Technical Report
報文

HEV 用リチウムイオン電池 EHW4SB の開発
Development of Li-ion cell EHW4SB for HEV
新田和松司＊井辻裕Kazushi Nitta

田樹＊

幸杉平＊

都山

侑成輝＊

拓中馬＊

村丸

純＊

山準＊

Kohei Tsujita
Takuma Tonari
Jun Maruyama
Hiroki Matsui
Yuki Sugiyama
Jun Nakamura

Abstract
The lithium-ion battery "EHW4SB" for hybrid electric vehicles (HEV) has a low height and high low-temperature
power characteristics. EHW4SB is 20 mm lower in height than the previous model EHW5, achieving over 20％
downsizing and 10％ lightening. Optimized the internal structure of the cell and reduced the height of the cell. The
new assembled lid allows larger elements to be placed inside the cell than before, resulting in an improved cell energy density. As for power characteristics, a new positive electrode active material with reduced secondary particle
density has been applied to improve low-temperature power characteristics at around -10°
C, which is required toimprove fuel efficiency and driving performance.

Key words : Li-ion battery; Hybrid Electric Vehicles; low cell height

1

はじめにHEV 用リチウムイオン電池についても，これまでの常温付近の燃費改善を主とした仕様・性能要求に加カーボンニュートラル社会の実現にむけて，自動車え，ハイブリッドシステムの差別化や部品の汎用化

業界は電気自動車（BEV）に代表される xEV とよばニーズが高くなっており，求められる性能も HEV のれる自動車の電動化を急ピッチに推進している．

高機能化を背景としている．具体的には，搭載性の改

昨今では日本におけるハイブリッド自動車（HEV）

善のためセル・パックのさらなる小型化や -10℃程やプラグインハイブリット自動車（PHEV）の保有台度までを想定した低温走行時の燃費や加速性能の向上

数が 1,000 万台を超えており ，今後さらに xEV 化はなど，HEV のさらなる普及には欠かせない特性の向加速し，大きく普及すると考えられる．

上である．

１

上記の xEV 化において，HEV はその実用性や導入

これらの市場ニーズを受け，従来機種の EHW5 セ

コストの観点から，依然として高い市場ニーズを継続

ルから，さらなる小型化および低温での高出力性能をしており，電動化のベース技術として，今後もさらな達成した EHW4SB セルを新たに開発した．本稿ではる需要拡大および普及期に応じた高機能化が期待されEHW4SB の仕様，性能および特徴について説明する．ている．
＊（株）ブルーエナジー

技術開発部© 2024 GS Yuasa International Ltd., All rights reserved.

7

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2024 年 6 月

第 21 巻第1号

2仕様と特徴表 1 EHW4SB セルおよび EHW5 セルの仕様比較
Table 1 Specifications of EHW4SB and EHW5 cells.

2.1

仕様

Model
EHW4SB
EHW5
Capacity(minimum) /Ah4.7
5.0
Nominal voltage / V
3.6
3.6
Length / mm
120120
Width / mm
12.5
12.5
Height / mm*6585
Volume / L0.0980.128
Mass / kg
0.190.22
Operational temperature range -30 to 55℃ -30 to 55℃-40 to 65℃ -40 to 65℃
Storage temperature range*Excluding terminals

EHW4SB の外観を図１に，EHW5 との仕様比較を表１に示す． 従来機種の EHW5 セルは VDA 規格に適合するセル寸法である 2．
EHW4SB セルは，外形の長さ寸法および幅寸法はEHW5 と互換しつつ，高さ寸法を大幅に低減した低ハイトセルである．具体的には高さ寸法を従来の 85mm から 65 mm に低減することにより，体積では24％の小型化をしている．またその質量は 0.19 kgであり 13％軽量化している．セル容量は 4.7 Ah であり EHW5 よりも小さくなっているが，体積エネルギー（捲回体）を超音波溶接で接合してケースに収納して密度は従来から 20％以上向上している．また，後述

いる．セルの電気的特性を決定する正極と負極には，する正極活物質の改良により低温入出力特性が大幅にそれぞれ，小粒径化した低抵抗な Li(Ni,Co,Mn)O2 と向上している．

