(57)【要約】【課題】低温環境下において、電池セル３２を効率よく加熱できるリチウムイオン電池装置１を提供することを目的とする。【解決手段】正極板３２５、セパレータ３２４、及び負極板３２６を有する電池セル３２と、電池セル３２の温度を検出する温度検出手段とを備えたリチウムイオン電池装置１であって、温度検出手段が検出した温度が所定温度以下の場合、電池セル３２に対してマイクロ波を照射する電磁波照射手段を備え、正極板３２５、セパレータ３２４、及び負極板３２６の少なくとも１つが、導電性を有するとともに、マイクロ波によって発熱するカーボンマイクロコイルＣを含有したことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板、セパレータ、及び負極板を有するリチウムイオン電池と、
該リチウムイオン電池の温度を検出する温度検出手段とを備えたリチウムイオン電池装置であって、
前記温度検出手段が検出した温度が所定温度以下の場合、前記リチウムイオン電池に対して電磁波を照射する電磁波照射手段を備え、
前記正極板、前記セパレータ、及び前記負極板の少なくとも１つが、
導電性を有するとともに、前記電磁波によって発熱する発熱材を含有した
リチウムイオン電池装置。
【請求項２】
前記発熱材が、
コイル径の２倍以上のコイル長さを有するカーボンマイクロコイルで構成され、
該カーボンマイクロコイルが、
前記正極板、前記セパレータ、前記負極板の少なくとも１つに、０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の含有量で含有された
請求項１に記載のリチウムイオン電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば低温環境下において、リチウムイオン電池の内部から加熱して昇温させるようなリチウムイオン電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源としてのリチウムイオン電池は、環境温度の影響を受け易く、特に低温環境下では、その出力特性が低下することが知られている。そこで、低温環境下において、リチウムイオン電池を加熱することで、出力特性を改善する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、整列配置された複数の電池セルと、電池セルの外周面に対して面接触させたシート状の発熱板とを備えた電池パックが記載されている。これにより、特許文献１の電池パックは、外部から複数の電池セルを一度に加熱して、複数の電池セルを短時間でかつ均一に昇温できるとされている。
【０００４】
あるいは、特許文献２には、複数の二次電池が載置固定される第２収容部材の底部に、第１ヒータユニット、及び第２ヒートユニットを備えたヒータ付電池構造体が記載されている。これにより、特許文献２のヒータ付電池構造体は、外部から複数の二次電池を一度に加熱して、複数の二次電池を昇温できるとされている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、リチウムイオン電池の外部に設けた熱源の熱を内部に熱伝達させる場合、リチウムイオン電池の内部に熱が伝わるまでに時間を要するという問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献２のように、リチウムイオン電池から離間した位置にヒータユニットを配置した場合、リチウムイオン電池への熱伝達効率が悪く、リチウムイオン電池の内部に熱がさらに伝わり難いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４３５３５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑み、低温環境下において、リチウムイオン電池を効率よく加熱できるリチウムイオン電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、正極板、セパレータ、及び負極板を有するリチウムイオン電池と、該リチウムイオン電池の温度を検出する温度検出手段とを備えたリチウムイオン電池装置であって、前記温度検出手段が検出した温度が所定温度以下の場合、前記リチウムイオン電池に対して電磁波を照射する電磁波照射手段を備え、前記正極板、前記セパレータ、及び前記負極板の少なくとも１つが、導電性を有するとともに、前記電磁波によって発熱する発熱材を含有したことを特徴とする。
【００１０】
上記リチウムイオン電池は、１つのリチウムイオン電池、あるいは１つのリチウムイオン電池を電池セルとして、複数の電池セルで構成されたリチウムイオン電池とすることができる。  
