非水電解質電池、電池パック及び自動車
【課題】大電流での入出力特性の良好な非水電解質電池と、この非水電解質電池を備えた電池パック及び自動車を提供する。
【解決手段】正極３と、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極４と、前記正極３及び前記負極４の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータ５と、非水電解質とを具備することを特徴とする非水電解質電池。
【解決手段】正極３と、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極４と、前記正極３及び前記負極４の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータ５と、非水電解質とを具備することを特徴とする非水電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質電池と、非水電解質電池を用いた電池パックと、この電池パックを用いた自動車とに係わる。
【背景技術】
【０００２】
パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、これらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であるという理由から、非水電解質電池が実用化され広く普及するに至っている。また一方で、自動車の分野においても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急がれており、この電気自動車用の電源としても、非水電解質電池が検討されている。
【０００３】
電気自動車用電源に用いられる二次電池は、その用途から、エネルギー密度が高いこと、つまり単位重量あるいは単位体積あたりの放電容量が大きいことが要求される。そして、減速時の運動エネルギーを回生するために、瞬時に大きな電流が電池に入力された場合であっても、効率的に充電が可能であることが要求されている。さらに、始動時、急発進時、急加速時等には、逆に、大きな出力、つまり大電流を瞬時に放電可能であることが要求されている。すなわち、電気自動車用電源としての二次電池には、大容量であることに加え、短時間における入出力特性が良好であることが望まれている。
【０００４】
非水電解質電池の短時間における入出力特性を改善するための技術として、例えば特許文献１に示すような、非水電解質電池と電気二重層キャパシタとを組み合わせてハイブリッド素子を構成するという技術が知られている。この技術は、電気二重層キャパシタの容量成分によりハイブリッド素子の時定数を増加させ、短時間における電圧変化を小さくし、低温環境下での短時間における入出力特性を向上させるというものである。
【特許文献１】特開平１０−２９４１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に示す技術によると、短時間における入出力特性が向上される。しかしながら、非水電解質電池の他に、別途、電気二重層キャパシタを必要とし、素子の構成が複雑化し、また、そのコストも高いものとなってしまうという欠点を抱えている。
【０００６】
本発明者は、鋭意研究および度重なる実験の結果、電気二重層キャパシタを非水電解質電池に組み合わせるのではなく、非水電解質電池自身が備える電気二重層容量を大きくすることによって、大電流での入出力特性が向上されることを見出した。
【０００７】
本発明は、大電流での入出力特性の良好な非水電解質電池と、この非水電解質電池を備えた電池パック及び自動車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る電池パックは、複数の非水電解質電池を具備する電池パックであって、
前記複数の非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る自動車は、複数の非水電解質電池を具備する電池パックを備え、
前記複数の非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大電流での入出力特性の良好な非水電解質電池と、この非水電解質電池を備えた電池パック及び自動車を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
非水電解質電池の電気的特性を、図１に示す等価回路を用いて説明する。この等価回路では、電気二重層容量Ｃdlと反応抵抗Ｒctとの並列回路にオーム抵抗Ｒohmが直列に接続されている。この電池に電流Ｉを流したときの電圧の経時変化は、電流を流すと同時に略瞬間的に発生するオーム抵抗Ｒohmに起因した電圧変化ΔＶ0（＝Ｒohm×Ｉ）と、それに加えて電気二重層容量Ｃdlと反応抵抗Ｒctとの積によって表される時定数τの大きさによって決定される時間に依存した電圧変化ΔＶ1との和で表される。なお、非水電解質電池では、正負極の活物質の種類あるいは非水電解質の濃度変化に起因した電圧変化も起こるが、数秒程度の短時間における入出力ではその影響が小さいことから、ここでは除外して考える。
【００１３】
非水電解質電池のもつオーム抵抗Ｒohmおよび反応抵抗Ｒctの成分が大きい場合、同じ大きさの電流を流したときの電池電圧の変化は大きくなる。電池反応が不活性化する低温環境下においては、高温環境下に比べ、オーム抵抗Ｒohmおよび反応抵抗Ｒctが大きくなる。このため、電池電圧の変化が大きくなり、短時間における入出力特性が低下する。特に、非水電解質電池は、水系の電解液を用いた電池と比較して、その入出力特性の低下が顕著なものとなる。
【００１４】
上記等価回路で示した電気二重層容量Ｃdlを大きくすることによって、電気二重層容量Ｃdlと反応抵抗Ｒctとの積によって表される時定数τが大きくなる。そして、時定数τを大きくすると、反応抵抗Ｒctに起因した電圧変化に時間的遅れが生じるため、充放電開始から数秒間程度の短時間における電池電圧の変化が抑制され、その結果として、大電流での入出力特性、特に、低温環境下における大電流での入出力特性が改善される。
【００１５】
本発明は、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータとを用いることにより、非水電解質電池の電気二重層容量が増加することを見出したことに基づくものである。
【００１６】
セパレータの空隙率を５０％以上にすると共に、空隙の水銀圧入法によるメディアン径をモード径よりも大きくすることによって、セパレータの非水電解質保持性を向上させることができる。また、モード径よりも負極の表面粗さを大きくすることによって、負極表面に対向するセパレータの空隙の密度（個数）を大きくすることができ、非水電解質の拡散性を向上させることができる。これらの結果、セパレータの濡れ面積と負極の反応面積が増加するため、大きな電気二重層容量が得られる。
【００１７】
ここで、非水電解質電池の電気二重層容量には、電池の評価に一般的に用いられる交流インピーダンス法によって測定した値を採用する。この測定方法は、ポテンシオスタットと周波数応答解析装置とからなるインピーダンス測定システムを使用し、測定の対象となる非水電解質電池に微少な電圧振幅を与えて応答電流を解析するものである。測定対象とする非水電解質電池は、充電状態（ＳＯＣ：state of charge）１００％に４５℃の環境温度下で初充電したものとする。測定条件は、２５℃の環境温度下で、電圧振幅５ｍＶ、周波数範囲１００ｋＨｚ〜５０ｍＨｚの電圧をかけるものとする。次いで、測定されたインピーダンスを複素平面上に表示し、これによって図２に示すような、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを得る。Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットに現れる円弧は、複数得られる場合もあるため、最も低い周波数域に表れる円弧を用い、その頂点の角周波数ω0と円弧の半径で表される反応抵抗Ｒctとから、１／（ω0×Ｒct）の式により、電気二重層容量を算出する。非水電解質電池の電気二重層容量には、このようにして得られた値を採用するものとする。
【００１８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１９】
（第一の実施の形態）
第一の実施形態に係る非水電解質電池の一例について、図３乃至図５を参照して詳細に説明する。図３は、第一の実施形態に係る非水電解質電池の一例であるリチウムイオン二次電池を示す断面図、図４は図３のＡ部を示す拡大断面図、図５は図３の二次電池における正極活物質含有層、多孔質性のセパレータ及び負極活物質含有層の境界付近を示す模式図である。
【００２０】
図３に示すように、例えばフィルムからなる外装部材１内には、電極群２が収納されている。電極群２は、正極３と負極４がセパレータ５を介して偏平形状に捲回された構造を有する。図４に示すように、正極３は、正極集電体３ａと、正極集電体３ａの少なくとも片面に形成された正極活物質含有層３ｂとを含む。また、負極４は、負極集電体４ａと、負極集電体４ａの少なくとも片面に形成された負極活物質含有層４ｂとを含む。セパレータ５は、正極活物質含有層３ｂと負極活物質含有層４ｂの間に介在されている。
【００２１】
図５に示すように、正極活物質含有層３ｂ、負極活物質含有層４ｂ及びセパレータ５は、いずれも多孔質である。非水電解質は、正極活物質含有層３ｂ中の正極活物質粒子Ｐ1間に位置する空隙３ｃと、負極活物質含有層４ｂ中の負極活物質粒子Ｐ2間に位置する空隙４ｃと、セパレータ５の空隙５ａとに保持される。空隙５ａに非水電解質を保持したセパレータ５は電解質板として機能する。これら空隙３ｃ，４ｃ，５ａには、非水電解質と併せて接着性を有する高分子が保持されていても良い。
【００２２】
帯状の正極端子６は、電極群６の正極集電体３ａに接続されており、先端が外装部材１の外部に引き出されている。また、帯状の負極端子７は、電極群６の負極集電体４ａに接続されており、先端が外装部材１の外部に引き出されている。正極端子６と負極端子７は、外装部材１の同じ辺から引き出されており、正極端子６の引き出し方向と負極端子７の引き出し方向が同一になっている。
【００２３】
電極群２の最外層に負極集電体４ａを位置させ、この最外層の表面の少なくとも一部を接着部で被覆しても良い。これにより、電極群２を外装部材１に接着することができる。
【００２４】
以下、正極、負極、セパレータ、非水電解質及び外装部材について説明する。
【００２５】
１）負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含有する負極活物質含有層を含む。
【００２６】
負極活物質のリチウム吸蔵電位を前述した範囲に規定する理由を説明する。０．４Ｖ(vs. Li/Li+)よりも卑な電位でリチウムを吸蔵する活物質（例えば、黒鉛、リチウム金属など）では、大電流での入出力を繰り返すと負極表面上で金属リチウムが析出し、デンドライド状に成長する。空隙率が５０％以上で、かつメディアン径がモード径よりも大きいセパレータには、大きな径を有する空隙が存在するため、デンドライド状に成長した金属リチウムがセパレータを貫通しやすい。よって、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)未満の負極活物質を使用すると、大電流での入出力の際に内部短絡を生じる。
【００２７】
リチウム吸蔵電位が０．４Ｖ（vs.Li/Li+）よりも貴な負極活物質を用いることによって、セパレータに大きな径の空隙が存在していても、負極表面上における金属リチウムの析出を抑制することができ、大電流での入出力の際の内部短絡を回避することができる。従って、負極活物質のリチウム吸蔵電位は、０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上であることが好ましく、上限値としては、３Ｖ(vs. Li/Li+)が好ましく、より好ましくは２Ｖ(vs. Li/Li+)である。
【００２８】
０．４〜３Ｖ(vs. Li/Li+)の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な負極活物質は、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、あるいは合金であることが好ましい。
【００２９】
このような金属酸化物としては、例えば、チタン含有金属複合酸化物、例えばＳｎＢ0.4Ｐ0.6Ｏ3.1やＳｎＳｉＯ3などのスズ系酸化物、例えばＳｉＯなどのケイ素系酸化物、例えばＷＯ3などのタングステン系酸化物などが挙げられる。中でも、チタン含有金属複合酸化物が好ましい。
【００３０】
チタン含有金属複合酸化物としては、例えば、酸化物合成時はリチウムを含まないチタン系酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムチタン酸化物の構成元素の一部を異種元素で置換したリチウムチタン複合酸化物などを挙げることができる。リチウムチタン酸化物としては、例えば、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ4+xＴｉ5Ｏ12（ｘは充放電により変化する値で、０≦ｘ≦３））、ラムステライド型のチタン酸リチウム（例えばＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7（ｙは充放電により変化する値で、０≦ｙ≦３）などを挙げることができる。
【００３１】
チタン系酸化物としては、ＴｉＯ2、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉＯ2はアナターゼ型で熱処理温度が300〜500℃の低結晶性のものが好ましい。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＳｎＯ2、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）などを挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶相とアモルファス相が共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能を大幅に向上することができる。中でも、リチウムチタン酸化物、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物が好ましい。特に、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物が好ましい。
【００３２】
金属硫化物としては、例えば、例えばＴｉＳ2などのチタン系硫化物、例えばＭｏＳ2などのモリブデン系硫化物、例えば、ＦｅＳ、ＦｅＳ2、ＬｉxＦｅＳ2（０≦ｘ≦４）などの鉄系硫化物などが挙げられる。
【００３３】
金属窒化物としては、例えば、リチウム系窒化物（例えば、（Ｌｉ，Ｍｅ）3Ｎ｛Ｍｅは遷移金属元素｝）などが挙げられる。
【００３４】
負極活物質の平均粒径は１μｍ以下にすることが望ましい。また、負極活物質のＮ2吸着によるＢＥＴ法での比表面積が１〜１０ｍ2／ｇであることが好ましい。平均粒子径が１μｍより大きい、あるいは比表面積が１ｍ2／ｇ未満であると電極反応に寄与する有効面積が小さく、大電流放電特性が低下する恐れがある。また、比表面積が１０ｍ2／ｇを超えると、負極と非水電解質との反応量が増加するため、充放電効率の低下や、貯蔵時のガス発生を誘発する恐れがでてくる。なお、平均粒径が小さ過ぎると、非水電解質の分布が負極側に偏り、正極での電解質の枯渇を招く恐れがあるため、その下限値は０．００１μｍにすることが好ましい。
【００３５】
負極の表面粗さＲａ(-)は、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径よりも大きい。負極の表面粗さＲａ(-)をモード径よりも小さくすると、非水電解質の拡散性が低下するため、セパレータと負極の界面の電気二重層容量が低下し、大電流での入出力特性が改善されない。また、負極の表面粗さＲａ(-)は、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下にすることが好ましい。これにより、非水電解質による副反応を抑えつつ、非水電解質との濡れ面積を十分に確保することができるため、入出力特性と併せてサイクル特性を改善することができる。負極の表面粗さＲａ(-)のより好ましい範囲は、０．１５〜０．４０μｍである。
【００３６】
負極の表面粗さＲａ(-)のモード径に対する比を２倍以下にすることが望ましい。これにより、負極とセパレータの界面の抵抗を低くすることができるため、大電流での入出力特性をより向上することができる。同時に、毛細管現象による非水電解質の拡散を促進することができるため、非水電解質の枯渇によるサイクル劣化を抑制することができる。
【００３７】
負極の表面粗さＲａ(-)を、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径及びメディアン径よりも大きくすることが望ましい。このような条件を満足するセパレータは、空隙の大きさの均一性がより高く、負極表面と対向する空隙の数をより多くすることができるため、大電流での入出力特性をより改善することができる。
【００３８】
負極密度は、２ｇ／ｃｃ以上にすることが望ましい。これは、負極密度を２ｇ／ｃｃ未満にすると、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下の表面粗さＲａ(-)を有する負極を得られない恐れがあるからである。さらに、平均粒径が１μｍ以下の負極活物質を使用することによって、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下の表面粗さＲａ(-)を有する負極をより簡単な方法で得ることができる。負極密度のより好ましい範囲は、２〜２．５ｇ／ｃｃである。
【００３９】
負極は、例えば、負極活物質に導電剤と結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
【００４０】
前記導電剤としては、コークスなどの炭素質物が用いられる。炭素質物の平均粒径は、ガス発生を効果的に抑制するためには、０．１μｍ以上であることが好ましく、良好な導電ネットワークを構築するために、１０μｍ以下であることが好ましい。同様に、炭素質物の比表面積は、良好な導電ネットワークを構築するために、１０ｍ2／ｇ以上であることが好ましく、ガス発生を効果的に抑制するためには、１００ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。
【００４１】
