非水電解質電池ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
【課題】 巻回電極体を有する非水電解質電池において、電池特性を維持するとともに電極の破断を抑制する。
【解決手段】 巻回電極体が外装缶に収容された非水電解質電池において、巻回電極体の外周部に位置するセパレータの巻回終端部が、正極および負極のうち、より外周側に位置する正極および負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成されるようにし、巻回電極体の最外周部が、セパレータの正極および負極のいずれかの巻回終端部よりも長い部分によって巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されるようにする。
【解決手段】 巻回電極体が外装缶に収容された非水電解質電池において、巻回電極体の外周部に位置するセパレータの巻回終端部が、正極および負極のうち、より外周側に位置する正極および負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成されるようにし、巻回電極体の最外周部が、セパレータの正極および負極のいずれかの巻回終端部よりも長い部分によって巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電池特性を維持するとともに電極の破断を抑制する非水電解質電池に関する。また、本技術は、この非水電解質電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピューター等の携帯情報電子機器の普及に伴い、これらの機器の高性能化、小型化および軽量化が図られている。これらの機器の電源には、使い捨ての一次電池や繰り返し使用できる二次電池が用いられているが、高性能化、小型化、軽量化、経済性等の総合的なバランスの良さから、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の需要が伸びている。また、これらの機器では、更なる高性能化や小型化等が進められており、リチウムイオン二次電池に関しても、高エネルギー密度化が要求されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池に使用される正極活物質および負極活物質は、比較的良好なサイクル特性を維持しながらの高容量化の観点で材料開発が進められている。しかしながら、リチウムを吸蔵、放出の可逆性を安定して維持できる材料は限られており、高容量化の手段は、一定体積に充填する活物質量を増やしていくという選択をせざるを得ない状況になっている。活物質の充填量を増やすことで、充電時の巻回電極体の膨張量も増加する。それにより、電池缶へ掛かる応力が増え、巻回電極体内部に配されている電極端部やリードなどの段差によりセパレータが局所的に引き伸ばされて、正極と負極との間の電極間距離が狭くなる。そして、この狭小部位に金属が析出し、内部短絡を引き起こす問題がある。
【０００４】
また、高容量化の観点から、一定体積中に充填する活物質量を最大限まで増やすために、充放電反応に寄与しない電極集電体およびセパレータ等は、より薄層化した設計となっている。セパレータと同様に、電極集電体は、電池充電時に局所的に引き伸ばされ破断に至る場合もある。この場合、電池内部での導通が確保できなくなるだけでなく、破断した電極集電体切断面がセパレータを貫通し、内部短絡を引き起こすことで、発火や破裂などの危険状態に発展するおそれもある。
【０００５】
このような問題に対して、例えば下記の特許文献１では、セパレータの厚み方向に存在する電極端部、電極リードなどの段差位置を適切に配置することで、応力を分散させる試みがなされている。
【０００６】
一方で、高容量化、高体積効率化を目的として、下記の特許文献２に示すように、セパレータを薄層化するとともに、耐酸化性を改善するためにセパレータ表面に無機物質と樹脂からなる耐熱層を形成する試みがなされている。また、下記の特許文献３のように、炭素系材料を上回る高容量負極として、リチウム合金系活物質も検討されており、リチウムの吸蔵、放出時の膨張収縮量を抑制する材料組成の検討も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９１０７６
【特許文献２】特開２００７−１８８７７７
【特許文献３】特開２００６−１３４７５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年の高容量化設計においてセパレータ厚みはより薄くなり、上述の特許文献１のように段差位置を制御するだけでは電極間の内部短絡を完全に抑制することが難しい。また、特許文献２および特許文献３のように、高容量化、高体積効率化等のような近年の要求を満たす電池構成では、特許文献１のような制御のみでは、内部短絡の完全な抑制がより困難となる。特に、特許文献２では、耐熱層を設けることで電極とセパレータとの間での摩擦が増加してしまい、電池膨張時の電極に対する拘束力が強くなり、電極集電体の破断に不利な設計となってしまう。また、特許文献３では、負極活物質として高容量の材料を用いるため、電池内部への負極活物質充填量を減らすことができるものの、負極活物質の膨張量が炭素系負極活物質よりも大きいために、巻回電極体の膨張は同様に起こり、電極集電体の破断等における内部短絡の危険性は回避できていない。
【０００９】
本技術は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池特性を維持するとともに電極の破断を抑制する非水電解質電池、ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解消するために、本技術の非水電解質電池は、帯状の正極集電体の少なくとも一方の面に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極集電体の少なくとも一方の面に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層および巻回された巻回電極体と、
非水電解質と、
巻回電極体と非水電解質とを収容する外装体と
を備え、
巻回電極体が、
巻回電極体の外周部に位置するセパレータの巻回終端部が、正極および負極のうち、より外周側に位置する正極および負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成され、
巻回電極体の最外周部が、セパレータによって巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されている
ことを特徴とする。
【００１１】
本技術の非水電解質電池では、巻回電極体の平均素子径をＬとした際に、巻回電極体におけるセパレータの巻回終端部から、正極および負極のうち、より外周側に位置する正極および負極のいずれかの巻回終端部までの距離Ｙが下記の式（１）で示されることが好ましい。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
【００１２】
さらに、本技術の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の非水電解質電池を備えることを特徴とする。
【００１３】
本技術の非水電解質電池は、巻回電極体と外装体との間にクッション性を付与することができるため、巻回電極体が膨張し、外装体の内壁と接触することにより巻回電極体にかかる応力を、巻回電極体最外周部のセパレータによって吸収・分散することができる。また、巻回電極体の最外周部に巻回するセパレータの長さを上述の範囲に調整することにより、クッション性を維持しつつ、充放電時において正極活物質層、負極活物質層等にかかる応力を大きくなりすぎないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本技術によれば、電池特性を低下させることなく電極の破断を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池の一構成例を示す断面図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の一構成例を示す断面図である。
【図３】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の一構成例を示す断面図である。
【図４】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の一構成例を示す断面図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に用いるセパレータの一構成例を示す断面図である。
【図６】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の他の構成例を示す断面図である。
【図７】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の他の構成例を示す断面図である。
【図８】本技術の第２の実施の形態にかかる角型非水電解質電池の一構成例を示す断面図である。
【図９】本技術の非水電解質電池を用いた電池パックの構成例を示すブロック図である。
【図１０】本技術の非水電解質電池を住宅用の蓄電システムに適用した例を示す概略図である。
【図１１】本技術の非水電解質電池が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下のように行う。
１．第１の実施の形態（本技術の巻回電極体を用いた円筒型非水電解質電池の例）
２．第２の実施の形態（本技術の巻回電極体を用いた角型非水電解質電池の例）
３．第３の実施の形態（非水電解質電池を用いた電池パックの例）
４．第４の実施の形態（非水電解質電池を用いた蓄電システム等の例）
【００１７】
１．第１の実施の形態
（１−１）非水電解質電池の構成
図１は、第１の実施の形態にかかる非水電解質電池１０の一例を示す断面図である。非水電解質電池１０は、例えば充電および放電が可能な非水電解質二次電池である。この非水電解質電池１０は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、図示しない液体状の非水電解質（以下、非水電解液と適宜称する）とともに帯状の正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して巻回された巻回電極体２０を有している。
【００１８】
電池缶１１は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回電極体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２ａ、１２ｂがそれぞれ配置されている。
【００１９】
電池缶１１の材料としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられる。この電池缶１１には、非水電解質電池１０の充放電に伴う電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、例えばニッケル等のメッキが施されていても良い。電池缶１１の開放端部には、正極リード板である電池蓋１３と、この電池蓋１３の内側に設けられた安全弁機構および熱感抵抗素子（ＰＴＣ素子：Positive Temperature Coefficient）１７が、絶縁封口のためのガスケット１８を介してかしめられることにより取り付けられている。
【００２０】
電池蓋１３は、例えば電池缶１１と同様の材料により構成されており、電池内部で発生したガスを排出するための開口部が設けられている。安全弁機構は、安全弁１４とディスクホルダ１５と遮断ディスク１６とが順に重ねられている。安全弁１４の突出部１４ａは遮断ディスク１６の中心部に設けられた孔部１６ａを覆うように配置されたサブディスク１９を介して巻回電極体２０から導出された正極リード２５と接続されている。サブディスク１９を介して安全弁１４と正極リード２５とが接続されることにより、安全弁１４の反転時に正極リード２５が孔部１６ａから引き込まれることを防止する。また、安全弁機構は、熱感抵抗素子１７を介して電池蓋１３と電気的に接続されている。
