(57)【要約】　　　（修正有）【課題】リチウムイオン電池に組み込む電池を選択する優れた方法を選択する。【解決手段】互いに接続された第１および第２の２次電池を備え、これらの電池は放電キャパシティ及び内部抵抗が実質上等しいものを選ぶ。内部抵抗は充電電圧、及び充電電流を測定した後、電池電圧の変化量を充電電流の変化量で割り算することによって算出する。【効果】選んだ電池を装着したバッテリーパックは、より長時間の稼働電圧およびより増大したエネルギー密度を有する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）互いに接続された第１および第２の二次電池を備え、
ｂ）前記第１の二次電池は、前記第２の二次電池の第２の放電キャパシティに実質上一致する第１の放電キャパシティと、
ｃ）前記第２の二次電池の直接充電電流に対する第２の内部抵抗に実質上一致する直接充電電流に対する第１の内部抵抗と、を有し、
ｄ）前記第１および第２の二次電池の内部抵抗は、それらの充電電圧および充電電流を測定した後、電池電圧の変化量を前記充電電流の変化量で割り算することによって計算され、前記第１および第２の二次電池の内部抵抗および放電キャパシティが、前記第１および第２の二次電池のバッテリーパックへの組み込みの前に計算されかつ決定されることを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
前記第１の二次電池の第１の内部抵抗は、前記第２の二次電池の直接充電電流に対する第２の内部抵抗の約１５％以内の大きさになっていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項３】
前記第１の二次電池の放電キャパシティは、前記第２の二次電池の第２の放電キャパシティの約１５％以内の大きさになっていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項４】
哺乳動物の体内に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項５】
前記第１および第２の内部抵抗の測定が、約３７℃の温度でなされることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項６】
人体内に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項７】
前記第１の内部抵抗および前記第２の内部抵抗が、前記バッテリーパックの哺乳動物の体内への埋め込みの前に測定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項８】
前記第１の二次電池に対する電圧の変化量が、パルスを前記第１の二次電池から放電させることによって測定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項９】
前記第１の二次電池に対する電圧の変化量が、前記電池から充電電流を取り除くことによって測定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１０】
前記第１の二次電池の電圧の変化量が、パルスを前記電池に充電することによって測定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記第１および第２の二次電池が、リチウムイオン電池からなっていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１２】
前記第１の二次電池が完全な充電状態にあるときに、前記第１の内部抵抗が測定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１３】
前記第２の二次電池が完全な充電状態にあるときに、前記第２の内部抵抗が測定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１４】
前記第１の二次電池が、前記第２の二次電池と直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１５】
前記第１の二次電池が、前記第２の二次電池と並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１６】
ａ）第１の二次電池の第１の放電キャパシティを測定するステップと、