上記発熱材は、例えば、カーボンマイクロコイルのようなコイル状炭素繊維などとすることができる。
【００１１】
この発明により、低温環境下において、リチウムイオン電池を効率よく加熱することができる。  
具体的には、電磁波が照射されると発熱材が発熱するため、リチウムイオン電池装置は、発熱材を含有する正極板、セパレータ、あるいは負極板を直接的、かつ均一に加熱することができる。
【００１２】
この際、例えば、正極板、セパレータ、及び負極板に発熱材を含有させることで、リチウムイオン電池装置は、負極板だけに発熱材を含有させた場合に比べてより短時間で加熱することができる。あるいは、正極板と負極板との間に介在するセパレータに発熱材を含有させることで、リチウムイオン電池装置は、正極板、及び負極板を一度に加熱することができる。
【００１３】
これにより、リチウムイオン電池装置は、低温環境下において、例えばリチウムイオン電池の外部から加熱する場合に比べて、リチウムイオン電池を内部から効率よく加熱することができる。
【００１４】
さらに、リチウムイオン電池装置は、電磁波照射手段が照射する電磁波の強度を変更することで容易に発熱材の発熱を制御できるため、リチウムイオン電池の温度、及び昇温速度を容易に制御することができる。
【００１５】
加えて、導電性を有する発熱材により、リチウムイオン電池装置は、発熱材を含有した場合であっても、リチウムイオン電池の電気伝導率が低下することを防止できる。  
従って、リチウムイオン電池装置は、低温環境下において、リチウムイオン電池を内部から効率よく加熱することができる。
【００１６】
この発明の態様として、前記発熱材が、コイル径の２倍以上のコイル長さを有するカーボンマイクロコイルで構成され、該カーボンマイクロコイルが、前記正極板、前記セパレータ、前記負極板の少なくとも１つに、０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の含有量で含有されたものである。
【００１７】
この発明により、リチウムイオン電池装置は、リチウムイオン電池における電池容量の低下を抑制して、リチウムイオン電池を内部からより効率よく加熱することができる。  
具体的には、吸収した電磁波を高効率で熱に変換できるカーボンマイクロコイルにより、リチウムイオン電池装置は、熱変換効率のよい発熱材を含有させることができる。
【００１８】
さらに、カーボンマイクロコイルの含有量を０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下としたことにより、リチウムイオン電池装置は、リチウムイオン電池を内部からより効率よく加熱することができる。  
詳述すると、電源として用いられるリチウムイオン電池の場合、電池容量が大きく、低温環境下では比較的短時間で加熱される方が好ましい。
【００１９】
しかしながら、カーボンマイクロコイルの含有量が０．１ｗｔ％を下回ると、カーボンマイクロコイルによる発熱量が小さくなり易い。このため、所望されるバッテリ温度まで昇温させるのに要する時間が長くなり、比較的短時間での昇温が所望される場合には好適ではないという問題がある。
【００２０】
さらに、比較的短時間でバッテリ温度を昇温させるために、リチウムイオン電池に照射する電磁波の強度を強くすることが考えられるが、強度の強い電磁波は、人体や電子機器に悪影響を与えるおそれがある。
【００２１】
一方、カーボンマイクロコイルの含有量が５．０ｗｔ％を上回ると、リチウムイオン電池の電池容量が小さくなるおそれがある。より詳しくは、例えば、負極板の活物質にカーボンマイクロコイルを含有させた場合、負極板における活物質が占める割合が小さくなり、リチウムイオン電池の電池容量が低下するという問題がある。このため、カーボンマイクロコイルの含有量としては、０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下が好適である。
【００２２】
従って、リチウムイオン電池装置は、カーボンマイクロコイルの含有量を０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下にしたことで、リチウムイオン電池における電池容量の低下を抑制して、リチウムイオン電池を内部からより効率よく加熱することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、低温環境下において、リチウムイオン電池を効率よく加熱できるリチウムイオン電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】リチウムイオン電池装置の構成を示すブロック図。
【図２】リチウムイオン電池装置の外観を示す外観斜視図。
