduction potential of lithium is 3.0 V or more and 4.5 V or less. It is preferably formed from aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si.
- the positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector in order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector.
- the negative electrode terminal is formed of a material that is electrically stable and has conductivity in a range where the potential with respect to the oxidation-reduction potential of lithium is 1.0 V or more and 3.0 V or less. It is preferably formed from aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. The negative electrode terminal is preferably formed from the same material as the negative electrode current collector in order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector.
- the crystal structure of the active material contained in each battery can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) measurement of the active material. Specifically, it can be confirmed by the following procedure.
- XRD X-ray diffraction
- the lithium ion is completely detached from the compound to be measured.
- the battery is completely discharged. Thereby, the crystalline state of the compound can be observed. However, residual lithium ions may exist even in a discharged state.
- the battery is disassembled in a glove box filled with argon, and the electrode is taken out.
- the removed electrode is washed with an appropriate solvent.
- the solvent for washing for example, ethyl methyl carbonate can be used.
- the cleaned electrode is cut into an area approximately the same as the area of the holder of the X-ray diffractometer to obtain a measurement sample. The sample thus obtained is directly attached to a glass holder and measured.
- the position of a peak derived from an electrode substrate such as a metal foil is measured in advance.
- the peaks of other components such as a conductive agent and a binder are also measured in advance.
- the electrode layer containing the compound can be peeled off by irradiating the electrode substrate with ultrasonic waves in a solvent.
- the electrode layer is sealed in a capillary and placed on a rotating sample table for measurement.
- the XRD pattern of the active material can be obtained while reducing the influence of orientation.
- the XRD pattern thus obtained is analyzed by the Rietveld method.
- a diffraction pattern is calculated from a crystal structure model estimated in advance.
- parameters latitude, atomic coordinates, occupancy, etc.
- composition of the active material contained in each battery can be confirmed using, for example, inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).
- ICP inductively coupled plasma emission spectroscopy
- the open circuit voltage OCV of the second non-aqueous electrolyte battery in the assembled battery whose charge state is 100% can be measured by the following procedure. First, the assembled battery to be measured is subjected to constant current charging at 0.2 C up to the rated voltage of the assembled battery in a temperature environment of 25 ° C. Next, this assembled battery is subjected to constant voltage charging for 5 hours. The assembled battery in this state is left in an open circuit state for 10 hours. Thereafter, the open circuit voltage of the second nonaqueous electrolyte battery is measured.
- FIG. 1 is a schematic perspective view of an example assembled battery according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a block diagram showing an electric circuit of the assembled battery of FIG.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a first nonaqueous electrolyte battery included in the assembled battery of FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG.
- the assembled battery 100 shown in FIG. 1 includes a first battery unit 110 and a second battery unit 120 electrically connected to the first battery unit 110 in series.
- the first battery unit 110 includes six first nonaqueous electrolyte batteries 10 as shown in FIGS. 1 and 2.
- the first nonaqueous electrolyte battery 10 includes a flat wound electrode group 1 and a bag-shaped exterior member 2 that accommodates the wound electrode group 1.
- the flat wound electrode group 1 includes a negative electrode 3, a separator 4, and a positive electrode 5 as shown in part in FIG. 4.
- the wound electrode group 1 includes a negative electrode 3, a separator 4, a positive electrode 5, and another separator 4, which are stacked in this order to form a laminate. It can be formed by winding and press molding.
- the negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode layer 3b formed on the negative electrode current collector 3a.
- a negative electrode layer 3b is formed only on a surface facing the winding center of the negative electrode current collector 3a in a portion of the negative electrode current collector 3a located in the outermost layer.
- negative electrode layers 3b are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 3a.
- the negative electrode layer 3b contains spinel type lithium titanate.
- the positive electrode 5 includes a positive electrode current collector 5a and a positive electrode layer 5b formed on both surfaces of the positive electrode current collector 5a.
- the positive electrode layer 5b has at least one type represented by the formula LiM A PO 4 (M A is at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Mg, and Ti). Contains olivine type lithium phosphate.
- the negative electrode terminal 6 is connected to the negative electrode current collector 3a of the negative electrode 3 of the outermost layer.
- the positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode current collector 5 a of the inner positive electrode 5.
- the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are band-shaped metal members. One end of each of the negative terminal 6 and the positive terminal 7 extends from the bag-shaped exterior member 2 to the outside.
- the nonaqueous electrolyte battery 10 shown in FIGS. 3 and 4 can be manufactured, for example, by the following procedure. First, the electrode group 1 is produced. Next, the electrode group 1 is sealed in the bag-shaped exterior member 2. At this time, one end of each of the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 protrudes outside the exterior member 2. Next, the outer periphery of the exterior member 2 is heat-sealed leaving a part. Next, for example, a liquid non-aqueous electrolyte is injected from the opening of the bag-shaped exterior member 2 from the portion that has not been heat-sealed. Finally, the wound electrode group 1 and the liquid nonaqueous electrolyte are sealed by heat-sealing the opening.
- the six first nonaqueous electrolyte batteries are electrically connected to each other in series via five bus bars 111 as shown in FIGS. 1 and 2.
- the negative electrode terminal 6 of one first nonaqueous electrolyte battery 10 is connected to the negative electrode terminal 116 of the assembled battery 100 as shown in FIG.
- the second battery unit 120 includes one second nonaqueous electrolyte battery 20 as shown in FIGS. 1 and 2.
- the second nonaqueous electrolyte battery 20 can have the same structure as the first nonaqueous electrolyte battery 10.
- the second nonaqueous electrolyte battery 20 includes a negative electrode containing spinel type lithium titanate and a formula LiM B O 2 (M B is at least one metal element selected from the group consisting of Mn, Co and Ni.
- the second nonaqueous electrolyte battery 20 is electrically connected in series to one first nonaqueous electrolyte battery 10 via a bus bar 112 as shown in FIGS. 1 and 2. That is, the first battery unit 110 and the second battery unit 120 are electrically connected in series with each other.
- the positive electrode terminal 7 of the second nonaqueous electrolyte battery 20 is connected to the positive electrode terminal 117 of the assembled battery 100 as shown in FIG.
- the discharge capacity Ca [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity Cb [Ah] of the second battery unit are related: 1.5 ⁇ C1 / C2 ⁇ 50 Meet.
- the first nonaqueous electrolyte battery and the second nonaqueous electrolyte battery included in the assembled battery according to the first embodiment are not limited to the nonaqueous electrolyte battery of the example shown in FIGS.
- the battery shown in FIG. 6 may be used.
- FIG. 5 is a schematic partial cutaway perspective view of another example of the nonaqueous electrolyte battery that the assembled battery according to the first embodiment can include.
- 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG.
- a nonaqueous electrolyte battery 10 shown in FIGS. 5 and 6 includes an electrode group 11 shown in FIGS. 5 and 6, an exterior member 12 shown in FIG. 5, and a nonaqueous electrolyte (not shown).
- the electrode group 11 and the nonaqueous electrolyte are accommodated in the exterior member 12.
- the nonaqueous electrolyte is held by the electrode group 11.
- the exterior member 12 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.
- the electrode group 11 is a stacked electrode group as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the stacked electrode group 11 has a structure in which positive electrodes 13 and negative electrodes 14 are alternately stacked with separators 15 interposed therebetween.
- the electrode group 11 includes a plurality of positive electrodes 13. Each of the plurality of positive electrodes 13 includes a positive electrode current collector 13a and a positive electrode layer 13b supported on both surfaces of the current collector 13a.
- the electrode group 11 includes a plurality of negative electrodes 14. Each of the plurality of negative electrodes 14 includes a negative electrode current collector 14a and a negative electrode layer 14b supported on both surfaces of the negative electrode current collector 14a.
- One side of the negative electrode current collector 14 a of each negative electrode 14 protrudes from the negative electrode 14.
- the protruding negative electrode current collector 14 a is electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 16.
- the tip of the strip-shaped negative electrode terminal 16 is drawn out from the exterior member 12 to the outside.
- the positive electrode current collector 13a of the positive electrode 13 has a side protruding from the positive electrode 13 on the side opposite to the protruding side of the negative electrode current collector 14a.
- the positive electrode current collector 13 a protruding from the positive electrode 13 is electrically connected to the belt-like positive electrode terminal 17.
- the tip of the strip-like positive electrode terminal 17 is located on the opposite side of the negative electrode terminal 16 and is drawn out from the side of the exterior member 12 to the outside.
- an assembled battery includes a first battery unit including a first nonaqueous electrolyte battery, and a second battery electrically connected in series to the first battery unit and including a second nonaqueous electrolyte battery. Unit. Both the first and second nonaqueous electrolyte batteries include a negative electrode containing spinel type lithium titanate.
- the first nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode including at least one olivine type lithium phosphate.
- the second nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode including at least one lithium-containing composite oxide.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit and the discharge capacity Cb of the second battery unit satisfy 1.5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50.
- the assembled battery according to the first embodiment reaches a charged state in which the deterioration of the first nonaqueous electrolyte battery can be promoted, and the charged state in which the deterioration of the second nonaqueous electrolyte battery can be promoted. You can prevent both reaching. As a result, the assembled battery according to the first embodiment can exhibit excellent life characteristics.
- a battery pack including the assembled battery according to the first embodiment is provided.
- the battery pack according to the second embodiment can include one or a plurality of assembled batteries according to the first embodiment.
- the plurality of assembled batteries can be electrically connected to each other in series or in parallel.
- FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of an example battery pack according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack of FIG.
- the battery pack 200 shown in FIGS. 7 and 8 includes the assembled battery 100.
- This assembled battery 100 is the assembled battery 100 described with reference to FIGS. Therefore, the overlapping description is omitted.
- first nonaqueous electrolyte batteries 10 and one second nonaqueous electrolyte battery 20 are arranged such that the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extending to the outside are aligned in the same direction. And are fastened with an adhesive tape 22.
- the first battery unit 110 including six first nonaqueous electrolyte batteries 10 and the second battery unit 120 including one second nonaqueous electrolyte battery 20 are illustrated in FIGS. 1 and 2. As described with reference to FIG. 8, and as shown in FIG. 8, they are electrically connected to each other in series.
- the printed wiring board 24 is disposed to face the side surface of the assembled battery 100 from which the negative electrode terminal 116 and the positive electrode terminal 117 extend. As shown in FIG. 6, the printed wiring board 24 is mounted with a thermistor 25, a protection circuit 26, and a terminal 27 for energizing external devices. Note that an insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 24 facing the assembled battery 100 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the assembled battery 100.
- the positive electrode side lead 28 is connected to the positive electrode terminal 117 located at the lowermost layer of the assembled battery 100, and the tip thereof is inserted into the positive electrode side connector 29 of the printed wiring board 24 and electrically connected thereto.
- the negative electrode side lead 30 is connected to a negative electrode terminal 116 located on the uppermost layer of the assembled battery 100, and the tip thereof is inserted into and electrically connected to the negative electrode side connector 31 of the printed wiring board 24.
- These connectors 29 and 31 are connected to the protection circuit 26 through wirings 32 and 33 formed on the printed wiring board 24.
- the thermistor 25 detects the temperature of the first nonaqueous electrolyte battery 10 and the second nonaqueous electrolyte battery 20, and the detection signal is transmitted to the protection circuit 26.
- the protection circuit 26 can cut off the plus side wiring 34a and the minus side wiring 34b between the protection circuit 26 and the energization terminal 27 to the external device under a predetermined condition.
- the predetermined condition is, for example, when the temperature detected by the thermistor 25 is equal to or higher than a predetermined temperature.
- Another example of the predetermined condition is when overcharge, overdischarge, overcurrent, or the like of the first nonaqueous electrolyte battery 10 and the second nonaqueous electrolyte battery 20 is detected.
- Detection of this overcharge or the like is performed for each of the first nonaqueous electrolyte battery 10 and the second nonaqueous electrolyte battery 20 or the entire assembled battery 100.
- the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected.
- a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each of the first nonaqueous electrolyte battery 10 and the second nonaqueous electrolyte battery 20.
- a wiring 35 for voltage detection is connected to each of the first nonaqueous electrolyte battery 10 and the second nonaqueous electrolyte battery 20, and a detection signal is transmitted through these wirings 35. Is transmitted to the protection circuit 26.
- Protective sheets 36 made of rubber or resin are disposed on the three side surfaces of the assembled battery 100 excluding the side surfaces from which the positive electrode terminal 117 and the negative electrode terminal 116 protrude.
- the assembled battery 100 is stored in the storage container 37 together with each protective sheet 36 and the printed wiring board 24. That is, the protective sheet 36 is disposed on each of the inner side surface in the long side direction and the inner side surface in the short side direction of the storage container 37, and the printed wiring board 24 is disposed on the inner side surface on the opposite side in the short side direction.
- the assembled battery 100 is located in a space surrounded by the protective sheet 36 and the printed wiring board 24.
- the lid 38 is attached to the upper surface of the storage container 37.
- a heat shrink tape may be used instead of the adhesive tape 22 for fixing the assembled battery 100.
- protective sheets are arranged on both side surfaces of the assembled battery, the heat shrinkable tube is circulated, and then the heat shrinkable tube is thermally contracted to bind the assembled battery.
- the mode of the battery pack is appropriately changed depending on the application.
- the battery pack described above is suitably used for applications that require excellent cycle characteristics when a large current is taken out. Specifically, it is used as a vehicle-mounted battery for two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicles, two-wheel to four-wheel electric vehicles, and assist bicycles. In particular, it is suitably used as a vehicle-mounted battery.
- the battery pack according to the second embodiment includes the assembled battery according to the first embodiment, it can exhibit excellent life characteristics.
- Example 1 In Example 1, the assembled battery of Example 1 was produced according to the following procedure.
- Olivine type lithium phosphate, acetylene black and PVdF were mixed at a weight ratio of 90: 5: 5 and charged into N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent. Thus, a positive electrode slurry was obtained.
- NMP N-methylpyrrolidone
- This positive electrode slurry was applied to an Al plate having a thickness of 20 ⁇ m and dried. By pressing the dried coating film, a positive electrode including a positive electrode layer having a density (not including a current collector) of 2.0 g / cm 3 was obtained.