ｂ）電圧の変化量および電流の変化量を測定し、前記電圧の変化量を前記電流の変化量で割り算することによって、前記第１の二次電池の直接充電電流に対する第１の内部抵抗を測定するステップと、
ｃ）実質上前記第１の二次電池の第１の内部抵抗に一致する、前記直接充電電流に対する第２の内部抵抗を有する第２の二次電池に、前記第１の二次電池を接続するステップと
を含んでいることを特徴とするバッテリーパックの製造方法。
【請求項１７】
前記第２の二次電池の直接充電電流に対する第２の内部抵抗の約１５％以内の大きさの、前記直接充電電流に対する第１の内部抵抗を有する第１の二次電池を準備するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６にに記載の方法。
【請求項１８】
実質上前記第１の放電キャパシティに一致する第２の放電キャパシティを有する前記第２の二次電池を準備するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の二次電池の第２の放電キャパシティの約１５％以内の大きさの放電キャパシティを有する前記第１の二次電池を準備するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッテリーパックを哺乳動物の体内に埋め込むステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の内部抵抗を約３７℃の温度で測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記バッテリーパックを人体内に埋め込むステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記バッテリーパックを哺乳動物の体内に埋め込む前に、前記第１の内部抵抗および前記第２の内部抵抗を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の二次電池からパルスを放電させることによって、その電圧の変化量を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記充電電流が取り除かれた後であって、前記電流が第２の電圧まで取り除かれる直前に、前記第１の二次電池から前記充電電流を取り除くことによって、第１の電圧からの電圧の変化量を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
パルスを前記電池に充電することによって、前記第１の二次電池における電圧の変化量を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも一つの前記第１および第２の二次電池が、リチウムイオン化学系からなっていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の二次電池が完全な充電状態にあるときに、前記第１の内部抵抗を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の二次電池が完全な充電状態にあるときに、前記第２の内部抵抗を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の二次電池を前記第２の二次電池と直列に接続するるステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の二次電池を前記第２の二次電池と並列に接続するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明の技術分野は、リチウムイオンバッテリーパックに組み込むための電池を選別する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
リチウムイオン二次電池は、多数の小型電子装置、たとえば、携帯電話、ラップトップコンピュータ、およびビデオレコーダー等々に組み込まれてきた。なぜなら、リチウムイオン二次電池は、高い稼働電圧および大きなエネルギー密度を与えるからである。このような優れた特性のために、リチウムイオン二次電池はまた、医療装置内にも組み込まれている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池が使用されるとき、これらは、通常、並列または直列接続されて、必要な稼働時間および関係する装置を作動させるために必要な電力を与える。リチウムイオン電池が、注意深く制御されるべき電圧範囲外において充放電を繰り返されるときに、それらは、危険な状況を引き起し得るという問題がある。これらの問題を軽減するために、電圧スーパーバイザーが用いられ、リチウム電池のパック内の電池電圧をモニタし、もしいずれかの電池の電圧が、予め設定された電圧の限界を越えて上昇し、またはそれ以下に落ちた場合に、パックに流入する、またはこれから流出する電流を妨げるようになっている。
