蓄電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施方式涉及一種蓄電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為在電動汽車（EV)、混合動力汽車（HEV)、電動自行車、叉車等中使用的大型以 及大容量電源，能量密度較高的非水電解質(zhì)電池（例如，鋰離子電池）被關(guān)注，在對高壽命、 安全性等進行考慮的同時，進行用于大型化以及大容量化的開發(fā)。作為大容量電源，為了增 大驅(qū)動電力，而開發(fā)有包括串聯(lián)或者并聯(lián)地連接的多個電池的組電池。
[0003] 非水電解質(zhì)電池包括在負極使用碳材料的鋰離子電池以及使用鈦酸鋰的鋰電池。
[0004] 在負極使用鈦酸鋰電池的電池，由于負極電位比碳負極高，因此壽命特性、安全 性、輸入輸出特性、尤其是快速充電特性優(yōu)異。
[0005] 相反，在負極使用鈦酸鋰的非水電解質(zhì)電池，有時自放電速度較快、單位容量的成 本提尚。
[0006] 因此，在負極使用鈦酸鋰的非水電解質(zhì)電池，例如在汽車的怠速停止時那樣，利用 制動時等的能量來進行充電時，發(fā)揮其快速充電能力，但由于自放電較快、單位容量的成本 較高，因此難以實用。
[0007] 作為用于彌補該缺點的對策，能夠舉出將在負極使用鈦酸鋰的非水電解質(zhì)電池與 單位容量的成本較低的鉛蓄電池并聯(lián)連接的方法。
[0008] 但是，該對策存在難以使在負極使用鈦酸鋰的非水電解質(zhì)電池的電壓與鉛蓄電池 的平坦的電壓相匹配這種缺點。
[0009] 通常，鉛蓄電池的單體電池具有2. 0V左右的電壓。市售的鉛蓄電池一般是將該單 體電池串聯(lián)地排列的12V或者24V的電池，這些鉛蓄電池作為低成本的電池而能夠廣泛地 得到。但是，已知這些鉛蓄電池的工作電壓平坦，并且在充滿電狀態(tài)下所保持的狀態(tài)是電池 劣化較少的狀態(tài)。例如，12V的鉛蓄電池為，當(dāng)稍微超過充滿電的12V時，電解液分解而劣 化、產(chǎn)生氣體的可能性變高，當(dāng)稍微低于12V時，成為過放電狀態(tài)而促進劣化。
[0010] 當(dāng)在并聯(lián)地連接的多個電池之間產(chǎn)生端子間電壓的差異時，為了消除該差異而端 子間電壓平均化。因此，當(dāng)與鉛蓄電池并聯(lián)連接的快速充放電特性、發(fā)揮快速放電特性的電 池、即在負極使用鈦酸鋰的非水電解質(zhì)電池的端子間電壓在充放電時較大地變化時，隨著 該變化而鉛蓄電池的電壓較大地變化，可能促進劣化。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0012] 專利文獻
[0013]專利文獻1:日本專利第3930574號公報
[0014] 專利文獻2:日本特開2011-78147號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明要解決的課題
[0016] 本發(fā)明的目的在于提供一種蓄電池系統(tǒng)，能夠進行快速充電且示出優(yōu)異的循環(huán)壽 命。
[0017] 用于解決課題的手段
[0018] 根據(jù)實施方式，提供一種蓄電池系統(tǒng)。蓄電池系統(tǒng)具備第一電池、以及與第一電池 并聯(lián)連接的第二電池。第一電池包括鉛蓄電池。第二電池包括非水電解質(zhì)電池。非水電解 質(zhì)電池具備正極和負極。負極包括負極集電體、以及形成在負極集電體上的負極合劑層，上 述負極合劑層包含鈦酸鋰。負極合劑層具有15g/m2~100g/m2的范圍內(nèi)的單位面積重量、 以及處于5ym~50ym的范圍內(nèi)的厚度。正極包含正極活性物質(zhì)，該正極活性物質(zhì)是具有 尖晶石結(jié)構(gòu)、能夠用LiMn2_xM(a)x04 (此處，M(a)包含選自包括Co、Ni、Al、Cr、Fe、Nb、Mg、B 以及F的組的至少一種元素，x處于0 <x< 0. 