【図３】電池セルにおける内部構成を示す外観斜視図。
【図４】正極板、セパレータ、及び負極板の断面を示す拡大断面図。
【図５】リチウムイオン電池装置における動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。  
なお、図１はリチウムイオン電池装置１のブロック図を示し、図２はリチウムイオン電池装置１の外観斜視図を示し、図３は電池セル３２における内部構成の外観斜視図を示し、図４は正極板３２５、セパレータ３２４、及び負極板３２６の拡大断面図を示している。
【００２６】
また、図中において、矢印Ｘは前後方向を示し（以下「前後方向Ｘ」とする）、矢印Ｙは幅方向を示している（以下「幅方向Ｙ」とする）。さらに、図中の上側を上方、図中の下側を下方とする。  
また、図示を明確にするため、図２中において、リチウムイオンバッテリ３の外観を二点鎖線で示し、図３中において、前後方向Ｘの略中央を通る幅方向Ｙに沿った断面で収容ケース３２３を図示している。
【００２７】
本実施形態におけるリチウムイオン電池装置１は、例えば、エンジンと駆動用モータとを備えたハイブリッド車両（図示省略）において、駆動用モータへ放電する機能と、回生エネルギーシステムで変換した電力を蓄電する機能とを有する装置として搭載されているものとする。
【００２８】
具体的には、リチウムイオン電池装置１は、図１に示すように、駆動用モータ２に電気的に接続されたリチウムイオンバッテリ３と、リチウムイオンバッテリ３の温度を検出するバッテリ温度センサ４と、マイクロ波を照射可能な電磁波照射器５と、電磁波照射器５へ電力を供給する鉛バッテリ６と、これらの動作を制御する予熱制御ユニット７とで構成されている。
【００２９】
駆動用モータ２は、駆動輪に連結されるとともに、リチウムイオンバッテリ３の電力によって回転駆動して駆動輪に駆動力を付加する機能と、減速時のエネルギーを電力に変換してリチウムイオンバッテリ３へ出力する機能とを有している。
【００３０】
また、リチウムイオンバッテリ３は、図２に示すように、駆動用モータ２が接続される正極端子３ａ、及び負極端子３ｂをそれぞれ１つ有するとともに、車両の所定箇所に設けたバッテリトレイ８に載置固定されている。
【００３１】
このリチウムイオンバッテリ３は、図１及び図２に示すように、導電性を有する接続板３１を介して直列接続された４つの電池セル３２と、４つの電池セル３２が収容される合成樹脂製の樹脂ケース３３とで構成されている。
【００３２】
電池セル３２は、図２に示すように、前後方向Ｘの長さに対して幅方向Ｙの長さが長い略箱型形状であって、略円柱状の正極セル端子３２ａ、及び略円柱状の負極セル端子３２ｂをそれぞれ上面に１つ有している。そして、４つの電池セル３２は、図２に示すように、樹脂ケース３３の内部において、正極セル端子３２ａ、及び負極セル端子３２ｂが前後方向Ｘに沿って交互に位置するように、前後方向Ｘに並置されている。
【００３３】
さらに、４つの電池セル３２は、隣接する電池セル３２の正極セル端子３２ａと負極セル端子３２ｂとを接続板３１で連結して直列接続の状態を構成している。加えて、直列接続された電池セル３２の両端となる正極セル端子３２ａ、及び負極セル端子３２ｂにそれぞれ連結された接続板３１は、リチウムイオンバッテリ３における正極端子３ａ、及び負極端子３ｂにそれぞれ電気的に接続されている。  
なお、１つの電池セル３２については、後ほど詳しく説明する。
【００３４】
また、バッテリ温度センサ４は、図１に示すように、予熱制御ユニット７と電気的に接続されたセンサであって、リチウムイオンバッテリ３の適宜の位置に装着されている。このバッテリ温度センサ４は、リチウムイオンバッテリ３の温度を検出する機能と、検出したバッテリ温度をバッテリ温度信号として予熱制御ユニット７に出力する機能とを有している。
【００３５】
また、電磁波照射器５は、図１に示すように、予熱制御ユニット７と電気的に接続されるとともに、予熱制御ユニット７の指示によって、マイクロ波の波長域の電磁波を照射する機器である。この電磁波照射器５は、図２に示すように、幅方向Ｙに延びる略円柱状であって、幅方向Ｙにおける一方の面がマイクロ波を照射する照射部（図示省略）をなしている。
【００３６】
そして、電磁波照射器５は、図２に示すように、幅方向Ｙにおいて、リチウムイオンバッテリ３の側面と、電磁波照射器５の照射部とが対面するように、バッテリトレイ８の上面に載置固定されている。なお、電磁波照射器５は、予熱制御ユニット７を介して鉛バッテリ６から供給された電力で駆動するものとする。
【００３７】