- a spinel type lithium titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a negative electrode active material was prepared. Further, acetylene black was prepared as a conductive agent. Moreover, PVdF was prepared as a binder.
- This negative electrode slurry was applied to an Al plate having a thickness of 20 ⁇ m and dried. By pressing the dried coating film, a negative electrode including a negative electrode layer having a density (not including a current collector) of 2.0 g / cm 3 was obtained.
- Non-aqueous electrolyte Dissolve lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.0 mol / L in a mixed solvent in which propylene carbonate (PC) and methyl ethyl carbonate (EMC) as a non-aqueous solvent are mixed at a volume ratio of 1: 2. To prepare a non-aqueous electrolyte.
- LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
- PC propylene carbonate
- EMC methyl ethyl carbonate
- a separator As a separator, a polyethylene separator having a thickness of 20 ⁇ m was prepared. The negative electrode prepared earlier, the separator, the positive electrode prepared earlier, and another separator were laminated in this order to obtain a laminate. The laminate thus obtained was wound with the negative electrode on the outside until the battery capacity was 3.4 Ah, and pressed into a flat shape. Thus, an electrode group was obtained. A positive electrode terminal was connected to the positive electrode of this electrode group, and a negative electrode terminal was connected to the negative electrode.
- This electrode group was housed in a metal can container. Further, the previously prepared non-aqueous electrolyte was poured into a container and sealed. Thus, a first nonaqueous electrolyte battery having a capacity of 3.4 Ah was obtained.
- the same procedure was repeated to produce a total of six first nonaqueous electrolyte batteries.
- the six first nonaqueous electrolyte batteries were electrically connected to each other in series.
- the first battery unit was assembled.
- Lithium cobalt nickel manganese composite oxide, acetylene black and PVdF were mixed at a weight ratio of 90: 5: 5 and charged into NMP as a solvent. Thus, a positive electrode slurry was obtained.
- This positive electrode slurry was applied to an Al plate having a thickness of 20 ⁇ m and dried. By pressing the dried coating film, a positive electrode including a positive electrode layer having a density (excluding a current collector) of 3.2 g / cm 3 was obtained.
- a spinel type lithium titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a negative electrode active material was prepared. Further, acetylene black was prepared as a conductive agent. Moreover, PVdF was prepared as a binder.
- This negative electrode slurry was applied to an Al plate having a thickness of 20 ⁇ m and dried. By pressing the dried coating film, a negative electrode including a negative electrode layer having a density (not including a current collector) of 2.0 g / cm 3 was obtained.
- Lithium hexafluorophosphate LiPF 6
- PC propylene carbonate
- DEC diethyl carbonate
- a separator As a separator, a polyethylene separator having a thickness of 20 ⁇ m was prepared. The negative electrode prepared earlier, the separator, the positive electrode prepared earlier, and another separator were laminated in this order to obtain a laminate. The laminate thus obtained was wound until the battery capacity was 3.05 Ah with the negative electrode on the outside, and pressed into a flat shape. Thus, an electrode group was obtained. A positive electrode terminal was connected to the positive electrode of this electrode group, and a negative electrode terminal was connected to the negative electrode.
- This electrode group was housed in a metal can container. Further, the previously prepared non-aqueous electrolyte was poured into a container and sealed. Thus, a second nonaqueous electrolyte battery having a capacity of 3.05 Ah was obtained. The second nonaqueous electrolyte battery thus obtained was used as the second battery unit.
- the first battery unit was charged with 0.4 Ah.
- the second battery unit was charged by 0.05 Ah.
- Example 1 The first battery unit and the second battery unit in these states were connected electrically in series with each other. Thus, an assembled battery of Example 1 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 1 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 1 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 1 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 1 in which the charge state was 100% was 2.45V.
- Example 2 In Example 2, the assembled battery of Example 2 was produced in the same procedure as Example 1 except for the following points.
- Example 2 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were reduced from those of Example 1 when the first nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the first nonaqueous electrolyte battery produced in Example 2 was set to 3.1 Ah, which is 0.3 Ah smaller than that of Example 1.
- Example 2 the first battery unit thus fabricated was charged by 0.1 Ah.
- the 2nd battery unit produced like Example 1 was charged 0.05Ah.
- the first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series.
- an assembled battery of Example 2 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 2 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.08 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.08 Ah
- the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 2 was 1.6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 2 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 2 in which the state of charge was 100% was 2.45V.
- Example 3 the assembled battery of Example 3 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 3 when manufacturing the first nonaqueous electrolyte battery, the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were increased from those of Example 1.
- the capacity of the first nonaqueous electrolyte battery produced in Example 3 was set to 4 Ah, which is 0.6 Ah larger than that of Example 1.
- Example 3 an assembled battery of Example 3 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 3 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 4 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 1 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. It was. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 3 was 20.
- the state of charge of the assembled battery of Example 3 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 3 in which the charge state was 100% was 2.45V.
- Example 4 In Example 4, the assembled battery of Example 4 was produced in the same procedure as in Example 3 except for the following points.
- the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were adjusted to produce a second non-aqueous electrolyte battery having a capacity of 3.02 Ah.
- Example 4 the first battery unit produced in the same manner as in Example 3 was charged by 1 Ah.
- the second battery unit produced as described above was charged by 0.02 Ah.
- the first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 4 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 4 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 4 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.02 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 1 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.02 Ah. It was. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 4 was 50.
- the state of charge of the assembled battery of Example 4 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 4 in which the charged state was 100% was 2.45V.
- Example 5 the assembled battery of Example 5 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 5 lithium cobalt nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) is used as the positive electrode active material instead of lithium cobalt nickel manganese composite oxide (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ).
- a 3.05 Ah second non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except for that. This second non-aqueous electrolyte battery was used as the second battery unit.
- Example 5 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 5 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 5 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 5 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 5 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 5 in which the charge state was 100% was 2.45V.
- Example 6 the assembled battery of Example 6 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 6 lithium cobalt nickel manganese composite oxide (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) was used as the positive electrode active material instead of lithium cobalt nickel manganese composite oxide (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ).
- a 3.05 Ah second non-aqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except for that. This second non-aqueous electrolyte battery was used as the second battery unit.
- Example 6 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 6 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 6 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 6 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 6 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 6 in which the charge state was 100% was 2.45V.
- Example 7 the assembled battery of Example 7 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 7 is the same as Example 1 except that lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) was used instead of lithium cobalt nickel manganese composite oxide (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ) as the positive electrode active material. Similarly, a 3.05 Ah second nonaqueous electrolyte battery was produced. This second non-aqueous electrolyte battery was used as the second battery unit.
- lithium cobalt composite oxide LiCoO 2
- LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 lithium cobalt nickel manganese composite oxide
- Example 7 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 7 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 7 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 7 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 7 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 7 in which the charged state was 100% was 2.45V.
- Example 8 the assembled battery of Example 8 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 8 as a cathode active material, instead of lithium cobalt-nickel-manganese composite oxide (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2) , lithium cobalt nickel manganese composite oxide (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2) and lithium A 3.05 Ah second nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a mixture obtained by mixing cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) at a weight ratio of 70:30 was used. This second non-aqueous electrolyte battery was used as the second battery unit.
- LiCoO 2 cobalt composite oxide
- Example 8 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 8 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 8 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 8 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 8 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Example 8 in which the charge state was 100% was 2.45V.
- Example 9 In Example 9, the assembled battery of Example 9 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 9 an olivine type lithium phosphate represented by the chemical formula LiMn 0.85 Fe 0.1 Mg 0.05 PO 4 was used as the positive electrode active material instead of the olivine type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). Produced a 3.4 Ah first non-aqueous electrolyte battery in the same manner as in Example 1.
- first nonaqueous electrolyte batteries The same procedure was repeated to produce a total of five first nonaqueous electrolyte batteries. Next, five first nonaqueous electrolyte batteries were electrically connected to each other in series. Thus, the first battery unit was assembled.
- Example 9 an assembled battery of Example 9 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 9 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 9 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 9 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Example 9 in which the charged state was 100% was 2.45V.
- Example 10 the assembled battery of Example 10 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 10 instead of the spinel type lithium titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), the spinel type lithium titanium composite oxide and the monoclinic ⁇ -type titanium composite oxide (TiO 2 ) were used as the negative electrode active material.
- a second nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a mixture of (B)) was mixed at a weight ratio of 50:50 was used. The thus produced second nonaqueous electrolyte battery had a capacity of 3.05 Ah.
- Example 10 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 10 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 10 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 10 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 10 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 10 in which the charged state was 100% was 2.5V.
- Example 11 In Example 11, the assembled battery of Example 11 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 11 as the negative electrode active material, instead of the spinel type lithium titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), the spinel type lithium titanium composite oxide and the monoclinic ⁇ -type titanium composite oxide TiO 2 (A second nonaqueous electrolyte battery of 3.05 Ah was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixture obtained by mixing B) with a weight ratio of 80:20 was used.
- Example 11 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 11 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 11 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 11 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 11 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Example 11 in which the charged state was 100% was 2.5V.
- Example 12 In Example 12, the assembled battery of Example 12 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 12 instead of the spinel type lithium titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), the spinel type lithium titanium composite oxide and the niobium titanium composite oxide (TiNb 2 O 7 ) were used as the negative electrode active material.
- a 3.05 Ah second nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the mixture mixed at a ratio of 50:50 was used.
- Example 12 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 12 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 12 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 12 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 12 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Example 12 in which the charged state was 100% was 2.6V.
- Example 13 In Example 13, the assembled battery of Example 13 was produced in the same procedure as in Example 10 except for the following points.
- the product powder was analyzed using a combination of XRD and ICP as described above. As a result, it was found that the powder of the obtained product was an orthorhombic Na-containing niobium titanium composite oxide represented by Li 2 Na 1.8 Ti 5.8 Nb 0.2 O 14 .
- orthorhombic Na-containing niobium titanium composite oxide and spinel-type lithium titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) were mixed at a weight ratio of 50:50 to obtain a mixture.
- this mixture was used as the negative electrode active material in place of the spinel type lithium titanium composite oxide, and the amount of coating was increased by 15%.
- a nonaqueous electrolyte battery was produced.
- Example 13 The first battery unit produced in the same manner as in Example 1 was charged with 0.4 Ah. On the other hand, the 2nd battery unit produced as mentioned above was charged 0.05Ah. The first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series. Thus, an assembled battery of Example 13 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 13 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 0.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 13 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 13 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Example 13 in which the charged state was 100% was 3.0V.
- Example 14 In Example 14, the assembled battery of Example 14 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Example 14 the amount of the positive electrode with respect to the negative electrode of the second nonaqueous electrolyte battery is set so that the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery having a charged state of 100% is 2.55V.
- a 3.05 Ah second non-aqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the utilization rate of the positive electrode was increased by adjustment.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Example 14 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.3 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.3 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Example 14 was 6.
- the state of charge of the assembled battery of Example 14 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage OCV of the second battery unit included in the assembled battery of Example 14 in which the charge state was 100% was 2.55V.
- Comparative Example 1 In Comparative Example 1, an assembled battery of Comparative Example 1 was produced in the same procedure as Example 1 except for the following points.
- Comparative Example 1 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were reduced from those of Example 1 when the first nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the first nonaqueous electrolyte battery produced in Comparative Example 1 was set to 3.02 Ah, which is smaller than that of Example 1 by 0.38 Ah.
- Comparative Example 1 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were increased from those of Example 1 when the second nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the second non-aqueous electrolyte battery produced in Comparative Example 1 was set to 3.1 Ah, which is 0.05 Ah larger than that of Example 1.
- the first battery unit was charged 0.02 Ah before connecting the first battery unit and the second battery unit.
- the second battery unit was charged with 0.1 Ah.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Comparative Example 1 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.01 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.1 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.01 Ah
- the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.1 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Comparative Example 1 was 0.1.
- the state of charge of the assembled battery of Comparative Example 1 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the 2nd battery unit contained in the assembled battery of the comparative example 1 whose charge condition is 100% was 2.45V.
- Comparative Example 2 In Comparative Example 2, an assembled battery of Comparative Example 2 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Comparative Example 2 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were reduced from those of Example 1 when the first nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the first nonaqueous electrolyte battery produced in Comparative Example 2 was set to 3.08 Ah, which is 0.32 Ah smaller than that of Example 1.
- Comparative Example 2 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were reduced from those of Example 1 when the second nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the second nonaqueous electrolyte battery produced in Comparative Example 2 was set to 3.02 Ah, which is 0.03 Ah smaller than that of Example 1.
- the first battery unit was charged by 0.08 Ah before connecting the first battery unit and the second battery unit.
- the second battery unit was charged by 0.05 Ah.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Comparative Example 2 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.06 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.06 Ah
- the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Comparative Example 2 was 1.2.
- the state of charge of the assembled battery of Comparative Example 2 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Comparative Example 2 in which the charged state was 100% was 2.45V.
- Comparative Example 3 an assembled battery of Comparative Example 3 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- Comparative Example 3 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were increased from those of Example 1 when the first nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the first nonaqueous electrolyte battery produced in Comparative Example 3 was set to 4.5 Ah, which is 1.1 Ah larger than that of Example 1.
- Comparative Example 3 the winding length of the positive electrode layer and the winding length of the negative electrode layer were reduced from those in Example 1 when the second nonaqueous electrolyte battery was manufactured. Thereby, the capacity of the second nonaqueous electrolyte battery produced in Comparative Example 3 was set to 3.02 Ah, which is 0.03 Ah smaller than that of Example 1.
- the first battery unit was charged 1.5 Ah before connecting the first battery unit and the second battery unit.
- the second battery unit was charged by 0.02 Ah.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Comparative Example 3 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 4.2 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 3.02 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 1.2 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.02 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Comparative Example 3 was 60.
- the state of charge of the assembled battery of Comparative Example 3 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Comparative Example 3 in which the charged state was 100% was 2.45V.
- Comparative Example 4 an assembled battery of Comparative Example 4 was produced in the same procedure as in Example 1 except for the following points.