【００２１】
安全弁機構は、電池内部短絡あるいは電池外部からの加熱等により非水電解質電池１０の内圧が一定以上となった場合に、安全弁１４が反転し、突出部１４ａと電池蓋１３と巻回電極体２０との電気的接続を切断するものである。すなわち、安全弁１４が反転した際には遮断ディスク１６により正極リード２５が押さえられて安全弁１４と正極リード２５との接続が解除される。ディスクホルダ１５は絶縁性材料からなり、安全弁１４が反転した場合には安全弁１４と遮断ディスク１６とが絶縁される。
【００２２】
また、電池内部でさらにガスが発生し、電池内圧がさらに上昇した場合には、安全弁１４の一部が裂壊してガスを電池蓋１３側に排出可能としている。
【００２３】
また、遮断ディスク１６の孔部１６ａの周囲には例えば複数のガス抜き孔（図示せず）が設けられており、巻回電極体２０からガスが発生した場合にはガスを効果的に電池蓋１３側に排出可能な構成としている。
【００２４】
熱感抵抗素子１７は、温度が上昇した際に抵抗値が増大し、電池蓋１３と巻回電極体２０との電気的接続を切断することによって電流を遮断し、過大電流による異常な発熱を防止する。ガスケット１８は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００２５】
非水電解質電池１０内に収容される巻回電極体２０は、中空円筒形状のセンターピン２４を中心に巻回されている。センターピン２４は、電池内部の圧力異常時に巻回電極体２０の潰れを防止または抑制して内部短絡を防止するとともに、電池缶１１の底部で発生したガスを上部の安全弁機構側に移動させる機能を有する。センターピン２４は、軽くて強度の大きい金属材料、すなわちステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいはチタン（Ｔｉ）等から構成されることが好ましい。センターピン２４は、その外径をできるだけ小さくするとともに、中空部の内径をできるだけ大きくすることが好ましい。これにより、ガス排出能力を保ちつつ、体積効率を向上させることができる。
【００２６】
巻回電極体２０からは、正極２１と電気的に接続された正極リード２５と、負極２２と電気的に接続された負極リード２６とが導出されている。正極リード２５は、上述のように、安全弁１４に溶接されて電池蓋１３と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接されて電気的に接続されている。
【００２７】
［巻回電極体］
図２は、巻回電極体２０の外観を示す斜視図である。図３は、図２に示した巻回電極体２０の横断面図であり、巻回中心部を省略したものである。図４は、図３に示した巻回電極体２０の横断面図の一部を拡大して表すものである。
【００２８】
図２〜図４に示すように、巻回電極体２０は、帯状の正極２１と帯状の負極２２とをセパレータ２３を介して対向するようにして積層した積層電極体を長手方向に巻回し、必要に応じて巻回終端部を固定部材２７で固定したものである。正極２１および負極２２は、２枚のセパレータ２３（セパレータ２３Ａおよび２３Ｂ）とともに、正極２１、セパレータ２３Ａ、負極２２、セパレータ２３Ｂの順に積層および巻回されている。また、正極２１、負極２２およびセパレータ２３は、長手方向の一端を巻回始端部として、巻回始端部から巻回され、長手方向の他端を巻回終端部として、巻回電極体２０の最外周部で巻回を終了する。
【００２９】
図２および図３に示すように、本技術の巻回電極体２０は、巻回電極体の外周部が、正極２１および負極２２よりも充分に長く形成されたセパレータ２３によって、巻回電極体の外周部の１周以上４周未満の範囲で巻回されたものである。より具体的には、巻回電極体の外周部、すなわち積層電極体の巻回終端部において、正極２１および負極２２のうち、より外周側に位置する電極の巻回終端部よりも長く形成されたセパレータの巻回終端領域の長さが、巻回電極体２０の外周部の１周以上４周未満の長さとされているものである。
【００３０】
このように、巻回電極体２０の外周部がセパレータ２３によって巻回されることにより、巻回電極体２０と電池缶１１との間にクッション性を付与することができる。これにより、膨張した巻回電極体２０が電池缶１１の内壁と接触することにより巻回電極体にかかる応力を吸収・分散することができる。そして、巻回電極体２０が膨張した際に、巻回電極体２０の最外周部から巻回電極体２０の中心方向に向かってかかる応力（正極集電体２１Ａおよび負極集電体２２Ａに対する剪断応力）を低減することができ、正極集電体２１Ａおよび負極集電体２２Ａの破断を抑制することができる。
【００３１】
また、巻回電極体２０の最外周部に巻回するセパレータ２３の長さを上述の範囲に調整することにより、クッション性を維持しつつ、充放電時において正極活物質層２１Ｂ、負極活物質層２２Ｂ等にかかる応力を大きくなりすぎないようにすることができる。このため、サイクル特性等の電池特性を低下させることなく維持することもできる。
【００３２】
以下の説明および図では、セパレータ２３のうち、より外周側に位置する正極２１および負極２２のいずれかの巻回終端部よりも長い巻回終端領域を余剰セパレータ２３Ｌ、余剰セパレータ２３Ｌの長さ（余剰領域の長さ）をセパレータ余剰長と適宜称する。また、図３では、正極２１の巻回電極体２０外周側終端部である正極巻回終端部２１Ｅと、負極２２の巻回電極体２０外周側終端部である負極巻回終端部２２Ｅとが、ほぼ同位置にあり、かつ負極２２がより外周側に位置する巻回電極体２０の例を示す。また、図３は、巻回電極体２０の外周部が余剰セパレータ２３Ｌによって約２周巻回して覆われている状態を示す。
【００３３】
このように、セパレータ余剰長を巻回電極体２０の外周部に対して１周以上４周未満の長さとするには、巻回電極体の平均素子径（平均の直径）をＬとした場合に、下記の式（１）を満たすようにセパレータ余剰長Ｙを調整する必要がある。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
例えば、電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０である場合には、セパレータ余剰長Ｙが５３ｍｍ以上２２０ｍｍ以下程度となることが好ましい。
【００３４】
また、より好ましくは、巻回電極体２０の外周部が、余剰セパレータ２３Ｌによって巻回電極体２０の外周の１周以上３周未満巻回された巻回電極体２０である。この場合には、巻回電極体の平均素子径（平均の直径）をＬとした場合に、下記の式（２）を満たすようにセパレータ余剰長Ｙを調整する必要がある。
３．１Ｌ＜Ｙ＜９．４Ｌ ・・・式（２）
【００３５】
上述の範囲外にセパレータ余剰長が短く、余剰セパレータ２３Ｌによって巻回される周回数が１周未満となった場合には、充分なクッション性が得られないため好ましくない。この場合、電極膨張時に電池缶１１によって巻回電極体２０にかかる応力を余剰セパレータ２３Ｌによって吸収・分散することができにくくなり、電極切れやそれに伴う内部短絡、または電池特性の低下が生じる。
【００３６】
一方、上述の範囲外にセパレータ余剰長が長い場合には、巻回電極体２０の外周部に巻回される余剰セパレータ２３Ｌの巻回数が多くなりすぎるため、電池缶１１内における余剰セパレータ２３Ｌの占有割合が大きくなり好ましくない。この場合、巻回電極体２０のサイズが小さくなり、電池容量が低下してしまう。また、電池容量を低減させないために巻回電極体２０のサイズを維持する場合には、余剰セパレータ２３Ｌにより巻回電極体２０にかかる応力が大きくなり、電極切れやそれに伴う内部短絡、または電池特性の低下が生じる。余剰セパレータ２３Ｌの巻回数が多くなりすぎた場合には、クッション効果が得られにくく、また、余剰セパレータによって付与されるクッション効果以上に巻回電極体２０が圧迫されてしまう。
【００３７】
以下、正極２１、負極２２、セパレータ２３について、詳細に説明する。
【００３８】
［正極］
正極２１は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体２１Ａの片面のみに正極活物質層２１Ｂを設けるようにしてもよい。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔により構成されている。
【００３９】
正極活物質層２１Ｂは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００４０】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、（化Ｉ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、（化II）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、（化III）、（化IV）もしくは（化Ｖ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、（化VI）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または（化VII）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉaＣｏＯ2（ａ≒１）、ＬｉbＮｉＯ2（ｂ≒１）、Ｌｉc1Ｎｉc2Ｃｏ1-c2Ｏ2（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、ＬｉdＭｎ2Ｏ4（ｄ≒１）またはＬｉeＦｅＰＯ4（ｅ≒１）などがある。
【００４１】
（化Ｉ）
ＬｉpＮｉ(1-q-r)ＭｎqＭ１rＯ(1-y)Ｘz
（式中、Ｍ１は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）を除く２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素（Ｏ）以外の１６族元素および１７族元素のうち少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、−０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
【００４２】
（化II）
ＬｉaＭ２bＰＯ4
（式中、Ｍ２は、２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
【００４３】
（化III）
ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ３hＯ(1-j)Ｆk
（式中、Ｍ３は、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、−０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４４】
（化IV）
ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ４nＯ(1-p)Ｆq
（式中、Ｍ４は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、−０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４５】
（化Ｖ）
ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ５sＯ(1-t)Ｆu
（式中、Ｍ５は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、−０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４６】