前記結着剤としては、平均分子量が４×１０5以上２０×１０5以下のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いることができる。分子量がこの範囲にあるＰＶｄＦを用いることによって、負極集電体と負極活物質層の剥離強度を０．００５Ｎ／ｍｍ以上にすることが可能となり、大電流特性が改善される。なお、平均分子量が２０×１０5を超えると、十分な剥離強度は得られるが、塗液粘度が高くなりすぎて、塗工を適正に行うことが不可能となる。より好ましい平均分子量は、５×１０5以上、１０×１０5以下である。
【００４２】
前記負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質６７〜９７．５重量％、導電剤２〜２８重量％、結着剤０．５〜５重量％の範囲にすることが好ましい。導電剤量を２重量％以上にすることによって、高い集電性能を得られるため、優れた大電流特性が得られる。一方、高容量化の観点からは、導電剤量は２８重量％以下であることが好ましい。また、結着剤量を０．５重量％以上にすることによって、剥離強度を０．００５Ｎ／ｍｍ以上にすることができる。一方、結着剤量を５重量％以下にすることによって、適切な塗液粘度が得られ、良好な塗工が可能となる。
【００４３】
負極集電体は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔であることが好ましい。負極集電体は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、集電体の強度を飛躍的に増大させることができるため、負極を高いプレス圧で高密度化することが可能となり、電池容量を増大させることができる。また、高温環境下（４０℃以上）における過放電サイクルでの負極集電体の溶解・腐食劣化を防ぐことができるため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。平均結晶粒径のより好ましい範囲は３０μｍ以下であり、更に好ましい範囲は５μｍ以下である。
【００４４】
平均結晶粒径は次のようにして求められる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、１ｍｍ×１ｍｍ内に存在する結晶粒の数ｎを求める。このｎを用いてＳ＝１ｘ１０6／ｎ（μｍ2）から平均結晶粒子面積Ｓを求める。得られたＳの値から下記（１）式により平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。
【００４５】
ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 （１）
前記平均結晶粒子径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径（直径）は、製造工程の中で、前記諸因子を組み合わせて調整される。
【００４６】
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
【００４７】
２）正極
この正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。
【００４８】
前記正極活物質には、種々の酸化物、硫化物、ポリマー等を使用することができる。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4またはＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4、ＬｉxＣｏＰＯ4など）、硫酸鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。
【００４９】
より好ましい二次電池用の正極活物質として、高い電池電圧を得られるものを挙げることができる。例えば、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉxＭｎ2Ｏ4）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、リチウムリン酸鉄（ＬｉxＦｅＰＯ4）などが挙げられる。なお、x，ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。
【００５０】
また、正極活物質には、組成がＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＯ2（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．１、０．１≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．９、０．１≦ｄ≦０．５）で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いることが可能である。
【００５１】
常温溶融塩を含む非水電解質を用いる際には、リチウムリン酸鉄、ＬｉxＶＰＯ4Ｆ、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物を用いることが、サイクル寿命の観点から好ましい。これは、上記正極活物質と常温溶融塩との反応性が少なくなるためである。
【００５２】
正極は、例えば、正極活物質、正極導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁し作製したスラリーを、正極集電体に塗布し、乾燥し、正極活物質含有層を作製した後、プレスを施すことにより作製される。その他、正極活物質、正極導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、正極活物質含有層として用いても良い。
【００５３】
前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００５４】
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
【００５５】
前記正極活物質と導電剤と結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜１８重量％、結着剤２〜１７重量％の範囲にすることが好ましい。
【００５６】
前記正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましく、負極集電体と同様にその平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径が５０μｍ以下であることにより、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。
【００５７】
前記平均結晶粒径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子に複雑に影響され、前記結晶粒径は製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整される。
【００５８】
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
【００５９】
正極の表面粗さＲａ(+)は、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径より大きくすることが望ましい。これにより、正極表面に面するセパレータの空隙の個数を増加させて非水電解質との濡れ面積を大きくすることができるため、セパレータと正極の界面の電気二重層容量を大きくすることができる。その結果、時定数が大きくなるため、大電流での入出力特性をさらに向上させることが可能となる。
【００６０】
正極の表面粗さＲａ(+)は、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下にすることが好ましい。これにより、非水電解質による副反応を抑えつつ、非水電解質との濡れ面積を十分に確保することができるため、入出力特性だけでなくサイクル特性をも改善することができる。正極の表面粗さＲａ(+)のより好ましい範囲は、０．１５〜０．４０μｍである。
【００６１】
正極の表面粗さＲａ(+)を、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径及びメディアン径よりも大きくすることが望ましい。このような条件を満足するセパレータは、空隙の大きさの均一性がより高く、正極表面と対向する空隙の数をより多くすることができるため、大電流での入出力特性をより改善することができる。
【００６２】
正極の表面粗さＲａ(+)のモード径に対する比を２倍以下にすることが望ましい。これにより、正極とセパレータの界面の抵抗を低くすることができるため、大電流での入出力特性をより向上することができる。同時に、毛細管現象による非水電解質の拡散を促進することができるため、非水電解質の枯渇によるサイクル劣化を抑制することができる。
【００６３】
正極密度は、３ｇ／ｃｃ以上にすることが望ましい。これは、正極密度を３ｇ／ｃｃ未満にすると、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下の表面粗さＲａ(+)を有する正極を得られない恐れがあるからである。
【００６４】
負極の表面粗さＲａ(-)及び正極の表面粗さＲａ(+)には、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）またはＪＩＳ Ｂ ００３１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが使用される。
【００６５】
３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いる。
【００６６】
多孔質セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。
【００６７】
セパレータの水銀圧入法による空隙率は５０％以上であることが好ましい。非水電解質の保持性を向上させ、入出力密度を向上させるという観点から、５０％以上であることが好ましい。また、電池の安全性を保持するという観点から空隙率は７０％以下であることが好ましい。空隙率のより好ましい範囲は、５０〜６５％である。
【００６８】
セパレータの水銀圧入法による細孔径分布からメディアン径及びモード径を求めることができる。ここで、モード径とは、横軸に細孔径を設け、縦軸に頻度を設けた細孔径分布曲線のピークトップを指す。また、メディアン径は、累積体積頻度が５０％での細孔径である。
【００６９】
セパレータの空隙の水銀圧入法によるメディアン径をモード径よりも大きくする。このようなセパレータは、大きな径の空隙が多く存在するため、セパレータの抵抗を小さくすることができる。
【００７０】
セパレータは高温環境下に晒されるほど、高電位（酸化雰囲気）環境に晒されるほど、抵抗が増加する。すなわち、セパレータ自身の変質、電極表面で生じる副反応に伴う、反応生成物の堆積（セパレータの目詰まり）により、セパレータの抵抗が増加し、電池性能を低下させる。このとき、負極電位が低いと、正極と非水電解質の界面で生じる分解生成物の一部が、負極表面に堆積し易くなる。
【００７１】
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極は、電位が高いため、分解生成物が負極側に析出し難く、セパレータの負極と接する空隙が閉塞されるのを抑えることができると共に、セパレータ自身の変質による空隙の閉塞も抑制することができる。このため、充電状態で高温環境に長時間晒されても、大電流性能の低下を格段に抑制することが可能となる。
【００７２】
セパレータは、空隙の水銀圧入法によるモード径が０．０５μｍ以上０．４μｍ以下であることが好ましい。モード径を０．０５μｍ未満にすると、セパレータの膜抵抗が大きくなり、さらに高温・高電圧環境下でセパレータが変質して空隙が潰れるため、出力低下が懸念される。また、モード径が０．４μｍより大きいと、セパレータのシャットダウンが均等に起こらずに、安全性が低下してしまう恐れがある。より好ましい範囲は０．１０μｍ以上０．３５μｍ以下である。
【００７３】
セパレータは、空隙の水銀圧入法によるメディアン径が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。メディアン径が０．１μｍより小さいと、セパレータの膜抵抗が大きくなり、さらに高温・高電圧環境下でセパレータが変質して空隙が潰れ、出力が低下する恐れがある。また、メディアン径が０．５μｍより大きいと、セパレータのシャットダウンが均等に起こらずに、安全性が低下するほか、毛細管現象による電解液の拡散が起こりにくくなり、電解液の枯渇によるサイクル劣化を誘発する。より好ましい範囲は０．１２μｍ以上０．４０μｍ以下である。
【００７４】
４）非水電解質
この非水電解質には、液状非水電解質を使用することができる。
【００７５】
液状非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。
【００７６】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミトリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2］などのリチウム塩が挙げられる。
【００７７】
前記電解質は、有機溶媒に対して、０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。
【００７８】
前記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
【００７９】
また、液状非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩を用いることができる。
【００８０】
常温溶融塩とは、常温において少なくとも一部が液状を呈する塩をいい、常温とは電源が通常作動すると想定される温度範囲をいう。電源が通常作動すると想定される温度範囲とは、上限が１２０℃程度、場合によっては６０℃程度であり、下限は−４０℃程度、場合によっては−２０℃程度である。
【００８１】
リチウム塩としては、非水電解質電池に一般的に利用されているような、広い電位窓を有するリチウム塩が用いられる。たとえば、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2，ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2），ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＣ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）3などを挙げられるが、これらの限定されるものではない。これらは、単独で用いても、２種類以上を混合して用いても良い。
【００８２】
リチウム塩の含有量は、０．１〜３．０ｍｏｌ／Ｌであること、特に、１．０〜２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。リチウム塩の含有量を０．１ｍｏｌ／Ｌ以上にすることによって、電解質の抵抗を小さくすることができるため、大電流・低温放電特性を向上することができる。リチウム塩の含有量を３．０ｍｏｌ／Ｌ以下にすることによって、電解質の融点を低く抑えて常温で液状を保つことが可能となる。
【００８３】
常温溶融塩は、たとえば、式（１）で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンを有するもの、あるいは、式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを有するものである。
【００８４】
【化１】
【００８５】
【化２】
【００８６】
但し、Ｒ１，Ｒ２は、ＣnＨ2n+1（ｎ＝１〜６）、Ｒ３はＨまたはＣnＨ2n+1（ｎ＝１〜６）である。
【００８７】
式（１）で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、などのイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオンなどが挙げられる。特に、式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンが好ましい。
【００８８】
なお、テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８９】
また、アルキルピリジウムイオンとしては、Ｎ−メチルピリジウムイオン、Ｎ−エチルピリジニウムイオン、Ｎ−プロピルピリジニウムイオン、Ｎ−ブチルピリジニウムイオン、１−エチルー２メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−４−メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−２，４ジメチルピリジニウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９０】
なお、これらのカチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、または２種以上混合して用いても良い。
【００９１】
式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９２】
ジアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−ブチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９３】
トリアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９４】
なお、これらのカチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、または２種以上を混合して用いても良い。
【００９５】
５）外装部材
前記外装部材としては、板厚０．５ｍｍ以下の金属製容器や、板厚０．２ｍｍ以下のラミネートフィルム製容器を用いることができる。前記金属製容器としてアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。金属製容器の板厚は０．２ｍｍ以下にすることがより望ましい。
【００９６】
ラミネートフィルムには、金属箔が樹脂フィルムで被覆された多層フィルムを使用することができる。樹脂として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子を用いることができる。