- lithium hexafluorophosphate LiPF 6
- EC ethylene carbonate
- MEC ethyl methyl carbonate
- a first nonaqueous electrolyte battery having a capacity of 3.5 Ah was produced by the same procedure as in Example 1 except that the negative electrode produced as described above and a nonaqueous electrolyte were used.
- the same procedure was repeated to produce a total of four first nonaqueous electrolyte batteries.
- the four first nonaqueous electrolyte batteries were electrically connected to each other in series.
- the first battery unit was assembled.
- the first battery unit fabricated in this way was charged with 0.5 Ah.
- the 2nd battery unit produced like Example 1 was charged 0.05Ah.
- the first battery unit and the second battery unit in these states were electrically connected to each other in series.
- an assembled battery of Comparative Example 4 was obtained.
- the discharge capacity C1 [Ah] of the first battery unit and the discharge capacity C2 [Ah] of the second battery unit of the assembled battery of Comparative Example 4 were measured by the method described above.
- the discharge capacity C1 of the first battery unit was 3.2 Ah.
- the discharge capacity C2 of the second battery unit was 0.05 Ah.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit is 0.2 Ah and the discharge capacity Cb of the second battery unit is 0.05 Ah. I understood. Therefore, the discharge capacity ratio Ca / Cb of Comparative Example 4 was 4.
- the charged state of the assembled battery of Comparative Example 4 was set to 100% by the procedure described above.
- the open circuit voltage (OCV) of the second battery unit included in the assembled battery of Comparative Example 4 in which the charged state was 100% was 2.45V.
- Comparative Example 5 (Comparative Example 5)
- the assembled battery of Comparative Example 5 was produced according to the following procedure.
- the first battery unit thus obtained was used as an assembled battery of Comparative Example 5.
- the capacity Cm of the assembled battery of Comparative Example 5 was 3 Ah.
- Comparative Example 6 (Comparative Example 6)
- the assembled battery of Comparative Example 6 was produced by the following procedure.
- the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 6 was manufactured in the same procedure as that of the first nonaqueous electrolyte battery manufactured in Example 1 except that the mixture thus obtained was used as the positive electrode active material. Obtained. The same procedure was repeated to obtain six nonaqueous electrolyte batteries of Comparative Example 6.
- Comparative Example 7 (Comparative Example 7)
- the assembled battery of Comparative Example 7 was produced according to the following procedure.
- the second battery unit obtained in this way was used as the assembled battery of Comparative Example 7.
- Example 1 (Charge / discharge cycle test) The assembled battery of Example 1 was subjected to a charge / discharge cycle test in a temperature environment of 60 ° C. In the charge / discharge cycle test, the current value was 5 C, and the charge / discharge voltage range was 12.5 V to 15 V. The assembled battery of Example 1 had a capacity retention rate of 90% after 500 cycles.
- Table 1 shows active materials of the first and second nonaqueous electrolyte batteries for Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 5.
- Table 2 shows the opening of the second non-aqueous electrolyte battery included in each assembled battery having a capacity ratio Ca / Cb and a charged state of 100% for Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 5. The circuit voltage and the capacity maintenance rate after 500 cycles in the charge / discharge cycle test are shown.
- the battery packs of Comparative Examples 1 and 2 in which the capacity ratio Ca / Cb was smaller than 1.5 had a low capacity maintenance rate in the cycle test.
- the resistance of the first nonaqueous electrolyte battery included in the first battery unit rapidly increases when the state of charge suddenly decreases due to discharge at a current value of 5C. It is thought that it rose to. Therefore, in the assembled batteries of Comparative Examples 1 and 2, it is considered that the voltage of the first non-aqueous electrolyte battery suddenly decreased, and as a result, the deterioration of the first non-aqueous electrolyte battery was promoted.
- Comparative Example 3 in which the capacity ratio Ca / Cb was larger than 50 also had a low capacity retention rate in the cycle test.
- the capacity difference between the first battery unit and the second battery unit is large, the difference in resistance value between the units is large, and the first and second battery units are charged and discharged. It is presumed that deterioration in the charge / discharge cycle was observed because the charge state during the period is likely to be shifted.
- an overvoltage is applied to the second battery unit. It can be considered that the overvoltage is increased and the second battery unit is easily deteriorated.
- the assembled battery of Comparative Example 4 also had a low capacity retention rate in the cycle test.
- the first nonaqueous electrolyte battery was promoted to be deteriorated by lithium metal deposition because the lithium insertion and release potentials differ greatly from lithium and close to the lithium metal potential in the fully charged state. Therefore, in the assembled battery of Comparative Example 4, it was difficult to adjust the potential of the olivine-type lithium phosphate LiM A PO 4 and the potential of the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 during charging and discharging. As a result, in the assembled battery of Comparative Example 4, it is considered that overdischarge of the olivine-type lithium phosphate LiM A PO 4 and overcharge of the lithium-containing composite oxide LiM B O 2 could not be prevented.
- FIG. 9 shows discharge curves of the assembled battery of Example 1 and the assembled battery of Comparative Example 5.
- the assembled battery of Example 1 had a large change in voltage accompanying a change in the charged state in a low charged state. Therefore, in the assembled battery of Example 1, in a low charge state, the charge state can be grasped by using a change in voltage as an index, and the assembled battery of Example 1 is prevented from falling into an overdischarged state during discharge. I was able to.
- the battery pack of Comparative Example 5 had a small change in voltage due to the change in the state of charge due to the discharge.
- a change in voltage accompanying a change in the charge state due to discharge was small. Therefore, in the battery pack of Comparative Example 5, in a low charge state, the charge state cannot be grasped by using a change in voltage as an index, and as a result, the battery pack of Comparative Example 5 falls into an overdischarge state during discharge. It is thought that it has been.
- the assembled battery of Comparative Example 6 also had a low capacity retention rate in the cycle test.
- the battery of Comparative Example 7 also had a low capacity retention rate in the cycle test. This is because in the assembled battery of Comparative Example 7, the second nonaqueous electrolyte battery in the assembled battery is easily overcharged in a high charge state, and as a result, the second nonaqueous electrolyte battery is in an overcharged state. This is thought to be because it has become.
- the assembled battery includes a first battery unit including a first nonaqueous electrolyte battery, an electric battery connected in series to the first battery unit, and a first battery unit. And a second battery unit including two non-aqueous electrolyte batteries. Both the first and second nonaqueous electrolyte batteries include a negative electrode containing spinel type lithium titanate.
- the first nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode including at least one olivine type lithium phosphate.
- the second nonaqueous electrolyte battery includes a positive electrode including at least one lithium-containing composite oxide.
- the discharge capacity Ca of the first battery unit and the discharge capacity Cb of the second battery unit satisfy 1.5 ⁇ Ca / Cb ⁇ 50.
- the assembled battery according to the first embodiment reaches a charged state in which the deterioration of the first nonaqueous electrolyte battery can be promoted, and the charged state in which the deterioration of the second nonaqueous electrolyte battery can be promoted. You can prevent both reaching. As a result, the assembled battery according to the first embodiment can exhibit excellent life characteristics.
- DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Assembly battery, 110 ... 1st battery unit, 111 ... Bus bar, 112 ... Bus bar, 120 ... 2nd battery unit, 10 ... 1st nonaqueous electrolyte battery, 20 ... 2nd nonaqueous electrolyte battery, 116 ... negative electrode terminal of assembled battery, 117 ... positive electrode terminal of assembled battery, 1, 11 ... electrode group, 2, 12 ... exterior member, 3, 14 ... negative electrode, 3a, 14a ... negative electrode current collector, 3b, 14b ... negative electrode layer 4, 15 ... separator, 5, 13 ... positive electrode, 5a, 13a ... positive electrode current collector, 5b, 13b ... positive electrode layer, 6, 16 ... negative electrode terminal, 7, 17 ...
- positive electrode terminal, 200 ... battery pack, 21 ... Single cell, 22 ... adhesive tape, 23 ... assembled battery, 24 ... printed wiring board, 25 ... thermistor, 26 ... protection circuit, 27 ... terminal for energization, 28 ... positive electrode side lead, 29 ... positive electrode side connector, 30 ... negative electrode side Lead, 31 ... Negative side connector Motor, 32, 33 ... wiring, 34a ... positive-side wiring, 34b ... minus side wiring, 35 ... wiring for voltage detection, 36 ... protection sheet, 37 ... container, 38 ... lid.
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Abstract
1つの実施形態に係る組電池は、第1の非水電解質電池を具備する第1の電池ユニットと、第1の電池ユニットに電気的に直列に接続され且つ第2の非水電解質電池を具備する第2の電池ユニットとを具備する。第1及び第2の非水電解質電池は、共に、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極を具備する。第1の非水電解質電池は、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極を具備する。第2の非水電解質電池は、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極を具備する。第1の電池ユニットの放電容量Ca及び第2の電池ユニットの放電容量Cbは、1.5<Ca/Cb≦50を満たす。
Description
本発明の実施形態は、組電池及び電池パックに関する。
リチウムイオンが負極と正極との間を移動することにより充放電が行われる非水電解質電池は、高エネルギー密度電池として、盛んに研究が進められている。
この非水電解質電池は、小型電子機器用電源としての利用に加え、車載用途や定置用途など中大型電源としての利用も期待される。そのような中大型用途では、優れた寿命特性や高い安全性が要求される。
優れた寿命特性や高い安全性を示すことができる非水電解質電池向けの正極活物質としては、例えばオリビン型リン酸鉄リチウム、オリビン型リン酸マンガンリチウムなどオリビン型化合物が候補となる。一方、負極活物質としては、例えばスピネル型チタン酸リチウムが候補となる。
優れた寿命特性を示すことができる組電池、及びこの組電池を備えた電池パックを提供することを目的とする。
第1の実施形態によると、組電池が提供される。この組電池は、第1の電池ユニットと、第1の電池ユニットに電気的に直列に接続される第2の電池ユニットとを具備する。第1の電池ユニットは、n個(nは1以上の整数)の第1の非水電解質電池を具備する。第1の非水電解質電池の各々は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極と、第1の非水電解質とを具備する。オリビン型リチウムリン酸塩は、式LiMAPO4で表される。ここで、MAは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。第2の電池ユニットは、m個(mは1以上の整数)の第2の非水電解質電池を具備する。第2の非水電解質電池の各々は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極と、第2の非水電解質とを具備する。リチウム含有複合酸化物は、式LiMBO2で表される。ここで、MBは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。第1の電池ユニットの放電容量Ca及び第2の電池ユニットの放電容量Cbは、1.5<Ca/Cb≦50を満たす。放電容量Caは、充電状態が100%である組電池の第1の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×n[V]の電圧まで放電した際に得られる放電容量C1[Ah]から、組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である。放電容量Cbは、充電状態が100%である組電池の第2の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×m Vの電圧まで放電した際に得られる放電容量C2[Ah]から、組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である。
第2の実施形態によると、第1の実施形態に係る組電池を具備する電池パックが提供される。