（化VI）
ＬｉvＭｎ(1-w)Ｍ６wＯxＦy
（式中、Ｍ６は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４７】
（化VII）
ＬｉzＭ７ＰＯ4
（式中、Ｍ７は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タングステン（Ｗ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４８】
更にまた、より高い電極充填性とサイクル特性が得られるという観点から、上記リチウム含有化合物のいずれかより成る芯粒子の表面を、他のリチウム含有化合物のいずれかより成る微粒子で被覆した複合粒子としてもよい。
【００４９】
この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）または二酸化マンガン（ＭｎＯ2）などである。二硫化物は、例えば、二硫化鉄（ＦｅＳ2）、二硫化チタン（ＴｉＳ2）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）などである。カルコゲン化物は、特に層状化合物やスピネル型化合物が好ましく、例えば、セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2）などである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンあるいはポリピロールなどである。もちろん、正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
【００５０】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも１種が用いられる。
【００５１】
［負極］
負極２２は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体２２Ａの片面のみに負極活物質層２２Ｂを設けるようにしてもよい。
【００５２】
負極集電体２２Ａは、例えば、銅（Ｃｕ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔またはステンレス（ＳＵＳ）等の金属箔により構成されている。中でも、特に銅箔を用いることが好ましい。本技術における負極集電体２２Ａは、従来よりも厚さが小さいことが好ましい。例えば、電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０である場合には、負極集電体２２Ａの厚さが８μｍ以上１０μｍ以下の範囲であることが好ましい。従来、この電池形状の非水電解質電池１０においては、負極集電体２２Ａの厚さが例えば１２μｍ以上２０μｍ以下の範囲で用いられており、充放電に伴う電極の破断の問題は生じにくかった。一方、体積効率の観点から、電池容量に直接寄与しない負極集電体２２Ａの厚さを小さくすることが求められているが、一般的に薄い集電体は破断しやすい。本技術のように、巻回電極体２０の外周部に余剰セパレータ２３Ｌを巻回させた構成は、負極集電体２２Ａにかかる応力を低減することができるため、電極の破断が生じやすい厚さ８μｍ以上１０μｍ以下の範囲の負極集電体２２Ａを用いた場合に特に効果的である。
【００５３】
なお、上述の負極集電体２２Ａの厚み範囲は、上述の電池形状の場合に好適な範囲であり、より電池径、電池高さが大きい非水電解質電池１０の場合には、負極集電体２２Ａについて、上述の厚み範囲よりもやや厚くなる。
【００５４】
また、この負極集電体２２Ａの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体２２Ａと負極活物質層２２Ｂとの間の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層２２Ｂと対向する領域において、負極集電体２２Ａの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理により微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法により負極集電体２２Ａの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。なお、負極集電体２２Ａの表面粗さは、任意に設定可能である。
【００５５】
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層２１Ｂと同様の導電剤および結着剤を含んで構成されている。
【００５６】
なお、この非水電解質電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極２１の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極２２にリチウム金属が析出しないようになっている。
【００５７】
また、この非水電解質電池は、完全充電状態における開回路電圧（すなわち電池電圧）が、例えば４．２０Ｖ以上６．００Ｖ以下の範囲内になるように設計されている。また、例えば、満充電状態における開回路電圧が４．２５Ｖ以上６．００Ｖ以下とされることが好ましい。満充電状態における開回路電圧が４．２５Ｖ以上とされる場合は、４．２０Ｖの電池と比較して、同じ正極活物質であっても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるため、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整される。これにより、高いエネルギー密度が得られるようになっている。
【００５８】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭等の炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
【００５９】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本技術において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００６０】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
【００６１】
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）は、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。
【００６２】
スズ（Ｓｎ）の合金としては、例えば、スズ（Ｓｎ）以外の第２の構成元素として、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素（Ｓｉ）の合金としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）以外の第２の構成元素として、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００６３】
スズ（Ｓｎ）の化合物あるいはケイ素（Ｓｉ）の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズ（Ｓｎ）またはケイ素（Ｓｉ）に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００６４】
中でも、この負極材料としては、スズ（Ｓｎ）と、コバルト（Ｃｏ）と、炭素（Ｃ）とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズ（Ｓｎ）とコバルト（Ｃｏ）との合計に対するコバルト（Ｃｏ）の割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＳｎＣｏＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
【００６５】
このＳｎＣｏＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）またはビスマス（Ｂｉ）が好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００６６】
なお、このＳｎＣｏＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素（Ｃ）の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズ（Ｓｎ）等が凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素（Ｃ）が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００６７】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoelectron Spectroscopy）が挙げられる。ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＳｎＣｏＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＳｎＣｏＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００６８】
なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００６９】
［セパレータ］
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。また、セパレータ２３は、正極２１および負極２２よりも巻回終端部を長く形成し、巻回電極体２０の外周部を１周以上４周未満巻回することにより、巻回電極体２０と電池缶１１との間にクッション性を付与するものである。セパレータ２３には、非水電解液が含浸されている。この非水電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
【００７０】
セパレータ２３は、例えば、不織布もしくは樹脂材料を主成分とする微多孔性樹脂膜である。樹脂材料としては、例えばポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。ポリオレフィンを主成分とする微多孔膜は、ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池安全性を図ることができるからである。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）の単体またはこれらの混合体を用いることが好ましい。
【００７１】
セパレータ２３は、ポリオレフィン以外にもポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂材料のいずれかを含むようにしてもよい。耐酸化性に優れるためである。また、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる微多孔性樹脂膜と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂からなる微多孔性樹脂膜とを積層した構造とされていてもよい。
【００７２】
さらに、図５に示すように、基材２３ａの少なくとも一方の表面に、金属酸化物等の無機粒子を含む樹脂層からなる表面層２３ｂを設けた構成としても良い。なお、図５は、基材２３ａの両面に表面層２３ｂを設けた構成の断面図を示す。
【００７３】
基材２３ａとしては、一般的にセパレータとして用いることが可能な微多孔性樹脂膜が用いられる。具体的には、上述の様なポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、もしくはその混合樹脂からなる微多孔性樹脂膜、あるいは、ポリオレフィン系樹脂からなる微多孔性樹脂膜とフッ素系樹脂からなる微多孔性樹脂膜との積層樹脂膜等が用いられる。