【００９７】
金属製容器を構成するアルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００９８】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属缶は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径を５０μｍ以下とすることによって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属缶の強度を飛躍的に増大させることができ、より缶の薄肉化が可能になる。その結果、軽量かつ高出力で長期信頼性に優れた車載に適切な電池を実現することができる。
【００９９】
６）負極端子
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が０．４Ｖ以上３Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料が好ましい。
【０１００】
７）正極端子
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が３Ｖ以上５Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料が好ましい。
【０１０１】
第一の実施形態に係る非水電解質電池は、前述した図３乃至図５に示す構成のものに限らず、例えば、図６及び図７に示す構成にすることができる。図６は第一の実施形態に係る別の扁平型非水電解質二次電池を模式的に示す部分切欠斜視図で、図７は図６のＢ部の拡大断面図である。
【０１０２】
図６に示すように、ラミネートフィルム製の外装部材１内には、積層型電極群２が収納されている。積層型電極群２は、図７に示すように、正極３と負極４とをその間にセパレータ５を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極３は複数枚存在し、それぞれが正極集電体３ａと、正極集電体３ａの両面に担持された正極活物質含有層３ｂとを備える。負極４は複数枚存在し、それぞれが負極集電体４ａと、負極集電体４ａの両面に担持された負極活物質含有層４ｂとを備える。それぞれの負極４の負極集電体４ａは、一辺が正極３から突出している。正極３から突出した負極集電体４ａは、帯状の負極端子７に電気的に接続されている。帯状の負極端子７の先端は、外装部材１から外部に引き出されている。また、ここでは図示しないが、正極３の正極集電体３ａは、負極集電体４ａの突出辺と反対側に位置する辺が負極４から突出している。負極４から突出した正極集電体３ａは、帯状の正極端子６に電気的に接続されている。帯状の正極端子６の先端は、外装部材１の辺から外部に引き出されている。正極端子６が外装部材１から引き出されている方向は、負極端子７が外装部材１から引き出されている方向と反対向きである。
【０１０３】
電極群の構造として、前述した図３〜図５に示すような捲回構造、前述した図６，７に示す積層構造を挙げたが、優れた入出力特性に加え、高い安全性と信頼性を兼ね備えるために、電極群の構造を積層構造とすることが好ましい。更に、長期間使用した際にも高い大電流性能を実現させるためには、正極と負極を含む電極群が積層構造であって、図８に示されるようにセパレータを九十九に折って使用することが好ましい。帯状のセパレータ５は、九十九に折り重ねられている。九十九に折り重なったセパレータ５の最上層に短冊状の負極４1が積層されている。セパレータ５同士が重なった部分に上から順番に短冊状の正極３1、短冊状の負極４2、短冊状の正極３2、短冊状の負極４3が挿入されている。このように九十九に折り重なったセパレータ５の間に正極３と負極４を交互に配置することによって、積層構造の電極群を得る。
【０１０４】
積層構造、さらにはセパレータを九十九折状にすることの理由を説明する。
【０１０５】
優れた大電流特性を実現させるためにセパレータのメディアン径をモード径よりも大きくしている。すなわち、セパレータ中に大きな細孔を存在させている。このため、セパレータ自身の突き刺し強度は低下することになる。正極及び負極をセパレータを介して渦巻き状に捲回した後、扁平形状に成型して捲回構造の電極群を得ると、エッジ部で電極が鋭角に曲げられることになり、活物質含有層が折れ、折れた活物質含有層がセパレータを突き破る頻度が高まる。すなわち、電池製造時の内部短絡により不良となる電池の頻度が大きくなってしまう。したがって、電極群は電極を曲げる必要がない積層構造とすることが好ましい。
【０１０６】
さらに、電極群を積層構造にした場合であっても、セパレータを九十九折状に配置させることが好ましい。セパレータのメディアン径をモード径よりも大きくし、セパレータ中に大きな細孔を存在させると、毛細管現象によるセパレータ内の非水電解質の移動度が低下する。セパレータが九十九に折られていると、正極および負極それぞれの３辺がセパレータを介さず直接非水電解質と触れるため、電極への非水電解質の移動がスムーズに行われる。よって長期間使用して電極表面で非水電解質が消費されても、非水電解質がスムーズに供給され、長期間に亘って優れた大電流特性（出入力特性）を実現することが可能となる。同じ積層構造であってもセパレータを袋状にするなどの構造を採用した場合、袋内に配された電極が非水電解質と直接触れるのは１辺のみであり、非水電解質をスムーズに供給することが難しい。よって、長期間の使用によって電極表面で非水電解質が消費された場合、非水電解質がスムーズに供給されず、使用頻度が高まるに伴い、大電流特性（出入力特性）が徐々に低下してしまう。
【０１０７】
以上のことより、正極と負極を含む電極群は積層構造であって、正極と負極を空間的に隔離するセパレータは九十九折状に配されることが好ましい。
【０１０８】
（第二の実施の形態）
第二の実施形態に係る電池パックは、第一の実施形態に係る非水電解質電池を複数有する。第一の実施形態に係る非水電解質電池を単電池とし、単電池を電気的に直列もしくは並列に接続し、組電池を構成することが望ましい。
【０１０９】
第一の実施の形態に係る非水電解質電池は組電池化に適しており、第二の実施の形態に係る電池パックは、サイクル特性に優れる。このことについて、説明する。
【０１１０】
非水電解質の保持性が向上すると、負極活物質表面全体を非水電解質と接触させることが可能となり、負極活物質内のリチウムイオン濃度が均等化し易くなる。その結果、過電圧がかかり難くなる、すなわち、局所的な過充電・過放電が起こり難くなるため、負極活物質の利用率を均等にすることができる。このことによって、電池の容量個体差やインピーダンスの個体差を極めて小さくすることが可能となる。その結果、例えば、直列接続の組電池において、電池容量の個体差にともなう満充電時の電池電圧ばらつきを減少できる。このため、第二の実施の形態に係る電池パックは、組電池の制御性に優れ、サイクル特性を向上できる。
【０１１１】
図９の電池パックにおける単電池２１は、例えば、図３に示す扁平型非水電解質電池から構成されているが、特に限定されるものではない。図６に示すような扁平型非水電解質電池を使用しても良い。複数の単電池２１は、正極端子６と負極端子７が突出している向きを一つに揃えて積層されている。図１０に示すように、単電池２１は、直列に接続されて組電池２２をなしている。組電池２２は、図９に示すように、粘着テープ２３によって一体化されている。
【０１１２】
正極端子６および負極端子７が突出する側面に対しては、プリント配線基板２４が配置されている。プリント配線基板２４には、図１０に示すように、サーミスタ２５、保護回路２６および外部機器への通電用の端子２７が搭載されている。
【０１１３】
図９及び図１０に示すように、組電池２２の正極側配線２８は、プリント配線基板２４の保護回路２６の正極側コネクタ２９に電気的に接続されている。組電池２２の負極側配線３０は、プリント配線基板２４の保護回路２６の負極側コネクタ３１に電気的に接続されている。
【０１１４】
サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検知するためのもので、検知信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路と外部機器への通電用端子との間のプラス側配線３１ａ及びマイナス側配線３１ｂを遮断できる。所定の条件とは、例えば、サーミスタの検出温度が所定温度以上になったとき、単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検知したとき等である。この検知方法は、個々の単電池２１もしくは単電池２１全体について行われる。個々の単電池２１を検知する場合、電池電圧を検知してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検知してもよい。後者の場合、個々の単電池２１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図１０の場合、単電池２１それぞれに電圧検知のための配線３２を接続し、これら配線３２を通して検知信号が保護回路２６に送信される。
【０１１５】
組電池２２について、正極端子６および負極端子７が突出する側面以外の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３３が配置される。正極端子６および負極端子７が突出する側面とプリント配線基板２４との間には、ゴムもしくは樹脂からなるブロック状の保護ブロック３４が配置される。
【０１１６】
この組電池２２は、各保護シート３３、保護ブロック３４およびプリント配線基板２４と共に収納容器３５に収納される。すなわち、収納容器３５の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート３３が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板２４が配置される。組電池２２は、保護シート３３及びプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。収納容器３５の上面には、蓋３６が取り付けられる。
【０１１７】
なお、組電池２２の固定には、粘着テープ２３に代えて、熱収縮テープを用いても良い。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮チューブを周回させた後、該熱収縮チューブを熱収縮させて組電池を結束させる。
【０１１８】
なお、図９，１０に示した単電池２１は直列に接続されているが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても良い。無論、組み上がった電池パックを直列、並列に接続することもできる。
【０１１９】
また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。
【０１２０】
第二の実施の形態の電池パックの用途としては、大電流特性でのサイクル特性が望まれるものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。特に、車載用が好適である。
【０１２１】
なお、非水電解質としてプロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）からなる群のうち、少なくとも２種以上を混合した混合溶媒、あるいはγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を含んだ場合、高温特性が望まれる用途が好ましい。具体的には、上述の車載用が挙げられる。
【０１２２】
（第三の実施形態）
第三の実施形態に係る自動車は、第二の実施形態に係る電池パックを備える。ここでいう自動車としては、二輪〜四輪のハイブリッド電気自動車、二輪〜四輪の電気自動車、アシスト自転車などが挙げられる。
【０１２３】
図１１〜１３は、内燃機関と電池駆動の電動機とを組み合わせて走行動力源としたハイブリッドタイプの自動車を示している。自動車の駆動力には、その走行条件に応じ、広範囲な回転数及びトルクの動力源が必要となる。一般的に内燃機関は理想的なエネルギー効率を示すトルク・回転数が限られているため、それ以外の運転条件ではエネルギー効率が低下する。ハイブリッドタイプの自動車は、内燃機関を最適条件で稼動させて発電すると共に、車輪を高効率な電動機にて駆動することによって、あるいは内燃機関と電動機の動力を合わせて駆動したりすることによって、自動車全体のエネルギー効率を向上できるという特徴を有する。また、減速時に車両のもつ運動エネルギーを電力として回生することによって、通常の内燃機関単独走行の自動車に比較して、単位燃料当りの走行距離を飛躍的に増大させることができる。
【０１２４】
ハイブリッド自動車は、内燃機関と電動機の組み合わせ方によって、大きく3つに分類することができる。
【０１２５】
図１１には、一般にシリーズハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５０が示されている。内燃機関５１の動力を一旦すべて発電機５２で電力に変換し、この電力をインバータ５３を通じて電池パック５４に蓄える。電池パック５４には本発明の第４の実施形態に係る電池パックが使用される。電池パック５４の電力はインバータ５３を通じて電動機５５に供給され、電動機５５により車輪５６が駆動する。電気自動車に発電機が複合されたようなシステムである。内燃機関は高効率な条件で運転でき、電力回生も可能である。その反面、車輪の駆動は電動機のみによって行われるため、高出力な電動機が必要となる。また、電池パックも比較的大容量のものが必要となる。電池パックの定格容量は、５〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１０〜２０Ａｈである。ここで、定格容量とは、０．２Ｃレートで放電した時の容量を意味する。
【０１２６】
図１２には、パラレルハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５７が示されている。付番５８は、発電機を兼ねた電動機を示す。内燃機関５１は主に車輪５６を駆動し、場合によりその動力の一部を発電機５８で電力に変換し、その電力で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機５８により駆動力を補助する。通常の自動車がベースになっており、内燃機関５１の負荷変動を少なくして高効率化を図り、電力回生なども合わせて行うシステムである。車輪５６の駆動は主に内燃機関５１によって行うため、電動機５８の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機５８及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は５〜１０Ａｈである。
【０１２７】
図１３には、シリーズ・パラレルハイブリッド車と呼ばれるハイブリッド自動車５９が示されている。シリーズとパラレルの両方を組み合わせた方式である。動力分割機構６０は、内燃機関５１の出力を、発電用と車輪駆動用とに分割する。パラレル方式よりもきめ細かくエンジンの負荷制御を行い、エネルギー効率を高めることができる。
【０１２８】
電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は５〜１０Ａｈである。
【０１２９】
上述した図１１〜図１３に示すようなハイブリッド自動車に搭載される電池パックの公称電圧は、２００〜６００Ｖの範囲にすることが望ましい。
【０１３０】
本発明の実施形態に係る電池パックは、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド自動車での使用に特に適している。
【０１３１】
電池パック５４は、一般に外気温度変化の影響を受けにくく、衝突時などに衝撃を受けにくい場所に配置されるのが好ましい。例えば図１４に示すようなセダンタイプの自動車では、後部座席６１後方のトランクルーム６２内などに配置することができる。また、座席６１の下や後ろに配置することができる。電池重量が大きい場合には、車両全体を低重心化するため、座席の下や床下などに配置するのが好ましい。
【０１３２】
電気自動車（EV）は、自動車外部から電力を供給して充電された電池パックに蓄えられたエネルギーで走行する。よって、電気自動車は、他の発電設備などを用いて高効率に発電された電気エネルギーを利用することが可能である。また、減速時には自動車の運動エネルギーを電力として回生できるため、走行時のエネルギー効率を高くすることができる。電気自動車は二酸化炭素その他の排気ガスを全く排出しないため、クリーンな自動車である。その反面、走行時の動力はすべて電動機であるため、高出力の電動機が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、非常に大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１００〜５００Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２００〜４００Ａｈである。
【０１３３】
また、車両の重量に占める電池重量の割合が大きいため、電池パックは床下に敷き詰めるなど、低い位置に、かつ車両の重心から大きく離れない位置に配置することが好ましい。１回の走行に相当する大きな電力量を短時間のうちに充電するためには、大容量の充電器と充電ケーブルが必要である。このため、電気自動車は、それらを接続する充電コネクタを備えることが望ましい。充電コネクタには、電気接点による通常のコネクタを用いることができるが、電磁結合による非接触式の充電コネクタを用いても良い。
【０１３４】
図１５には、ハイブリッドバイク６３の一例を示す。二輪車の場合においても、ハイブリッド自動車と同様に、内燃機関６４、電動機６５、電池パック５４を備えたエネルギー効率の高いハイブリッドバイクを構成することができる。内燃機関６４は主に車輪６６を駆動し、場合によりその動力の一部で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機６５により駆動力を補助する。車輪６６の駆動は主に内燃機関６４によって行うため、電動機６５の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機６５及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。
【０１３５】