高耐久なハードカーボンとを活物質としてもちいると次に EHW4SB のセル内部構造を図２に示す．集電いう電極の基本構成や耐熱性の高いポリオレフィンセ体を備えた蓋部品（組蓋）と捲回タイプの発電要素パレータの採用など，トータルバランスを重視する設計コンセプトは EHW5 と同様であり，HEV 用セルに求められる出力・耐久性・安全性を高いレベルで実現している．
2.22.2.1

特徴

小型化

HEV システムの，フロア下やシート下への搭載性向上のため，EHW4SB セルは特に高さ寸法を低減（低65ハイト化）している．
セルの低ハイト化をおこなうためには限られたセル内部空間を効率的に使用する必要があるため，セルの120

内部構造を全面的に見直した．EHW4SB は新しく低12.5

ハイトセル専用の組蓋を採用し，これによりセルのエ

図 1 EHW4SB セルの外観
Fig. 1 Appearance of EHW4SB cell．

ネルギー密度を高めている．
図 3 に組蓋の構造を示す．組蓋は，集電体から端子に繋がる通電経路を有している．

Negative terminal（Al）

Positive termina（Al）

内部空間を有効利用するために EHW4SB では集電

Separator
Material：
micro porous polyolefin体の構造を中心に改良をおこなった．従来の EHW5
では，捲回体の両サイドを挟み込むように，ケース長側面に対して直交する形で集電体を配置していた．そNegative electrode
Active material：
amorphous carbonのため，捲回体は集電体の内側に収められるサイズにする必要があり，幅方向（図 3 Y 方向）の内部空間の活用においては改善の余地が残っていた．そこで，

ZY

Positive electrode
Active material：
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

EHW4SB では，ケース長側面に並行する形に集電体の配置を変更した．これにより，幅方向に収容できる
捲回体のサイズは前述の集電体配置による制約を受けXることがなくなり，従来比で 3％以上，幅の広い捲回

図 2 EHW4SB セルの内部構造
Fig. 2 Inner structure of EHW4SB cell．

体をケースに収容することができた．加えて，集電体

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2024 年 6 月（a）EHW5

第 21 巻第1号（b）EHW4SB

Z

Positive current
collector（Al）

Y
Positive currentcollector（Al）

X

Negative currentcollector（Cu）

Negative currentcollector（Cu）

図 3 (a) EHW5 および (b) EHW4SB セルの組蓋構造
Fig. 3 Assembled lid structure of (a) EHW5 and (b) EHW4SB cells．

は短尺化や厚板化をおこない構造体の電気抵抗としてれる最大電流によって決定される領域が大部分を占めも低抵抗化している．その他の部品についても機能のている．EHW5 のアシスト出力性能の場合，常用さ見直しや小型化をおこなった結果，EHW5 の組蓋にれる充電状態（State of Charge：SOC）25 〜 85％の対して 10％以上の低抵抗化および 20％以上の軽量化領域で電流による制限出力となっている．つまり常温を達成した．

域ではセルの出力性能はシステムに対して十分高いこ2.2.2

低温出力特性とを示している．

HEV 用リチウムイオン電池を開発する上で最も重一方，低温域ではセルの出力特性がシステム出力の要な特性である出力特性についても市場ニーズの変化律速となっており，低温域の出力特性について改善ががある．

求められている．具体的には，実用的に電池の入出力出力性能を示す．

るセルの出力特性の向上である．

図 4 に 25℃および -10℃における EHW5 セルの頻度がある程度高い，-10℃程度までの低温域におけ常温域の常用出力はハイブリッドシステムに制限さ（a）（b）
4000

8000

Assist power / W・kg-1, at 10 sec.

Assist power / W・kg-1, at 10 sec.

7000
6000
5000
4000
3000
2000
○ No current limit△ Current limited at 200 A

1000
0020406080

3000

2000

1000
○ No current limit△ Current limited at 200 A
0100

SOC / %

02040
SOC / %

図 4 EHW5 セルの (a) 25℃ および (b) -10℃における電流の制限有無による出力変化
Fig. 4 Assist power characteristics of EHW5 cell when current is limited and not limited at(a) 25℃ and (b) -10℃ .