【００７４】
表面層２３ｂを構成する樹脂材料としては、耐熱性樹脂、耐酸化性樹脂等が好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル等が挙げられる。耐熱性樹脂としては、融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が１８０℃以上の樹脂材料が好ましい。
【００７５】
表面層２３ｂを構成する無機粒子としては、電気絶縁性の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等を挙げることができる。金属酸化物としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）等を好適に用いることができる。金属窒化物としては、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を好適に用いることができる。金属炭化物としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）等を好適に用いることができる。これらセラミックスは、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。セパレータ２３の表面層２３ｂにこれら無機粒子を含む場合には、例えば３次元網目構造を有する樹脂材料に無機粒子が担持されることが好ましい。
【００７６】
無機粒子は耐熱性を有し、セパレータ２３の収縮を抑制するため好ましい。また、無機粒子は耐酸化性を有し、電極、特に充電時の正極近傍における酸化環境に対して強い耐性を有する。このため、セパレータ２３の表面層２３ｂが酸化環境に晒されて劣化し、基材２３ａの引裂強度を補ってセパレータ２３全体としての引裂強度を向上させる効果が低減することを抑制することができる。このため、セラミックスが混合された表面層２３ｂが基材２３ａの一方の面のみに形成されたセパレータ２３を用いる場合、表面層２３ｂは、正極に対向する面に形成されることが好ましい。
【００７７】
無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状およびランダム形状等の形状を有する無機粒子のいずれも用いることができる。
【００７８】
無機粒子は、セパレータ２３の強度に与える影響、塗工面の平滑性の観点から、一次粒子の平均粒径を表面層２３ｂの厚さに対して、５０％以下とすることが好ましい。特に、一次粒子の平均粒径は１．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましく、特に、１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲であることが好ましい。なお、平均粒径はレーザ回折散乱法により測定される平均粒径（Ｄ５０）である。このような一次粒子の平均粒径は、電子顕微鏡により得た写真を、粒子径計測器で解析する方法により測定することができる。
【００７９】
無機粒子の一次粒子の平均粒径をこの範囲とすることにより、正極２１および負極２２間の距離を小さくすることができる。このため、限られたスペースで活物質充填量を充分に得ることができ、高い電池容量を得ることができる。また、無機粒子の一次粒子の平均粒径が大きすぎる場合には、セパレータ２３が脆くなる、セパレータ２３表面（無機粒子含有樹脂の塗工面）が粗くなる、または無機粒子を含む樹脂溶液を基材２３ａ上に塗布して表面層２３ｂを形成する場合に、無機粒子を含む樹脂溶液が塗布されない部分が生じる等の問題が起こるおそれがある。
【００８０】
セパレータ２３の厚みは、１２μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。基材２３ａと表面層２３ｂとの積層構造を有するセパレータ２３についても同様である。上記範囲外にセパレータ２３が薄い場合、セパレータとしての機能を充分に得られず、また、本技術の特徴である、巻回電極体２０の外周部におけるクッション性に劣る。上述の範囲外にセパレータ２３が厚い場合には、電池の体積効率が低下したり、巻回電極体２０と電池缶１とのクリアランスが小さくなり、巻回電極体２０にかかる応力が大きくなる。
【００８１】
なお、一般的に、上述の様な積層構造のセパレータを用いた場合には、正極２１および負極２２と、セパレータ２３との間の摩擦が増加してしまう。このため、活物質層膨張時において、正極２１および負極２２と、セパレータ２３との拘束力が強くなり、集電体の破断には不利な設計となってしまう。しかしながら、本技術の構成を用いることで、巻回電極体２０と電池缶１１との間で生じる応力を低減することができるため、全体として電極の破断が生じにくくなるため好ましい。
【００８２】
なお、表面層２３ｂは、無機粒子を含有しない、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む樹脂材料からなる樹脂層としてもよい。
【００８３】
［非水電解液］
非水電解液は、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む。
【００８４】
電解質塩は、例えば、リチウム塩等の軽金属化合物の１種あるいは２種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳｉＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）あるいは臭化リチウム（ＬｉＢｒ）等が挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。
【００８５】
非水溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンあるいはε−カプロラクトン等のラクトン系溶媒、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチル等の炭酸エステル系溶媒、１，２−ジメトキシエタン、１−エトキシ−２−メトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランあるいは２−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、スルフォラン系溶媒、リン酸類、リン酸エステル溶媒、またはピロリドン類等の非水溶媒が挙げられる。溶媒は、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００８６】
また、非水溶媒として、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルを混合して用いることが好ましく、環状炭酸エステルまたは鎖状炭酸エステルの水素の一部または全部がフッ素化された化合物を含むことがより好ましい。このフッ素化された化合物としては、フルオロエチレンカーボネート（４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン：ＦＥＣ）およびジフルオロエチレンカーボネート（４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン：ＤＦＥＣ）を用いることが好ましい。負極活物質としてケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の化合物を含む負極２２を用いた場合であっても、充放電サイクル特性を向上させることができるためである。なかでも、非水溶媒としてジフルオロエチレンカーボネートを用いることが好ましい。サイクル特性改善効果に優れるためである。
【００８７】
（１−２）非水電解質電池の製造方法
［正極の製造方法］
正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。
【００８８】
［負極の製造方法］
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。
【００８９】
［セパレータの製造方法］
基材２３ａおよび表面層２３ｂが積層した構成としたセパレータ２３は、下記の方法により製造することができる。
【００９０】
まず、表面層２３ｂを構成する樹脂材料および無機粒子と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の分散溶媒とを、所定の質量比で混合し、樹脂材料をＮ−メチル−２−ピロリドンに十分に溶解させて、樹脂材料が溶解された樹脂溶液スラリーを作製する。このとき、ビーズミル等の攪拌性の高い装置を用いて攪拌することが好ましい。
【００９１】
ここで、分散溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルスルフォキシド、トルエン等が用いられるが、溶解性および高分散性の観点からＮ−メチル−２−ピロリドンを用いることが好ましい。
【００９２】
続いて、卓上コーター等の塗布装置を用いて、作製した樹脂溶液スラリーを基材２３ａの表面に塗布する。基材２３ａは、例えばポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等を、一軸延伸もしくは二軸延伸により微多孔性樹脂膜としたものである。次に、樹脂溶液スラリーを塗布した基材２３ａを水浴に所定時間浸漬する。樹脂溶液スラリーを塗布した基材２３ａを、樹脂材料に対して貧溶媒であり、かつ樹脂材料を溶解させる分散溶媒に対しては良溶媒である水等に接触させることにより、樹脂溶液スラリーを相分離させ、最後に熱風にて乾燥させることにより、基材２３ａの表面に表面層２３ｂが形成されたセパレータ２３を得る。
【００９３】
このような方法を用いることにより、急激な貧溶媒誘起相分離現象により表面層２３ｂが形成され、表面層２３ｂは、共重合体による骨格が微細な三次元網目状に連結した構造を有する。すなわち、樹脂材料を溶解した樹脂溶液スラリーを塗布した基材２３ａを水等の溶媒に接触させることで、溶媒交換が起こる。これにより、樹脂溶液スラリーにおいてスピノーダル分解を伴う急激な（速度の速い）相分離が生じ、樹脂材料が独特の三次元網目構造を有するようになる。
【００９４】
このようにして作製した表面層２３ｂは、独特の多孔構造を形成している。そして、無機粒子が樹脂材料の三次元網目構造に担持される。この構造によって、優れた非水電解液含浸性およびイオン導電性を実現可能としている。
【００９５】
また、無機粒子を含有する表面層２３ｂの形成方法は、上述の方法に限られない。例えば、溶融された樹脂材料と無機粒子とを混合することにより、樹脂材料と無機粒子との間の相互作用により樹脂材料と無機粒子との間の一部分に空隙が生じる。このような空隙を生じさせた状態で樹脂材料を凝固させることにより、セパレータ２３の一部として機能する、多孔性の表面層２３ｂを形成してもよい。
【００９６】
なお、表面層２３ｂは、無機粒子を含有しない、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む樹脂材料からなる樹脂層としてもよい。
【００９７】
［非水電解液の調製］
非水電解液は、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
【００９８】
［非水電解質電池の組み立て］
正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接等により取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接等により取り付ける。その後、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して巻回し巻回電極体２０とする。このとき、巻回電極体２０の最外周部が、セパレータ２３の巻回終端部の余剰部（余剰セパレータ２３Ｌ）によって巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されるようにする。