また、鉛バッテリ６は、図１に示すように、予熱制御ユニット７を介して、電磁波照射器５に電気的に接続されている。さらに、鉛バッテリ６には、鉛バッテリ６の電力によって駆動する車載機器９が電気的に接続されている。なお、車載機器９は、例えば、駆動用モータ２やエンジンの動作を制御する制御装置、前照灯などの灯火類、あるいはオーディオシステムやナビゲーションシステムなどとする。
【００３８】
また、予熱制御ユニット７は、ＣＰＵ及びメモリなどをハード構成と、プログラム及びデータなどのソフト構成とで構成されている。この予熱制御ユニット７は、バッテリ温度センサ４が出力したバッテリ温度信号に基づいてリチウムイオンバッテリ３のバッテリ温度を取得する機能と、鉛バッテリ６の電力を電磁波照射器５へ電力を供給する機能と、バッテリ温度に基づいて電磁波照射器５の動作を制御する機能とを有している。
【００３９】
次に、上述したリチウムイオン電池装置１におけるリチウムイオンバッテリ３の電池セル３２について、図３及び図４を用いて具体的に説明する。  
１つの電池セル３２は、図３に示すように、複数の薄膜を一体的に巻き回した巻回体３２１と、巻回体３２１の外周を覆う絶縁板３２２と、これらを収容する収容ケース３２３と、収容ケース３２３の内部に充填させた電解液（図示省略）とで構成されている。
【００４０】
巻回体３２１は、図３に示すように、２枚のセパレータ３２４と、正極セル端子３２ａに接続される正極板３２５と、負極セル端子３２ｂに接続される負極板３２６とで構成されている。この巻回体３２１は、セパレータ３２４、負極板３２６、セパレータ３２４、及び正極板３２５をこの順番で重ね合わせた積層体を、負極板３２６が前後方向Ｘの外側に位置するように、幅方向Ｙから見て略長楕円状の渦巻形状に巻き回して構成されている。
【００４１】
セパレータ３２４は、絶縁性、及び可撓性を有する多孔性薄膜であって、ポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂で形成されている。このセパレータ３２４は、幅方向Ｙに沿った辺を短辺とする長尺帯状体に形成されている。なお、セパレータ３２４は、絶縁性を有するが、リチウムイオンの移動を許容する特性を有しているものとする。
【００４２】
正極板３２５は、可撓性、及び導電性を有する薄膜状の板材であって、幅方向Ｙに沿った辺を短辺として、セパレータ３２４と略同等の大きさの帯状体に形成されている。なお、正極板３２５は、シート状に展開した展開形状における長辺の一端に、正極セル端子３２ａに接続される正極タブ端子（図示省略）を備えている。
【００４３】
この正極板３２５は、図４に示すように、導電性を有する正極集電体３２５ａと、正極集電体３２５ａにおける一方の面に形成されるとともに、セパレータ３２４に接触する正極活物質層３２５ｂとで構成されている。  
正極集電体３２５ａは、導電性を有する金属薄膜であって、例えばアルミ箔などで構成されている。  
正極活物質層３２５ｂは、コバルト酸リチウムなどの正極活物質Ｍ１を含有するスラリーを、正極集電体３２５ａにおける一方の面に塗布して形成している。
【００４４】
負極板３２６は、可撓性、及び導電性を有する薄膜状の板材であって、幅方向Ｙに沿った辺を短辺として、セパレータ３２４と略同等の大きさの帯状体に形成されている。なお、負極板３２６は、展開状態における長辺の一端に、負極セル端子３２ｂに接続される負極タブ端子（図示省略）を備えている。
【００４５】
この負極板３２６は、図４に示すように、導電性を有する負極集電体３２６ａと、負極集電体３２６ａにおける一方の面に形成されるとともに、セパレータ３２４に接触する負極活物質層３２６ｂとで構成されている。  
負極集電体３２６ａは、導電性を有する金属薄膜であって、例えば銅箔などで構成されている。  
負極活物質層３２６ｂは、グラファイトなどの負極活物質Ｍ２、及び発熱材としてのカーボンマイクロコイルＣを含有するスラリーを、負極集電体３２６ａにおける一方の面に塗布して形成している。
【００４６】
発熱材としてのカーボンマイクロコイルＣは、約０．０１から１μｍのピッチでコイル状に巻かれた炭素繊維であって、電磁波を吸収する特性と、高い熱変換効率で電磁波のエネルギーを熱エネルギーに変換する特性を有している。より詳しくは、カーボンマイクロコイルＣは、電磁波に晒されると、ファラデーの法則によって誘導電流が流れ、ジュールの法則によってジュール熱が発生する特性を有している。
【００４７】
本実施形態では、電池セル３２の電池容量を損なうことなく、所望されるバッテリ温度まで昇温させるのに要する時間を抑えることができる含有量のカーボンマイクロコイルＣを、負極活物質層３２６ｂに含有させている。
【００４８】
より詳しくは、コイル径に対するコイル長さが２倍以上のカーボンマイクロコイルＣを、０．１ｗｔ以上５．０ｗｔ％以下の含有量、より好ましくは熱変換効率が良好となる２．０ｗｔ％の含有量で負極活物質層３２６ｂに含有させている。