7的范圍內(nèi)）表示的化合物。第二電池的 電池容量相對于第一電池的電池容量之比處于1/133~1/2的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0019]圖1是用實線概略地表示具備包含第一正極活性物質(zhì)以及第二正極活性物質(zhì)的 正極的非水電解質(zhì)電池的S0C與電壓之間的關(guān)系、以及用虛線概略地表示具備包含第一正 極活性物質(zhì)但不包含第二正極活性物質(zhì)的非水電解質(zhì)電池的S0C與電壓之間的關(guān)系的圖 表。
[0020] 圖2表示實施方式的蓄電池系統(tǒng)的一例的電路圖。
[0021] 圖3是圖2所示的第二電池所包含的非水電解質(zhì)電池的分解立體圖。
[0022] 圖4是圖3的A部分的放大截面圖。
[0023] 圖5是表示實施方式的蓄電池系統(tǒng)能夠具備的第二電池以及其他電池的作為充 電狀態(tài)S0C的函數(shù)的開路電壓的變化的圖表。
【具體實施方式】
[0024] 以下，參照附圖對實施方式進行說明。另外，在以下的說明中，對于發(fā)揮相同或者 類似功能的構(gòu)成要素，在全部附圖中都賦予相同的參照符號，并省略重復(fù)的說明。另外，各 附圖是用于促進實施方式的說明及其理解的示意圖，其形狀、尺寸、比等與實際的裝置具有 不同點，但這些能夠參照以下的說明以及公知技術(shù)而適當(dāng)?shù)剡M行設(shè)計變更。
[0025](實施方式）
[0026] 實施方式的蓄電池系統(tǒng)具備第一電池、以及與第一電池并聯(lián)連接的第二電池。
[0027] 第一電池包括鉛蓄電池。第一電池也可以是含有串聯(lián)連接的多個鉛蓄電池的組電 池。
[0028] 第一電池例如能夠使用市售的鉛蓄電池。市售的鉛蓄電池的額定電壓例如為12V 以及24V。
[0029] 第二電池包括非水電解質(zhì)電池。該非水電解質(zhì)電池是在負極使用了鈦酸鋰的非水 電解質(zhì)電池。詳細地說明，第二電池所包括的非水電解質(zhì)電池具備正極以及負極，負極包括 負極集電體以及形成在該負極集電體上的負極合劑層，負極合劑層包含鈦酸鋰。在負極使 用了鈦酸鋰的非水電解質(zhì)電池，能夠示出優(yōu)異的壽命特性、優(yōu)異的安全性、優(yōu)異的輸入輸出 特性、特別是優(yōu)異的快速充電特性。
[0030] 此外，第二電池所包括的非水電解質(zhì)電池為，正極包含正極活性物質(zhì)，該正極活性 物質(zhì)是具有尖晶石結(jié)構(gòu)、能夠用LiMn2_xM(a)x04(此處，M(a)包含選自包括Co、Ni、Al、Cr、Fe、 Nb、Mg、B以及F的組的至少一種元素，x處于0彡x彡0. 7的范圍內(nèi)）表示的化合物。
[0031] 具備包含這種正極活性物質(zhì)的正極和包含鈦酸鋰的負極的非水電解質(zhì)電池，能夠 遍及從接近充滿電的狀態(tài)的充電狀態(tài)（Stateofcharge:S0C)開始的較大范圍的S0C，示 出大致恒定的開路電壓。因此，該非水電解質(zhì)電池即便進行快速充電也能夠抑制開路電壓 的急劇變化。
[0032] 當(dāng)x大于0.7時，第二電池所包括的非水電解質(zhì)電池的工作電壓降低。x的優(yōu)選范 圍為0. 001 <x< 0. 3。當(dāng)x處于該范圍時，第二電池所包括的非水電解質(zhì)電池能夠示出優(yōu) 異的壽命特性。
[0033] 作為這種正極活性物質(zhì)，例如能夠舉出LiMn199Ala(ll04。
[0034] 此外，第二電池所包括的非水電解質(zhì)電池為，負極所包括的負極合劑層具有15g/ m2~100g/m2的范圍內(nèi)的單位面積重量以及處于5ym~50ym的范圍內(nèi)的厚度。
[0035] 負極合劑層的厚度例如能夠通過截面SEM來測定。
[0036]負極合劑層的單位面積重量例如能夠通過以下的方法來測定。