【００９９】
続いて、正極リード２５の先端部を安全弁機構に溶接すると共に、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接する。この後、巻回電極体２０の巻回面を一対の絶縁板１２，１３で挟み、電池缶１１の内部に収納する。巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収納したのち、非水電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。そののち、電池缶１１の開口端部に電池蓋１３、安全弁機構および熱感抵抗素子１７をガスケット１８を介してかしめることにより固定する。これにより、図１に示した非水電解質電池が形成される。
【０１００】
この非水電解質電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層２１Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して負極活物質層２２Ｂに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層２２Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して正極活物質層２１Ｂに吸蔵される。
【０１０１】
（１−３）第１の実施の形態における変形例
図６に、巻回電極体２０の第１の変形例を示す。図６では、巻回電極体２０の巻回最外周部において、例えば１周にわたって負極集電体２２Ａの露出部が設けられたものである。
【０１０２】
すなわち、図６の巻回電極体２０では、負極２２の巻回終端部において、負極集電体２２Ａの片面上に負極活物質層２２Ｂを形成しない領域である負極集電体露出部２２Ｃを、巻回電極体２０の外周１周分の領域に形成する。負極集電体露出部２２Ｃは、巻回電極体２０の外周側面に設けるようにする。これにより、負極２２の正極活物質層２１Ｂと対向しない部分に、電池反応に寄与しない負極活物質層２２Ｂが形成されないようにすることができる。
【０１０３】
また、図７に、巻回電極体２０の第２の変形例を示す。図７では、巻回電極体２０の巻回外周部において、例えば１周にわたって正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとがセパレータ２３を介して対向する集電体対向部が設けられたものである。
【０１０４】
すなわち、図７の巻回電極体２０では、正極２１の巻回終端部において、正極集電体２１Ａ上に正極活物質層２１Ｂを形成しない領域である正極集電体露出部２１Ｃを形成する。また、同様に負極２２の巻回終端部において、負極集電体２２Ａ上に負極活物質層２２Ｂを形成しない領域である負極集電体露出部２２Ｃを形成する。正極集電体露出部２１Ｃは、負極集電体露出部２２Ｃと対向する領域に設ける。このとき、例えば正極集電体露出部２１Ｃと負極集電体露出部２２Ｃとの寸法差を２ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、正極２１および負極２２の巻き終わり部分では、正極集電体露出部２１Ｃと負極集電体露出部２２Ｃとが対向する集電体対向部が設けられる。
【０１０５】
このような集電体対向部を設けることにより、非水電解質電池１０が外部から潰される等により変形・圧壊した場合に、正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとが接触し、低抵抗の短絡を生じさせることができる。これにより、非水電解質電池１０の変形・圧壊時に、急激な大電流が生じ、異常発熱や発煙等のいわゆる熱暴走を生じさせにくくすることができる。
【０１０６】
〔効果〕
第１の実施の形態の非水電解質電池は、電池容量および電池特性の維持、ならびに電極切れの抑制効果を得ることができる。
【０１０７】
２．第２の実施の形態
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、巻回電極体の最外周に余剰セパレータを巻回させてクッション性を付与した角型非水電解質電池について説明する。
【０１０８】
（２−１）非水電解質電池の構成
図８は、第２の実施の形態にかかる非水電解質電池３０の構成を表すものである。この非水電解質電池は、いわゆる角型電池といわれるものであり、巻回電極体４０を角型の外装缶３１内に収容したものである。
【０１０９】
非水電解質電池３０は、角筒状の外装缶３１と、この外装缶３１内に収納される発電要素である巻回電極体４０と、外装缶３１の開口部を閉じる電池蓋３２と、電池蓋３２の略中央部に設けられた電極ピン３３等によって構成されている。
【０１１０】
外装缶３１は、例えば、鉄（Ｆｅ）等の導電性を有する金属によって、中空で有底の角筒体として形成されている。この外装缶３１の内面は、例えば、ニッケルめっきを施したり導電性塗料を塗布する等して、外装缶３１の導電性を高める構成とすることが好ましい。また、外装缶３１の外周面は、例えば、プラスチックシートや紙等によって形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗布されて保護されてもよい。電池蓋３２は、外装缶３１と同じく、例えば、鉄（Ｆｅ）等の導電性を有する金属により形成されている。
【０１１１】
巻回電極体４０は、正極および負極をセパレータを介して積層し、小判型に細長く巻回することによって得られる。正極、負極、セパレータおよび非水電解液は、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。また、正極および負極と、セパレータの間には、非水電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の非水電解質層（ゲル電解質層）が形成されていてもよい。
【０１１２】
このような構成を有する巻回電極体４０には、正極集電体に接続された多数の正極端子４１と、負極集電体に接続された多数の負極端子とが設けられている。すべての正極端子４１および負極端子は、巻回電極体４０の軸方向の一端に導出されている。そして、正極端子４１は、電極ピン３３の下端に溶接等の固着手段によって接続されている。また、負極端子は外装缶３１の内面に溶接等の固着手段によって接続されている。
【０１１３】
電極ピン３３は導電性の軸部材からなり、その頭部を上端に突出させた状態で絶縁体３４によって保持されている。この絶縁体３４を介して電極ピン３３が電池蓋３２の略中央部に固定されている。絶縁体３４は絶縁性の高い材料で形成されていて、電池蓋３２の表面側に設けた貫通孔３５に嵌合されている。また、貫通孔３５には電極ピン３３が貫通され、その下端面に正極端子４１の先端部が固定されている。
【０１１４】
このような電極ピン３３等が設けられた電池蓋３２が、外装缶３１の開口部に嵌合されており、外装缶３１と電池蓋３２との接触面が溶接等の固着手段で接合されている。これにより、外装缶３１の開口部が電池蓋３２により密封されて、気密および液密に構成されている。この電池蓋３２には、外装缶３１内の圧力が所定値以上に上昇したときに当該電池蓋３２の一部を破断させて内部圧力を外部に逃がす（放出させる）内圧開放機構３６が設けられている。
【０１１５】
内圧開放機構３６は、電池蓋３２の内面において長手方向に直線的に延在された２本の第１の開口溝３６ａ（第１の開口溝３６ａのうちの１本は図示せず）と、同じく電池蓋３２の内面において長手方向と直交する幅方向に延在されて両端が２本の第１の開口溝３６ａに連通される第２の開口溝３６ｂとから構成されている。２本の第１の開口溝３６ａは、電池蓋３２の幅方向に対向するように位置する長辺側２辺の内側近傍において電池蓋３２の長辺側外縁に沿うように互いに平行に設けられている。また、第２の開口溝３６ｂは、電極ピン３３の長手方向の一側において一方の短辺側外縁と電極ピン３３との略中央部に位置するように設けられている。
【０１１６】
第１の開口溝３６ａおよび第２の開口溝３６ｂは、例えばともに断面形状が下面側に開口したＶ字形状とされている。なお、第１の開口溝３６ａおよび第２の開口溝３６ｂの形状は、この実施の形態に示すＶ字形に限定されるものではない。例えば、第１の開口溝３６ａおよび第２の開口溝３６ｂの形状をＵ字形や半円形としてもよい。
【０１１７】
［セパレータ］
セパレータは、第２の実施の形態におけるセパレータ２３と同様の構成とすることができる。
【０１１８】
［ゲル電解質層］
ゲル電解質層は、第１の実施の形態に記載された非水電解液を高分子化合物に保持させたものである。ゲル電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。
【０１１９】
非水電解液を保持する高分子化合物は、非水溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）あるいはビニリデンフルオライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）あるいはポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）を含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）あるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を繰返し単位として含むものなどが挙げられる。高分子化合物には、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【０１２０】
特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましく、中でも、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとを成分として含む共重合体が好ましい。さらに、この共重合体は、マレイン酸モノメチルエステル（ＭＭＭ）などの不飽和二塩基酸のモノエステル、三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）などのハロゲン化エチレン、炭酸ビニレン（ＶＣ）などの不飽和化合物の環状炭酸エステル、またはエポキシ基含有アクリルビニルモノマーなどを成分として含んでいてもよい。より高い特性を得ることができるからである。
【０１２１】
非水電解液としては、第１の実施の形態と同様のものを用いることができる。
【０１２２】
（２−２）非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【０１２３】
［正極および負極の製造方法］
正極および負極は、第１の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
【０１２４】
［非水電解質電池の組み立て］
まず、正極および負極のそれぞれに、非水電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル電解質層を形成する。次に、ゲル電解質層が形成された正極および負極を用いて、第１の実施の形態と同様の方法により小判型に細長く巻回された巻回電極体４０を作製する。続いて、巻回電極体４０を例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）などの金属よりなる角型缶である外装缶３１内に収容する。
【０１２５】
そして、電池蓋３２に設けられた電極ピン３３と、巻回電極体４０から導出された正極端子４１とを接続した後、電池蓋３２にて封口し、電解液注入口３７から非水電解液を注入して封止部材３８にて封止する。以上によって、この非水電解質電池を得ることができる。
【０１２６】
〔効果〕
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