図１６には、電動バイク６７の一例を示す。電動バイク６７は、外部から電力を供給して充電された電池パック５４に蓄えられたエネルギーで走行する。走行時の動力はすべて電動機６５であるため、高出力の電動機６５が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、比較的大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１０〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１５〜３０Ａｈである。
【０１３６】
図１７には、第三の実施形態に係る充電式掃除機の一例を示す。充電式掃除機は、掃除機の筐体７０内に第２の実施形態に係る電池パックが収容されている。また、充電式掃除機は、置き台兼用の充電器７１を備えている。電池パックの定格容量は、２〜１０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２〜４Ａｈである。また、電池パックの公称電圧は、４０〜８０Ｖの範囲にすることが望ましい。
【０１３７】
[実施例]
以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
【０１３８】
（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）粉末９０重量％、アセチレンブラック３重量％、グラファイト３重量％及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーとした。このスラリーを、厚さ１５μｍで、平均結晶粒子径が３０μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、電極密度が３．０ｇ／ｃｍ3で、かつ表面粗さＲａ(+)が０．１５μｍの正極を作製した。
【０１３９】
＜負極の作製＞
負極活物質として、平均粒子径が０．７μｍで、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12で表され、Ｌｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(vs. Li/Li+)であるスピネル構造のチタン酸リチウムを用意した。この負極活物質と、導電材としてアセチレンブラックと、平均分子量４×１０5のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９５：２．５：２．５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さが１５μｍで、平均結晶粒子径が３０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が２．２ｇ／ｃｍ3である負極を作製した。なお、負極の表面粗さＲａ(-)は０．３μｍであった。
【０１４０】
負極活物質の粒径測定は、レーザー回折式分布測定装置（島津SALD-300）を用い、まず、ビーカーに試料を約０．１ｇと界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌した後、攪拌水槽に注入し、２秒間隔で６４回光度分布を測定し、粒度分布データを解析するという方法にて測定した。
【０１４１】
また、Ｌｉ吸蔵電位は以下に説明する方法で測定した。
【０１４２】
負極を２ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り出し、作用極とした。作用極と２．２ｃｍ×２．２ｃｍのリチウム金属箔からなる対極とをグラスフィルター（セパレータ）を介して対向させ、作用極と対極とに触れぬようにリチウム金属を参照極として挿入した。これら電極を３極式ガラスセルに入れ、作用極、対極、参照極の夫々をガラスセルの端子に接続し、電解液（電解液の組成はエチレンカーボネートとγ-ブチロラクトンを１：２の体積比で混合した溶媒に１．５Ｍ／Ｌの四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）を溶解させたもの）を２５ｍＬ注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態にし、ガラス容器を密閉した。作製したガラスセルを２５℃の恒温槽内に配置し、０．１ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で充電した際の作用極のリチウムイオン吸蔵電位を測定した。
【０１４３】
＜セパレータ＞
セパレータには、厚さ２０μｍ、水銀圧入法による空隙率５５％、空隙の水銀圧入法によるモード径０．１８μｍ、メディアン径０．２１μｍのポリエチレン製の多孔質フィルムを用意した。
【０１４４】
セパレータの水銀圧入法による細孔径分布から、空隙率（気孔率）と、空隙のモード径及びメディアン径を求めた。細孔径分布の測定装置は、島津オートポア9520形を用いた。試料は、セパレータを約25×25mm2サイズに切断し、これを折りたたんで測定セルに採り、初期圧20kPa（約3psia、細孔直径約60μm相当）の条件で測定した。データ整理に当り、細孔比表面積は、細孔の形状を円筒形として計算した。
【０１４５】
なお、水銀圧入法の解析原理はWashburnの式（１）に基づく。
【０１４６】
Ｄ＝−４γｃｏｓθ／Ｐ （１）式
ここで、Ｐは加える圧力、Ｄは細孔直径、γは水銀の表面張力（480dyne・cm-1）、θは水銀と細孔壁面の接触角で140°である。γ、θは定数であるからWashburnの式より、加えた圧力Ｐと細孔径Ｄの関係が求められ、そのときの水銀侵入容積を測定することにより、細孔径とその容積分布を導くことができる。測定法・原理等の詳細は、神保元ニら：「微粒子ハンドブック」朝倉書店、（１９９１）、早川宗八郎編：「粉体物性測定法」朝倉書店（１９７８）などを参照されたい。
【０１４７】
得られた細孔径分布を図１７に示す。図１７の右側の縦軸がlog微分分布（log differential intrusion）、左側の縦軸が累積分布（cumulative intrusion）を示す。モード径は、log微分分布のピークトップでの細孔径で、図１７の場合、０．１８μｍである。また、メディアン径は、累積分布曲線における累積体積頻度が５０％での細孔径で、図１７の場合、０．２１μｍである。
【０１４８】
＜電極群の作製＞
正極、セパレータ、負極、セパレータの順番に積層され、セパレータが九十九折状に配置されるように電極群を構成した。これを９０℃で加熱プレスすることにより、７０×１００ｍｍで、厚さが３．０ｍｍの偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが４０μｍのアルミニウム箔とアルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層とから構成された厚さが０．１ｍｍのラミネートフィルムからなるパックに収納し、８０℃で２４時間真空乾燥を施した。
【０１４９】
＜液状非水電解質の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチロラクトン（ＢＬ）の混合溶媒（体積比率２５：７５）に電解質としての四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解することにより液状非水電解質（非水電解液）を調製した。
【０１５０】
前記電極群を収納したラミネートフィルムパック内に前記液状非水電解質を注入した後、前記パックをヒートシールにより完全密閉し、前述した図６に示す構造を有し、８０×１２０ｍｍで、厚さが３．０ｍｍの非水電解質二次電池を作製した。
【０１５１】
また、電気二重層容量を測定するため、以下に説明する方法で３極式セルを作製した。
【０１５２】
正極、負極をそれぞれ２ｃｍ×２ｃｍに打ち抜いた。また、セパレータを３ｃｍ×３ｃｍに打ち抜いた。正極と負極をその間にセパレータを挟んで対向させ、８０℃で２４時間真空乾燥を施し、３極式セル用電極群を得た。
【０１５３】
この３極式セル用電極群の近傍に、金属リチウムを参照電極として備えさせ、前記液状非水電解質とともに密閉容器に完全密閉し、３極式セルを作製した。
【０１５４】
（実施例２〜１１、比較例１〜４，６）
正極と負極の表面粗さと、セパレータの空隙率、水銀圧入法によるモード径及びメディアン径を表１に示したものを用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池及び３極式セルを作製した。
【０１５５】
（比較例５）
＜負極の作製＞
負極活物質として、平均粒子径が３μｍで、Ｌｉ吸蔵電位が０．１５Ｖ(vs. Li/Li+)のグラファイトを用意した。この負極活物質と、導電材としてのアセチレンブラックと、平均分子量４×１０5のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９５：２．５：２．５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さが１０μｍの銅箔に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が１．５ｇ／ｃｍ3である負極を作製した。なお、このときの電極表面粗さは０．８５μｍであった。
【０１５６】
上述した負極と、表１に示した表面粗さの正極と、表１に示した空隙率、水銀圧入法によるモード径及びメディアン径を有するセパレータを用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池及び３極式セルを作製した。
【０１５７】
作製した３極式セルを用いて、４５℃初充電後、ＳＯＣ１００％で正極、負極それぞれの交流インピーダンス測定を行うことにより、それぞれの電気二重層容量を測定した。
【０１５８】
さらに、作製した二次電池を２５℃環境下においてＳＯＣ５０％まで５秒間で充電し、その際の入力密度（Ｗ／ｋｇ）を測定した。また、二次電池をＳＯＣ５０％の状態に揃え、２５℃環境下において５秒間で放電した際の出力密度（Ｗ／ｋｇ）を測定した。以上の結果を表１にまとめた。
【０１５９】
【表１】
【０１６０】
表１から明らかなように、実施例１〜１１の電池は、電極の二重層容量が大きく、大電流での入出力特性に優れることが分かる。
【０１６１】
実施例１，９を比較すると、実施例１の電池の入出力特性が実施例９よりも優れており、負極の表面粗さＲａ(-)をメディアン径よりも大きくすることにより入出力特性が改善されることが理解できる。
【０１６２】
実施例１，４を比較すると、実施例４の電池の入出力特性が実施例１よりも優れており、正極の表面粗さＲａ(+)をモード径よりも大きくすることにより入出力特性が改善されることが理解できる。
【０１６３】
実施例１，４〜９，１１を比較すると、実施例１，４〜９の電池の入出力特性が実施例１１よりも優れており、負極の表面粗さＲａ(-)のモード径に対する比を２以下にすることにより入出力特性が改善されることが理解できる。
【０１６４】
また、正極表面粗さＲａ(+)と負極表面粗さＲａ(-)が０．１〜０．６μｍの実施例１〜９，１１の電池は、正極表面粗さＲａ(+)と負極表面粗さＲａ(-)が０．１μｍ未満の実施例１０に比して入出力特性が優れており、入出力特性を改善するために正極表面粗さＲａ(+)と負極表面粗さＲａ(-)を０．１〜０．６μｍにすることが望ましいことが理解できる。
【０１６５】
一方、空隙率が５０％未満の比較例１、モード径が負極表面粗さＲａ(-)よりも大きい比較例２、空隙率が５０％未満で、モード径が負極表面粗さＲａ(-)よりも大きい比較例３、モード径とメディアン径が等しい比較例４，６では、大電流での入出力特性が実施例１〜１１に比して小さかった。
【０１６６】
また、０．４Ｖ(vs. Li/Li+)よりも卑な電位でリチウムを吸蔵する負極活物質である炭素質物を使用した比較例５では、空隙率が５０％以上で、メディアン径がモード径よりも大きく、かつモード径よりも負極の表面粗さが大きいセパレータを使用しているにも拘わらず、大電流での入出力特性が実施例１〜１１に比して小さかった。比較例５では、平均粒子径が３μｍの炭素質物を負極活物質として使用しているため、負極製造時のプレス圧が低く、密度の低い負極が得られた。その結果、負極の表面粗さが０．６μｍよりも大きくなり、負極表面からセパレータまでの距離が拡大し、負極とセパレータの密着性及び電解液の拡散性が低下し、入出力特性の低下に至った。さらに、入出力を繰り返した際、セパレータにリチウムが析出し、内部短絡を生じた。
【０１６７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】非水電解質電池の電気的特性を説明するための等価回路図。
【図２】交流インピーダンス法によって測定されたインピーダンスを複素平面上に表示したＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを示す特性図。
【図３】第一の実施形態に係わる扁平型非水電解質電池の断面模式図。
【図４】図３のＡで示した円で囲われた部分を詳細に表す部分断面模式図。
【図５】図３の非水電解質電池における正極、セパレータ及び負極の境界付近を示す模式図。
【図６】第一の実施形態に係わる別の扁平型非水電解質二次電池を模式的に示した部分切欠斜視図。
【図７】図６のＢ部の拡大断面図。
【図８】第一の実施形態に係わる非水電解質電池で使用される積層構造の電極群を示す斜視図。
【図９】第二の実施形態に係る電池パックの分解斜視図。
【図１０】図９の電池パックの電気回路を示すブロック図。
【図１１】本発明の第三の実施形態に係るシリーズハイブリッド自動車を示す模式図。
【図１２】本発明の第三の実施形態に係るパラレルハイブリッド自動車を示す模式図。
【図１３】本発明の第三の実施形態に係るシリーズ・パラレルハイブリッド自動車を示す模式図。
【図１４】本発明の第三の実施形態に係る自動車を示す模式図。
【図１５】本発明の第三の実施形態に係るハイブリッドバイクを示す模式図。
【図１６】本発明の第三の実施形態に係る電動バイクを示す模式図。
【図１７】本発明の第三の実施形態に係る充電式掃除機を示す模式図。
【図１８】実施例１の非水電解質電池で用いられるセパレータの水銀圧入法による細孔径分布を示す特性図。
【符号の説明】
【０１６９】
１…外装部材、２…電極群、３…正極、３ａ…正極集電体、３ｂ…正極活物質含有層、３ｃ…空隙、４…負極、４ａ…負極集電体、４ｂ…負極活物質含有層、４ｃ…空隙、５…セパレータ、６…正極端子、７…負極端子、Ｐ1…正極活物質粒子、Ｐ2…負極活物質粒子、２１…単電池、２２…組電池、２３…粘着テープ、２４…プリント配線基板、２５…サーミスタ、２６…保護回路、２７…通電用端子、２８…正極側配線、２９…正極側コネクタ、３０…負極側配線、３１…負極側コネクタ、３１ａ，３１ｂ，３２…配線、３３…保護ブロック、３５…収納容器、３６…蓋、５０，５７，５９…ハイブリッド自動車、５１，６４…内燃機関、５２…発電機、５３…インバータ、５４…電池パック、５５，６５…電動機、５６，６６…車輪、５８…発電機を兼ねた電動機、６０…動力分割機構、６１…後部座席、６２…トランクルーム、６３…ハイブリッドバイク、６７…電動バイク、７０…筐体、７１…置き台を兼ねた充電器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質電池と、非水電解質電池を用いた電池パックと、この電池パックを用いた自動車とに係わる。
【背景技術】
【０００２】
パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、これらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であるという理由から、非水電解質電池が実用化され広く普及するに至っている。また一方で、自動車の分野においても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急がれており、この電気自動車用の電源としても、非水電解質電池が検討されている。
【０００３】
電気自動車用電源に用いられる二次電池は、その用途から、エネルギー密度が高いこと、つまり単位重量あるいは単位体積あたりの放電容量が大きいことが要求される。そして、減速時の運動エネルギーを回生するために、瞬時に大きな電流が電池に入力された場合であっても、効率的に充電が可能であることが要求されている。さらに、始動時、急発進時、急加速時等には、逆に、大きな出力、つまり大電流を瞬時に放電可能であることが要求されている。すなわち、電気自動車用電源としての二次電池には、大容量であることに加え、短時間における入出力特性が良好であることが望まれている。
【０００４】
非水電解質電池の短時間における入出力特性を改善するための技術として、例えば特許文献１に示すような、非水電解質電池と電気二重層キャパシタとを組み合わせてハイブリッド素子を構成するという技術が知られている。この技術は、電気二重層キャパシタの容量成分によりハイブリッド素子の時定数を増加させ、短時間における電圧変化を小さくし、低温環境下での短時間における入出力特性を向上させるというものである。
【特許文献１】特開平１０−２９４１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に示す技術によると、短時間における入出力特性が向上される。しかしながら、非水電解質電池の他に、別途、電気二重層キャパシタを必要とし、素子の構成が複雑化し、また、そのコストも高いものとなってしまうという欠点を抱えている。
【０００６】
本発明者は、鋭意研究および度重なる実験の結果、電気二重層キャパシタを非水電解質電池に組み合わせるのではなく、非水電解質電池自身が備える電気二重層容量を大きくすることによって、大電流での入出力特性が向上されることを見出した。
【０００７】
本発明は、大電流での入出力特性の良好な非水電解質電池と、この非水電解質電池を備えた電池パック及び自動車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る電池パックは、複数の非水電解質電池を具備する電池パックであって、
前記複数の非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る自動車は、複数の非水電解質電池を具備する電池パックを備え、
前記複数の非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大電流での入出力特性の良好な非水電解質電池と、この非水電解質電池を備えた電池パック及び自動車を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