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、組電池が提供される。この組電池は、第1の電池ユニットと、第1の電池ユニットに電気的に直列に接続される第2の電池ユニットとを具備する。第1の電池ユニットは、n個(nは1以上の整数)の第1の非水電解質電池を具備する。第1の非水電解質電池の各々は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極と、第1の非水電解質とを具備する。オリビン型リチウムリン酸塩は、式LiMAPO4で表される。ここで、MAは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。第2の電池ユニットは、m個(mは1以上の整数)の第2の非水電解質電池を具備する。第2の非水電解質電池の各々は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極と、第2の非水電解質とを具備する。リチウム含有複合酸化物は、式LiMBO2で表される。ここで、MBは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。第1の電池ユニットの放電容量Ca及び第2の電池ユニットの放電容量Cbは、1.5<Ca/Cb≦50を満たす。放電容量Caは、充電状態が100%である組電池の第1の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×n[V]の電圧まで放電した際に得られる放電容量C1[Ah]から、組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である。放電容量Cbは、充電状態が100%である組電池の第2の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×m Vの電圧まで放電した際に得られる放電容量C2[Ah]から、組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である。
第1の実施形態によると、組電池が提供される。この組電池は、第1の電池ユニットと、第1の電池ユニットに電気的に直列に接続される第2の電池ユニットとを具備する。第1の電池ユニットは、n個(nは1以上の整数)の第1の非水電解質電池を具備する。第1の非水電解質電池の各々は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極と、第1の非水電解質とを具備する。オリビン型リチウムリン酸塩は、式LiMAPO4で表される。ここで、MAは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。第2の電池ユニットは、m個(mは1以上の整数)の第2の非水電解質電池を具備する。第2の非水電解質電池の各々は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極と、第2の非水電解質とを具備する。リチウム含有複合酸化物は、式LiMBO2で表される。ここで、MBは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。第1の電池ユニットの放電容量Ca及び第2の電池ユニットの放電容量Cbは、1.5<Ca/Cb≦50を満たす。放電容量Caは、充電状態が100%である組電池の第1の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×n[V]の電圧まで放電した際に得られる放電容量C1[Ah]から、組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である。放電容量Cbは、充電状態が100%である組電池の第2の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×m Vの電圧まで放電した際に得られる放電容量C2[Ah]から、組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である。
1個以上の非水電解質電池を具備する組電池及び電池パックにおいて、長寿命化及び安全性確保のためには、正極活物質としてオリビン型リン酸鉄リチウム、オリビン型リン酸マンガンリチウムなどオリビン型化合物を用い、負極活物質としてスピネル型チタン酸リチウムを用いることが好ましい。しかしながら、上記オリビン型化合物の充放電カーブは、およそ5%~95%の充電状態の範囲において、充電状態の変化に伴う電位の変化が小さい平坦な領域を含んでいる。また、スピネル型チタン酸リチウムの充放電カーブも、およそ3%~97%の充電状態の範囲において、充電状態の変化に伴う電位の変化が小さい平坦な領域を含んでいる。そのため、正極活物質としてオリビン型化合物を用い、負極活物質としてスピネル型チタン酸リチウムを用いた非水電解質電池では、およそ5%~95%の範囲内の充電状態を、電池電圧を指標として用いて見積もることは困難である。したがって、このような電池では、例えば充放電サイクル、特に大電流での充放電サイクル中に、電池が過放電状態にならないように放電を止めることが困難である。本来放電を止めるべき充電状態で放電を止められない場合、電池の劣化が促進され得る。
一方、LiとCo、Mn及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素とを含んだリチウム含有複合酸化物の充放電カーブは、およそ0%~100%の充電状態の範囲において、充電状態の変化に伴う電位の変化が大きな領域を含むことができる。よって、上記リチウム含有複合酸化物を正極活物質として用いた非水電解質電池では、およそ0%~100%の範囲内の充電状態を、電池電圧を指標として用いて見積もることが容易である。
しかしながら、上記リチウム含有複合酸化物は、劣化が起きやすいという問題がある。特に、上記リチウム含有複合酸化物は、過充電状態になった際に著しく劣化する傾向がある。
第1の実施形態に係る組電池は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極とオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4を含む正極とを具備する第1の非水電解質電池を含んでいるが、電池電圧を指標として、およそ0%~100%の範囲内の充電状態を見積もることができる。更に、第1の実施形態に係る組電池は、例えばLiとCo、Mn及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素とを含んだ層状構造の複合酸化物である、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物LiMBO2を含む正極を具備する第2の非水電解質電池を含んでいるが、この第2の非水電解質電池が過充電状態になることを防ぐことができ、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物LiMBO2の劣化を抑えることができる。これらの結果、第1の実施形態に係る組電池は、優れた寿命特性を示すことができる。これらの理由を、以下に詳細に説明する。
まず、第1の非水電解質電池及び第2の非水電解質電池がそれぞれ具備する負極に同様に含まれるスピネル型チタン酸リチウム、すなわちスピネル構造の結晶構造を有するチタン酸リチウムは、例えば組成式Li4+xTi5O12(xは、充電状態により、0≦x≦3の範囲内で変化する)で表すことができる。このようなスピネル型チタン酸リチウムは、Liの吸蔵及び放出電位が金属リチウム基準で約1.5Vであり、カーボン系材料に比べて貴な電位でLiを吸蔵及び放出することができる。そのため、スピネル型チタン酸リチウムは、急速充放電に供されても、リチウムデンドライトのような金属リチウムの析出を防ぐことができる。また、スピネル型チタン酸リチウムは、カーボン系材料と異なり、リチウムの吸蔵の際の体積変化が無視できるほど小さい。これらのおかげで、スピネル型チタン酸リチウムを含んだ第1の非水電解質電池及び第2の非水電解質電池は、優れた寿命特性及び安全性を示すことができる。
また、第1の非水電解質電池が具備する正極に含まれる少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4は、結晶構造中に含まれるPO4四面体が安定な構造であり、リチウム吸蔵及び放出を繰り返しても結晶構造を安定なまま維持することができる。また、結晶構造中においてPはOと強い共有結合をしており、過充電状態においても酸素を放出しにくい。そのため、オリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4は、安全な正極活物質といえる。このおかげで、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4を含む第1の非水電解質電池は、優れた寿命特性及び安全性を示すことができる。
更に、第1の実施形態に係る組電池は、第1の非水電解質電池を含む第1の電池ユニット及び第2の非水電解質電池を含む第2の電池ユニットを容量比Ca/Cbが1.5<Ca/Cb≦50の範囲内になるように含むことにより、組電池全体についての放電カーブおいて、およそ0%~100%の充電状態での充電状態の変化に伴う組電池全体の電池電圧[V]の変化を、第2の非水電解質電池を含んでいない組電池と比べて、十分に大きくすることができる。
そして、第1の実施形態に係る組電池は、第1の非水電解質電池を含む第1の電池ユニット及び第2の非水電解質電池を含む第2の電池ユニットを容量比Ca/Cbが1.5<Ca/Cb≦50の範囲内になるように含むことにより、組電池全体についての充電カーブおいておよそ0%~100%の充電状態での充電状態の変化に伴う組電池全体の電池電圧[V]の変化を、第2の非水電解質電池を含んでいない組電池と比べて大きくすることができる。
これらのおかげで、第1の実施形態に係る組電池は、放電末期に近い充電状態及び充電末期に近い充電状態の何れにおいても、組電池全体の電圧[V]を指標として、充電状態の変化を把握することができる。よって、第1の実施形態に係る組電池は、第1の非水電解質電池の劣化が促進され得る充電状態に達すること、及び第2の非水電解質電池の劣化が促進され得る充電状態に達することの両方を防ぐことができ、ひいては優れた寿命特性を示すことができる。
なお、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4及び少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物LiMBO2の両方を含む正極とを組み合わせた単一の非水電解質電池では、充放電におけるオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の電位及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の電位を個別に調整することができない。そのため、このような電池では、オリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の過放電、及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の過充電を防ぐことができない。
また、第1の実施形態に係る組電池では、第1の非水電解質電池が具備する負極及び第2の非水電解質電池の負極が、共に、スピネル型チタン酸リチウムを含む。このように、第1の非水電解質電池及び第2の非水電解質電池は、同様の負極活物質を含むことができる。一方で、第1の非水電解質電池が具備する負極がスピネル型チタン酸リチウムを含み、第2の非水電解質電池の負極が、リチウム吸蔵及び放出電位の点でスピネル型チタン酸リチウムと大きく異なるグラファイトやハードカーボンなどの炭素材料やケイ素化合物を用いた場合、第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを容量比Ca/Cbを1.5<Ca/Cb≦50の範囲内にしても、寿命特性改善効果は見られない。これは、炭素材料やケイ素化合物などを負極に用いた非水電解質電池は、0%SOCや100%SOC付近の充電状態において使用されることで劣化しやすく、1.5<Ca/Cb≦50の範囲内にしても、第2の電池ユニットに負荷がかかりやすくなるからであると考えられる。その結果、第2の電池ユニットに含まれる第2の非水電解質電池の放電末期の電圧変化が大きくなり、過放電されやすいと考えられる。
第1の電池ユニットの容量Caの第2の電池ユニットの容量Cbに対する比Ca/Cbが1.5より小さい組電池では、この組電池が大電流放電に供されると、組電池の充電状態が急激に低くなる。この際、第1の電池ユニットに含まれる第1の非水電解質電池の抵抗が急激に上昇する。第1の非水電解質電池は、電流が印加されて抵抗が急激に上昇すると急激に電圧が低下する。その結果、第1の非水電解質電池の劣化が促進される。
一方、第1の電池ユニットCaの容量の第2の電池ユニットの容量Cbに対する比Ca/Cbが50より大きい組電池は、セル容量の差が大きいため、第1の電池ユニットと、第2の電池ユニットの抵抗値を同等に合わせることが難しくなる。抵抗値に差分が大きいと、組電池の状態で充放電する時に第1の電池ユニットと第2の電池ユニットの間で充電状態にズレが生じやすくなる。これにより、劣化が促進される。また、第1の電池ユニットCaの容量の第2の電池ユニットの容量Cbに対する比Ca/Cbが50より大きい組電池は、エネルギー密度の観点でも好ましくない。
第1の電池ユニットの容量Caの第2の電池ユニットの容量Cbに対する比Ca/Cbは、5<Ca/Cb≦30の範囲内にあることが好ましい。この範囲内にある組電池は、エネルギー密度を大幅に下げることなく、優れた寿命特性を示すことができる。より好ましい範囲は、8<Ca/Cb≦20である。
放電容量Ca及びCbは、以下の手順で測定する。まず、組電池の充電状態を100%にする。ここで、充電状態が100%である、すなわちSOC(state of charge:充電状態)100%である組電池とは、25℃の温度環境下で、組電池の定格電圧まで0.2Cでの定電流充電に供し、次いで5時間にわたって定電圧充電に供した状態にある組電池である。
次に、組電池の容量Cm[Ah]を測定する。組電池の容量Cm[Ah]は、組電池を、25℃の環境下で、組電池の定格容量に対しての0.2Cの定電流値で定格放電終止電圧まで放電した際の放電容量である。
次に、先と同様の方法で、組電池の充電状態を100%にする。次に、組電池を解体し、第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットに分けて取り出す。
次に、取り出した第1の電池ユニットを、組電池の容量Cmに対する0.2Cの定電流値で、25℃の温度環境で、1.5×n Vの電圧まで放電する。ここで、nは、第1の電池ユニットに含まれ且つ互いに直列に接続されている第1の非水電解質電池の個数である。なお、第1の電池ユニットが1個の第1の非水電解質電池のみを含んでいる場合は、n=1である。この放電での放電容量をC1[Ah]とする。放電容量C1から組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量を、第1の電池ユニットの容量Ca[Ah]とする。
一方で、取り出した第2の電池ユニットを、組電池の容量Cmに対する0.2Cの定電流値で、25℃の温度環境で、1.5×m Vの電圧まで放電する。ここで、mは、第2の電池ユニットに含まれ且つ互いに直列に接続されている第2の非水電解質電池の個数である。なお、第2の電池ユニットが1個の第2の非水電解質電池のみを含んでいる場合は、m=1である。この放電での放電容量をC2[Ah]とする。放電容量C2から組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量を、第2の電池ユニットCb[Ah]とする。
第1の電池ユニットの容量Ca[Ah]は、第1の電池ユニットが含む第1の非水電解質電池の並列数及びそれぞれの電池の容量により調節できる。第1の非水電解質電池の容量は、例えば、正極層における正極活物質の種類及び含有量、負極層における負極活物質の種類及び含有量、並びに電池1個あたりに含まれる正極層及び負極層の重量を複合的に組み合わせて調整することができる。電池1個あたりに含まれる正極層及び負極層の重量は、例えば、捲回型の電極群の場合は、電池1個あたりに含まれる電極群の捲回長さを調節することによって変更することができる。或いは、積層型の電極群の場合は、電池1個あたりに含まれる積層数を調節することによって、電池1つあたりに含まれる正極層及び負極層の重量を変更することができる。第2の電池ユニットの容量Cb[Ah]も、第1の電池ユニットCaと同様に、第2の電池ユニットが含む第2の非水電解質電池の並列数及びそれぞれの電池の容量により調節できる。第2の非水電解質電池の容量は、第1の非水電解質電池のそれと同様にして調節することができる。
第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを容量比Ca/Cbが1.5<Ca/Cb≦50の範囲内になるように含む組電池は、例えば、第1の電池ユニットと第2の電池ユニットを組み合わせて組電池とする際に、それぞれの電池ユニットの充電状態を調整することにより製造することができる。具体例としては、以下に説明する実施例に記載した手順により、第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを容量比Ca/Cbが1.5<Ca/Cb≦50の範囲内になるように含む組電池を製造することができる。
第1の実施形態に係る組電池では、充電状態が100%である状態において、第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)が2.5V以下であることが好ましい。このような組電池は、第2の電池ユニットが含む第2の非水電解質電池の劣化を更に抑えることができる。開回路電圧(OCV)が2.5V以下である第2の非水電解質電池は、正極における電解液の酸化分解を抑制することができ、ひいては劣化を抑えることができる。組電池の充電状態が100%である状態において、第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.3V以上であることがより好ましく、2.32V以上2.45V以下にあることが更に好ましい。
組電池の充電状態が100%である状態において第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)が2.5V以下である組電池は、例えば、以下に説明する実施例に記載した手順で作製することができる。
次に、第1の実施形態に係る組電池を詳細に説明する。
第1の実施形態に係る組電池は、第1の電池ユニットと、この第1の電池ユニットに電気的に直接に接続される第2の電池ユニットとを具備する。
第1の電池ユニットは、n個(nは1以上の整数)の第1の非水電解質電池を具備する。すなわち、第1の電池ユニットは、1個の第1の非水電解質電池を具備することもできるし、或いは複数個の第1の非水電解質電池を具備することもできる。複数個の第1の非水電解質電池は、例えば、互いに電気的に直列に接続することができる。
第1の非水電解質電池は、正極、負極及び第1の非水電解質を具備する。
正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極層(正極活物質層)とを具備することができる。正極層は、正極集電体の片面に形成されても良いし、又は両面に形成されても良い。正極集電体は、表面に正極層が形成されていない部分を含むこともできる。この部分は、例えば、正極タブとして働くことができる。或いは、正極集電体は、これとは別体の正極タブに接続されていても良い。
正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極層(正極活物質層)とを具備することができる。正極層は、正極集電体の片面に形成されても良いし、又は両面に形成されても良い。正極集電体は、表面に正極層が形成されていない部分を含むこともできる。この部分は、例えば、正極タブとして働くことができる。或いは、正極集電体は、これとは別体の正極タブに接続されていても良い。
負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを具備することができる。負極層は、負極集電体の片面に形成されても良いし、又は両面に形成されても良い。負極集電体は、表面に負極層が形成されていない部分を含むこともできる。この部分は、例えば、負極タブとして働くことができる。或いは、負極集電体は、これとは別体の負極タブに接続されていても良い。
正極及び負極は、電極群を構成することができる。例えば、正極及び負極は、正極層と負極層との間にセパレータを配して積層することができる。電極群は、複数の正極及び負極をこのように積層させて形成されたスタック型構造を有することができる。或いは、電極群は、負極及び正極を負極層と正極層との間にセパレータを配して積層し、かくして得られた積層体を捲回して得られる捲回型の構造を有することもできる。電極群は、その他の構造を有することもできる。
第1の非水電解質は、電極群に含浸された状態で保持され得る。
第1の非水電解質電池は、電極群及び非水電解質を収容した外装部材を更に含むことができる。外装部材は、正極に電気的に接続される正極端子と、負極に電気的に接続される負極端子とを備えることができる。外装部材自体が、正極端子又は負極端子の何れかとして機能することもできる。
第2の電池ユニットは、m個(mは1以上の整数)の第2の非水電解質電池を具備する。すなわち、第2の電池ユニットは、1個の第2の非水電解質電池を具備することもできるし、或いは複数個の第2の非水電解質電池を具備することもできる。複数個の第2の非水電解質電池は、例えば、互いに電気的に直列に接続することができる。
第2の非水電解質電池は、正極、負極及び第2の非水電解質を具備する。
正極及び負極は、第1の非水電解質電池のそれらと同様の構造を有することができる。また、第1の非水電解質電池と同様に、第2の非水電解質電池においても、正極及び負極は、電極群を構成することができる。例えば、正極及び負極は、正極層と負極層との間にセパレータを配して積層することができる。電極群は、例えば、スタック型構造又は捲回型の構造を有することができる。或いは、電極群は、他の構造を有することもできる。第2の非水電解質は、電極群に含浸された状態で保持され得る。
正極及び負極は、第1の非水電解質電池のそれらと同様の構造を有することができる。また、第1の非水電解質電池と同様に、第2の非水電解質電池においても、正極及び負極は、電極群を構成することができる。例えば、正極及び負極は、正極層と負極層との間にセパレータを配して積層することができる。電極群は、例えば、スタック型構造又は捲回型の構造を有することができる。或いは、電極群は、他の構造を有することもできる。第2の非水電解質は、電極群に含浸された状態で保持され得る。
第2の非水電解質電池は、電極群及び非水電解質を収容した外装部材を更に含むことができる。外装部材は、正極に電気的に接続される正極端子と、負極に電気的に接続される負極端子とを備えることができる。外装部材自体が、正極端子又は負極端子の何れかとして機能することもできる。
以下、第1の非水電解質電池が具備する正極、負極及び第1の非水電解質を説明する。
(1)正極
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、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箔であることが好ましい。
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、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箔であることが好ましい。
正極層は、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩、すなわちオリビン構造の結晶構造を有する少なくとも1種のリチウムリン酸塩を含む。オリビン型リチウムリン酸塩は、一般式LiMAPO4で表される。ここで、MAは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。MAは、Fe、Mn、及びMgからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素であることが好ましい。特に、金属元素MAはFeを含むことが好ましい。好ましい具体例は、オリビン型の結晶構造を有するリン酸鉄リチウム(例えば、LiFePO4)である。オリビン型の結晶構造を有するリン酸鉄リチウムは、オリビン型リチウムリン酸塩の中でも高温サイクルにおける寿命特性が高い。他の好ましい例は、式LiMn1-s-tFesMgtPO4(0<s、t≦0.2)で表されるオリビン型リチウムリン酸塩を含む。このオリビン型リチウムリン酸塩は作動電位が約4.1V vs. Li/Li+であり、この電位はリン酸鉄リチウムのそれよりも約0.7V vs. Li/Li+高い。さらにMgを含むことにより、マンガン含有オリビン型リチウムリン酸塩の充放電特性が改善される。オリビン型リチウムリン酸塩は、正極において、正極活物質として働くことができる。
正極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を含むことができる。
正極層が含むことができる導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑えることができる。導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。これらの炭素質物を単独で用いてもよいし、或いは複数の炭素質物を用いてもよい。
正極層が含むことができる導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑えることができる。導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。これらの炭素質物を単独で用いてもよいし、或いは複数の炭素質物を用いてもよい。
正極層が含むことができる結着剤は、活物質と導電剤と集電体とを結着させることができる。結着剤の例には、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、アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロースなどのセルロースなどが含まれる。
正極層中の正極活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ、80質量%以上95質量%以下、3質量%以上18質量%以下、及び2質量%以上17質量%以下の割合で配合することが好ましい。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。導電剤は、18質量%以下の量にすることにより高温保存下での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。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。結着剤は、17質量%以下の量にすることにより、正極中の絶縁材料である結着剤の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
正極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、正極活物質、並びに必要に応じて導電剤及び結着剤を溶媒中に懸濁して、スラリーを調製する。このスラリーを集電体の片面又は両面に塗布する。この際、スラリーを塗布しない部分を残しても良い。その後、塗膜を乾燥させて、正極層を形成する。次いで、正極層にプレスを施す。かくして、正極を得ることができる。或いは、正極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、これらを正極集電体上に配置することで、正極を作製することもできる。