【０００４】
安全な作動を保証する電圧範囲内においてさえも、個々のリチウムイオン電池の性能の相違が異なる電圧の限界において観察されている。この問題を解決するために、バッテリーパック内の電池を人為的にバランスさせるための回路が開発されてきている。その例が、東島等（Ｈｉｇａｓｈｉｊｉｍａ　ｅｔ　ａｌ．）に譲渡された米国特許第５，５１９，５６３号、および江口等（Ｅｇｕｃｈｉ　ｅｔ　ａｌ．）　に譲渡された米国特許第５，５３０，３３６号、およびポドラツァンスキー等（Ｐｏｄｒａｚｈａｎｓｋｙ　ｅｔ　ａｌ．）　に譲渡された米国特許第５，５０４，４１５号、ならびに東島（Ｈｉｇａｓｈｉｊｉｍａ）　に譲渡された米国特許第５，８８６，５６２号、ならびに梅木等（Ｕｍｅｋｉ　ｅｔ　ａｌ．）に譲渡された米国特許第５，９９８，９６７号に記載されている。これらの特許は、パック内の異なる電池の電圧を、充電終了時に、同一の端末電圧に一致させることによって回路をバランスさせている。
【０００５】
リチウムイオン電池が充電されるとき、まず最初、定電流で充電された後、定電圧での充電がなされる。定電流による充電の間に、電池は、電池の関係するキャパシティに比例した予め設定された電流で、望まれた電圧が達成されるまで充電される。もし、直列接続された電池が充電されるなら、この直列接続されたスタックの全体が、定電流によって、望まれた単一の電池の電圧にスタック内の電池の個数を乗じた大きさに等しい望まれた定電圧が達成されるまで充電される。その後、電池または直列接続されたスタックは、充電電流が予め設定された下限まで減少するまで、定電圧を維持する。
【０００６】
直列接続されたリチウム電池の充電の間に、同一の電流が、すべての電池エレメントを通過しなければならない。直列接続された電池エレメントのうちの一つが、他の電池エレメントよりも大きな内部抵抗を有しているなら、その電池は、充電の際に、より高い内部抵抗を発生させ、より内部抵抗の小さい電池よりも素早く、望ましい端末電圧限界を超えてしまう。直列接続されたストリングの全体が定電圧充電モードに移るとき、その電池は、ストリング内の他の電池エレメントよりも高い電圧をもつ。他の直列接続された電池エレメントは、より低い電圧をもつ。より高い電圧をもつ電池の可逆的キャパシティは、この高い電圧にさらされることによって劣化する。もし、電池のバランス操作が用いられず、すべての電池の内部抵抗が充放電サイクルとともに増大するとき、より高い電圧をもつ１個の電池または複数の電池が、最終的に監視範囲を超えて電圧の限界を最終的に超えてしまい、バッテリーパックが完全に充電される前に、その電源を遮断してしまう。加えて、より大きい内部抵抗を有する電池は、放電の際に、より大きな電圧効果を生じさせてしまう。再び、如何なる電池のバランス操作も用いられないならば、この電池は、電圧限界の下に、予め設定された監視範囲以下まで電圧を降下させ、より小さい内部抵抗を有する電池が完全に放電される前に、バッテリーパックを電気的に遮断してしまう。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、第１の非水性の二次電池および第２の非水性の二次電池を少なくとも備えたバッテリーパックに関するものである。非水性二次電池は、それぞれ放電キャパシティおよび直接充電電流に対する内部抵抗を有している。従来のバッテリーパックに関係する問題を軽減し、また解決するため、本発明は、それぞれの非水性の二次電池の直接充電電流に対する内部抵抗および放電キャパシティを実質上一致させることを特徴とするものである。それによって、バッテリーパックは、より長時間にわたる稼働電圧およびより増大したエネルギー密度を与える。
【０００８】
【好ましい実施例の詳細な説明】