非水電解質電池の電気的特性を、図１に示す等価回路を用いて説明する。この等価回路では、電気二重層容量Ｃdlと反応抵抗Ｒctとの並列回路にオーム抵抗Ｒohmが直列に接続されている。この電池に電流Ｉを流したときの電圧の経時変化は、電流を流すと同時に略瞬間的に発生するオーム抵抗Ｒohmに起因した電圧変化ΔＶ0（＝Ｒohm×Ｉ）と、それに加えて電気二重層容量Ｃdlと反応抵抗Ｒctとの積によって表される時定数τの大きさによって決定される時間に依存した電圧変化ΔＶ1との和で表される。なお、非水電解質電池では、正負極の活物質の種類あるいは非水電解質の濃度変化に起因した電圧変化も起こるが、数秒程度の短時間における入出力ではその影響が小さいことから、ここでは除外して考える。
【００１３】
非水電解質電池のもつオーム抵抗Ｒohmおよび反応抵抗Ｒctの成分が大きい場合、同じ大きさの電流を流したときの電池電圧の変化は大きくなる。電池反応が不活性化する低温環境下においては、高温環境下に比べ、オーム抵抗Ｒohmおよび反応抵抗Ｒctが大きくなる。このため、電池電圧の変化が大きくなり、短時間における入出力特性が低下する。特に、非水電解質電池は、水系の電解液を用いた電池と比較して、その入出力特性の低下が顕著なものとなる。
【００１４】
上記等価回路で示した電気二重層容量Ｃdlを大きくすることによって、電気二重層容量Ｃdlと反応抵抗Ｒctとの積によって表される時定数τが大きくなる。そして、時定数τを大きくすると、反応抵抗Ｒctに起因した電圧変化に時間的遅れが生じるため、充放電開始から数秒間程度の短時間における電池電圧の変化が抑制され、その結果として、大電流での入出力特性、特に、低温環境下における大電流での入出力特性が改善される。
【００１５】
本発明は、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータとを用いることにより、非水電解質電池の電気二重層容量が増加することを見出したことに基づくものである。
【００１６】
セパレータの空隙率を５０％以上にすると共に、空隙の水銀圧入法によるメディアン径をモード径よりも大きくすることによって、セパレータの非水電解質保持性を向上させることができる。また、モード径よりも負極の表面粗さを大きくすることによって、負極表面に対向するセパレータの空隙の密度（個数）を大きくすることができ、非水電解質の拡散性を向上させることができる。これらの結果、セパレータの濡れ面積と負極の反応面積が増加するため、大きな電気二重層容量が得られる。
【００１７】
ここで、非水電解質電池の電気二重層容量には、電池の評価に一般的に用いられる交流インピーダンス法によって測定した値を採用する。この測定方法は、ポテンシオスタットと周波数応答解析装置とからなるインピーダンス測定システムを使用し、測定の対象となる非水電解質電池に微少な電圧振幅を与えて応答電流を解析するものである。測定対象とする非水電解質電池は、充電状態（ＳＯＣ：state of charge）１００％に４５℃の環境温度下で初充電したものとする。測定条件は、２５℃の環境温度下で、電圧振幅５ｍＶ、周波数範囲１００ｋＨｚ〜５０ｍＨｚの電圧をかけるものとする。次いで、測定されたインピーダンスを複素平面上に表示し、これによって図２に示すような、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを得る。Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットに現れる円弧は、複数得られる場合もあるため、最も低い周波数域に表れる円弧を用い、その頂点の角周波数ω0と円弧の半径で表される反応抵抗Ｒctとから、１／（ω0×Ｒct）の式により、電気二重層容量を算出する。非水電解質電池の電気二重層容量には、このようにして得られた値を採用するものとする。
【００１８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１９】
（第一の実施の形態）
第一の実施形態に係る非水電解質電池の一例について、図３乃至図５を参照して詳細に説明する。図３は、第一の実施形態に係る非水電解質電池の一例であるリチウムイオン二次電池を示す断面図、図４は図３のＡ部を示す拡大断面図、図５は図３の二次電池における正極活物質含有層、多孔質性のセパレータ及び負極活物質含有層の境界付近を示す模式図である。
【００２０】
図３に示すように、例えばフィルムからなる外装部材１内には、電極群２が収納されている。電極群２は、正極３と負極４がセパレータ５を介して偏平形状に捲回された構造を有する。図４に示すように、正極３は、正極集電体３ａと、正極集電体３ａの少なくとも片面に形成された正極活物質含有層３ｂとを含む。また、負極４は、負極集電体４ａと、負極集電体４ａの少なくとも片面に形成された負極活物質含有層４ｂとを含む。セパレータ５は、正極活物質含有層３ｂと負極活物質含有層４ｂの間に介在されている。
【００２１】
図５に示すように、正極活物質含有層３ｂ、負極活物質含有層４ｂ及びセパレータ５は、いずれも多孔質である。非水電解質は、正極活物質含有層３ｂ中の正極活物質粒子Ｐ1間に位置する空隙３ｃと、負極活物質含有層４ｂ中の負極活物質粒子Ｐ2間に位置する空隙４ｃと、セパレータ５の空隙５ａとに保持される。空隙５ａに非水電解質を保持したセパレータ５は電解質板として機能する。これら空隙３ｃ，４ｃ，５ａには、非水電解質と併せて接着性を有する高分子が保持されていても良い。
【００２２】
帯状の正極端子６は、電極群６の正極集電体３ａに接続されており、先端が外装部材１の外部に引き出されている。また、帯状の負極端子７は、電極群６の負極集電体４ａに接続されており、先端が外装部材１の外部に引き出されている。正極端子６と負極端子７は、外装部材１の同じ辺から引き出されており、正極端子６の引き出し方向と負極端子７の引き出し方向が同一になっている。
【００２３】
電極群２の最外層に負極集電体４ａを位置させ、この最外層の表面の少なくとも一部を接着部で被覆しても良い。これにより、電極群２を外装部材１に接着することができる。
【００２４】
以下、正極、負極、セパレータ、非水電解質及び外装部材について説明する。
【００２５】
１）負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含有する負極活物質含有層を含む。
【００２６】
負極活物質のリチウム吸蔵電位を前述した範囲に規定する理由を説明する。０．４Ｖ(vs. Li/Li+)よりも卑な電位でリチウムを吸蔵する活物質（例えば、黒鉛、リチウム金属など）では、大電流での入出力を繰り返すと負極表面上で金属リチウムが析出し、デンドライド状に成長する。空隙率が５０％以上で、かつメディアン径がモード径よりも大きいセパレータには、大きな径を有する空隙が存在するため、デンドライド状に成長した金属リチウムがセパレータを貫通しやすい。よって、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)未満の負極活物質を使用すると、大電流での入出力の際に内部短絡を生じる。
【００２７】
リチウム吸蔵電位が０．４Ｖ（vs.Li/Li+）よりも貴な負極活物質を用いることによって、セパレータに大きな径の空隙が存在していても、負極表面上における金属リチウムの析出を抑制することができ、大電流での入出力の際の内部短絡を回避することができる。従って、負極活物質のリチウム吸蔵電位は、０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上であることが好ましく、上限値としては、３Ｖ(vs. Li/Li+)が好ましく、より好ましくは２Ｖ(vs. Li/Li+)である。
【００２８】
０．４〜３Ｖ(vs. Li/Li+)の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な負極活物質は、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、あるいは合金であることが好ましい。
【００２９】
このような金属酸化物としては、例えば、チタン含有金属複合酸化物、例えばＳｎＢ0.4Ｐ0.6Ｏ3.1やＳｎＳｉＯ3などのスズ系酸化物、例えばＳｉＯなどのケイ素系酸化物、例えばＷＯ3などのタングステン系酸化物などが挙げられる。中でも、チタン含有金属複合酸化物が好ましい。
【００３０】
チタン含有金属複合酸化物としては、例えば、酸化物合成時はリチウムを含まないチタン系酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムチタン酸化物の構成元素の一部を異種元素で置換したリチウムチタン複合酸化物などを挙げることができる。リチウムチタン酸化物としては、例えば、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ4+xＴｉ5Ｏ12（ｘは充放電により変化する値で、０≦ｘ≦３））、ラムステライド型のチタン酸リチウム（例えばＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7（ｙは充放電により変化する値で、０≦ｙ≦３）などを挙げることができる。
【００３１】
チタン系酸化物としては、ＴｉＯ2、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉＯ2はアナターゼ型で熱処理温度が300〜500℃の低結晶性のものが好ましい。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＳｎＯ2、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）などを挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶相とアモルファス相が共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能を大幅に向上することができる。中でも、リチウムチタン酸化物、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物が好ましい。特に、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物が好ましい。
【００３２】
金属硫化物としては、例えば、例えばＴｉＳ2などのチタン系硫化物、例えばＭｏＳ2などのモリブデン系硫化物、例えば、ＦｅＳ、ＦｅＳ2、ＬｉxＦｅＳ2（０≦ｘ≦４）などの鉄系硫化物などが挙げられる。
【００３３】
金属窒化物としては、例えば、リチウム系窒化物（例えば、（Ｌｉ，Ｍｅ）3Ｎ｛Ｍｅは遷移金属元素｝）などが挙げられる。
【００３４】
負極活物質の平均粒径は１μｍ以下にすることが望ましい。また、負極活物質のＮ2吸着によるＢＥＴ法での比表面積が１〜１０ｍ2／ｇであることが好ましい。平均粒子径が１μｍより大きい、あるいは比表面積が１ｍ2／ｇ未満であると電極反応に寄与する有効面積が小さく、大電流放電特性が低下する恐れがある。また、比表面積が１０ｍ2／ｇを超えると、負極と非水電解質との反応量が増加するため、充放電効率の低下や、貯蔵時のガス発生を誘発する恐れがでてくる。なお、平均粒径が小さ過ぎると、非水電解質の分布が負極側に偏り、正極での電解質の枯渇を招く恐れがあるため、その下限値は０．００１μｍにすることが好ましい。
【００３５】
負極の表面粗さＲａ(-)は、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径よりも大きい。負極の表面粗さＲａ(-)をモード径よりも小さくすると、非水電解質の拡散性が低下するため、セパレータと負極の界面の電気二重層容量が低下し、大電流での入出力特性が改善されない。また、負極の表面粗さＲａ(-)は、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下にすることが好ましい。これにより、非水電解質による副反応を抑えつつ、非水電解質との濡れ面積を十分に確保することができるため、入出力特性と併せてサイクル特性を改善することができる。負極の表面粗さＲａ(-)のより好ましい範囲は、０．１５〜０．４０μｍである。
【００３６】
負極の表面粗さＲａ(-)のモード径に対する比を２倍以下にすることが望ましい。これにより、負極とセパレータの界面の抵抗を低くすることができるため、大電流での入出力特性をより向上することができる。同時に、毛細管現象による非水電解質の拡散を促進することができるため、非水電解質の枯渇によるサイクル劣化を抑制することができる。
【００３７】
負極の表面粗さＲａ(-)を、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径及びメディアン径よりも大きくすることが望ましい。このような条件を満足するセパレータは、空隙の大きさの均一性がより高く、負極表面と対向する空隙の数をより多くすることができるため、大電流での入出力特性をより改善することができる。
【００３８】
負極密度は、２ｇ／ｃｃ以上にすることが望ましい。これは、負極密度を２ｇ／ｃｃ未満にすると、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下の表面粗さＲａ(-)を有する負極を得られない恐れがあるからである。さらに、平均粒径が１μｍ以下の負極活物質を使用することによって、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下の表面粗さＲａ(-)を有する負極をより簡単な方法で得ることができる。負極密度のより好ましい範囲は、２〜２．５ｇ／ｃｃである。
【００３９】
負極は、例えば、負極活物質に導電剤と結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
【００４０】
前記導電剤としては、コークスなどの炭素質物が用いられる。炭素質物の平均粒径は、ガス発生を効果的に抑制するためには、０．１μｍ以上であることが好ましく、良好な導電ネットワークを構築するために、１０μｍ以下であることが好ましい。同様に、炭素質物の比表面積は、良好な導電ネットワークを構築するために、１０ｍ2／ｇ以上であることが好ましく、ガス発生を効果的に抑制するためには、１００ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。
【００４１】
前記結着剤としては、平均分子量が４×１０5以上２０×１０5以下のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いることができる。分子量がこの範囲にあるＰＶｄＦを用いることによって、負極集電体と負極活物質層の剥離強度を０．００５Ｎ／ｍｍ以上にすることが可能となり、大電流特性が改善される。なお、平均分子量が２０×１０5を超えると、十分な剥離強度は得られるが、塗液粘度が高くなりすぎて、塗工を適正に行うことが不可能となる。より好ましい平均分子量は、５×１０5以上、１０×１０5以下である。
【００４２】
前記負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質６７〜９７．５重量％、導電剤２〜２８重量％、結着剤０．５〜５重量％の範囲にすることが好ましい。導電剤量を２重量％以上にすることによって、高い集電性能を得られるため、優れた大電流特性が得られる。一方、高容量化の観点からは、導電剤量は２８重量％以下であることが好ましい。また、結着剤量を０．５重量％以上にすることによって、剥離強度を０．００５Ｎ／ｍｍ以上にすることができる。一方、結着剤量を５重量％以下にすることによって、適切な塗液粘度が得られ、良好な塗工が可能となる。
【００４３】
負極集電体は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔であることが好ましい。負極集電体は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、集電体の強度を飛躍的に増大させることができるため、負極を高いプレス圧で高密度化することが可能となり、電池容量を増大させることができる。また、高温環境下（４０℃以上）における過放電サイクルでの負極集電体の溶解・腐食劣化を防ぐことができるため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。平均結晶粒径のより好ましい範囲は３０μｍ以下であり、更に好ましい範囲は５μｍ以下である。
【００４４】
平均結晶粒径は次のようにして求められる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、１ｍｍ×１ｍｍ内に存在する結晶粒の数ｎを求める。このｎを用いてＳ＝１ｘ１０6／ｎ（μｍ2）から平均結晶粒子面積Ｓを求める。得られたＳの値から下記（１）式により平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。
【００４５】
ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 （１）
前記平均結晶粒子径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径（直径）は、製造工程の中で、前記諸因子を組み合わせて調整される。
【００４６】
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
【００４７】
２）正極
この正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。
【００４８】
前記正極活物質には、種々の酸化物、硫化物、ポリマー等を使用することができる。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4またはＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4、ＬｉxＣｏＰＯ4など）、硫酸鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。
【００４９】
より好ましい二次電池用の正極活物質として、高い電池電圧を得られるものを挙げることができる。例えば、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉxＭｎ2Ｏ4）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、リチウムリン酸鉄（ＬｉxＦｅＰＯ4）などが挙げられる。なお、x，ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。
【００５０】
また、正極活物質には、組成がＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＯ2（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．１、０．１≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．９、０．１≦ｄ≦０．５）で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いることが可能である。