３．第３の実施の形態
第３の実施の形態では、第１の実施の形態および第２の実施の形態における非水電解質電池を用いた非水電解質電池が備えられた電池パックについて説明する。
【０１２８】
図９は、本技術の非水電解質電池を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池３０１、外装、充電制御スイッチ３０２ａと、放電制御スイッチ３０３ａとを備えるスイッチ部３０４、電流検出抵抗３０７、温度検出素子３０８、制御部３１０を備えている。
【０１２９】
また、電池パックは、正極端子３２１および負極端子３２２を備え、充電時には正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
【０１３０】
組電池３０１は、複数の非水電解質電池３０１ａを直列および／または並列に接続してなる。この非水電解質電池３０１ａは本技術の非水電解質電池である。なお、図９では、６つの非水電解質電池３０１ａが、２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された場合が例として示されているが、その他、ｎ並列ｍ直列（ｎ，ｍは整数）のように、どのような接続方法でもよい。
【０１３１】
スイッチ部３０４は、充電制御スイッチ３０２ａおよびダイオード３０２ｂ、ならびに放電制御スイッチ３０３ａおよびダイオード３０３ｂを備え、制御部３１０によって制御される。ダイオード３０２ｂは、正極端子３２１から組電池３０１の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子３２２から組電池３０１の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード３０３ｂは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、例では＋側にスイッチ部を設けているが、−側に設けてもよい。
【０１３２】
充電制御スイッチ３０２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチのＯＦＦ後は、ダイオード３０２ｂを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
【０１３３】
放電制御スイッチ３０３ａは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に放電電流が流れないように制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａのＯＦＦ後は、ダイオード３０３ｂを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
【０１３４】
温度検出素子３０８は例えばサーミスタであり、組電池３０１の近傍に設けられ、組電池３０１の温度を測定して測定温度を制御部３１０に供給する。電圧検出部３１１は、組電池３０１およびそれを構成する各非水電解質電池３０１ａの電圧を測定し、この測定電圧をＡ／Ｄ変換して、制御部３１０に供給する。電流測定部３１３は、電流検出抵抗３０７を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部３１０に供給する。
【０１３５】
スイッチ制御部３１４は、電圧検出部３１１および電流測定部３１３から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部３０４の充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａを制御する。スイッチ制御部３１４は、非水電解質電池３０１ａのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部３０４に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。
【０１３６】
ここで、例えば、非水電解質電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【０１３７】
充放電スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを使用できる。この場合ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードがダイオード３０２ｂおよび３０３ｂとして機能する。充放電スイッチとして、Ｐチャンネル型ＦＥＴを使用した場合は、スイッチ制御部３１４は、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａのそれぞれのゲートに対して、制御信号ＤＯおよびＣＯをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａはＰチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号ＣＯおよびＤＯをローレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＮ状態とする。
【０１３８】
そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号ＣＯおよびＤＯをハイレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＦＦ状態とする。
【０１３９】
メモリ３１７は、ＲＡＭやＲＯＭからなり例えば不揮発性メモリであるＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等からなる。メモリ３１７では、制御部３１０で演算された数値や 、製造工程の段階で測定された各非水電解質電池３０１ａの初期状態における電池の内部抵抗値等が予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。 （また、非水電解質電池３０１ａの満充電容量を記憶させておくことで、制御部３１０とともに例えば残容量を算出することができる。
【０１４０】
温度検出部３１８では、温度検出素子３０８を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行う。
【０１４１】
４．第４の実施の形態
第４の実施の形態では、第１および第２の実施の形態にかかる非水電解質電池および第３の実施の形態にかかる電池パックを搭載した電子機器、電動車両および蓄電装置等の機器について説明する。第２〜第３の実施の形態で説明した非水電解質電池および電池パックは、電子機器や電動車両、蓄電装置等の機器に電力を供給するために使用することができる。
【０１４２】
電子機器として、例えばノート型パソコン、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、 エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機等が挙げられる。
【０１４３】
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）等が挙げられ、これらの駆動用電源または補助用電源として用いられる。
【０１４４】
蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源等が挙げられる。
【０１４５】
以下では、上述した適用例のうち、本技術の非水電解質電池を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。
【０１４６】
この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第１の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第２の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第３の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
【０１４７】
さらに、第４の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第５の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第６の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、蓄電システムについて説明する。
【０１４８】
（４−１）応用例としての住宅における蓄電システム
本技術の非水電解質電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１０を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【０１４９】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサ１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【０１５０】
蓄電装置１０３に対して、本技術の非水電解質電池が適用される。本技術の非水電解質電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせてもよい。
【０１５１】
各種のセンサ１１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種のセンサ１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサ１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
【０１５２】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）またはＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【０１５３】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていてもよい。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信してもよいが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されてもよい。
【０１５４】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種のセンサ１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていてもよい。
【０１５５】
以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【０１５６】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【０１５７】
（４−２）応用例としての車両における蓄電システム
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１１を参照して説明する。図１１に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【０１５８】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリー２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリー２０８に対して、上述した本技術の非水電解質電池が適用される。
【０１５９】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリー２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等が含まれる。