【００４９】
また、絶縁板３２２は、図３に示すように、可撓性、及び絶縁性を有する薄膜状の板材であって、巻回体３２１の外周長さと略同等の長さを有するとともに、巻回体３２１の外周を覆う大きさの帯状体に形成されている。なお、絶縁板３２２は、巻回体３２１と収容ケース３２３との間に介在して、巻回体３２１と収容ケース３２３との短絡を阻止するために設けている。
【００５０】
また、収容ケース３２３は、図３に示すように、前後方向Ｘの長さに対して幅方向Ｙの長さが長い平面視略矩形の箱型形状であって、巻回体３２１及び絶縁板３２２を収容可能な大きさで形成されている。  
この収容ケース３２３は、図２及び図３に示すように、幅方向Ｙにおいて、電磁波照射器５と対向する面が開口したアルミ合金製のケース本体３２３ａと、ケース本体３２３ａの開口を覆う電磁波透過窓３２３ｂとで構成されている。
【００５１】
電磁波透過窓３２３ｂは、電磁波透過性を有する略平板状の板材であって、例えば、セラミックや合成樹脂などで形成されている。  
また、収容ケース３２３内に充填される電解液は、例えば、リチウム酸を所定の量だけ溶解させた有機溶媒で構成されている。
【００５２】
次に、上述したリチウムイオンバッテリ３の製造方法について説明する。なお、セパレータ３２４は周知技術で作成されたものを使用するため、ここではその詳細な説明を省略する。  
まず、リチウムイオンバッテリ３の製造方法としての正極板３２５の製造方法は、正極活物質Ｍ１を含有するスラリーを生成するスラリー生成工程と、スラリーを正極集電体３２５ａとなる金属箔に塗布するスラリー塗布工程と、スラリーを乾燥させて正極活物質層３２５ｂを形成する乾燥製膜工程と、所望される大きさに形成する切断調整工程とをこの順番で経て、正極板３２５を形成するものである。
【００５３】
より詳しくは、正極板３２５の製造方法におけるスラリー生成工程は、正極活物質Ｍ１としてのコバルト酸リチウムと、導電助剤としてのアセチレンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン（以下、「ＰＶＤＦ」と呼ぶ）と、溶媒としてのＮ‐メチル‐２‐ピロリドン（以下「ＮＭＰ」と呼ぶ）とを、例えば自転公転ミキサで混練して正極スラリーを生成する。
【００５４】
スラリー生成工程を完了すると、正極板３２５の製造方法は、スラリー塗布工程として、正極集電体３２５ａとなる長尺帯状のアルミ箔における一方の面に、塗布装置を用いて正極スラリーを所定の厚みで塗布する。
【００５５】
スラリー塗布工程を完了すると、正極板３２５の製造方法は、乾燥製膜工程として、アルミ箔に塗布された正極スラリーを、所定温度で仮乾燥したのち、所定温度よりも高い温度でさらに真空乾燥させて、アルミ箔の一方の面に正極活物質層３２５ｂを形成する。
【００５６】
乾燥製膜工程を完了すると、正極板３２５の製造方法は、切断調整工程として、正極活物質層３２５ｂが形成されたアルミ箔を所望される大きさで切断したのち、例えばロールプレス機でプレスすることで、正極活物質層３２５ｂの電極密度を調整する。  
このようにして、正極板３２５の製造方法は、コバルト酸リチウムを正極活物質Ｍ１として含有する正極活物質層３２５ｂが、正極集電体３２５ａとしてのアルミ箔に形成された正極板３２５を形成する。
【００５７】
一方、リチウムイオンバッテリ３の製造方法としての負極板３２６の製造方法は、負極活物質Ｍ２を含有するスラリーを生成するスラリー生成工程と、スラリーを負極集電体３２６ａとなる金属箔に塗布するスラリー塗布工程と、スラリーを乾燥させて負極活物質層３２６ｂを形成する乾燥製膜工程と、所望される大きさに形成する切断調整工程とをこの順番で経て、負極板３２６を形成するものである。
【００５８】
より詳しくは、負極板３２６の製造方法におけるスラリー生成工程は、負極活物質Ｍ２としてのグラファイトと、導電助剤としてのアセチレンブラックと、バインダーとしてのＰＶＤＦと、発熱材としてのカーボンマイクロコイルＣと、溶媒としてのＮＭＰとを、例えば自転公転ミキサで混練して負極スラリーを生成する。  
この際、負極板３２６の製造方法は、コイル径に対して２倍以上のコイル長さを有するカーボンマイクロコイルＣを、０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の含有量、より好ましくは熱変換効率が良好となる２．０ｗｔ％の含有量で負極スラリーに含有させる。
【００５９】
スラリー生成工程を完了すると、負極板３２６の製造方法は、スラリー塗布工程として、負極集電体３２６ａとなる長尺帯状の銅箔における一方の面に、塗布装置を用いて負極スラリーを所定の厚みで塗布する。  