【００５１】
常温溶融塩を含む非水電解質を用いる際には、リチウムリン酸鉄、ＬｉxＶＰＯ4Ｆ、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物を用いることが、サイクル寿命の観点から好ましい。これは、上記正極活物質と常温溶融塩との反応性が少なくなるためである。
【００５２】
正極は、例えば、正極活物質、正極導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁し作製したスラリーを、正極集電体に塗布し、乾燥し、正極活物質含有層を作製した後、プレスを施すことにより作製される。その他、正極活物質、正極導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、正極活物質含有層として用いても良い。
【００５３】
前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００５４】
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
【００５５】
前記正極活物質と導電剤と結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜１８重量％、結着剤２〜１７重量％の範囲にすることが好ましい。
【００５６】
前記正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましく、負極集電体と同様にその平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径が５０μｍ以下であることにより、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。
【００５７】
前記平均結晶粒径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子に複雑に影響され、前記結晶粒径は製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整される。
【００５８】
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
【００５９】
正極の表面粗さＲａ(+)は、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径より大きくすることが望ましい。これにより、正極表面に面するセパレータの空隙の個数を増加させて非水電解質との濡れ面積を大きくすることができるため、セパレータと正極の界面の電気二重層容量を大きくすることができる。その結果、時定数が大きくなるため、大電流での入出力特性をさらに向上させることが可能となる。
【００６０】
正極の表面粗さＲａ(+)は、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下にすることが好ましい。これにより、非水電解質による副反応を抑えつつ、非水電解質との濡れ面積を十分に確保することができるため、入出力特性だけでなくサイクル特性をも改善することができる。正極の表面粗さＲａ(+)のより好ましい範囲は、０．１５〜０．４０μｍである。
【００６１】
正極の表面粗さＲａ(+)を、セパレータの空隙の水銀圧入法によるモード径及びメディアン径よりも大きくすることが望ましい。このような条件を満足するセパレータは、空隙の大きさの均一性がより高く、正極表面と対向する空隙の数をより多くすることができるため、大電流での入出力特性をより改善することができる。
【００６２】
正極の表面粗さＲａ(+)のモード径に対する比を２倍以下にすることが望ましい。これにより、正極とセパレータの界面の抵抗を低くすることができるため、大電流での入出力特性をより向上することができる。同時に、毛細管現象による非水電解質の拡散を促進することができるため、非水電解質の枯渇によるサイクル劣化を抑制することができる。
【００６３】
正極密度は、３ｇ／ｃｃ以上にすることが望ましい。これは、正極密度を３ｇ／ｃｃ未満にすると、０．１μｍ以上、０．６μｍ以下の表面粗さＲａ(+)を有する正極を得られない恐れがあるからである。
【００６４】
負極の表面粗さＲａ(-)及び正極の表面粗さＲａ(+)には、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）またはＪＩＳ Ｂ ００３１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが使用される。
【００６５】
３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いる。
【００６６】
多孔質セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。
【００６７】
セパレータの水銀圧入法による空隙率は５０％以上であることが好ましい。非水電解質の保持性を向上させ、入出力密度を向上させるという観点から、５０％以上であることが好ましい。また、電池の安全性を保持するという観点から空隙率は７０％以下であることが好ましい。空隙率のより好ましい範囲は、５０〜６５％である。
【００６８】
セパレータの水銀圧入法による細孔径分布からメディアン径及びモード径を求めることができる。ここで、モード径とは、横軸に細孔径を設け、縦軸に頻度を設けた細孔径分布曲線のピークトップを指す。また、メディアン径は、累積体積頻度が５０％での細孔径である。
【００６９】
セパレータの空隙の水銀圧入法によるメディアン径をモード径よりも大きくする。このようなセパレータは、大きな径の空隙が多く存在するため、セパレータの抵抗を小さくすることができる。
【００７０】
セパレータは高温環境下に晒されるほど、高電位（酸化雰囲気）環境に晒されるほど、抵抗が増加する。すなわち、セパレータ自身の変質、電極表面で生じる副反応に伴う、反応生成物の堆積（セパレータの目詰まり）により、セパレータの抵抗が増加し、電池性能を低下させる。このとき、負極電位が低いと、正極と非水電解質の界面で生じる分解生成物の一部が、負極表面に堆積し易くなる。
【００７１】
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極は、電位が高いため、分解生成物が負極側に析出し難く、セパレータの負極と接する空隙が閉塞されるのを抑えることができると共に、セパレータ自身の変質による空隙の閉塞も抑制することができる。このため、充電状態で高温環境に長時間晒されても、大電流性能の低下を格段に抑制することが可能となる。
【００７２】
セパレータは、空隙の水銀圧入法によるモード径が０．０５μｍ以上０．４μｍ以下であることが好ましい。モード径を０．０５μｍ未満にすると、セパレータの膜抵抗が大きくなり、さらに高温・高電圧環境下でセパレータが変質して空隙が潰れるため、出力低下が懸念される。また、モード径が０．４μｍより大きいと、セパレータのシャットダウンが均等に起こらずに、安全性が低下してしまう恐れがある。より好ましい範囲は０．１０μｍ以上０．３５μｍ以下である。
【００７３】
セパレータは、空隙の水銀圧入法によるメディアン径が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。メディアン径が０．１μｍより小さいと、セパレータの膜抵抗が大きくなり、さらに高温・高電圧環境下でセパレータが変質して空隙が潰れ、出力が低下する恐れがある。また、メディアン径が０．５μｍより大きいと、セパレータのシャットダウンが均等に起こらずに、安全性が低下するほか、毛細管現象による電解液の拡散が起こりにくくなり、電解液の枯渇によるサイクル劣化を誘発する。より好ましい範囲は０．１２μｍ以上０．４０μｍ以下である。
【００７４】
４）非水電解質
この非水電解質には、液状非水電解質を使用することができる。
【００７５】
液状非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。
【００７６】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミトリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2］などのリチウム塩が挙げられる。
【００７７】
前記電解質は、有機溶媒に対して、０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。
【００７８】
前記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
【００７９】
また、液状非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩を用いることができる。
【００８０】
常温溶融塩とは、常温において少なくとも一部が液状を呈する塩をいい、常温とは電源が通常作動すると想定される温度範囲をいう。電源が通常作動すると想定される温度範囲とは、上限が１２０℃程度、場合によっては６０℃程度であり、下限は−４０℃程度、場合によっては−２０℃程度である。
【００８１】
リチウム塩としては、非水電解質電池に一般的に利用されているような、広い電位窓を有するリチウム塩が用いられる。たとえば、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2，ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2），ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＣ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）3などを挙げられるが、これらの限定されるものではない。これらは、単独で用いても、２種類以上を混合して用いても良い。
【００８２】
リチウム塩の含有量は、０．１〜３．０ｍｏｌ／Ｌであること、特に、１．０〜２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。リチウム塩の含有量を０．１ｍｏｌ／Ｌ以上にすることによって、電解質の抵抗を小さくすることができるため、大電流・低温放電特性を向上することができる。リチウム塩の含有量を３．０ｍｏｌ／Ｌ以下にすることによって、電解質の融点を低く抑えて常温で液状を保つことが可能となる。
【００８３】
常温溶融塩は、たとえば、式（１）で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンを有するもの、あるいは、式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを有するものである。
【００８４】
【化１】
【００８５】
【化２】
【００８６】
但し、Ｒ１，Ｒ２は、ＣnＨ2n+1（ｎ＝１〜６）、Ｒ３はＨまたはＣnＨ2n+1（ｎ＝１〜６）である。
【００８７】
式（１）で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、などのイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオンなどが挙げられる。特に、式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンが好ましい。
【００８８】
なお、テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８９】
また、アルキルピリジウムイオンとしては、Ｎ−メチルピリジウムイオン、Ｎ−エチルピリジニウムイオン、Ｎ−プロピルピリジニウムイオン、Ｎ−ブチルピリジニウムイオン、１−エチルー２メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−４−メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−２，４ジメチルピリジニウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９０】
なお、これらのカチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、または２種以上混合して用いても良い。
【００９１】
式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９２】
ジアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−ブチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９３】
トリアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９４】
なお、これらのカチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、または２種以上を混合して用いても良い。
【００９５】
５）外装部材
前記外装部材としては、板厚０．５ｍｍ以下の金属製容器や、板厚０．２ｍｍ以下のラミネートフィルム製容器を用いることができる。前記金属製容器としてアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。金属製容器の板厚は０．２ｍｍ以下にすることがより望ましい。
【００９６】
ラミネートフィルムには、金属箔が樹脂フィルムで被覆された多層フィルムを使用することができる。樹脂として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子を用いることができる。
【００９７】
金属製容器を構成するアルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００９８】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属缶は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径を５０μｍ以下とすることによって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属缶の強度を飛躍的に増大させることができ、より缶の薄肉化が可能になる。その結果、軽量かつ高出力で長期信頼性に優れた車載に適切な電池を実現することができる。
【００９９】
６）負極端子
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が０．４Ｖ以上３Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料が好ましい。
【０１００】
７）正極端子
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が３Ｖ以上５Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料が好ましい。
【０１０１】
第一の実施形態に係る非水電解質電池は、前述した図３乃至図５に示す構成のものに限らず、例えば、図６及び図７に示す構成にすることができる。図６は第一の実施形態に係る別の扁平型非水電解質二次電池を模式的に示す部分切欠斜視図で、図７は図６のＢ部の拡大断面図である。
【０１０２】
図６に示すように、ラミネートフィルム製の外装部材１内には、積層型電極群２が収納されている。積層型電極群２は、図７に示すように、正極３と負極４とをその間にセパレータ５を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極３は複数枚存在し、それぞれが正極集電体３ａと、正極集電体３ａの両面に担持された正極活物質含有層３ｂとを備える。負極４は複数枚存在し、それぞれが負極集電体４ａと、負極集電体４ａの両面に担持された負極活物質含有層４ｂとを備える。それぞれの負極４の負極集電体４ａは、一辺が正極３から突出している。正極３から突出した負極集電体４ａは、帯状の負極端子７に電気的に接続されている。帯状の負極端子７の先端は、外装部材１から外部に引き出されている。また、ここでは図示しないが、正極３の正極集電体３ａは、負極集電体４ａの突出辺と反対側に位置する辺が負極４から突出している。負極４から突出した正極集電体３ａは、帯状の正極端子６に電気的に接続されている。帯状の正極端子６の先端は、外装部材１の辺から外部に引き出されている。正極端子６が外装部材１から引き出されている方向は、負極端子７が外装部材１から引き出されている方向と反対向きである。
【０１０３】
電極群の構造として、前述した図３〜図５に示すような捲回構造、前述した図６，７に示す積層構造を挙げたが、優れた入出力特性に加え、高い安全性と信頼性を兼ね備えるために、電極群の構造を積層構造とすることが好ましい。更に、長期間使用した際にも高い大電流性能を実現させるためには、正極と負極を含む電極群が積層構造であって、図８に示されるようにセパレータを九十九に折って使用することが好ましい。帯状のセパレータ５は、九十九に折り重ねられている。九十九に折り重なったセパレータ５の最上層に短冊状の負極４1が積層されている。セパレータ５同士が重なった部分に上から順番に短冊状の正極３1、短冊状の負極４2、短冊状の正極３2、短冊状の負極４3が挿入されている。このように九十九に折り重なったセパレータ５の間に正極３と負極４を交互に配置することによって、積層構造の電極群を得る。
【０１０４】
積層構造、さらにはセパレータを九十九折状にすることの理由を説明する。
【０１０５】
優れた大電流特性を実現させるためにセパレータのメディアン径をモード径よりも大きくしている。すなわち、セパレータ中に大きな細孔を存在させている。このため、セパレータ自身の突き刺し強度は低下することになる。正極及び負極をセパレータを介して渦巻き状に捲回した後、扁平形状に成型して捲回構造の電極群を得ると、エッジ部で電極が鋭角に曲げられることになり、活物質含有層が折れ、折れた活物質含有層がセパレータを突き破る頻度が高まる。すなわち、電池製造時の内部短絡により不良となる電池の頻度が大きくなってしまう。したがって、電極群は電極を曲げる必要がない積層構造とすることが好ましい。
【０１０６】