ここに用いられるように、「パルス」という用語は、そのパルスの直前のプリパルス電流の振幅よりもかなり大きな振幅をもった電流の短時間にわたるバーストを意味する。パルス列は、各パルスの間における開路休止を伴ってまたは伴わずに、比較的短い連続において供給された電流の少なくとも２個のパルスからなっている。このようなパルス列の例は、各パルスの間の１５秒の停止期間を伴った４個の１０秒間持続するパルス（４ｍＡ／ｃｍ２　）から構成され得る。埋め込み型医療装置に電力を供給する電池に対する電流密度の典型的に用いられる範囲は、約０．５ｍＡ／ｃｍ２　〜約１０ｍＡ／ｃｍ２　であり、より好ましくは、約３ｍＡ／ｃｍ２　〜約７ｍＡ／ｃｍ２　である。しかしながら、この範囲は、特定の電池の構造ならびに化学反応の方式に依存して、さらに短くなりあるいは長くなる。パルス列はまた、二次電池を放電レジュームと同様の電流密度を用いて充電するために用いられ得る。
【０００９】
本発明の電気化学的電池は、充電可能な二次化学的電池である。この電池は、リチウム、ナリトウム、カリウム等々を含む元素の周期律表のＩＡ族、ＩＩＡ族およびＩＩＩＢ族の元素から選ばれたアノード活性金属を有している。
【００１０】
従来の二次電気化学的電池においては、アノードまたは陰極は、好ましいアルカリ金属リチウムのようなアノード活性物質をインターキャレートしかつデ・インターキャレートすることができるアノード物質を含んでいる。典型的には、陰極のアノード物質は（たとえば、コークス、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラッシーカーボン等々のような）種々の形態の炭素のいずれかからなっており、リチウムを可逆的に保持することができる。グラファイトは、従来の二次電池においては、特に好ましいものである。「ヘアリーカーボン」は、その比較的高いリチウム保持力を理由に、また別の特に好ましい公知の材料となる。「ヘアリーカーボン」は、竹内等（Ｔａｋｅｕｃｈｉ　ｅｔ　ａｌ．）　の米国特許第５，４４３，９２８号に記載されているが、この米国特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、この特許をここに参考文献として組み入れる。
【００１１】
アノード物質の炭素特性または構造に関係なく、ファイバーは、特に有利なものとなる。ファイバーは、充電／放電サイクルの繰り返しの間に劣化しにくい剛性をもつ電極構造に製造されることができるという優れた機械的特性を有している。さらには、カーボンファイバーの十分広い表面積によって、高速での充電／放電が可能となる。
【００１２】
二次電池に対する陰極は、約９０〜９７重量％の炭素アノード物質を、約３〜１０重量％のバインダー物質と混合することによって製造され、この場合、バインダー物質としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリアミド、ポリイミド、およびそれらの混合物のようなフッ素樹脂粉末を使用することが好ましい。このカソード混合物は、銅、ステンレススチール、チタン、タンタル、プラチナ、金、アミニウム、ニッケル、コバルト、ニッケル合金、モリブデン、およびクロムを含有する超合金化されたフェライトステンレススチール、ならびにニッケル‐クロム‐モリブデン含有合金から選ばれたカレントコレクタ上に設けられる。カレントコレクタは、ホイルまたはスクリーン上に形成され、その混合物にコンタクトが鋳造またはプレスまたは圧延によって形成される。
【００１３】
二次電池の陰極は、好ましくは、空気中において安定していて、容易に処理することができるリチウム化された物質からなっている。このような空気中において安定したリチウム化されたカソード物質の例としては、バナジウム、チタン、クロム、銅、モリブデン、ニオブ、鉄、ニッケル、コバルト、およびマンガンのような金属の酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物を挙げることができる。より好ましい酸化物としては、ＬｉＮｉＯ２　、ＬｉＭｎ２　Ｏ４　、ＬｉＣｏＯ２　、ＬｉＣｏ０．９２Ｓｎ０．０８Ｏ２　、およびＬｉＣｏ１−ｘ　Ｎｉｘ　Ｏ２　を挙げることができる。
【００１４】
上述した炭素質アノード物質と同様に、カソード物質は、それらのうちの一つまたはそれ以上を、上述したバインダー物質のうちの一つとして混合することによって、電極本体として形成され、電気化学的電池に組み込まれる。さらに、最大約１０重量％の導電性を有する希釈剤が、好ましくは、この混合物に添加され、電気伝導度を向上させるようになっている。この目的のための適切な物質としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、および／またはグラファイト、または粉末状のニッケル、アルミニウム、チタン、およびステンレススチールのような金属の粉末を挙げることができる。こうして、好ましいカソード物質混合物は、約１〜５重量％の粉末状のフルオロポリマーバインダーと、約１〜５重量％の導電性を有する希釈剤と、約９０〜９８重量％のカソード活性物質とを含む。