(2)負極
負極集電体は、1.0V(vs.Li/Li+)よりも貴である電位範囲において電気化学的に安定であるアルミニウム箔、又はMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiなどの元素を含むアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。
負極集電体は、1.0V(vs.Li/Li+)よりも貴である電位範囲において電気化学的に安定であるアルミニウム箔、又はMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiなどの元素を含むアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。
負極層は、スピネル型チタン酸リチウムを含むことができる。スピネル型チタン酸リチウムは、組成式Li4+zTi5O12で表すことができる。添字zは、充電状態に応じて、0≦z≦3の範囲内で変化する。スピネル型チタン酸リチウムは、例えばTiの一部が他の元素に置換されていてもよい。置換元素としては、例えば、AlやNbが挙げられる。スピネル型チタン酸リチウムは、負極において、負極活物質として働くことができる。
負極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を含むことができる。負極層が含むことができる導電剤及び結着剤は、正極層が含むことができるそれらと同様のものを使用することができる。
負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質は70質量%以上96質量%以下、導電剤は2質量%以上28質量%以下、結着剤は2質量%以上28質量%以下の範囲であることが好ましい。導電剤及び結着剤の配合比が2質量%以上であると、負極層の集電性能及び負極層と負極集電体との結着性のバランスに優れ、その結果、大電流特性及びサイクル特性の両方に優れた非水電解質電池を実現できる。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々28質量%以下であることが好ましい。
負極は、例えば、次の方法により作製することができる。まず、負極活物質、並びに必要に応じて導電剤及び結着剤を溶媒中に懸濁して、スラリーを調製する。このスラリーを、負極集電体の片面又は両面に塗布する。この際、スラリーを塗布しない部分を残しても良い。その後、塗膜を乾燥させて、負極層を得る。その後、プレスを施す。かくして、負極を得ることができる。或いは、負極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、これらを負極集電体上に配置して、負極を作製することもできる。
(3)第1の非水電解質
第1の非水電解質としては、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、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。電解質の濃度は、0.5~2.5mol/Lの範囲内にあることが好ましい。ゲル状非水電解質は、例えば、液状電解質と高分子材料を複合化することにより調製される。
第1の非水電解質としては、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、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。電解質の濃度は、0.5~2.5mol/Lの範囲内にあることが好ましい。ゲル状非水電解質は、例えば、液状電解質と高分子材料を複合化することにより調製される。
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)、六フッ化砒酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタン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(CF3SO2)2]のようなリチウム塩が含まれる。これらの電解質は、単独で用いることができるし、又は2種類以上を組合せて用いることができる。電解質は、LiPF6を含むことが好ましい。
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)、α-メチルγ-ブチロラクトン(MBL)、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、単独で用いることができるし、又は2種類以上を組合せた混合溶媒として用いることもできる。
より好ましい有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、及びメチルエチルカーボネート(MEC)よりなる群から選択される2種以上を混合した混合溶媒、並びに、γ-ブチロラクトン(GBL)を含む混合溶媒が含まれる。このような混合溶媒を用いることによって、低温特性の優れた非水電解質電池を得ることができる。
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)、及びポリエチレンオキサイド(PEO)が含まれる。
次に、第2の非水電解質電池が具備する正極、負極及び第2の非水電解質を説明する。
(A)正極
正極集電体としては、第1の非水電解質電池のそれと同様のものを用いることができる。
正極集電体としては、第1の非水電解質電池のそれと同様のものを用いることができる。
正極層は、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む。リチウム含有複合酸化物は、一般式LiMBO2で表される。ここで、MBは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である。リチウム含有複合酸化物は、正極において、正極活物質として働くことができる。
リチウム含有複合酸化物LiMBO2は、層状構造を有する。
リチウム含有複合酸化物は、一般式LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x及びy≦0.4)で表されるリチウム含有複合酸化物を含むことが好ましい。さらに好ましくは、リチウム含有複合酸化物は、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x及びy≦0.3)で表されるリチウム含有複合酸化物を含むことが好ましい。その他、リチウム含有複合酸化物は、リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1-aMnaO2(0<a<1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LiCoO2)、及びリチウムマンガン複合酸化物(例えば、LiMn2O4)なる群より選択される少なくとも1種を含んでもよい。
リチウム含有複合酸化物は、一般式LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x及びy≦0.4)で表されるリチウム含有複合酸化物を含むことが好ましい。さらに好ましくは、リチウム含有複合酸化物は、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x及びy≦0.3)で表されるリチウム含有複合酸化物を含むことが好ましい。その他、リチウム含有複合酸化物は、リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1-aMnaO2(0<a<1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LiCoO2)、及びリチウムマンガン複合酸化物(例えば、LiMn2O4)なる群より選択される少なくとも1種を含んでもよい。
正極層は、リチウム含有複合酸化物LiMBO2以外の正極活物質を含むことができる。リチウム含有複合酸化物以外の正極活物質としては、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物を挙げることができる。リチウム含有複合酸化物は、正極層が含む正極活物質の重量の70%以上を占めることが好ましい。
正極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を含むことができる。第2の非水電解質電池の正極層が含むことのできる導電剤及び結着剤としては、第1の非水電解質電池の正極が含むことができる導電剤及び結着剤と同様のものを用いることができる。
正極層中の正極活物質(リチウム含有複合酸化物以外の正極活物質を含む場合は、正極活物質の総量)、導電剤及び結着剤は、それぞれ、80質量%以上95質量%以下、3質量%以上18質量%以下、及び2質量%以上17質量%以下の割合で配合することが好ましい。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発揮することができる。導電剤は、18質量%以下の量にすることにより高温保存下での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。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。結着剤は、17質量%以下の量にすることにより、正極中の絶縁材料である結着剤の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
第2の非水電解質電池の正極は、例えば、第1の非水電解質電池の正極と同様の方法により作製することができる。
(B)負極
負極集電体としては、第1の非水電解質電池のそれと同様のものを用いることができる。
負極集電体としては、第1の非水電解質電池のそれと同様のものを用いることができる。
負極層は、スピネル型チタン酸リチウムを含むことができる。スピネル型チタン酸リチウムは、組成式Li4+zTi5O12で表すことができる。添字zは、充電状態に応じて、0≦z≦3の範囲内で値が変化する。スピネル型チタン酸リチウムは、Tiの一部が他の元素に置換されていてもよい。置換元素としては、例えば、AlやNbが挙げられる。スピネル型チタン酸リチウムは、負極において、負極活物質として働くことができる。
負極層は、スピネル型チタン酸リチウムを除くチタン含有酸化物を更なる負極活物質として更に含んでもよい。そのような負極活物質としては、例えば、単斜晶型β型チタン含有酸化物、アナターゼ型チタン含有酸化物、ラムスデライド型チタン酸リチウム、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物(例えば、TiNb2O7及びTi2Nb2O9など)、及び斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物(例えば、Li2Na1.8Ti5.8Nb0.2O14など)などのチタン含有酸化物が挙げられる。
負極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を含むことができる。負極層が含むことができる導電剤及び結着剤は、第1の非水電解質電池の負極が含むことができるそれらと同様のものを使用することができる。
負極活物質(スピネル型チタン酸リチウム以外の負極活物質を含む場合は、負極活物質の総量)、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質は70質量%以上96質量%以下、負極導電剤は2質量%以上28質量%以下、結着剤は2質量%以上28質量%以下の範囲であることが好ましい。導電剤が2質量%未満であると、負極層の集電性能が低下し、非水電解質電池の大電流特性が低下する恐れがある。また、結着剤が2質量%未満であると、負極層と負極集電体の結着性が低下し、サイクル特性が低下する恐れがある。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々28質量%以下であることが好ましい。
第2の非水電解質電池の負極は、例えば、第1の非水電解質電池の負極と同様の方法により作製することができる。
(3)第2の非水電解質
第2の非水電解質としては、第1の非水電解質と同様のものを使用することができる。第2の非水電解質は、第1の非水電解質と同じであってもよいし、又は異なるものであってもよい。第2の非水電解質は、第1の非水電解質と異なり、各非水電解質電池に適した非水電解質であることが好ましい。このとき、第1の非水電解質電池と第2の非水電解質電池の抵抗が同程度になることが好ましい。
第2の非水電解質としては、第1の非水電解質と同様のものを使用することができる。第2の非水電解質は、第1の非水電解質と同じであってもよいし、又は異なるものであってもよい。第2の非水電解質は、第1の非水電解質と異なり、各非水電解質電池に適した非水電解質であることが好ましい。このとき、第1の非水電解質電池と第2の非水電解質電池の抵抗が同程度になることが好ましい。
次に、第1の非水電解質電池及び第2の非水電解質電池がそれぞれ具備することができるセパレータ、外装部材、正極端子及び負極端子の材料を説明する。
(セパレータ)
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、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り、安全性向上の観点から好ましい。
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、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り、安全性向上の観点から好ましい。
(外装部材)
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器が用いられる。
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器が用いられる。
形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等が挙げられる。なお、無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。
ラミネートフィルムとしては、樹脂フィルム間に金属層を挟んだ多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムは、金属層を補強するためのものであり、材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(PET)のような高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。ラミネートフィルムは、肉厚が0.2mm以下であることが好ましい。
金属製容器は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素のような元素を含むことが好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は100ppm以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。金属製容器は、肉厚が0.5mm以下であることが好ましく、肉厚が0.2mm以下であることがより好ましい。
(正極端子)
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対する電位が3.0V以上4.5V以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対する電位が3.0V以上4.5V以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(負極端子)
負極端子は、リチウムの酸化還元電位に対する電位が1.0V以上3.0V以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、又はMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
負極端子は、リチウムの酸化還元電位に対する電位が1.0V以上3.0V以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、又はMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
次に、第1の非水電解質電池及び第2の非水電解質電池のそれぞれに含まれる正極活物質及び負極活物質の結晶構造及び組成の確認方法を説明する。
<結晶構造の確認方法>
各電池に含まれる活物質の結晶構造は、活物質のX線回折(X‐ray diffraction:XRD)測定により確認することができる。具体的には、以下の手順で確認できる。
各電池に含まれる活物質の結晶構造は、活物質のX線回折(X‐ray diffraction:XRD)測定により確認することができる。具体的には、以下の手順で確認できる。
まず、測定対象の化合物からリチウムイオンが完全に離脱した状態にする。例えば、該測定対象が負極に含まれる化合物である場合、電池を完全に放電状態にする。これにより、化合物の結晶状態を観察することができる。但し、放電状態でも残留したリチウムイオンが存在することもある。次に、アルゴンを充填したグローブボックス中で電池を分解して電極を取り出す。次いで、取り出した電極を適切な溶媒で洗浄する。洗浄用の溶媒としては、例えば、エチルメチルカーボネートなどを用いることができる。次に、洗浄した電極を、X線回折装置のホルダーの面積とほぼ同じ面積に切断し、測定試料とする。このようにして得られた試料をガラスホルダーに直接貼り付けて測定する。このとき、金属箔などの電極基板に由来するピークの位置を予め測定しておく。また、導電剤や結着剤などの他の成分のピークも予め測定しておく。基板のピークと測定対象の化合物のピークとが重なる場合、基板から化合物が含まれる電極層を剥離して測定に供することが望ましい。これは、ピーク強度を定量的に測定する際、重なったピークを分離するためである。例えば、溶媒中で電極基板に超音波を照射することにより電極層を剥離することができる。
次に、電極層をキャピラリに封入し、回転試料台に載置して測定する。このような方法により、配向性の影響を低減したうえで、活物質のXRDパターンを得ることができる。
このようにして得られたXRDパターンを、リートベルト法によって解析する。リートベルト法では、あらかじめ推定した結晶構造モデルから回折パターンを計算する。この計算値と実測値とを全てフィッティングすることにより、結晶構造に関するパラメータ(格子定数、原子座標、占有率等)を精密に分析することができる。これにより、測定対象の活物質に含まれる化合物の結晶構造の特徴を調べることができる。
<組成の確認方法>
各電池に含まれる活物質の組成は、例えば、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP:Inductively Coupled Plasma)を用いて確認することができる。
各電池に含まれる活物質の組成は、例えば、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP:Inductively Coupled Plasma)を用いて確認することができる。
<充電状態が100%である組電池における、第2の非水電解質電池の開回路電圧OCVの測定方法>
充電状態が100%である組電池における、第2の非水電解質電池の開回路電圧OCVは、以下の手順で測定することができる。まず、測定対象の組電池を、25℃の温度環境下で、組電池の定格電圧まで0.2Cでの定電流充電に供する。次いで、この組電池を、5時間にわたって定電圧充電に供する。この状態の組電池を、10時間開回路状態として放置する。その後、第2の非水電解質電池の開回路電圧を測定する。
充電状態が100%である組電池における、第2の非水電解質電池の開回路電圧OCVは、以下の手順で測定することができる。まず、測定対象の組電池を、25℃の温度環境下で、組電池の定格電圧まで0.2Cでの定電流充電に供する。次いで、この組電池を、5時間にわたって定電圧充電に供する。この状態の組電池を、10時間開回路状態として放置する。その後、第2の非水電解質電池の開回路電圧を測定する。
次に、図面を参照しながら、第1の実施形態に係る一例の組電池を説明する。
図1は、第1の実施形態に係る一例の組電池の概略斜視図である。図2は、図1の組電池の電気回路を示すブロック図である。図3は、図1の組電池が具備する第1の非水電解質電池の概略断面図である。図4は、図2のA部の拡大断面図である。
図1に示す組電池100は、第1の電池ユニット110と、第1の電池ユニット110に電気的に直列に接続される第2の電池ユニット120とを具備する。
第1の電池ユニット110は、図1及び図2に示すように、6個の第1の非水電解質電池10を具備する。
第1の非水電解質電池10は、図3に示すように、扁平状の捲回電極群1と、これを収容した袋状外装部材2とを具備する。
扁平状の捲回電極群1は、図4に一部を示すように、負極3、セパレータ4及び正極5を含んでいる。捲回型電極群1は、これらを、負極3、セパレータ4、正極5、もう一枚のセパレータ4の順で積層して積層物を形成し、この積層体を負極3を外側にして渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成することができる。
負極3は、図4に示すように、負極集電体3aと、負極集電体3a上に形成された負極層3bとを含む。負極集電体3aのうち最外層に位置する部分には、図4に示すように、負極集電体3aの捲回中心を向いた面上にのみ負極層3bが形成されている。負極集電体3aの他部分には、負極集電体3aの両面上に負極層3bが形成されている。負極層3bは、スピネル型チタン酸リチウムを含む。
正極5は、図4に示すように、正極集電体5aと、正極集電体5aの両面上に形成された正極層5bとを含む。正極層5bは、式LiMAPO4(MAは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である)で表される少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む。
図3に示すように、捲回電極群1の外周端近傍において、負極端子6が最外層の負極3の負極集電体3aに接続されている。また、正極端子7が内側の正極5の正極集電体5aに接続されている。負極端子6及び正極端子7は、帯状の金属部材である。これらの負極端子6及び正極端子7は、それぞれ、一端が袋状外装部材2から外部に延出されている。
図3及び図4に示した非水電解質電池10は、例えば、以下の手順で作製することができる。まず、電極群1を作製する。次いで、電極群1を袋状外装部材2内に封入する。この際、負極端子6及び正極端子7は、それぞれの一端が外装部材2の外側にはみ出すようにする。次に、外装部材2の周縁を、一部を残してヒートシールする。次に、ヒートシールしなかった部分から、例えば液状非水電解質を袋状外装部材2の開口部から注入する。最後に開口部をヒートシールすることにより、捲回電極群1及び液状非水電解質が密封される。
6個の第1の非水電解質電池は、図1及び図2に示すように、5つのバスバー111を介して、互いに電気的に直列に接続されている。1個の第1の非水電解質電池10の負極端子6は、図1に示すように、組電池100の負極端子116に接続されている。
一方、第2の電池ユニット120は、図1及び図2に示すように、1個の第2の非水電解質電池20を具備する。第2の非水電解質電池20は、第1の非水電解質電池10と同様の構造を有することができる。ただし、第2の非水電解質電池20は、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、式LiMBO2(MBは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である)で表される少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極とを具備する。
第2の非水電解質電池20は、図1及び図2に示すように、バスバー112を介して、1つの第1の非水電解質電池10に電気的に直列に接続されている。すなわち、第1の電池ユニット110と第2の電池ユニット120とは、互いに電気的に直列に接続されている。第2の非水電解質電池20の正極端子7は、図1に示すように、組電池100の正極端子117に接続されている。
図1~図4に示す組電池100は、第1の電池ユニットの放電容量Ca[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量Cb[Ah]が関係式:1.5<C1/C2≦50を満たしている。
第1の実施形態に係る組電池が具備する第1の非水電解質電池及び第2の非水電解質電池は、図3及び図4に示す例の非水電解質電池に限らず、例えば図5及び図6に示す構成の電池であってもよい。
図5は、第1の実施形態に係る組電池が具備することができる他の例の非水電解質電池の概略的な部分切欠斜視図である。図6は、図5のB部の拡大断面図である。
図5及び図6に示す非水電解質電池10は、図5及び図6に示す電極群11と、図5に示す外装部材12と、図示しない非水電解質とを具備する。電極群11及び非水電解質は、外装部材12内に収納されている。非水電解質は、電極群11に保持されている。
外装部材12は、2枚の樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。
電極群11は、図6に示すように、積層型の電極群である。積層型電極群11は、図6に示すように、正極13と負極14とをその間にセパレータ15を介在させながら交互に積層した構造を有する。
電極群11は、複数の正極13を含んでいる。複数の正極13は、それぞれが、正極集電体13aと、集電体13aの両面に担持された正極層13bとを備える。また、電極群11は、複数の負極14を含んでいる。複数の負極14は、それぞれが、負極集電体14aと、負極集電体14aの両面に担持された負極層14bとを備える。各負極14の負極集電体14aは、一辺が負極14から突出している。突出した負極集電体14aは、帯状の負極端子16に電気的に接続されている。帯状の負極端子16の先端は、外装部材12から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極13の正極集電体13aは、負極集電体14aの突出辺と反対側に位置する辺が正極13から突出している。正極13から突出した正極集電体13aは、帯状の正極端子17に電気的に接続されている。帯状の正極端子17の先端は、負極端子16とは反対側に位置し、外装部材12の辺から外部に引き出されている。