さらに、電極群を積層構造にした場合であっても、セパレータを九十九折状に配置させることが好ましい。セパレータのメディアン径をモード径よりも大きくし、セパレータ中に大きな細孔を存在させると、毛細管現象によるセパレータ内の非水電解質の移動度が低下する。セパレータが九十九に折られていると、正極および負極それぞれの３辺がセパレータを介さず直接非水電解質と触れるため、電極への非水電解質の移動がスムーズに行われる。よって長期間使用して電極表面で非水電解質が消費されても、非水電解質がスムーズに供給され、長期間に亘って優れた大電流特性（出入力特性）を実現することが可能となる。同じ積層構造であってもセパレータを袋状にするなどの構造を採用した場合、袋内に配された電極が非水電解質と直接触れるのは１辺のみであり、非水電解質をスムーズに供給することが難しい。よって、長期間の使用によって電極表面で非水電解質が消費された場合、非水電解質がスムーズに供給されず、使用頻度が高まるに伴い、大電流特性（出入力特性）が徐々に低下してしまう。
【０１０７】
以上のことより、正極と負極を含む電極群は積層構造であって、正極と負極を空間的に隔離するセパレータは九十九折状に配されることが好ましい。
【０１０８】
（第二の実施の形態）
第二の実施形態に係る電池パックは、第一の実施形態に係る非水電解質電池を複数有する。第一の実施形態に係る非水電解質電池を単電池とし、単電池を電気的に直列もしくは並列に接続し、組電池を構成することが望ましい。
【０１０９】
第一の実施の形態に係る非水電解質電池は組電池化に適しており、第二の実施の形態に係る電池パックは、サイクル特性に優れる。このことについて、説明する。
【０１１０】
非水電解質の保持性が向上すると、負極活物質表面全体を非水電解質と接触させることが可能となり、負極活物質内のリチウムイオン濃度が均等化し易くなる。その結果、過電圧がかかり難くなる、すなわち、局所的な過充電・過放電が起こり難くなるため、負極活物質の利用率を均等にすることができる。このことによって、電池の容量個体差やインピーダンスの個体差を極めて小さくすることが可能となる。その結果、例えば、直列接続の組電池において、電池容量の個体差にともなう満充電時の電池電圧ばらつきを減少できる。このため、第二の実施の形態に係る電池パックは、組電池の制御性に優れ、サイクル特性を向上できる。
【０１１１】
図９の電池パックにおける単電池２１は、例えば、図３に示す扁平型非水電解質電池から構成されているが、特に限定されるものではない。図６に示すような扁平型非水電解質電池を使用しても良い。複数の単電池２１は、正極端子６と負極端子７が突出している向きを一つに揃えて積層されている。図１０に示すように、単電池２１は、直列に接続されて組電池２２をなしている。組電池２２は、図９に示すように、粘着テープ２３によって一体化されている。
【０１１２】
正極端子６および負極端子７が突出する側面に対しては、プリント配線基板２４が配置されている。プリント配線基板２４には、図１０に示すように、サーミスタ２５、保護回路２６および外部機器への通電用の端子２７が搭載されている。
【０１１３】
図９及び図１０に示すように、組電池２２の正極側配線２８は、プリント配線基板２４の保護回路２６の正極側コネクタ２９に電気的に接続されている。組電池２２の負極側配線３０は、プリント配線基板２４の保護回路２６の負極側コネクタ３１に電気的に接続されている。
【０１１４】
サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検知するためのもので、検知信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路と外部機器への通電用端子との間のプラス側配線３１ａ及びマイナス側配線３１ｂを遮断できる。所定の条件とは、例えば、サーミスタの検出温度が所定温度以上になったとき、単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検知したとき等である。この検知方法は、個々の単電池２１もしくは単電池２１全体について行われる。個々の単電池２１を検知する場合、電池電圧を検知してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検知してもよい。後者の場合、個々の単電池２１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図１０の場合、単電池２１それぞれに電圧検知のための配線３２を接続し、これら配線３２を通して検知信号が保護回路２６に送信される。
【０１１５】
組電池２２について、正極端子６および負極端子７が突出する側面以外の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３３が配置される。正極端子６および負極端子７が突出する側面とプリント配線基板２４との間には、ゴムもしくは樹脂からなるブロック状の保護ブロック３４が配置される。
【０１１６】
この組電池２２は、各保護シート３３、保護ブロック３４およびプリント配線基板２４と共に収納容器３５に収納される。すなわち、収納容器３５の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート３３が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板２４が配置される。組電池２２は、保護シート３３及びプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。収納容器３５の上面には、蓋３６が取り付けられる。
【０１１７】
なお、組電池２２の固定には、粘着テープ２３に代えて、熱収縮テープを用いても良い。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮チューブを周回させた後、該熱収縮チューブを熱収縮させて組電池を結束させる。
【０１１８】
なお、図９，１０に示した単電池２１は直列に接続されているが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても良い。無論、組み上がった電池パックを直列、並列に接続することもできる。
【０１１９】
また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。
【０１２０】
第二の実施の形態の電池パックの用途としては、大電流特性でのサイクル特性が望まれるものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。特に、車載用が好適である。
【０１２１】
なお、非水電解質としてプロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）からなる群のうち、少なくとも２種以上を混合した混合溶媒、あるいはγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を含んだ場合、高温特性が望まれる用途が好ましい。具体的には、上述の車載用が挙げられる。
【０１２２】
（第三の実施形態）
第三の実施形態に係る自動車は、第二の実施形態に係る電池パックを備える。ここでいう自動車としては、二輪〜四輪のハイブリッド電気自動車、二輪〜四輪の電気自動車、アシスト自転車などが挙げられる。
【０１２３】
図１１〜１３は、内燃機関と電池駆動の電動機とを組み合わせて走行動力源としたハイブリッドタイプの自動車を示している。自動車の駆動力には、その走行条件に応じ、広範囲な回転数及びトルクの動力源が必要となる。一般的に内燃機関は理想的なエネルギー効率を示すトルク・回転数が限られているため、それ以外の運転条件ではエネルギー効率が低下する。ハイブリッドタイプの自動車は、内燃機関を最適条件で稼動させて発電すると共に、車輪を高効率な電動機にて駆動することによって、あるいは内燃機関と電動機の動力を合わせて駆動したりすることによって、自動車全体のエネルギー効率を向上できるという特徴を有する。また、減速時に車両のもつ運動エネルギーを電力として回生することによって、通常の内燃機関単独走行の自動車に比較して、単位燃料当りの走行距離を飛躍的に増大させることができる。
【０１２４】
ハイブリッド自動車は、内燃機関と電動機の組み合わせ方によって、大きく3つに分類することができる。
【０１２５】
図１１には、一般にシリーズハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５０が示されている。内燃機関５１の動力を一旦すべて発電機５２で電力に変換し、この電力をインバータ５３を通じて電池パック５４に蓄える。電池パック５４には本発明の第４の実施形態に係る電池パックが使用される。電池パック５４の電力はインバータ５３を通じて電動機５５に供給され、電動機５５により車輪５６が駆動する。電気自動車に発電機が複合されたようなシステムである。内燃機関は高効率な条件で運転でき、電力回生も可能である。その反面、車輪の駆動は電動機のみによって行われるため、高出力な電動機が必要となる。また、電池パックも比較的大容量のものが必要となる。電池パックの定格容量は、５〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１０〜２０Ａｈである。ここで、定格容量とは、０．２Ｃレートで放電した時の容量を意味する。
【０１２６】
図１２には、パラレルハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５７が示されている。付番５８は、発電機を兼ねた電動機を示す。内燃機関５１は主に車輪５６を駆動し、場合によりその動力の一部を発電機５８で電力に変換し、その電力で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機５８により駆動力を補助する。通常の自動車がベースになっており、内燃機関５１の負荷変動を少なくして高効率化を図り、電力回生なども合わせて行うシステムである。車輪５６の駆動は主に内燃機関５１によって行うため、電動機５８の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機５８及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は５〜１０Ａｈである。
【０１２７】
図１３には、シリーズ・パラレルハイブリッド車と呼ばれるハイブリッド自動車５９が示されている。シリーズとパラレルの両方を組み合わせた方式である。動力分割機構６０は、内燃機関５１の出力を、発電用と車輪駆動用とに分割する。パラレル方式よりもきめ細かくエンジンの負荷制御を行い、エネルギー効率を高めることができる。
【０１２８】
電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は５〜１０Ａｈである。
【０１２９】
上述した図１１〜図１３に示すようなハイブリッド自動車に搭載される電池パックの公称電圧は、２００〜６００Ｖの範囲にすることが望ましい。
【０１３０】
本発明の実施形態に係る電池パックは、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド自動車での使用に特に適している。
【０１３１】
電池パック５４は、一般に外気温度変化の影響を受けにくく、衝突時などに衝撃を受けにくい場所に配置されるのが好ましい。例えば図１４に示すようなセダンタイプの自動車では、後部座席６１後方のトランクルーム６２内などに配置することができる。また、座席６１の下や後ろに配置することができる。電池重量が大きい場合には、車両全体を低重心化するため、座席の下や床下などに配置するのが好ましい。
【０１３２】
電気自動車（EV）は、自動車外部から電力を供給して充電された電池パックに蓄えられたエネルギーで走行する。よって、電気自動車は、他の発電設備などを用いて高効率に発電された電気エネルギーを利用することが可能である。また、減速時には自動車の運動エネルギーを電力として回生できるため、走行時のエネルギー効率を高くすることができる。電気自動車は二酸化炭素その他の排気ガスを全く排出しないため、クリーンな自動車である。その反面、走行時の動力はすべて電動機であるため、高出力の電動機が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、非常に大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１００〜５００Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２００〜４００Ａｈである。
【０１３３】
また、車両の重量に占める電池重量の割合が大きいため、電池パックは床下に敷き詰めるなど、低い位置に、かつ車両の重心から大きく離れない位置に配置することが好ましい。１回の走行に相当する大きな電力量を短時間のうちに充電するためには、大容量の充電器と充電ケーブルが必要である。このため、電気自動車は、それらを接続する充電コネクタを備えることが望ましい。充電コネクタには、電気接点による通常のコネクタを用いることができるが、電磁結合による非接触式の充電コネクタを用いても良い。
【０１３４】
図１５には、ハイブリッドバイク６３の一例を示す。二輪車の場合においても、ハイブリッド自動車と同様に、内燃機関６４、電動機６５、電池パック５４を備えたエネルギー効率の高いハイブリッドバイクを構成することができる。内燃機関６４は主に車輪６６を駆動し、場合によりその動力の一部で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機６５により駆動力を補助する。車輪６６の駆動は主に内燃機関６４によって行うため、電動機６５の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機６５及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。
【０１３５】
図１６には、電動バイク６７の一例を示す。電動バイク６７は、外部から電力を供給して充電された電池パック５４に蓄えられたエネルギーで走行する。走行時の動力はすべて電動機６５であるため、高出力の電動機６５が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、比較的大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１０〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１５〜３０Ａｈである。
【０１３６】
図１７には、第三の実施形態に係る充電式掃除機の一例を示す。充電式掃除機は、掃除機の筐体７０内に第２の実施形態に係る電池パックが収容されている。また、充電式掃除機は、置き台兼用の充電器７１を備えている。電池パックの定格容量は、２〜１０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２〜４Ａｈである。また、電池パックの公称電圧は、４０〜８０Ｖの範囲にすることが望ましい。
【０１３７】
[実施例]
以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
【０１３８】
（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）粉末９０重量％、アセチレンブラック３重量％、グラファイト３重量％及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーとした。このスラリーを、厚さ１５μｍで、平均結晶粒子径が３０μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、電極密度が３．０ｇ／ｃｍ3で、かつ表面粗さＲａ(+)が０．１５μｍの正極を作製した。
【０１３９】
＜負極の作製＞
負極活物質として、平均粒子径が０．７μｍで、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12で表され、Ｌｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(vs. Li/Li+)であるスピネル構造のチタン酸リチウムを用意した。この負極活物質と、導電材としてアセチレンブラックと、平均分子量４×１０5のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９５：２．５：２．５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さが１５μｍで、平均結晶粒子径が３０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が２．２ｇ／ｃｍ3である負極を作製した。なお、負極の表面粗さＲａ(-)は０．３μｍであった。
【０１４０】
負極活物質の粒径測定は、レーザー回折式分布測定装置（島津SALD-300）を用い、まず、ビーカーに試料を約０．１ｇと界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌した後、攪拌水槽に注入し、２秒間隔で６４回光度分布を測定し、粒度分布データを解析するという方法にて測定した。
【０１４１】
また、Ｌｉ吸蔵電位は以下に説明する方法で測定した。
【０１４２】
負極を２ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り出し、作用極とした。作用極と２．２ｃｍ×２．２ｃｍのリチウム金属箔からなる対極とをグラスフィルター（セパレータ）を介して対向させ、作用極と対極とに触れぬようにリチウム金属を参照極として挿入した。これら電極を３極式ガラスセルに入れ、作用極、対極、参照極の夫々をガラスセルの端子に接続し、電解液（電解液の組成はエチレンカーボネートとγ-ブチロラクトンを１：２の体積比で混合した溶媒に１．５Ｍ／Ｌの四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）を溶解させたもの）を２５ｍＬ注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態にし、ガラス容器を密閉した。作製したガラスセルを２５℃の恒温槽内に配置し、０．１ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で充電した際の作用極のリチウムイオン吸蔵電位を測定した。
【０１４３】
＜セパレータ＞
セパレータには、厚さ２０μｍ、水銀圧入法による空隙率５５％、空隙の水銀圧入法によるモード径０．１８μｍ、メディアン径０．２１μｍのポリエチレン製の多孔質フィルムを用意した。
【０１４４】
セパレータの水銀圧入法による細孔径分布から、空隙率（気孔率）と、空隙のモード径及びメディアン径を求めた。細孔径分布の測定装置は、島津オートポア9520形を用いた。試料は、セパレータを約25×25mm2サイズに切断し、これを折りたたんで測定セルに採り、初期圧20kPa（約3psia、細孔直径約60μm相当）の条件で測定した。データ整理に当り、細孔比表面積は、細孔の形状を円筒形として計算した。