スラリー塗布工程を完了すると、負極板３２６の製造方法は、乾燥製膜工程として、銅箔に塗布された負極スラリーを、所定温度で仮乾燥したのち、所定温度よりも高い温度でさらに真空乾燥させて、銅箔の一方の面に負極活物質層３２６ｂを形成する。
【００６０】
乾燥製膜工程を完了すると、負極板３２６の製造方法は、切断調整工程として、負極活物質層３２６ｂが形成された銅箔を所望される大きさで切断したのち、例えばロールプレス機でプレスすることで、負極活物質層３２６ｂの電極密度を調整する。
【００６１】
このようにして、負極板３２６の製造方法は、グラファイトを負極活物質Ｍ２として含有するとともに、カーボンマイクロコイルＣを発熱材として含有する負極活物質層３２６ｂが、負極集電体３２６ａとしての銅箔に形成された負極板３２６を形成する。
【００６２】
正極板３２５、及び負極板３２６を形成すると、リチウムイオンバッテリ３の製造方法は、セパレータ３２４、負極板３２６、セパレータ３２４、正極板３２５をこの順番で積層して積層体を形成したのち、積層体を巻き回して巻回体３２１を形成する。そして、リチウムイオンバッテリ３の製造方法は、巻回体３２１を収容ケース３２３に収容するとともに、電解液を注入したのち、収容ケース３２３を密閉して電池セル３２を形成する。
【００６３】
このようにして形成された４つの電池セル３２を、樹脂ケース３３に並置して固定するとともに、隣接する電池セル３２を接続板３１で連結することで、リチウムイオンバッテリ３の製造方法は、４つの電池セル３２が直列接続されたリチウムイオンバッテリ３を構成する。
【００６４】
引き続き、上述した構成のリチウムイオン電池装置１において、乗員の操作によって車両を使用状態に移行させる始動ボタンが押下された際の予熱制御ユニット７の動作について、図５を用いて説明する。  
なお、図５はリチウムイオン電池装置１における動作のフローチャートを示している。
【００６５】
具体的には、例えば、エンジンが停止した状態で、低温環境下に長時間放置された車両において、エンジンを始動させるための始動ボタン（図示省略）が乗員の操作によって押下されると、予熱制御ユニット７は、その動作を開始して、リチウムイオンバッテリ３の温度を取得する温度取得処理を開始する（ステップＳ１０１）。この際、予熱制御ユニット７は、バッテリ温度センサ４から取得したバッテリ温度信号に基づいて、現在のリチウムイオンバッテリ３の温度をバッテリ温度として取得する。
【００６６】
その後、予熱制御ユニット７は、バッテリ温度が閾値温度以下か否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、閾値温度は、予め定めた所定温度であって、例えば、リチウムイオンバッテリ３の出力特性が低下する０℃などとする。
【００６７】
バッテリ温度が閾値温度以下であれば（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、予熱制御ユニット７は、リチウムイオンバッテリ３を予熱する予熱開始処理を開始する（ステップＳ１０３）。具体的には、予熱制御ユニット７は、鉛バッテリ６からの電力を、電磁波照射器５に供給開始する。電力が供給された電磁波照射器５は、所定の波長域のマイクロ波を、リチウムイオンバッテリ３の各電池セル３２に向けて照射する。
【００６８】
この際、マイクロ波は、樹脂ケース３３、及び電池セル３２の電磁波透過窓３２３ｂを透過して、巻回体３２１に照射される。このため、負極板３２６のカーボンマイクロコイルＣは、照射されたマイクロ波によって自己発熱を開始する。
【００６９】
このようにして、予熱制御ユニット７は、カーボンマイクロコイルＣによって負極板３２６の全体を直接的、かつ均一に加熱する。そして、負極板３２６の熱が、セパレータ３２４、及び正極板３２５に熱伝達されることで、リチウムイオン電池装置１は、各電池セル３２の温度を上昇させる、すなわちリチウムイオンバッテリ３のバッテリ温度を上昇させる。
【００７０】
その後、予熱制御ユニット７は、バッテリ温度が閾値温度以下か否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、閾値温度は、上述したステップＳ１０２の閾値温度と同じとする。  
バッテリ温度が閾値温度以下であれば（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、バッテリ温度が所望される温度に達していないと判定して、バッテリ温度が閾値温度を上回るまで処理を待機する。
【００７１】