【０１６０】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリー２０８に蓄積することが可能である。
【０１６１】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両２００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリー２０８に蓄積される。
【０１６２】
バッテリー２０８は、ハイブリッド車両２００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【０１６３】
図示しないが、非水電解質電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行う情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置等がある。
【０１６４】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
【実施例】
【０１６５】
以下、実施例により、本技術を詳細に説明する。なお、本技術の構成は下記の実施例に限定されるものではない。
【０１６６】
＜実施例１＞
［正極の作製］
正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９５質量％と、導電剤としてグラファイト２質量％と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）３質量％とを混合して正極合剤とし、正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを得た。次に、この正極合剤スラリーを、正極集電体である厚み１５μｍの帯状アルミニウム（Ａｌ）箔の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層を形成した。このとき、帯状アルミニウム箔の巻回始端側端部、巻回終端側端部のそれぞれにおいて、正極集電体露出部を形成するようにして正極合剤スラリーを塗布した。最後に、露出した正極集電体の一端にアルミニウム（Ａｌ）製の正極リードを溶接して取り付けて正極とした。
【０１６７】
［負極の作製］
負極活物質として黒鉛粉末９６質量％と、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）２質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）２質量％とを混合して負極合剤とし、負極合剤をイオン交換水に分散させて負極合剤スラリーを得た。次に、この負極合剤スラリーを、負極集電体である厚み８μｍの帯状銅（Ｃｕ）箔の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層を形成した。このとき、帯状銅箔の巻回始端側端部、巻回終端側端部のそれぞれにおいて、負極集電体露出部を形成するようにして負極合剤スラリーを塗布した。最後に、露出した負極集電体の一端にニッケル（Ｎｉ）製の負極リードを溶接して取り付けて負極とした。
【０１６８】
［セパレータの作製］
平均粒径０．５μｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子（住友化学（株）製ＡＫＰ−３０００、アルミナ含有量９９．９９５重量％以上）と質量平均分子量が約１００万のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、質量比９：１で混合し、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させ、ビーズミルを用いて攪拌して樹脂スラリーを得た。
【０１６９】
次に、樹脂スラリーを、卓上コーターにて基材である厚さ１２μｍの帯状ポリエチレン微多孔膜（東燃ゼネラル石油（株）製）の一方の面に厚さ３０μｍで塗布した。続いて樹脂スラリーを塗布したポリエチレン微多孔膜を水浴に１５分間浸漬してポリフッ化ビニリデンを相分離させた後、熱風にて乾燥させ、樹脂層を形成した。また、基材のもう一方の面にも同様の方法により耐熱層を形成した。これにより、表面にアルミナが担持された樹脂層を有する厚さ１６μｍのセパレータを得た。
【０１７０】
なお、基材であるポリエチレン微多孔膜は、正極および負極とともに積層、巻回して巻回電極体とした際に、セパレータが巻回電極体の最外周を余分に巻回する長さとした。実施例１では、後述するように、巻回電極体において、より外周側に位置する電極が負極であり、セパレータが、巻回電極体において負極の巻回終端部から５５ｍｍ長くなるような長さとした。
【０１７１】
［非水電解液の調整］
炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）および炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）を、質量比ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３０：４０：３０で混合して非水溶媒とした後、非水溶媒に電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１．０ｍｏｌ／ｋｇの濃度で溶解させて非水電解液とした。
【０１７２】
［電池の組み立て］
正極と、セパレータと、負極とを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層し、負極が正極よりも外周側となるようにして積層体の長手方向に多数回巻回させた後、巻き終わり部分を粘着テープで固定することにより巻回電極体を形成した。このとき、巻回電極体の平均素子径は１７．３０ｍｍであり、巻回電極体の最外周においてセパレータの余剰分が約１周巻回する構成となった。
【０１７３】
なお、巻回電極体の平均素子径は、巻回電極体の中心部外径を３６０°回転させながら測定し、測定結果の最大径と最小径の平均値から算出した。巻回電極体の中心部外径は、ハイトゲージ（（株）ミツトヨ製、デジマチックハイトゲージＨＤＭ−ＡＸ）を用いて測定した。
【０１７４】
次に、正極リードを電池蓋と接合された安全弁に接合すると共に、負極リードを負極缶に接続した。巻回電極体を一対の絶縁板で挟んで電池缶の内部に収納した後、巻回電極体の中心にセンターピンを挿入した。
【０１７５】
続いて、電池缶の内部に絶縁板の上から非水電解液を注液した。最後に、電池缶の開放部に、安全弁、ディスクホルダ、遮断ディスクからなる安全弁機構、ＰＴＣ素子ならびに電池蓋を、絶縁封口ガスケットを介してかしめることにより密閉した。これにより、電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０、電池容量が２８００ｍＡｈの円筒型電池を作製した。
【０１７６】
＜実施例２＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例２において巻回電極体の平均素子径は１７．３８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約２周巻回する構成となった。
【０１７７】
＜実施例３＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から２１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例３において巻回電極体の平均素子径は１７．４６ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が４周弱巻回する構成となった。
【０１７８】
＜実施例４＞
負極集電体の厚さを１０μｍとし、セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例４において巻回電極体の平均素子径は１７．４８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約２周巻回する構成となった。
【０１７９】
＜比較例１＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、比較例１において巻回電極体の平均素子径は１７．２２ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約１／５周巻回する構成となった。
【０１８０】
＜比較例２＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から４１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、比較例２において巻回電極体の平均素子径は１７．６８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約７．５周巻回する構成となった。
【０１８１】
＜比較例３＞
負極集電体の厚さを１２μｍとし、セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例４において巻回電極体の平均素子径は１７．４８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約２周巻回する構成となった。
【０１８２】
［電池の評価］
（ａ）サイクル性能評価
各実施例および各比較例の円筒型電池を、２３℃雰囲気中、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．３Ｖとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．３Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了した。この満充電状態の円筒型電池を、４５℃雰囲気下で２時間保存した。続いて、電池電圧が３．０Ｖとなるまで定電流放電を行った。
【０１８３】
続いて、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．３Ｖとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．３Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了し、終止電圧３．０Ｖで定電流放電した際の放電容量を初回放電容量として測定した。続いて、同様の充放電条件での充放電サイクルを５００サイクル行い、５００サイクル目の放電容量を５００サイクル目放電容量として測定した。下記の式から、５００サイクル後劣化率を算出した。
５００サイクル後劣化率［％］＝｛１−（５００サイクル目の放電容量／初回放電容量）｝×１００
【０１８４】
（ｂ）電極切れ評価
各実施例および各比較例の円筒型電池を、２３℃雰囲気中、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．３Ｖとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．３Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了した。この満充電状態の円筒型電池を、４５℃雰囲気下で２時間保存した。続いて、電池電圧が３．０Ｖとなるまで定電流放電を行った。
【０１８５】
続いて、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．４Ｖ（０．１Ｖの過充電状態）となるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．４Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了し、終止電圧３．０Ｖで定電流放電する充放電サイクルを２０サイクル行った。この後、円筒型電池を解体し、巻回電極体を巻きほぐして電極破断の有無を確認した。電極切れ評価は、各実施例および比較例あたり５本の円筒型電池について電極が破断した本数を確認し、電極切れ発生率を算出した。