【００１５】
このような二次電池を充電するために、陽極を構成するリチウムイオンが、外部に生成された電気的ポテンシャルを電池に適用することによって、アノード物質内にインターキャレートされる。適用された再充電ポテンシャルによって、リチウムイオンがカソード活性物質から電解液を通して引き出されて、アノード物質内に浸入し、それを飽和させる。炭素質のアノード物質の場合には、それによって生じたＬｉｘ　Ｃ６　物質は、約０．１〜約１．０の範囲内の指数ｘを有する。こうして、電池は、電気的ポテンシャルを備え、通常の方法で放電する。
【００１６】
陽極は、カソード活性物質を、すでに述べた陰極に適した物質のうちのいずれかからなる適当なカレントコレクタ上に圧延しまたは展延しまたはプレスすることによって準備される。好ましい陰極カレントコレクタ物質は、引き伸ばされたアルミニウムスクリーンのような穴のあけられたアルミニウムホイルまたはスクリーンからなっている。
【００１７】
内部的な回路のショートの発生を防ぐために、陰極は、適当な分離物質によって陽極から分離される。この分離物質は、電気的に絶縁性を有する物質からなり、また、アノード物質およびカソード活性物質と化学的に反応せず、さらには、電解液とも化学的に反応せず、その中に溶け出さないような物質からなっている。加えて、この分離物質は、電池の電気化学的な反応が起こっている間に、電解液がそれを通じて流れることを十分に可能とする多孔率を有している。分離物質は、たとえば、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、およびポリエチレンクロロトリフルオロエチレンを含むフルオロポリメリックファイバーから織られたファブリックを含み、これらは単独で使用されるか、あるいは微細な穴を有するフルオロポリメリックフィルム、不織ガラス、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラスファイバー材料、セラミック、ＺＩＴＥＸ（ケミプラス社（Ｃｈｅｍｐｌａｓｔ　Ｉｎｃ．））という商品名で市場において入手可能なポリテトラフルオロエチレンメンブレン、ＣＥＬＧＡＲＤ（セラネーゼ　プラスチック社（Ｃｅｌａｎｅｓｅ　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ，　Ｉｎｃ．））という商品名で市場において入手可能なポリプロピレンメンブレン、およびＤＥＳＩＧＬＡＳ（ツェー　ハー　デクスター　ディブ　デクスター社（Ｃ．Ｈ．　Ｄｅｘｔｅｒ，　Ｄｉｖ．，　Ｄｅｘｔｅｒ　Ｃｏｒｐ．）　）という商品名で市場において入手可能なメンブレンによってラミネートされた形態で使用される。
【００１８】
さらに、電気化学的電池は、電池の電気化学的反応が起こっている間にイオンを陰極および陽極の間で移動させるための媒体として機能する、非水性のイオン的に導電性を有する電解液を含んでいる。適当な電解液は、非水性の溶媒に溶解された無機質のイオン的に導電性を有する塩、特に好ましくは、粘性の小さい溶媒、および高誘電率をもつ溶媒を含む非プロトン性有機溶媒の混合物内に溶解されたイオン化可能なアルカリ金属塩を備えている。好ましくは、イオンを形成するアルカリ金属塩は、アノード活性物質を含むアルカリ金属と同様なものである。リチウムの場合には、すでによく知られた塩として、ＬｉＰＦ６　、ＬｉＢＦ４　、ＬｉＡｓＦ６　、ＬｉＳｂＦ６　、ＬｉＣｌＯ４　、ＬｉＯ２　、ＬｉＡｌＣｌ４　、ＬｉＧａＣｌ４　、ＬｉＣ（ＳＯ２　ＣＦ３　）３　、ＬｉＮ（ＳＯ２　ＣＦ３　）２　、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＯ３　ＳＣＦ３　、ＬｉＣ６　Ｆ５　ＳＯ３　、ＬｉＯ２　ＣＣＦ３　、ＬｉＳＯ６　Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ６　Ｈ５　）４　、ＬｉＣＦ３　ＳＯ３　、およびそれらの混合物を挙げることができる。
【００１９】
本発明とともに使用するのに適した粘性の小さい溶媒としては、エステル、リニアおよびサイクリックエーテル、およびテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メ