一方、バッテリ温度が閾値温度を上回れば（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、予熱制御ユニット７は、リチウムイオンバッテリ３の出力特性が改善されたと判定して、予熱終了処理を開始する（ステップＳ１０５）。この際、予熱制御ユニット７は、電磁波照射器５への電力供給を停止して、リチウムイオンバッテリ３へのマイクロ波の照射を停止したのち、処理を終了する。
【００７２】
なお、上述のステップＳ１０２において、バッテリ温度が閾値温度を上回れば（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、予熱制御ユニット７は、リチウムイオンバッテリ３の昇温が不要と判定して、処理を終了する。
【００７３】
以上のような動作を実現するリチウムイオン電池装置１は、低温環境下において、電池セル３２を効率よく加熱することができる。  
具体的には、マイクロ波が照射されるとカーボンマイクロコイルＣが発熱するため、リチウムイオン電池装置１は、カーボンマイクロコイルＣを含有する負極板３２６を直接的、かつ均一に加熱することができる。
【００７４】
これにより、リチウムイオン電池装置１は、低温環境下において、例えば電池セル３２の外部から加熱する場合に比べて、複数の電池セル３２を同時に内部から効率よく加熱することができる。  
さらに、リチウムイオン電池装置１は、電磁波照射器５が照射するマイクロ波の強度を変更することで容易にカーボンマイクロコイルＣの発熱を制御できるため、電池セル３２の温度、及び昇温速度を容易に制御することができる。
【００７５】
加えて、導電性を有するカーボンマイクロコイルＣにより、リチウムイオン電池装置１は、カーボンマイクロコイルＣを含有した場合であっても、電池セル３２の電気伝導率が低下することを防止できる。  
従って、リチウムイオン電池装置１は、低温環境下において、複数の電池セル３２を同時に内部から効率よく加熱することができる。
【００７６】
また、コイル径の２倍以上のコイル長さを有するカーボンマイクロコイルＣが、負極板３２６に０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の含有量で含有されたことにより、リチウムイオン電池装置１は、電池セル３２における電池容量の低下を抑制して、電池セル３２を内部からより効率よく加熱することができる。
【００７７】
具体的には、吸収したマイクロ波を高効率で熱に変換できるカーボンマイクロコイルＣにより、リチウムイオン電池装置１は、熱変換効率のよい発熱材を含有させることができる。  
さらに、カーボンマイクロコイルＣの含有量を０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下としたことにより、リチウムイオン電池装置１は、電池セル３２を内部からより効率よく加熱することができる。
【００７８】
詳述すると、電源として用いられる電池セル３２の場合、電池容量が大きく、低温環境下では比較的短時間で加熱される方が好ましい。  
しかしながら、カーボンマイクロコイルＣの含有量が０．１ｗｔ％を下回ると、カーボンマイクロコイルＣによる発熱量が小さくなり易い。このため、所望されるバッテリ温度まで昇温させるのに要する時間が長くなり、比較的短時間での昇温が所望される場合には好適ではないという問題がある。
【００７９】
さらに、比較的短時間でバッテリ温度を昇温させるために、電池セル３２に照射するマイクロ波の強度を強くすることが考えられるが、強度の強いマイクロ波は、人体や電子機器に悪影響を与えるおそれがある。
【００８０】
一方、カーボンマイクロコイルＣの含有量が５．０ｗｔ％を上回ると、負極活物質層３２６ｂを負極活物質Ｍ２が占める割合が小さくなり、電池セル３２の電池容量が低下するという問題がある。このため、カーボンマイクロコイルＣの含有量としては、０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下が好適である。
【００８１】
従って、リチウムイオン電池装置１は、カーボンマイクロコイルＣの含有量を０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下にしたことで、電池セル３２における電池容量の低下を抑制して、電池セル３２を内部からより効率よく加熱することができる。
【００８２】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明のリチウムイオン電池は、実施形態の電池セル３２に対応し、
以下同様に、
温度検出手段は、バッテリ温度センサ４、及び予熱制御ユニット７に対応し、
温度検出手段が検出した温度は、バッテリ温度に対応し、
所定温度は、温度閾値に対応し、
電磁波は、マイクロ波に対応し、
電磁波照射手段は、電磁波照射器５、鉛バッテリ６、及び予熱制御ユニット７に対応し、
