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1分間で充電可能な新型の充電式電池を開発

2005年3月29日

キャパシタに匹敵する急速充電性能と
リチウムイオン電池の高エネルギー密度を両立

急速充電可能な新型電池(試作品)

 当社は、1分間で電池容量の80%まで充電することができるキャパシタ並みの急速充電性能と、リチウムイオン電池の特長である体積エネルギー密度の高さを併せ持つ、新型の充電式電池を開発しました。

 新型電池では負極材料に、リチウムイオンをスムーズに吸蔵することが可能で、かつ急速に充電しても有機電解液を分解することのないナノ微粒子を新材料として採用しています。この新材料は、ナノ微粒子を均一に固定する技術を新たに開発したことで、初めて電極化することができました。
 これによって、急速充電性能を実現するとともに、充放電を1000回繰り返した後の容量低下も僅か1%に抑えており、きわめて優れたサイクル寿命性能を達成しています。また、マイナス40degreeの低温環境で80%の放電容量を維持することが可能で、幅広い温度環境下での使用に耐えうることも確認しています。

 新型電池は、急速の充放電を大容量で行なうことが可能なため、電力の回生用途にも適用することができます。電気を無駄にすることなく利用できるので、環境面での貢献も期待できます。当社では今後、電力・産業用途などへの応用に向けた製品開発を行ない、2006年中の製品化を目指していきます。

室温(25degree)との比較、1時間放電率。

開発の背景と狙い

 現在、携帯機器などに使用されているリチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を持つものの充電時間が長いという特性を持っています。一方、ハイブリッド車などに使用されているキャパシタはリチウムイオン電池に比べ高い充電性能を有する蓄電デバイスですが、エネルギー密度が小さいという欠点があります。このため、それぞれが得意とする用途への適用が進んでおり、「高いエネルギー密度」と「高速充電性能」を併せ持つ理想的な充電池の開発は、長い間、技術者の夢とされてきました。
 当社は今回、長年培ってきたリチウムイオン電池技術にナノテクノロジーを加えることで、従来のリチウムイオン電池では実現できなかった、急速充電を可能にした新型の充電式電池を 開発しました。当社は今後、今まで充電池が適用できなかった高速・大容量の充放電が必要となるエネルギー・ソリューションの分野に、この新型電池を適用することで、新たな価値を持ち、社会を変えるようなサービスを提供していくことを目指しています。

新型充電式電池のおもな特長

1. キャパシタに匹敵する急速充電性能と高パワー密度を実現
 1分間で、電池容量の80%まで充電することができます。数分間でフル充電に達し、充電時間の制約から解放されることで、従来の二次電池の適用範囲だけでなく、新たな分野への利用が可能になります。充電だけでなく放電(出力)性能にも優れており、従来のリチウムイオン電池が採用されることのなかった、大電流を必要とする車両用電力回生システムなどの用途へも応用が考えられます。
   
2. リチウムイオン電池相当の高エネルギー密度
 リチウムイオン電池は小型で大容量という特長を持っており、新型電池も従来のリチウムイオン電池と変わらず、体積換算でキャパシタの数十倍のエネルギー密度を有しています。
   
3. 充放電を繰り返しても性能劣化の少ない長寿命性能
 試作したラミネート型電池(厚さ3.8mm、高さ62mm、幅35mmサイズ、容量600mAh)で、急速充電サイクル評価(10Cレート充電、充電時間6分、放電深度100%)を実施したところ、1000サイクル後の容量低下はわずかに1%と、極めて優れたサイクル寿命性能を確認できました。
 
4. 低温時にも性能劣化の少ない優れた温度特性
 マイナス40degreeの低温環境でも室温(25degree)の80%の放電容量(1時間放電率)を維持可能です。また、プラス45degreeの高温環境でも優れたサイクル寿命性能を維持(1000サイクル後の容量低下は5%以内)、幅広い温度環境の下で、性能劣化が少ないことを確認しています。様々な環境で使用される電気自動車や屋外で使用される電子機器などにも適用することができます。
 
5. 急峻な電力回生や高出力用途にも適用可能
 優れた急速充電性能は、高い効率で電力回生することができることも意味しています。車両用電力回生システム等の電力回生用途に適用すれば、エネルギーの有効利用によるCO2使用量の削減も期待できるなど、環境面でも貢献できる新技術です。

<図1:他のデバイスとの比較(1) バランスに優れた理想の充電池>
<図1:他のデバイスとの比較(1) バランスに優れた理想の充電池>

<図2:他のデバイスとの比較(2) 従来の常識を超える性能>
<図2:他のデバイスとの比較(2) 従来の常識を超える性能>

<図3:電気を有効に利用することで環境にも貢献>
<図3:電気を有効に利用することで環境にも貢献>


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