チルアセテート（ＭＡ）、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、１、２‐ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１、２‐ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、１‐エトキシ，２‐メトキシエタン（ＥＭＥ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート、およびそれらの混合物のようなジアルキルカーボネートを挙げることができる。高誘電率を有する溶媒としては、サイクリックカーボネート、サイクリックエステル、およびプロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトン（ＧＢＬ）、Ｎ‐メチル‐ピロリジノン（ＮＭＰ）、およびこれらの混合物のようなサイクリックアミドを挙げることができる。
【００２０】
二次電池に対する好ましい電解液は、ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ：ＤＥＣの溶媒混合物からなっている。これらのカーボネート溶媒に対する最も好ましい体積百分率の範囲は、ＥＣが約１０％〜約５０％の範囲、ＤＭＣが約５％〜約７５％の範囲、ＥＭＣが約５％〜約５０％の範囲、ＤＥＣが約３％〜約４５％の範囲となる。本発明の好ましい形態において、電池を活性化する電解液は、ＤＭＣ：ＥＭＣ：ＤＥＣの割合に関して、平衡状態のモル混合物からなっている。このことは、十分に信頼性を有し、満足のいく充放電サイクル特性を維持するために重要である。充電された電池における低ポテンシャルの（アノード）物質の存在に起因して、ＤＭＣ：ＤＥＣの非平衡状態の混合物は、リチウム化されたグラファイト（ＬｉＣ６　〜０．０１Ｖ　ｖｓ　Ｌｉ／Ｌｉ＋　）が存在する場合に、実質的な量のＥＭＣを形成する。ＤＭＣ、ＤＥＣ、およびＥＭＣの濃度が変化するとき、電池の充放電サイクル特性および温度レートが変化する。このような予測不可能性は、受け入れがたいものである。この現象は、２００２年８月３０日付けでなされた米国特許出願Ｎｏ．１０／２３２，１６６に詳細に記載されている。なお、この米国特許出願は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに参考文献として組み込む。本発明の第４級炭素混合物を含む電解液は、−５０℃以下の凝固点を示し、このような混合物によって活性化されるリチウムイオン二次電池は、室温において非常に良好な充放電サイクル挙動を示す上に、−４０℃以下の温度においても非常に良好な放電挙動および充放電サイクル挙動を示す。
【００２１】
二次電池の構造は、陰極の一つまたはそれ以上のプレートに作動的に結合された一つまたはそれ以上の陰極プレートの形態を有している。あるいは、陰極および陽極は、共に小片の形態を有し、中間にセパレータを備え、「ゼリーロール」の形状の構造に互いに巻かれ、または「巻かれたエレメントセルスタック」の形態に巻かれ、それによって、陰極は、このロールの外側に配置されて、ケース側が負極をなす構成において、電気的接触子を電池ケースに接触させる。適切な上部および下部絶縁体を用いることによって、巻かれたセルスタックは、適当な大きさの金属製ケース内に挿入される。金属製ケースは、ステンレススチール、マイルドスチール、ニッケルメッキされたマイルドスチール、チタン、タンタル、またはアルミニウムのような材料から形成されるが、金属材料が、電池を構成する他のコンポーネントと使用する際に互換性を有している限りは、これに限定されるものではない。
【００２２】
電池ヘッドは、円板状の金属製本体を備えており、この本体は、ガラス‐金属シール／ターミナルピンフィードスルーを収容するための第１の穴、電解液を充填するための第２の穴を備えている。使用されるガラスは、ＣＡＢＡＬ１２、ＴＡ２３、ＦＵＳＩＴＥ４２５またはＦＵＳＩＴＥ４３５のような全重量の最大約５０重量％までシリコンを含み耐腐食性を有するものからなっている。陽極側のターミナルピンフィードスルーは、好ましくは、チタンからなっているが、モリブデン、アルミニウム、ニッケル合金、またはステンレススチールからそれを形成することもできる。電池ヘッドは、典型的には、ケースと同様の材料から形成される。ガラス‐金属シールに内に支持された陽極側のターミナルピンは、順次ヘッドによって支持され、ヘッドは、電極スタックを有するケースに溶接される。その後、電池は、上述した電解液を充填され、ステンレススチールのボールを充填穴にクローズ溶接する等して、密封シールされるが、これに限定されるものではない。