96080100

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2024 年 6 月

低温出力特性を向上するためには，Li イオンの反第 21 巻第1号

EHW4SB にもちいた新規な正極活物質の断面 SEM応抵抗を低減することが有効である．

像を図 5 に示す．一次粒子の間に空隙が存在してお電池仕様としては，電池容量の増加や電極の長尺化り，疎な二次粒子が形成されていることが確認できなどで Li イオンの反応抵抗を低減することが可能でた． さらに，Li イオンの反応面積の指標としているあるが，セルのコストアップや大型化・重量増加など活物質の BET（Brunauer Emmett Teller）比表面積をの背反する課題がある．

測定した結果，新規な正極活物質の BET 比表面積は，これらを解決するために正極活物質の二次粒子形状従来品と比較して 1.5 倍ほど大きかった．に着目した．二次粒子とは，一次粒子が凝集すること次に，セル構造や容量，電極長さなどの仕様は同一によって形成される粒子のことである．疎な二次粒子にして，正極活物質のみが異なる 5 Ah 級のセルを作を形成することによって，Li イオンの反応面積の増加，製 し，IV 法 に よ り 求 め ら れ る DC resistance（DCR）

および，それに伴う反応抵抗の低減が期待できる．の比較をおこなった．その結果，新規な正極活物質をもちいた際の DCR は，従来品をもちいた場合よりも低かった．一例として，新規な正極活物質をもちいた場合の，SOC 25％における 1 秒目の DCR の低減効果（a）を図 6 に示す．正極活物質を従来品から新規品に変更 し た 際 の DCR 低 下 率 は，-10 ℃ で は 10 ％ 以 上，Reducing the density of secondary particles-30℃では 15％以上であった．

20Assist DCR reduction rate / ％Primary particle
Secondary particles（b）15105025‒10‒30Battery temperature / C

図 6 新規正極活物質適用による DC 抵抗低減効果
Fig. 6 Assist DC resistance reduction rate byapplying new positive electrode active material．

また，上記の正極活物質は EHW5 で採用した高耐図 5 (a) 二次粒子密度低減の模式図 (b) 二次粒子密度を低減した正極活物質の断面 SEM
Fig. 5 ( a ) Schematic illustration of reducing thedensity of secondary particles and (b) cross-sectional
SEM of positive electrode active material with low
density secondary particles.

久な LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 組成を採用しているため，耐久性と熱安定性についても従来同等である．

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2024 年 6 月

第 21 巻第1号

3電気的特性3.23.1

開回路電圧特性

出力性能を示す． グラフの値は，最大電流 200 A，上出力特性

図 8 に EHW5 と比較した EHW4SB の重量当たりの限電圧 4.2 V，下限電圧 2.4 V，10 秒目の出力を示す．

図 7 に EHW4SB の 各 SOC に お け る 開 回 路 電 圧（Open-circuit Voltage：OCV）特性を示す．

EHW4SB の 25 ℃ 出 力 は，EHW5 の 場 合 よ り も15％程度向上している．これはセルの軽量化によるEHW5 と同様に SOC ０~100％までの全領域で電圧効果が支配的である．に傾斜を有しており，電圧による SOC 検知に有利でまた，-10℃出力は SOC 25 〜 55％の範囲で 20％ある．また，温度依存性が小さかった．

以上向上している．これは先に述べた正極活物質の改良効果によるところが大きい．

4.20
4.00

OCV / V

3.80
3.60
3.40

♦ 55 C● 25 C▲ ー 30 C

3.20
3.00

0204060

80

100

SOC / %

図 7 EHW4SB セルの -30，25，55℃における SOCOCV 特性
Fig. 7 OCV- SOC characteristics of EHW4SB cell at-30, 25, and 55℃．
（b） 5000●▲ : EHW4SB○△ : EHW5

Regenerative power

Regenerative power

4000

Cell power / W・kg-1, 10 sec.

Cell power / W・kg-1, 10 sec.

（a） 5000

3000

2000

Assist power

1000

0020406080

4000

3000

2000

SOC / %

Assist power

10000100●▲ : EHW4SB○△ : EHW5020406080

100

SOC / %

図 8 EHW4SB および EHW5 セルの (a) 25℃ および (b) -10℃における 10 秒アシスト / 回生出力特性（最大電流：200 A，電圧範囲：4.2 – 2.4 V）
Fig. 8 Assist and regenerative power characteristics of EHW4SB and EHW5 cells for 10 seconds operating as afunction of SOC at (a) 25℃ and (b) -10℃ . The limited current and voltage range are 200 A and 4.2 ‒ 2.4 V, respectively.