発熱材は、カーボンマイクロコイルＣに対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【００８３】
例えば、上述した実施形態において、略箱型形状の電池セル３２としたが、これに限定せず、略円柱状の電池セルであってもよい。  
また、正極板３２５、セパレータ３２４、負極板３２６の積層体を巻き回した巻回体３２１を有する電池セル３２としたが、これに限定せず、正極板３２５、セパレータ３２４、及び負極板３２６を積層した積層体を有する電池セルであってもよい。
【００８４】
また、発熱材としてカーボンマイクロコイルＣを用いて説明したが、これに限定せず、電磁波のエネルギーを熱エネルギーに高効率で変換可能な発熱材であれば、適宜の発熱材であってもよい。
【００８５】
また、負極板３２６の負極活物質層３２６ｂにカーボンマイクロコイルＣを含有させたが、これに限定せず、正極板３２５の正極活物質層３２５ｂにカーボンマイクロコイルＣを含有させる、または正極板３２５の正極活物質層３２５ｂ、及び負極板３２６の負極活物質層３２６ｂにカーボンマイクロコイルＣを含有させてもよい。
【００８６】
あるいは、セパレータ３２４にカーボンマイクロコイルＣを含有させてもよい。この場合、リチウムイオン電池装置１は、正極板３２５、及び負極板３２６を一度に加熱することができる。
【００８７】
もしくは、正極板３２５の正極活物質層３２５ｂ、セパレータ３２４、及び負極板３２６の負極活物質層３２６ｂにカーボンマイクロコイルＣを含有させてもよい。この場合、リチウムイオン電池装置１は、負極板３２６だけにカーボンマイクロコイルＣを含有させた場合に比べてより短時間で加熱することができる。  
なお、上述したいずれの場合においても、カーボンマイクロコイルＣの含有量は、０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下とする。
【００８８】
また、正極集電体３２５ａとしてのアルミ箔と、正極活物質Ｍ１としてコバルト酸リチウムを含有する正極活物質層３２５ｂとで正極板３２５を構成し、負極集電体３２６ａとしての銅箔と、負極活物質Ｍ２としてグラファイトを含有する負極活物質層３２６ｂとで負極板３２６を構成したが、これに限定せず、リチウムイオン電池として構成可能であれば、正極集電体３２５ａ、正極活物質Ｍ１、負極集電体３２６ａ、及び負極活物質Ｍ２は適宜の材料としてもよい。
【００８９】
発熱材としてのカーボンマイクロコイルＣにマイクロ波を照射する構成としたが、これに限定せず、カーボンマイクロコイルＣが発熱可能であれば、適宜の波長域の電磁波としてもよい。
【００９０】
また、電池セル３２の収容ケース３２３を、電磁波照射器５と対向する面が開口したケース本体３２３ａと、ケース本体３２３ａの開口を覆う電磁波透過窓３２３ｂとで構成したが、これに限定せず、例えば、電磁波を透過可能なセラミック製や合成樹脂製の収容ケースとしてもよい。この場合、電磁波透過窓３２３ｂを不要にすることができる。
【００９１】
また、リチウムイオン電池装置１において、予熱制御ユニット７を介して鉛バッテリ６から供給された電力によって、電磁波照射器５を駆動させる構成としたが、これに限定せず、リチウムイオンバッテリ３の電力によって電磁波照射器５を駆動させる構成としてもよい。
【００９２】
この際、リチウムイオンバッテリ３と駆動用モータ２や車載機器との電気的接続を遮断させてもよい。これにより、放電による昇温と、カーボンマイクロコイルＣによる昇温とで、リチウムイオンバッテリ３をより短時間で効率よく昇温させることができる。
【００９３】
また、リチウムイオン電池装置１における動作において、図５のステップＳ１０２における温度閾値と、図５のステップＳ１０４における温度閾値とを同じ温度閾値としたが、これに限定せず、ステップＳ１０４における温度閾値を、ステップＳ１０２における温度閾値よりも高い温度としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、電気機器の電源として用いられるリチウムイオン電池、自動車などの車両の車載バッテリとして用いられるリチウムイオン電池に適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１…リチウムイオン電池装置
４…バッテリ温度センサ
５…電磁波照射器
６…鉛バッテリ
７…予熱制御ユニット
３２…電池セル
３２４…セパレータ
３２５…正極板
３２６…負極板
Ｃ…カーボンマイクロコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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