第1の実施形態によると、組電池が提供される。この組電池は、第1の非水電解質電池を具備する第1の電池ユニットと、第1の電池ユニットに電気的に直列に接続され且つ第2の非水電解質電池を具備する第2の電池ユニットとを具備する。第1及び第2の非水電解質電池は、共に、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極を具備する。第1の非水電解質電池は、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極を具備する。第2の非水電解質電池は、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極を具備する。第1の電池ユニットの放電容量Ca及び第2の電池ユニットの放電容量Cbは、1.5<Ca/Cb≦50を満たす。それにより、第1の実施形態に係る組電池は、第1の非水電解質電池の劣化が促進され得る充電状態に達すること、及び第2の非水電解質電池の劣化が促進され得る充電状態に達することの両方を防ぐことができる。その結果、第1の実施形態に係る組電池は、優れた寿命特性を示すことができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態によると、第1の実施形態に係る組電池を具備する電池パックが提供される。
第2の実施形態によると、第1の実施形態に係る組電池を具備する電池パックが提供される。
第2の実施形態に係る電池パックは、第1の実施形態に係る組電池を1つ又は複数具備することができる。複数の組電池を具備する場合、複数の組電池は、互いに電気的に直列又は並列に接続することもできる。
次に、第2の実施形態に係る電池パックの一例を図面を参照しながら詳細に説明する。
図7は、第2の実施形態に係る一例の電池パックの概略分解斜視図である。図8は、図6の電池パックの電気回路を示すブロック図である。
図7及び図8に示す電池パック200は、組電池100を具備する。この組電池100は、図1~図4を参照しながら説明した組電池100である。そのため、重複する説明は省略する。
組電池100では、6個の第1の非水電解質電池10と、1個の第2の非水電解質電池20とが、外部に延出した負極端子6及び正極端子7が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ22で締結されている。6個の第1の非水電解質電池10を具備する第1の電池ユニット110と、1個の第2の非水電解質電池20を具備する第2の電池ユニット120とは、図1及び図2を参照しながら説明したように、また図8に示すように、互いに電気的に直列に接続されている。
プリント配線基板24は、負極端子116及び正極端子117が延出する組電池100の側面と対向して配置されている。プリント配線基板24には、図6に示すようにサーミスタ25、保護回路26および外部機器への通電用端子27が搭載されている。なお、プリント配線基板24が組電池100と対向する面には、組電池100の配線と不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。
正極側リード28は、組電池100の最下層に位置する正極端子117に接続され、その先端はプリント配線基板24の正極側コネクタ29に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード30は、組電池100の最上層に位置する負極端子116に接続され、その先端はプリント配線基板24の負極側コネクタ31に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ29及び31は、プリント配線基板24に形成された配線32及び33を通して、保護回路26に接続されている。
サーミスタ25は、第1の非水電解質電池10及び第2の非水電解質電池20の温度を検出し、その検出信号は保護回路26に送信される。保護回路26は、所定の条件で保護回路26と外部機器への通電用端子27との間のプラス側配線34a及びマイナス側配線34bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ25による検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件の他の例は、第1の非水電解質電池10及び第2の非水電解質電池20の過充電、過放電及び過電流等が検出された場合である。この過充電等の検出は、第1の非水電解質電池10及び第2の非水電解質電池20の各々もしくは組電池100全体について行われる。第1の非水電解質電池10及び第2の非水電解質電池20の各々を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、又は正極電位若しくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、第1の非水電解質電池10及び第2の非水電解質電池20の各々の中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図7及び図8に示す電池パック200の場合、第1の非水電解質電池10及び第2の非水電解質電池20の各々に電圧検出のための配線35を接続し、これら配線35を通して検出信号が保護回路26に送信される。
正極端子117及び負極端子116が突出する側面を除く組電池100の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート36がそれぞれ配置されている。
組電池100は、各保護シート36及びプリント配線基板24と共に収納容器37内に収納される。すなわち、収納容器37の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート36が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板24が配置される。組電池100は、保護シート36及びプリント配線基板24で囲まれた空間内に位置する。蓋38は、収納容器37の上面に取り付けられている。
なお、組電池100の固定には粘着テープ22に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮チューブを周回させた後、熱収縮チューブを熱収縮させて組電池を結束させる。
また、電池パックの態様は、用途により適宜変更される。以上に説明した電池パックは、大電流を取り出したときにサイクル特性が優れていることが要求される用途に好適に用いられる。具体的には、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、及び、アシスト自転車の車載用電池として用いられる。特に、車載用電池として好適に用いられる。
第2の実施形態に係る電池パックは、第1の実施形態に係る組電池を具備するので、優れた寿命特性を示すことができる。
[実施例]
以下に実施例を説明するが、本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。
以下に実施例を説明するが、本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。
(実施例1)
実施例1では、以下の手順で、実施例1の組電池を作製した。
実施例1では、以下の手順で、実施例1の組電池を作製した。
[第1の電池ユニットの作製]
(正極の作製)
正極活物質としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。
(正極の作製)
正極活物質としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。
オリビン型リン酸リチウム、アセチレンブラック及びPVdFを、90:5:5の重量比で混合し、溶媒であるN-メチルピロリドン(NMP)に投入した。かくして、正極スラリーを得た。
この正極スラリーを、厚さが20μmであるAl板に塗布し、乾燥させた。乾燥させた塗膜をプレスすることにより、密度(集電体含まず)が2.0g/cm3である正極層を具備する正極が得られた。
(負極の作製)
負極活物質としてのスピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、PVdFを準備した。
負極活物質としてのスピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、PVdFを準備した。
スピネル型リチウムチタン複合酸化物、アセチレンブラック及びPVdFを、重量比90:5:5の重量で混合し、溶媒であるNMPに投入した。かくして、負極スラリーを得た。
この負極スラリーを、厚さが20μmであるAl板に塗布し、乾燥させた。乾燥させた塗膜をプレスすることにより、密度(集電体含まず)が2.0g/cm3である負極層を具備する負極が得られた。
(非水電解質の調製)
非水溶媒としてのプロピレンカーボネート(PC)及びメチルエチルカーボネート(EMC)を体積比1:2で混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。
非水溶媒としてのプロピレンカーボネート(PC)及びメチルエチルカーボネート(EMC)を体積比1:2で混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。
(第1の非水電解質電池の組み立て)
セパレータとして、厚さ20μmのポリエチレンセパレータを準備した。先に作製した負極、セパレータ、先に作製した正極及びもう一枚のセパレータを、この順で積層させて、積層体を得た。このようにして得られた積層体を、負極を外側にして電池容量が3.4 Ahとなるまで捲回し、扁平形状にプレスした。かくして、電極群を得た。この電極群の正極に正極端子を接続し、負極に負極端子を接続した。
セパレータとして、厚さ20μmのポリエチレンセパレータを準備した。先に作製した負極、セパレータ、先に作製した正極及びもう一枚のセパレータを、この順で積層させて、積層体を得た。このようにして得られた積層体を、負極を外側にして電池容量が3.4 Ahとなるまで捲回し、扁平形状にプレスした。かくして、電極群を得た。この電極群の正極に正極端子を接続し、負極に負極端子を接続した。
この電極群を、金属缶の容器に収容した。また、先に調製した非水電解質を容器に注入し、封止した。かくして、3.4Ahの容量を有する第1の非水電解質電池を得た。
(第1の電池ユニットの組み立て)
同様の手順を繰り返して、第1の非水電解質電池を、合計で6個作製した。次に、6個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
同様の手順を繰り返して、第1の非水電解質電池を、合計で6個作製した。次に、6個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
[第2の電池ユニットの作製]
(正極の作製)
正極活物質としてのリチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、PVdFを準備した。
(正極の作製)
正極活物質としてのリチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、PVdFを準備した。
リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、アセチレンブラック及びPVdFを、90:5:5の重量比で混合し、溶媒であるNMPに投入した。かくして、正極スラリーを得た。
この正極スラリーを、厚さが20μmであるAl板に塗布し、乾燥させた。乾燥させた塗膜をプレスすることにより、密度(集電体含まず)が3.2g/cm3である正極層を具備する正極が得られた。
(負極の作製)
負極活物質としてのスピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、PVdFを準備した。
負極活物質としてのスピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)を準備した。また、導電剤として、アセチレンブラックを準備した。また、結着剤として、PVdFを準備した。
スピネル型リチウムチタン複合酸化物、アセチレンブラック及びPVdFを、90:5:5の重量比で混合し、溶媒であるNMPに投入した。かくして、負極スラリーを得た。
この負極スラリーを、厚さが20μmであるAl板に塗布し、乾燥させた。乾燥させた塗膜をプレスすることにより、密度(集電体含まず)が2.0g/cm3である負極層を具備する負極が得られた。
(非水電解質の調製)
非水溶媒としてのプロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2で混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。
非水溶媒としてのプロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2で混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。
(第2の非水電解質電池の組み立て)
セパレータとして、厚さ20μmのポリエチレンセパレータを準備した。先に作製した負極、セパレータ、先に作製した正極及びもう一枚のセパレータを、この順で積層させて、積層体を得た。このようにして得られた積層体を、負極を外側にして電池容量が3.05 Ahとなるまで捲回し、扁平形状にプレスした。かくして、電極群を得た。この電極群の正極に正極端子を接続し、負極に負極端子を接続した。
セパレータとして、厚さ20μmのポリエチレンセパレータを準備した。先に作製した負極、セパレータ、先に作製した正極及びもう一枚のセパレータを、この順で積層させて、積層体を得た。このようにして得られた積層体を、負極を外側にして電池容量が3.05 Ahとなるまで捲回し、扁平形状にプレスした。かくして、電極群を得た。この電極群の正極に正極端子を接続し、負極に負極端子を接続した。
この電極群を、金属缶の容器に収容した。また、先に調製した非水電解質を容器に注入し、封止した。かくして、3.05Ahの容量を有する第2の非水電解質電池を得た。
かくして得られた第2の非水電解質電池を第2の電池ユニットとした。
かくして得られた第2の非水電解質電池を第2の電池ユニットとした。
[組電池の組み立て]
次に、第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。
次に、第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。
これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例1の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例1の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例1の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例1の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例1の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例1の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例1の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例1の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例1の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例1の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例1の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例1の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例1の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例2)
実施例2では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例2の組電池を作製した。
実施例2では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例2の組電池を作製した。
まず、実施例2では、第1の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから減らした。それにより、実施例2で作製した第1の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.3Ah小さい、3.1Ahとした。
このような第1の非水電解質電池を実施例1と同様に6個作製した。次に、6個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
また、このようにして作製した第1の電池ユニットを0.1Ah充電した。一方で、実施例1と同様にして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例2の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例2の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例2の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例2の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例2の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例2の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.08Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.08Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例2の放電容量比Ca/Cbは1.6であった。
実施例2の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.08Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.08Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例2の放電容量比Ca/Cbは1.6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例2の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例2の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例2の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例2の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例3)
実施例3では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例3の組電池を作製した。
実施例3では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例3の組電池を作製した。
まず、第1の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから増やした。実施例3で作製した第1の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.6Ah大きい、4Ahとした。
このような第1の非水電解質電池を実施例1と同様に6個作製した。次に、6個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
また、このようにして作製した第1の電池ユニットを1Ah充電した。一方で、実施例1と同様にして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例3の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例3の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例3の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例3の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例3の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例3の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、4Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが1Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例3の放電容量比Ca/Cbは20であった。
実施例3の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、4Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが1Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例3の放電容量比Ca/Cbは20であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例3の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例3の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例3の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例3の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例4)
実施例4では、以下の点以外は実施例3と同様の手順で、実施例4の組電池を作製した。
実施例4では、以下の点以外は実施例3と同様の手順で、実施例4の組電池を作製した。
まず、第2の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を調整して容量が3.02Ahである第2の非水電解質電池を作製した。
また、実施例3と同様にして作製した第1の電池ユニットを1Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.02Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例4の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例4の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例3の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例4の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例3の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例4の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、4Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.02Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが1Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.02Ahであることが分かった。よって、実施例4の放電容量比Ca/Cbは50であった。
実施例4の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、4Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.02Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが1Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.02Ahであることが分かった。よって、実施例4の放電容量比Ca/Cbは50であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例4の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例4の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例4の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例4の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例5)
実施例5では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例5の組電池を作製した。
実施例5では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例5の組電池を作製した。
実施例5では、正極活物質として、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)の代わりに、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。この第2の非水電解質電池を第2の電池ユニットとした。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例5の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例5の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例5の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例5の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例5の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例5の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例5の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例5の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例5の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例5の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例5の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例5の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例5の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例6)