【００２３】
上述した組立体は、ケース側が陰極をなす電池を記述しており、この構成は、より好ましい。しかし、二次電気化学的システムはまた、ケース側が陽極となる構成において組み立てることも可能である。
【００２４】
本発明は、バッテリーパックに組み立てるために、少なくとも二つの二次電池をマッチングさせることを目的としている。電池は、好ましくは、非水性の化学反応を行うようになっている。電池のマッチングは、測定された放電キャパシティに基づいてのみならず、直接充電電流に対する内部抵抗に基づいてもまた、実行され得る。特に、直接充電電流に対する内部抵抗は、完全な充填状態において測定される。加えて、もし電池が埋め込み型医療装置内において用いられるならば、この内部抵抗の測定は、好ましくは、約３７℃の温度下でなされる。
【００２５】
内部抵抗は、オームの法則（抵抗＝電圧／電流）を用いて電圧の変化量を対応する電流の変化量で割り算したものとして計算される。電圧の変化量は、好ましくは、電池からパルスを放電させることによって、またはパルスを電池に充電することによって、あるいは電池から充電電流を取り除きかつ電圧差を測定することによって測定される。その後、電流の変化量が、充電が終了する前に、パルス振幅としてまたは電流量として計算される。
【００２６】
以下の例は、本発明の構成を、本発明を実施するための最良の形態において説明したものであり、本発明の構成はこれらの例に限定されるものではない。
【００２７】
例１
バッテリーパックが、ベンチマーク・マイクロエルクトロニクス社から購入されたバッテリースーパーバイザーを用いて組み立てられた。ＢＱ２１５８ＴスーパーバイザーＩＣが、それぞれ２．５Ｖおよび４．２５Ｖの電池電圧限界を有するように調節された。バッテリーパックには、電池Ａ１、Ａ２と名付けた二つのウィルソン・グレートバッチ社製リチウムイオンＤ電池（型式番号１０２９８）が組み込まれた。これらの電池は、３０：７０の体積比をもつエチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートの混合物内に溶解された１Ｍ、ＬｉＡｓｆＦ６　の電解液によって励起されるリチウムコバルトオキサイドカソード活性物質に結合せしめられたグラファイト物質からなっている。
【００２８】
これらの電池の放電キャパシティが、製造の間の第３サイクルにおいて測定され、両方の電池に対して、４３６７．７ｍＡｈと決定された。さらに、電池の直流抵抗が、第３充電サイクルの間に測定され、それぞれ０．０８０Ωと決定された。これらの抵抗の測定が、充電レジュームの定電圧部分において、充電電圧および電流が取り除かれた後の１０秒間になされた。充電電流を適用した場合と充電電流を取り除いた場合との間の電圧差が、電流カットオフリミットによって割り算された。
【００２９】
その後、バッテリーパックが８．１Ｖの電圧の上限と、６Ｖの電圧の下限の間で充放電サイクルを繰り返された。単一の電池のキャパシティの１／５の割合の一定電荷が、定充電電流の約１／１０の充電電流カットオフリミットとともに用いられた。個々の電池の電圧が、各２５サイクルごとに測定され、充電状態および放電状態の両方の場合に測定された。電池の電圧が、充放電サイクルの繰り返しにつれて、逸れていくことが観察された。サイクル２１５までに、より高い内部抵抗を有する電池は、４．１７Ｖまで電圧を上昇させる一方、より小さい内部抵抗を有する電池は、３．９９Ｖの電圧までにしか達しなかった。サイクル２２０の開始のとき、パック内の各電池の電圧が５サイクル毎に連続して独立に測定された。電池２が、電池１よりも高い充電電圧およびより低い放電電圧に達していることが観測された。二つの電池の間の電圧差は、０．１５０Ｖおよび０．２００Ｖの間であった。サイクル２３０までに、パックの放電キャパシティは、その初期値の６７．５％まで劣化していた。さらに、サイクル３３０までに、パックの放電キャパシティは、その初期値の１４．９％まで劣化していた。
【００３０】
例２
バッテリーパックが、例１で説明したのと同様の方法で組み立てられた。この例における電池は、しかしながら、Ｂ１およびＢ２と名付けられた。これらの電池の放電キャパシティが、製造の間の第３サイクルにおいて測定され、電池１Ａに対しては、約４４５８．９ｍＡｈ、そして、電池１Ｂにたいしては、４１７５．３ｍＡｈであると決定された。さらに、二つの電池の直流抵抗が、製造時の第３充電サイクルの間に測定され、それぞれ０．１１１Ωおよび０．１２４Ωと決定された。これらの抵抗は、充電レジュームの定電圧部分において測定され、充電電圧および電流が取り除かれた後の１０秒間に測定された。充電電圧を適用した場合と取り除いた場合との間における電圧差が、電流カットオフリミットにおいて割り算された。