[0037] 首先，算出負極所包含的負極集電體的材料，并通過手冊等調(diào)查該材料的比重。接 著，從負極切出5cm見方的試樣，并通過截面SEM來觀察該試樣。根據(jù)截面SEM像來求出負 極集電體的厚度，并根據(jù)所求出的厚度以及負極集電體的比重來求出負極集電體的重量。 接著，測量所切出的試樣的重量，從測得的重量減去先前求出的負極集電體的重量，而求出 負極合劑層的重量。用所求出的負極合劑層的重量除以試樣的面積即25cm2,由此能夠求出 負極合劑層的單位面積重量。
[0038] 當(dāng)負極合劑層的厚度小于5ym時，非水電解質(zhì)電池的自放電速度會增加。另一方 面，當(dāng)負極合劑層的厚度大于50ym時，負極合劑層中的離子以及電池的移動距離增加，因 此離子傳導(dǎo)性以及電子傳導(dǎo)性降低，結(jié)果，非水電解質(zhì)的內(nèi)部電阻會變高。
[0039] 此外，當(dāng)負極合劑層的單位面積重量小于15g/m2時，第二電池的單位體積的容量 降低，因此蓄電池系統(tǒng)通過快速充電能夠接受的容量降低。當(dāng)負極合劑層的單位面積重量 大于100g/m2時，存在于負極合劑層的表面的負極活性物質(zhì)的量過多，而電阻變大，快速充 電時的電壓變化變大，第二電池能夠利用的容量降低，因此作為蓄電池系統(tǒng)整體而能夠快 速充電的容量降低。
[0040] 具有上述單位面積重量以及厚度的負極合劑層，能夠具有處于3X 105g/m3~ 20X 106g/m3的范圍內(nèi)的密度。這種負極合劑層能夠示出優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性以及電子傳導(dǎo)性 的雙方。由此，具備包括這種負極合劑層的負極的第二電池，能夠示出較低的內(nèi)部電阻值。 能夠示出較低的內(nèi)部電阻值的第二電池，能夠抑制電流流動時的端子間電壓的變化。
[0041] 如此，第二電池所包括的非水電解質(zhì)電池，能夠示出優(yōu)異的壽命特性、優(yōu)異的安全 性、優(yōu)異的輸入輸出特性、特別是優(yōu)異的快速充電特性，即便進行快速充電也能夠抑制急劇 的電壓變化，且能夠示出較低的內(nèi)部電阻值。
[0042] 包括這種非水電解質(zhì)電池的第二電池，基于S0C的開路電壓的變化較小且內(nèi)部電 阻值較低，因此能夠抑制與該第二電池并聯(lián)連接的包括鉛蓄電池的第一電池的端子間電壓 的急劇變化。因此，第一實施方式的蓄電池系統(tǒng)，能夠通過第二電池來防止由端子間電壓變 化導(dǎo)致的第一電池的劣化。
[0043] 另一方面，第一電池能夠以第二電池的開路電壓的變化變大的S0C的電壓來進行 充放電。因此，在第二電池的開路電壓的變化變大的S0C中，能夠通過第一電池來抑制第二 電池的端子間電壓的變化。
[0044] 而且，如先前說明了的那樣，實施方式的蓄電池系統(tǒng)所具備的第二電池，能夠示出 較低的內(nèi)部電阻值。此外，實施方式的蓄電池系統(tǒng)能夠具有優(yōu)異的壽命特性，因此能夠抑制 由第一電池或者第二電池的劣化導(dǎo)致的電阻上升。由此，實施方式的蓄電池系統(tǒng)能夠減小 充放電循環(huán)中的充電時的電壓與放電時的電壓之差。充放電循環(huán)中的該差較小的電池，能 夠示出較高的平均充放電效率。
[0045] 平均充放電效率較高的電池，能夠?qū)⒖焖俚剌斎氲皆撾姵氐碾娔苤械拇蟛糠謱嶋H 地進行充電。另一方面，在平均充放電效率較低的電池中，快速地輸入的電能的大部分被作 為熱能釋放到電池外部。因此，實際被充電到充放電效率較低的電池的電能，與快速投入的 電能相比減少作為熱能而損失的量。如此，平均充放電效率較高的電池與平均充放電效率 較低的電池相比，能夠增大實際快速充電的電量。換言之，平均充放電效率較高的電池與平 均充放電效率較低的電池相比，能夠?qū)⒖焖偻度氲碾娔苤械妮^大部分作為電能輸出。
[0046] 與以較小的電流進行充電的情況相比，在以