実施例6では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例6の組電池を作製した。
実施例6では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例6の組電池を作製した。
実施例6では、正極活物質として、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)の代わりに、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。この第2の非水電解質電池を第2の電池ユニットとした。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例6の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例6の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例6の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例6の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例6の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例6の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例6の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例6の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例6の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例6の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例6の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例6の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例6の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例7)
実施例7では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例7の組電池を作製した。
実施例7では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例7の組電池を作製した。
実施例7では、正極活物質として、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)の代わりに、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。この第2の非水電解質電池を第2の電池ユニットとした。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例7の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例7の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例7の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例7の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例7の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例7の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例7の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例7の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例7の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例7の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例7の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
実施例7の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例7の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.45Vであった。
(実施例8)
実施例8では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例8の組電池を作製した。
実施例8では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例8の組電池を作製した。
実施例8では、正極活物質として、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)の代わりに、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)及びリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を重量比70:30で混合した混合物を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。この第2の非水電解質電池を第2の電池ユニットとした。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例8の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例8の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例8の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例8の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例8の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例8の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例8の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例8の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例8の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例8の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例8の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
実施例8の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例8の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
(実施例9)
実施例9では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例9の組電池を作製した。
実施例9では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例9の組電池を作製した。
まず、実施例9では、正極活物質として、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)の代わりに、化学式LiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4で表されるオリビン型リチウムリン酸塩を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.4Ahの第1の非水電解質電池を作製した。
同様の手順を繰り返して、第1の非水電解質電池を、合計で5個作製した。次に、5個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
また、このようにして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、実施例1と同様にして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例9の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例9の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例9の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例9の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例9の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例9の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例9の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例9の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例9の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例9の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例9の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
実施例9の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例9の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
(実施例10)
実施例10では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例10の組電池を作製した。
実施例10では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例10の組電池を作製した。
実施例10では、負極活物質として、スピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりに、スピネル型リチウムチタン複合酸化物と単斜晶系β型チタン複合酸化物(TiO2(B))とを重量比50:50で混合した混合物を用いたこと以外は実施例1と同様にして、第2の非水電解質電池を作製した。このようにして作製した第2の非水電解質電池は、容量が3.05Ahであった。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例10の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例10の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例8の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例10の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例8の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例10の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例10の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例10の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例10の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例10の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例10の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.5Vであった。
実施例10の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例10の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.5Vであった。
(実施例11)
実施例11では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例11の組電池を作製した。
実施例11では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例11の組電池を作製した。
実施例11では、負極活物質として、スピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりに、スピネル型リチウムチタン複合酸化物と単斜晶系β型チタン複合酸化物TiO2(B)とを重量比80:20で混合した混合物を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例11の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例11の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例11の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例11の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例11の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例11の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例11の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例11の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例11の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例11の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例11の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.5Vであった。
実施例11の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例11の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.5Vであった。
(実施例12)
実施例12では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例12の組電池を作製した。
実施例12では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例12の組電池を作製した。
実施例12では、負極活物質として、スピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)の代わりに、スピネル型リチウムチタン複合酸化物とニオブチタン複合酸化物(TiNb2O7)とを重量比50:50で混合した混合物を用いたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例12の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例12の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例12の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例12の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例12の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例12の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例12の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例12の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例12の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例12の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例12の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.6Vであった。
実施例12の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例12の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.6Vであった。
(実施例13)
実施例13では、以下の点以外は実施例10と同様の手順で、実施例13の組電池を作製した。
実施例13では、以下の点以外は実施例10と同様の手順で、実施例13の組電池を作製した。
まず、以下の手順で、斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物(Li2Na1.8Ti5.8Nb0.2O14)を合成した。
まず、原料として、酸化チタンTiO2と、炭酸リチウムLi2CO3と、炭酸ナトリウムNa2CO3と、水酸化ニオブ(V)Nb(V)(OH)5とを準備した。次に、これらの原料を、混合物におけるLi:Na:Ti:Nbのモル比が2:1.8:5.8:0.2となるように混合した。かくして得られた混合物を、大気雰囲気において、900℃で3時間に亘って熱処理した。これにより、生成物の粉末を得た。
生成物の粉末を、先に説明したように、XRD及びICPを組み合わせて用いて分析した。これらの結果、得られた生成物の粉末は、Li2Na1.8Ti5.8Nb0.2O14で表される斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物であることが分かった。
次に、斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物及びスピネル型リチウムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)を重量比50:50で混合して、混合物を得た。
次に、この混合物を、負極活物質として、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の代わりに用い、且つ塗布量を15%増やしたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。
また、実施例1と同様にして作製した第1の電池ユニットを0.4Ah充電した。一方で、先のようにして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、実施例13の組電池を得た。
(容量の測定)
実施例13の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例13の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例13の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例13の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例13の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、0.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例13の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例13の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、0.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例13の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例13の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例13の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、3.0Vであった。
実施例13の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例13の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、3.0Vであった。
(実施例14)
実施例14では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例14の組電池を作製した。
実施例14では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、実施例14の組電池を作製した。
実施例14では、充電状態が100%である組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVが2.55Vとなるように、第2の非水電解質電池の負極に対する正極の量を調整して正極の利用率を高くしたこと以外は実施例1と同様にして、3.05Ahの第2の非水電解質電池を作製した。
(容量の測定)
実施例14の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例14の組電池の容量Cmは3Ahであった。
実施例14の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例14の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
実施例14の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例14の放電容量比Ca/Cbは6であった。
実施例14の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.3Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.3Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、実施例14の放電容量比Ca/Cbは6であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
実施例14の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例14の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.55Vであった。
実施例14の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である実施例14の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧OCVは、2.55Vであった。
(比較例1)
比較例1では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例1の組電池を作製した。
比較例1では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例1の組電池を作製した。
比較例1では、第1の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから減らした。それにより、比較例1で作製した第1の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.38Ah小さい、3.02Ahとした。
また、比較例1では、第2の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから増やした。それにより、比較例1で作製した第2の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.05Ah大きい、3.1Ahとした。
そして、比較例1では、第1の電池ユニットと第2の電池ユニットとを接続する前に、第1の電池ユニットを0.02Ah充電した。一方で、第2の電池ユニットを0.1Ahを充電した。
(容量の測定)
比較例1の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。比較例1の組電池の容量Cmは3Ahであった。