【００３１】
その後、バッテリーパックが、８．１Ｖの上限電圧および６Ｖの下限電圧の間で充放電サイクルを繰り返された。単一の電池のキャパシティの１／５の割合の一定の充電が、定常充電電流の約１／１０の充電電流カットオフリミットとともになされた。個々の電池の電圧が、２５サイクル毎に測定され、充電状態および放電状態の両方において測定された。各電池の電圧は、充放電サイクルの繰り返しの間、互いに近い値を維持することが観測された。サイクル２１５において、二つの電池の間の電圧差は、例１の電池１Ａおよび１Ｂに対する０．１８Ｖの電圧差と比べて、０．０３Ｖにすぎなかった。サイクル２３０までに、パックはその初期放電キャパシティの８０．１％を維持していた。さらに、サイクル３３０までに例２のパックは、その初期キャパシティの６３．６％を維持していた。
【００３２】
表１は、例１の電池Ａ１およびＡ２の初期キャパシティおよび直流抵抗、ならびに例２の電池Ｂ１およびＢ２の初期キャパシティおよび直流抵抗をまとめたものである。この表はまた、サイクル３３０におけるそれぞれのパックのキャパシティ保持力を示している。
【００３３】
【表１】
2004039613.tif 000002
【００３４】
図１は、例１、２に従って構成されたバッテリーパックの放電キャパシティのグラフである。放電キャパシティは、それぞれのパックに対する初期キャパシティの百分率として表わされている。曲線１０は、例１のパックに対する結果を示している一方、曲線１２は、例２のパックに対する結果を示している。
【００３５】
図２は、電池Ａ１（曲線２０）、Ａ２（曲線２２）、Ｂ１（曲線２４）、およびＢ２（曲線２６）に対する充電電圧のグラフである。この図から、例２において説明された本発明によるバッテリーパックの充電電圧の差は、例１において説明されたバッテリーパックの場合より、さらに小さくなっていることがわかった。
【００３６】
例１および２の実験の結果は、本発明によるバッテリーパックに組み込むために、直接充電電流に対する内部抵抗を備える必要がある少なくとも二つの電池が、実質上互いにマッチングされるということを示している。さらに、少なくとも二つの電池の放電キャパシティは、実質上一致せしめられる必要がある。このことは、電池の内部抵抗および放電キャパシテイが互いの約１５％の大きさとなり、好ましくは、互いの約１０％以内の大きさとなることを意味している。
【００３７】
本発明の構成の範囲内において、ここに説明された本発明の実施例以外の種々の変形例を創作することができることは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】初期キャパシティの百分率として表示した、サイクル数に対する二つのバッテリーパックの放電キャパシティを示したグラフである。
【図２】２３０サイクルを越えてサンプリングされた個々の電池の充電電圧を示したグラフである。
【図１】
2004039613.tif 000003
【図２】
2004039613.tif 000004
【外国語明細書】
2004039613.tif 000005
2004039613.tif 000006
2004039613.tif 000007
2004039613.tif 000008
2004039613.tif 000009
2004039613.tif 000010
2004039613.tif 000011
2004039613.tif 000012
2004039613.tif 000013
2004039613.tif 000014
2004039613.tif 000015
2004039613.tif 000016
2004039613.tif 000017
2004039613.tif 000018
2004039613.tif 000019
2004039613.tif 000020
2004039613.tif 000021
2004039613.tif 000022
2004039613.tif 000023
2004039613.tif 000024
2004039613.tif 000025
2004039613.tif 000026
2004039613.tif 000027
2004039613.tif 000028