11

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3.3

3.3.1

2024 年 6 月

耐久特性

第 21 巻第1号

した．また実用に近い条件（ii）においては，90％以充放電サイクル寿命特性上の高い維持率を示し，優れたサイクル寿命性能を有している．

EHW4SB に対して充放電サイクル試験を実施した．

3.3.2

温度は EHW4SB の許容最大温度である 55℃，電流値

カレンダー寿命特性

は HEV の平均負荷を想定して 40 A とした．

図 10 に EHW4SB のカレンダー寿命性能を示す．

（i）SOC 15%~85% の広い SOC 範囲，もしくは，任意の SOC，温度で保存し，所定の期間毎に容量および出力性能を確認した．一般的に HEV では 50％（ii）SOC 35%~65% の HEV 実車使用を想定した SOC付近の SOC で使用されることが多い．図には，それ範囲にて連続的な充放電をおこない，所定のサイクル毎により過酷な条件となる（iii）SOC 85％，温度 65℃で容量および出力を確認した結果を図９に示す．実用に保存したもの，実車使用を想定した条件となる（iv）

比べ過酷な条件となる（i）において，30,000 サイクSOC 65％，温度 45℃で保存したものを比較して示す．

ル経過後の容量および出力は初期の 80％以上を維持

試験期間 390 日後において，条件（iii）では初期

100

100
Assist power retention / %（b）110

Discharge capacity retention / %（a） 110

90807060

10000

20000

8070

● Cycles between 85% and 15%SOC at 55 C
▲ Cycles between 65% and 35%SOC at 55 C
0906030000● Cycles between 85% and 15%SOC at 55 C
▲ Cycles between 65% and 35%SOC at 55 C010000

Number of cycle / cycle

20000

30000

Number of cycle / cycle

図 9 EHW4SB セルの 55℃・40 A 定電流サイクル試験における (a) 25℃・1 CA 放電容量維持率および(b) SOC 55%・25℃・10 秒アシスト出力維持率
Fig. 9 (a) 1 CA discharge capacity retention at 25 ℃ and (b) assist power retention for 10 seconds at
55% SOC and 25℃ in 40 A constant current cycle test at 55℃ of EHW4SB cell.

100

100
Assist power retention / %（b） 110

Discharge capacity retention / %（a） 110

90807060

1002003008070● Calendar test at 85% SOC and 65 C
▲ Calendar test at 65% SOC and 45 C
09060400

Calendar period / day● Calendar test at 85% SOC and 65 C
▲ Calendar test at 65% SOC and 45 C
0100200300

400

Calendar period / day

図 10 EHW4SB セルのカレンダー試験における (a) 25℃・1 CA 放電容量率および (b) SOC 55%・25℃・
10 秒アシスト出力維持率
Fig. 10 (a) 1 CA discharge capacity retention at 25℃ and (b) assist power retention for 10 seconds at
55% SOC and 25℃ in calendar life test of EHW4SB cell.

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2024 年 6 月第1号

参考文献

容量および出力に対して 80％以上の維持率を示している．条件（iv）では，それらの維持率は 90％以上を示している．

４第 21 巻１. 一般財団法人

自動車検査登録情報協会のデータ

ベース

まとめ

https://airia.or.jp/publish/statistics/trend.html
わが国の自動車保有動向

ハイブリッド車・電気

本稿で説明した EHW4SB は，低ハイト化および軽自動車の保有台数推移表（平成 27 年～令和 5 年）

量化の市場ニーズに対応した HEV 用リチウムイオン

２. Y. Sogo, T. Araki, Y. Kashiwa, T. Matsuyoshi, S.
Kozono, S. Ochiai, and T. Iguchi, GS YUASA電池である．

Technical report , 16(1), 33-39(2019).

セル外形の高さ寸法を，従来の EHW5 セルの 85mm から EHW4SB セルの 65 mm へと，20 mm 低ハイト化することで，セル体積では 20％以上の小型化を達成した．また入出力特性においては，正極活物質の二次粒子密度の低減による反応面積向上によって，低温出力特性が大きく向上した．耐久特性においては，サイクル寿命およびカレンダー寿命ともに従来機種と同等の結果が得られた．本開発で得られた知見をベースに，今後も市場ニーズを取り入れた，出力・耐久性・安全性のトータルバランスを高い次元で達成す
る EHW シリーズの開発を継続する．

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