【０１４５】
なお、水銀圧入法の解析原理はWashburnの式（１）に基づく。
【０１４６】
Ｄ＝−４γｃｏｓθ／Ｐ （１）式
ここで、Ｐは加える圧力、Ｄは細孔直径、γは水銀の表面張力（480dyne・cm-1）、θは水銀と細孔壁面の接触角で140°である。γ、θは定数であるからWashburnの式より、加えた圧力Ｐと細孔径Ｄの関係が求められ、そのときの水銀侵入容積を測定することにより、細孔径とその容積分布を導くことができる。測定法・原理等の詳細は、神保元ニら：「微粒子ハンドブック」朝倉書店、（１９９１）、早川宗八郎編：「粉体物性測定法」朝倉書店（１９７８）などを参照されたい。
【０１４７】
得られた細孔径分布を図１７に示す。図１７の右側の縦軸がlog微分分布（log differential intrusion）、左側の縦軸が累積分布（cumulative intrusion）を示す。モード径は、log微分分布のピークトップでの細孔径で、図１７の場合、０．１８μｍである。また、メディアン径は、累積分布曲線における累積体積頻度が５０％での細孔径で、図１７の場合、０．２１μｍである。
【０１４８】
＜電極群の作製＞
正極、セパレータ、負極、セパレータの順番に積層され、セパレータが九十九折状に配置されるように電極群を構成した。これを９０℃で加熱プレスすることにより、７０×１００ｍｍで、厚さが３．０ｍｍの偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが４０μｍのアルミニウム箔とアルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層とから構成された厚さが０．１ｍｍのラミネートフィルムからなるパックに収納し、８０℃で２４時間真空乾燥を施した。
【０１４９】
＜液状非水電解質の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチロラクトン（ＢＬ）の混合溶媒（体積比率２５：７５）に電解質としての四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解することにより液状非水電解質（非水電解液）を調製した。
【０１５０】
前記電極群を収納したラミネートフィルムパック内に前記液状非水電解質を注入した後、前記パックをヒートシールにより完全密閉し、前述した図６に示す構造を有し、８０×１２０ｍｍで、厚さが３．０ｍｍの非水電解質二次電池を作製した。
【０１５１】
また、電気二重層容量を測定するため、以下に説明する方法で３極式セルを作製した。
【０１５２】
正極、負極をそれぞれ２ｃｍ×２ｃｍに打ち抜いた。また、セパレータを３ｃｍ×３ｃｍに打ち抜いた。正極と負極をその間にセパレータを挟んで対向させ、８０℃で２４時間真空乾燥を施し、３極式セル用電極群を得た。
【０１５３】
この３極式セル用電極群の近傍に、金属リチウムを参照電極として備えさせ、前記液状非水電解質とともに密閉容器に完全密閉し、３極式セルを作製した。
【０１５４】
（実施例２〜１１、比較例１〜４，６）
正極と負極の表面粗さと、セパレータの空隙率、水銀圧入法によるモード径及びメディアン径を表１に示したものを用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池及び３極式セルを作製した。
【０１５５】
（比較例５）
＜負極の作製＞
負極活物質として、平均粒子径が３μｍで、Ｌｉ吸蔵電位が０．１５Ｖ(vs. Li/Li+)のグラファイトを用意した。この負極活物質と、導電材としてのアセチレンブラックと、平均分子量４×１０5のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９５：２．５：２．５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さが１０μｍの銅箔に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が１．５ｇ／ｃｍ3である負極を作製した。なお、このときの電極表面粗さは０．８５μｍであった。
【０１５６】
上述した負極と、表１に示した表面粗さの正極と、表１に示した空隙率、水銀圧入法によるモード径及びメディアン径を有するセパレータを用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池及び３極式セルを作製した。
【０１５７】
作製した３極式セルを用いて、４５℃初充電後、ＳＯＣ１００％で正極、負極それぞれの交流インピーダンス測定を行うことにより、それぞれの電気二重層容量を測定した。
【０１５８】
さらに、作製した二次電池を２５℃環境下においてＳＯＣ５０％まで５秒間で充電し、その際の入力密度（Ｗ／ｋｇ）を測定した。また、二次電池をＳＯＣ５０％の状態に揃え、２５℃環境下において５秒間で放電した際の出力密度（Ｗ／ｋｇ）を測定した。以上の結果を表１にまとめた。
【０１５９】
【表１】
【０１６０】
表１から明らかなように、実施例１〜１１の電池は、電極の二重層容量が大きく、大電流での入出力特性に優れることが分かる。
【０１６１】
実施例１，９を比較すると、実施例１の電池の入出力特性が実施例９よりも優れており、負極の表面粗さＲａ(-)をメディアン径よりも大きくすることにより入出力特性が改善されることが理解できる。
【０１６２】
実施例１，４を比較すると、実施例４の電池の入出力特性が実施例１よりも優れており、正極の表面粗さＲａ(+)をモード径よりも大きくすることにより入出力特性が改善されることが理解できる。
【０１６３】
実施例１，４〜９，１１を比較すると、実施例１，４〜９の電池の入出力特性が実施例１１よりも優れており、負極の表面粗さＲａ(-)のモード径に対する比を２以下にすることにより入出力特性が改善されることが理解できる。
【０１６４】
また、正極表面粗さＲａ(+)と負極表面粗さＲａ(-)が０．１〜０．６μｍの実施例１〜９，１１の電池は、正極表面粗さＲａ(+)と負極表面粗さＲａ(-)が０．１μｍ未満の実施例１０に比して入出力特性が優れており、入出力特性を改善するために正極表面粗さＲａ(+)と負極表面粗さＲａ(-)を０．１〜０．６μｍにすることが望ましいことが理解できる。
【０１６５】
一方、空隙率が５０％未満の比較例１、モード径が負極表面粗さＲａ(-)よりも大きい比較例２、空隙率が５０％未満で、モード径が負極表面粗さＲａ(-)よりも大きい比較例３、モード径とメディアン径が等しい比較例４，６では、大電流での入出力特性が実施例１〜１１に比して小さかった。
【０１６６】
また、０．４Ｖ(vs. Li/Li+)よりも卑な電位でリチウムを吸蔵する負極活物質である炭素質物を使用した比較例５では、空隙率が５０％以上で、メディアン径がモード径よりも大きく、かつモード径よりも負極の表面粗さが大きいセパレータを使用しているにも拘わらず、大電流での入出力特性が実施例１〜１１に比して小さかった。比較例５では、平均粒子径が３μｍの炭素質物を負極活物質として使用しているため、負極製造時のプレス圧が低く、密度の低い負極が得られた。その結果、負極の表面粗さが０．６μｍよりも大きくなり、負極表面からセパレータまでの距離が拡大し、負極とセパレータの密着性及び電解液の拡散性が低下し、入出力特性の低下に至った。さらに、入出力を繰り返した際、セパレータにリチウムが析出し、内部短絡を生じた。
【０１６７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】非水電解質電池の電気的特性を説明するための等価回路図。
【図２】交流インピーダンス法によって測定されたインピーダンスを複素平面上に表示したＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを示す特性図。
【図３】第一の実施形態に係わる扁平型非水電解質電池の断面模式図。
【図４】図３のＡで示した円で囲われた部分を詳細に表す部分断面模式図。
【図５】図３の非水電解質電池における正極、セパレータ及び負極の境界付近を示す模式図。
【図６】第一の実施形態に係わる別の扁平型非水電解質二次電池を模式的に示した部分切欠斜視図。
【図７】図６のＢ部の拡大断面図。
【図８】第一の実施形態に係わる非水電解質電池で使用される積層構造の電極群を示す斜視図。
【図９】第二の実施形態に係る電池パックの分解斜視図。
【図１０】図９の電池パックの電気回路を示すブロック図。
【図１１】本発明の第三の実施形態に係るシリーズハイブリッド自動車を示す模式図。
【図１２】本発明の第三の実施形態に係るパラレルハイブリッド自動車を示す模式図。
【図１３】本発明の第三の実施形態に係るシリーズ・パラレルハイブリッド自動車を示す模式図。
【図１４】本発明の第三の実施形態に係る自動車を示す模式図。
【図１５】本発明の第三の実施形態に係るハイブリッドバイクを示す模式図。
【図１６】本発明の第三の実施形態に係る電動バイクを示す模式図。
【図１７】本発明の第三の実施形態に係る充電式掃除機を示す模式図。
【図１８】実施例１の非水電解質電池で用いられるセパレータの水銀圧入法による細孔径分布を示す特性図。
【符号の説明】
【０１６９】
１…外装部材、２…電極群、３…正極、３ａ…正極集電体、３ｂ…正極活物質含有層、３ｃ…空隙、４…負極、４ａ…負極集電体、４ｂ…負極活物質含有層、４ｃ…空隙、５…セパレータ、６…正極端子、７…負極端子、Ｐ1…正極活物質粒子、Ｐ2…負極活物質粒子、２１…単電池、２２…組電池、２３…粘着テープ、２４…プリント配線基板、２５…サーミスタ、２６…保護回路、２７…通電用端子、２８…正極側配線、２９…正極側コネクタ、３０…負極側配線、３１…負極側コネクタ、３１ａ，３１ｂ，３２…配線、３３…保護ブロック、３５…収納容器、３６…蓋、５０，５７，５９…ハイブリッド自動車、５１，６４…内燃機関、５２…発電機、５３…インバータ、５４…電池パック、５５，６５…電動機、５６，６６…車輪、５８…発電機を兼ねた電動機、６０…動力分割機構、６１…後部座席、６２…トランクルーム、６３…ハイブリッドバイク、６７…電動バイク、７０…筐体、７１…置き台を兼ねた充電器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】
前記負極の表面粗さが前記メディアン径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
【請求項３】
前記負極の表面粗さの前記モード径に対する比が２以下であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
【請求項４】
前記正極の表面粗さが前記モード径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
【請求項５】
前記モード径が０．０５μｍ以上、０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項６】
前記メディアン径が０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項７】
前記負極の表面粗さＲａは０．１μｍ以上、０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項８】
前記セパレータの空隙率は、５０％以上、７０％以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項９】
前記負極活物質は、リチウムチタン酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１０】
前記リチウムチタン酸化物はスピネル構造を有することを特徴とする請求項９記載の非水電解質電池。
【請求項１１】
前記負極活物質の平均粒径は１μｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の非水電解質電池。
【請求項１２】
前記負極は、５０μｍ以下の平均結晶粒径を有するアルミニウムまたは５０μｍ以下の平均結晶粒径を有するアルミニウム合金から形成された負極集電体を具備することを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１３】
前記正極と前記負極がその間に前記セパレータを介在させて交互に積層された積層構造を有することを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１４】
前記セパレータは帯状で、九十九に折り重ねられており、折り重なった部分の間に前記正極と前記負極が交互に挿入された積層構造を有することを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１５】
前記正極の一端部から引き出された正極端子と、前記負極の一端部から引き出された負極端子とを備え、前記正極端子の引き出し方向に対して前記負極端子の引き出し方向が反対向きであることを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１６】
複数の非水電解質電池を具備する電池パックであって、
前記複数の非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする電池パック。
【請求項１７】
前記負極の表面粗さが前記メディアン径よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項１８】
前記負極の表面粗さの前記モード径に対する比が２以下であることを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項１９】
前記正極の表面粗さが前記モード径よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項２０】
請求項１６記載の電池パックを備える自動車。
【請求項１】
正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】
前記負極の表面粗さが前記メディアン径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
【請求項３】
前記負極の表面粗さの前記モード径に対する比が２以下であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
【請求項４】
前記正極の表面粗さが前記モード径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
【請求項５】
前記モード径が０．０５μｍ以上、０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項６】
前記メディアン径が０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項７】
前記負極の表面粗さＲａは０．１μｍ以上、０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項８】
前記セパレータの空隙率は、５０％以上、７０％以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項９】
前記負極活物質は、リチウムチタン酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１０】
前記リチウムチタン酸化物はスピネル構造を有することを特徴とする請求項９記載の非水電解質電池。
【請求項１１】
前記負極活物質の平均粒径は１μｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の非水電解質電池。
【請求項１２】
前記負極は、５０μｍ以下の平均結晶粒径を有するアルミニウムまたは５０μｍ以下の平均結晶粒径を有するアルミニウム合金から形成された負極集電体を具備することを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１３】
前記正極と前記負極がその間に前記セパレータを介在させて交互に積層された積層構造を有することを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１４】
前記セパレータは帯状で、九十九に折り重ねられており、折り重なった部分の間に前記正極と前記負極が交互に挿入された積層構造を有することを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１５】
前記正極の一端部から引き出された正極端子と、前記負極の一端部から引き出された負極端子とを備え、前記正極端子の引き出し方向に対して前記負極端子の引き出し方向が反対向きであることを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項記載の非水電解質電池。
【請求項１６】
複数の非水電解質電池を具備する電池パックであって、
前記複数の非水電解質電池は、正極と、
Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ(vs. Li/Li+)以上の負極活物質を含む負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置され、水銀圧入法による空隙率が５０％以上で、空隙の水銀圧入法によるメディアン径がモード径よりも大きく、かつ前記モード径よりも前記負極の表面粗さが大きいセパレータと、
非水電解質と
を具備することを特徴とする電池パック。
【請求項１７】
前記負極の表面粗さが前記メディアン径よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項１８】
前記負極の表面粗さの前記モード径に対する比が２以下であることを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項１９】
前記正極の表面粗さが前記モード径よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項２０】
請求項１６記載の電池パックを備える自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−２７３１４３（Ｐ２００７−２７３１４３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９４３５５（Ｐ２００６−９４３５５）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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