比較例1の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。比較例1の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
比較例1の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.01Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.1Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.01Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.1Ahであることが分かった。よって、比較例1の放電容量比Ca/Cbは0.1であった。
比較例1の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.01Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.1Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.01Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.1Ahであることが分かった。よって、比較例1の放電容量比Ca/Cbは0.1であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
比較例1の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例1の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
比較例1の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例1の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
(比較例2)
比較例2では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例2の組電池を作製した。
比較例2では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例2の組電池を作製した。
比較例2では、第1の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから減らした。それにより、比較例2で作製した第1の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.32Ah小さい、3.08Ahとした。
また、比較例2では、第2の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから減らした。それにより、比較例2で作製した第2の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.03Ah小さい、3.02Ahとした。
そして、比較例2では、第1の電池ユニットと第2の電池ユニットとを接続する前に、第1の電池ユニットを0.08Ah充電した。一方で、第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。
(容量の測定)
比較例2の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。比較例2の組電池の容量Cmは3Ahであった。
比較例2の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。比較例2の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
比較例2の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.06Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.06Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、比較例2の放電容量比Ca/Cbは1.2であった。
比較例2の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.06Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.06Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、比較例2の放電容量比Ca/Cbは1.2であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
比較例2の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例2の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
比較例2の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例2の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
(比較例3)
比較例3では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例3の組電池を作製した。
比較例3では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例3の組電池を作製した。
比較例3では、第1の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから増やした。それにより、比較例3で作製した第1の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも1.1Ah大きい、4.5Ahとした。
また、比較例3では、第2の非水電解質電池の作製の際、正極層の捲回長及び負極層の捲回長を実施例1のそれらから減らした。それにより、比較例3で作製した第2の非水電解質電池の容量は、実施例1のそれよりも0.03Ah小さい、3.02Ahとした。
そして、比較例3では、第1の電池ユニットと第2の電池ユニットとを接続する前に、第1の電池ユニットを1.5Ah充電した。一方、第2の電池ユニットを0.02Ah充電した。
(容量の測定)
比較例3の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。比較例3の組電池の容量Cmは3Ahであった。
比較例3の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。比較例3の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
比較例3の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、4.2Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.02Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが1.2Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.02Ahであることが分かった。よって、比較例3の放電容量比Ca/Cbは60であった。
比較例3の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、4.2Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、3.02Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが1.2Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.02Ahであることが分かった。よって、比較例3の放電容量比Ca/Cbは60であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
比較例3の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例3の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
比較例3の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例3の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
(比較例4)
比較例4では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例4の組電池を作製した。
比較例4では、以下の点以外は実施例1と同様の手順で、比較例4の組電池を作製した。
まず、比較例4では、第1の非水電解質電池の負極活物質として、スピネル型リチウムチタン複合酸化物の代わりに、グラファイトを用いた。このグラファイトを、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)と95:5の重量比で混合し、溶媒であるN-メチルピロリドンに投入した。かくして、負極スラリーを得た。このスラリーを、厚さが20μmであるCu板に塗布し、乾燥させた。乾燥させた塗膜をプレスすることにより、密度(集電体含まず)が1.3g/cm3である負極層を具備する負極が得られた。
非水電解質としては、エチレンカーボネート(EC)及びエチルメチルカーボネート(MEC)を体積比1:2で混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解させて調製したものを用いた。
以上のようにして作製した負極と非水電解質とを用いたこと以外は実施例1と同様の手順により、容量が3.5Ahである第1の非水電解質電池を作製した。
同様の手順を繰り返して、第1の非水電解質電池を、合計で4個作製した。次に、4個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
また、このようにして作製した第1の電池ユニットを0.5Ah充電した。一方で、実施例1と同様にして作製した第2の電池ユニットを0.05Ah充電した。これらの状態の第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを、互いに電気的に直列に接続した。かくして、比較例4の組電池を得た。
(容量の測定)
比較例4の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例9の組電池の容量Cmは3Ahであった。
比較例4の組電池の容量Cm[Ah]を先に説明した手順で測定した。実施例9の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(容量比の測定)
比較例4の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.2Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、0.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.2Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、比較例4の放電容量比Ca/Cbは4であった。
比較例4の組電池の第1の電池ユニットの放電容量C1[Ah]及び第2の電池ユニットの放電容量C2[Ah]を、先に説明した方法により測定した。第1の電池ユニットの放電容量C1は、3.2Ahであった。また、第2の電池ユニットの放電容量C2は、0.05Ahであった。これらの容量から組電池の容量Cm(3Ah)をそれぞれ引くことにより、第1の電池ユニットの放電容量Caが0.2Ahであり、第2の電池ユニットの放電容量Cbが0.05Ahであることが分かった。よって、比較例4の放電容量比Ca/Cbは4であった。
(第2の電池ユニットの開回路電圧の測定)
比較例4の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例4の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
比較例4の組電池の充電状態を、先に説明した手順で、100%にした。充電状態が100%である比較例4の組電池に含まれる第2の電池ユニットの開回路電圧(OCV)は、2.45Vであった。
(比較例5)
比較例5では、以下の手順で、比較例5の組電池を作製した。
比較例5では、以下の手順で、比較例5の組電池を作製した。
まず、比較例5では、実施例1と同様の手順で、7個の第1の非水電解質電池を作製した。次に、7個の第1の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第1の電池ユニットを組み立てた。
このようにして得られた第1の電池ユニットを、比較例5の組電池とした。比較例5の組電池の容量Cmは3Ahであった。
(比較例6)
比較例6では、以下の手順で、比較例6の組電池を作製した。
比較例6では、以下の手順で、比較例6の組電池を作製した。
まず、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)と、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)とを準備した。これらを、LiFePO4:LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2=6:1の重量比で混ぜ、混合物を得た。
このようにして得られた混合物を正極活物質として用いたこと以外は、実施例1で作製した第1の非水電解質電池の製造手順と同様の手順で、比較例6の非水電解質電池を得た。同様の手順を繰り返して、6個の比較例6の非水電解質電池を得た。
これら6個の非水電解質電池を直列に接続して、比較例6の組電池を得た。比較例6の組電池の容量は3Ahであった。
(比較例7)
比較例7では、以下の手順で、比較例7の組電池を作製した。
比較例7では、以下の手順で、比較例7の組電池を作製した。
まず、比較例7では、実施例1と同様の手順で、6個の第2の非水電解質電池を作製した。次に、6個の第2の非水電解質電池を互いに直列に電気的に接続した。かくして、第2の電池ユニットを組み立てた。第2の電池ユニットの容量は3Ahであった。
このようにして得られた第2の電池ユニットを、比較例7の組電池とした。
(充放電サイクル試験)
実施例1の組電池を、60℃の温度環境において、充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験では、電流値を5Cとし、充放電電圧範囲を12.5V~15Vとした。実施例1の組電池は、500サイクル後の容量維持率が90%であった。
実施例1の組電池を、60℃の温度環境において、充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験では、電流値を5Cとし、充放電電圧範囲を12.5V~15Vとした。実施例1の組電池は、500サイクル後の容量維持率が90%であった。
実施例2~14、並びに比較例1~5のそれぞれの組電池についても、同様の充放電サイクル試験を行った。
以下の表1に、実施例1~14、並びに比較例1~5についての、第1及び第2の非水電解質電池の活物質を示す。また、以下の表2に、実施例1~14、並びに比較例1~5についての、容量比Ca/Cb、充電状態が100%である各組電池が含む第2の非水電解質電池の開回路電圧、及び充放電サイクル試験における500サイクル後の容量維持率を示す。
表2に示した結果から明らかなように、実施例1~14の組電池は、比較例1~7の組電池よりも、サイクル試験での容量維持率に優れていた。
一方、容量比Ca/Cbが1.5よりも小さかった比較例1及び2の組電池は、サイクル試験での容量維持率が低かった。比較例1及び2の組電池では、5Cの電流値での放電に供されて充電状態が急激に低くなった際、第1の電池ユニットに含まれる第1の非水電解質電池の抵抗が急激に上昇したと考えられる。そのため、比較例1及び2の組電池では、第1の非水電解質電池の電圧が急激に低下し、その結果、第1の非水電解質電池の劣化が促進されたと考えられる。
一方、容量比Ca/Cbが50よりも大きかった比較例3も、サイクル試験での容量維持率が低かった。比較例3の組電池では、第1の電池ユニットと第2の電池ユニットの容量差が大きいため、それぞれのユニットでの抵抗値の差が大きく、充放電中に第1と第2の電池ユニットの間の充電状態にズレが起きやすいため、充放電サイクルにおける劣化が見られたと推察される。さらに、組電池の放電末期においても第1の電池ユニットの電圧が低下しにくいため、過電圧が第2の電池ユニットにかかる。その分、過電圧が多くかかり、第2の電池ユニットが劣化しやすくなったことも要因と考えられる。
比較例4の組電池も、サイクル試験での容量維持率が低かった。比較例4の組電池では、第1の電池ユニットに含まれる第1の非水電解質電池が具備するグラファイトと、第2の電池ユニットである第2の非水電解質電池が具備するスピネル型チタン酸リチウムとのリチウム吸蔵及び放出電位が大きく異なり、満充電状態ではリチウム金属電位と近いため、第1の非水電解質電池がリチウム金属析出により劣化が促進したと考えられる。そのため、比較例4の組電池では、充放電におけるオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の電位及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の電位を調整することが困難であった。その結果、比較例4の組電池では、オリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の過放電、及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の過充電を防ぐことができなかったと考えられる。
比較例5の組電池も、サイクル試験での容量維持率が低かった。その理由を、図9を参照しながら詳細に説明する。
図9は、実施例1の組電池及び比較例5の組電池のそれぞれの放電カーブである。
図9から明らかなように、実施例1の組電池は、低い充電状態において、充電状態の変化に伴う電圧の変化が大きかった。そのため、実施例1の組電池では、低い充電状態において、充電状態を電圧の変化を指標として把握することができ、放電の際に実施例1の組電池が過放電状態に陥るのを防ぐことができた。
一方、図9から明らかなように、比較例5の組電池は、放電による充電状態の変化に伴う電圧の変化が小さかった。特に、比較例5の組電池は、低い充電状態においても、放電による充電状態の変化に伴う電圧の変化が小さかった。そのため、比較例5の組電池では、低い充電状態において、充電状態を電圧の変化を指標として把握することができず、その結果、放電の際に比較例5の組電池が過放電状態に陥ってしまったと考えられる。
比較例6の組電池も、サイクル試験での容量維持率が低かった。比較例6の組電池では、充放電におけるオリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の電位及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の電位を調整することが困難であった。そのため、比較例6の組電池では、オリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の過放電、及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の過充電を防ぐことができなかったと考えられる。
つまり、比較例6のように、1つの電池に、オリビン型リチウムリン酸塩LiMAPO4の電位及びリチウム含有複合酸化物LiMBO2の両方を含んだ正極を用いても、第1の電池ユニット及び第2の電池ユニットを容量比Ca/Cbが1.5<Ca/Cb≦50の範囲内になるように含んだ実施例1~実施例14の組電池のように優れた寿命特性を示すことはできない。
比較例7の組電池も、サイクル試験での容量維持率が低かった。これは、比較例7の組電池では、高い充電状態において、組電池中の第2の非水電解質電池が過充電されやすい状態となり、その結果、第2の非水電解質電池が過充電状態になってしまったからであると考えられる。
以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る組電池は、第1の非水電解質電池を具備する第1の電池ユニットと、第1の電池ユニットに電気的に直列に接続され且つ第2の非水電解質電池を具備する第2の電池ユニットとを具備する。第1及び第2の非水電解質電池は、共に、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極を具備する。第1の非水電解質電池は、少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極を具備する。第2の非水電解質電池は、少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極を具備する。第1の電池ユニットの放電容量Ca及び第2の電池ユニットの放電容量Cbは、1.5<Ca/Cb≦50を満たす。それにより、第1の実施形態に係る組電池は、第1の非水電解質電池の劣化が促進され得る充電状態に達すること、及び第2の非水電解質電池の劣化が促進され得る充電状態に達することの両方を防ぐことができる。その結果、第1の実施形態に係る組電池は、優れた寿命特性を示すことができる。
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。
100…組電池、110…第1の電池ユニット、111…バスバー、112…バスバー、120…第2の電池ユニット、10…第1の非水電解質電池、20…第2の非水電解質電池、116…組電池の負極端子、117…組電池の正極端子、1、11…電極群、2、12…外装部材、3、14…負極、3a、14a…負極集電体、3b、14b…負極層、4、15…セパレータ、5、13…正極、5a、13a…正極集電体、5b、13b…正極層、6、16…負極端子、7、17…正極端子、200…電池パック、21…単電池、22…粘着テープ、23…組電池、24…プリント配線基板、25…サーミスタ、26…保護回路、27…通電用端子、28…正極側リード、29…正極側コネクタ、30…負極側リード、31…負極側コネクタ、32、33…配線、34a…プラス側配線、34b…マイナス側配線、35…電圧検出のための配線、36…保護シート、37…収納容器、38…蓋。
Claims (10)
- n個(nは1以上の整数)の第1の非水電解質電池を具備する第1の電池ユニットであって、前記第1の非水電解質電池の各々が、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、式LiMAPO4(MAは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である)で表される少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩を含む正極と、第1の非水電解質とを具備する第1の電池ユニットと、
m個(mは1以上の整数)の第2の非水電解質電池を具備し且つ前記第1の電池ユニットに電気的に直列に接続される第2の電池ユニットであって、前記第2の非水電解質電池の各々が、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極と、式LiMBO2(MBは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素である)で表される少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物を含む正極と、第2の非水電解質とを具備する第2の電池ユニットと
を具備する組電池であって、
前記第1の電池ユニットの放電容量Ca[Ah]及び前記第2の電池ユニットの放電容量Cb[Ah]が、関係式:1.5<Ca/Cb≦50を満たし、
前記放電容量Caは、充電状態が100%である前記組電池の前記第1の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×n Vの電圧まで放電した際に得られる放電容量C1[Ah]から、前記組電池の容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]であり、
前記放電容量Cbは、充電状態が100%である前記組電池の前記第2の電池ユニットを、0.2Cの定電流値で、1.5×m Vの電圧まで放電した際に得られる放電容量C2[Ah]から、前記組電池の前記容量Cm[Ah]を引いた容量[Ah]である組電池。 - 充電状態が100%である前記組電池において、前記第2の電池ユニットの開回路電圧OCVが2.5V以下である請求項1に記載の組電池。
- 前記少なくとも1種のリチウム含有複合酸化物は、式LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x、y≦0.4)で表されるリチウム含有複合酸化物を含む請求項1又は2に記載の組電池。
- 前記少なくとも1種のリチウム含有酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物を含む請求項3に記載の組電池。
- 前記第2の非水電解質電池が具備する前記負極は、少なくとも1種のチタン含有酸化物(スピネル型チタン酸リチウムを除く)を更に含む請求項1~4の何れか1項に記載の組電池。
- 前記チタン含有酸化物は、単斜晶系β型チタン含有酸化物、アナターゼ型チタン含有酸化物、ラムスデライド型チタン酸リチウム、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物、及び斜方晶型ナトリウム含有ニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種である請求項5に記載の組電池。
- 前記少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩は、式LiMn1-s-tFesMgtPO4(0<s、t≦0.2)で表されるオリビン型リチウムリン酸塩を含む請求項1~6の何れか1項に記載の組電池。
- 前記少なくとも1種のオリビン型リチウムリン酸塩は、オリビン型リン酸鉄リチウムを含む請求項7に記載の組電池。
- 請求項1~8の何れか1項に記載の組電池を具備する電池パック。
- 前記組電池を複数具備し、
前記組電池は、互いに、直列、並列又はこれらの組み合わせで電気的に接続されている請求項9に記載の電池パック。
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