【０１８６】
以下の表１に、評価結果を示す。
【０１８７】
【表１】
【０１８８】
表１から分かるように、電極巻回電極体最外周部のセパレータ余剰長を５５ｍｍ以上２１０ｍｍ以下の範囲、すなわちＩＣＲ１８６５０サイズの円筒型電池において、巻回電極体の最外周部において余剰セパレータが１周以上４周未満で巻回されるように制御すると、サイクル劣化と電極切れをともに抑制することができた。これは、巻回電極体最外周部と電池缶との間にクッション性が付与されることで、負極活物質層の膨張に伴う巻回電極体の膨張時に、巻回電極体の外周側部分が電池缶によって圧迫されることを抑制できるためであると考えられる。
【０１８９】
これに対して、比較例１で示したセパレータ余剰長を１０ｍｍとした巻回型電池では、電極切れが顕著に発生した。これは、巻回電極体最外周部の全領域が余剰セパレータで覆われていないため、巻回電極体最外周部でのクッション性が十分でなく、巻回電極体に応力がかかったためであると考えられる。
【０１９０】
一方、比較例２で示したセパレータ余剰長を４１０ｍｍまで伸ばした巻回型電池では、電極切れは発生しないものの、劣化が顕著に発生した。これは、余剰セパレータにより巻回電極体の平均素子径が太くなりすぎてしまうために、電極膨張時に巻回電極体全体にかかる応力が高くなりすぎてしまうためであると考えられる。本技術の各実施例および比較例では、巻回型電池の電池容量が同じになるように設計されていることから、余剰セパレータが多いほど巻回電極体と電池缶との間のクリアランスが小さくなってしまう。
【０１９１】
さらに、比較例３で示した負極集電体厚みを１２μｍとした巻回型電池では、電極切れは発生しないものの、所定の電池容量を設計するために活物質層が厚くなり、サイクル時の劣化率が高くなった。これは、負極集電体が厚くなることにより電極切れは発生しにくくなるものの、巻回電極体の平均素子径が大きくなり、巻回電極体に対する応力が大きくなるためであると考えられる。
【０１９２】
また、比較例１から、薄い負極集電体を用いた場合は電池切れが顕著であるものの、本技術の巻回電極体を用いた各実施例は、負極集電体厚みを従来の厚みとした比較例３と同等の電池切れ発生率とすることができた。
【０１９３】
一般的に、集電体は厚い方が切れにくいため好ましい。一方、電池反応そのものに寄与しない集電体は、体積効率の観点からはできるだけ薄くすることが好ましい。本技術のように、体積効率の観点から、一般的には切れやすい薄い集電体を用いた場合に、余剰セパレータにより巻回電極体の外周部にクッション性を付与することで、サイクル特性の維持と電極切れの抑制の双方の効果を得ることができる。また、本技術では、電極にかかる応力を緩和することができるため、薄い集電体を用いることが可能であり、電極膨張時の応力がかかりにくくなる観点から、巻回電極体の平均素子径を小さくできる薄い集電体を用いることが好ましい。
【０１９４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例においては、巻回構造を有する二次電池について説明したが、本技術は、正極および負極を折り畳んだり、あるいは積み重ねた構造を有する二次電池に適用して、電極体に対するクッション性を得るようにすることができる。
【０１９５】
また、上記実施の形態および実施例においては、非水電解液またはゲル電解質を用いる場合について説明したが、本技術は、いかなる形態の非水電解質を用いる場合についても適用することができる。他の形態の非水電解質としては、例えば、非水電解液を含有しない全固体電解質等が挙げられる。
【０１９６】
更に、上記実施の形態および実施例では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本技術は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、または、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。
【０１９７】
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）等の他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属、またはアルミニウム等の他の軽金属を用いる場合についても、本技術を適用することができる。
【０１９８】
なお、本技術は、以下の構成をとることもできる。
［１］
帯状の正極集電体の少なくとも一方の面に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極集電体の少なくとも一方の面に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層および巻回された巻回電極体と、
非水電解質と、
上記巻回電極体と上記非水電解質とを収容する外装缶と
を備え、
上記巻回電極体が、
該巻回電極体の外周部に位置する上記セパレータの巻回終端部が、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極もしくは該負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成され、
上記巻回電極体の最外周部が、上記セパレータによって該巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されている
非水電解質電池。
［２］
電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０であり、
上記負極集電体の厚みが８μｍ以上１０μｍ以下である
［１］に記載の非水電解質電池。
［３］
上記負極集電体が、銅箔からなる
［２］に記載の非水電解質電池。
［４］
上記巻回電極体の平均素子径をＬとした際に、上記巻回電極体における上記セパレータの巻回終端部から、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極もしくは該負極のいずれかの巻回終端部までの距離Ｙが下記の式（１）で示される
［１］〜［３］のいずれかに記載の非水電解質電池。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
［５］
上記セパレータの厚みが１２μｍ以上２０μｍ以下である
［１］〜［４］のいずれかに記載の非水電解質電池。
［６］
上記セパレータが、
不織布もしくは樹脂材料を主成分とする微多孔性樹脂膜からなる基材と、
上記基材の少なくとも一方の表面に形成された、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む３次元網目構造を有する表面層と
からなる
［１］〜［５］のいずれかに記載の非水電解質電池。
［７］
上記表面層が、無機粒子を含有する
［６］に記載の非水電解質電池。
［８］
［１］に記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池について制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装とを有する電池パック。
［９］
［１］に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける電子機器。
［１０］
［１］に記載の非水電解質電池と、
前記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
［１１］
［１］に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
［１２］
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う
［１１］に記載の蓄電装置。
［１３］
［１］に記載の非水電解質電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
【符号の説明】
【０１９９】
１０…非水電解質電池、１１…電池缶、１２ａ，１２ｂ…絶縁板、１３…電池蓋、１４…安全弁、１４ａ…突出部、１５…ディスクホルダ、１６…遮断ディスク、１６ａ…孔部、１７…熱感抵抗素子、１８…ガスケット、１９…サブディスク、２０…巻回電極体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２１Ｃ…正極集電体露出部、２１Ｅ…正極巻回終端部、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２２Ｃ…負極集電体露出部、２２Ｅ…負極巻回終端部、２３…セパレータ、２３Ａ…セパレータ、２３Ｂ…セパレータ、２３Ｌ…余剰セパレータ、２３ａ…基材、２３ｂ…表面層、２４…センターピン、２５…正極リード、２６…負極リード、２７…固定部材、３０…非水電解質電池、３１…外装缶、３２…電池蓋、３３…電極ピン、３４…絶縁体、３５…貫通孔、３６…内圧開放機構、３６ａ…第１の開口溝、３６ｂ…第２の開口溝、３７…電解液注入口、３８…封止部材、４０…巻回電極体、４１…正極端子、１００…蓄電システム、１０１…住宅、１０２ａ…火力発電、１０２ｂ…原子力発電、１０２ｃ…水力発電、１０２…集中型電力系統、１０３…蓄電装置、１０４…発電装置、１０５…電力消費装置、１０５ａ…冷蔵庫、１０５ｂ…空調装置、１０５ｃ…テレビジョン受信機、１０５ｄ…風呂、１０６…電動車両、１０６ａ…電気自動車、１０６ｂ…ハイブリッドカー、１０６ｃ…電気バイク、１０７…スマートメータ、１０８…パワーハブ、１０９…電力網、１１０…制御装置、１１１…センサ、１１２…情報網、１１３…サーバ、２００…ハイブリッド車両、２０１…エンジン、２０２…発電機、２０３…電力駆動力変換装置、２０４ａ、２０４ｂ…駆動輪、２０５ａ、２０５ｂ…車輪、２０８…バッテリー、２０９…車両制御装置、２１０…各種センサ、２１１…充電口、３０１…組電池、３０１ａ…二次電池、３０２ａ…充電制御スイッチ、３０２ｂ…ダイオード、３０３ａ…放電制御スイッチ、３０３ｂ…ダイオード、３０４…スイッチ部、３０７…電流検出抵抗、３０８…温度検出素子、３１０…制御部、３１１…電圧検出部、３１３…電流測定部、３１４…スイッチ制御部、３１７…メモリ、３１８…温度検出部、３２１…正極端子、３２２…負極端子
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電池特性を維持するとともに電極の破断を抑制する非水電解質電池に関する。また、本技術は、この非水電解質電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピューター等の携帯情報電子機器の普及に伴い、これらの機器の高性能化、小型化および軽量化が図られている。これらの機器の電源には、使い捨ての一次電池や繰り返し使用できる二次電池が用いられているが、高性能化、小型化、軽量化、経済性等の総合的なバランスの良さから、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の需要が伸びている。また、これらの機器では、更なる高性能化や小型化等が進められており、リチウムイオン二次電池に関しても、高エネルギー密度化が要求されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池に使用される正極活物質および負極活物質は、比較的良好なサイクル特性を維持しながらの高容量化の観点で材料開発が進められている。しかしながら、リチウムを吸蔵、放出の可逆性を安定して維持できる材料は限られており、高容量化の手段は、一定体積に充填する活物質量を増やしていくという選択をせざるを得ない状況になっている。活物質の充填量を増やすことで、充電時の巻回電極体の膨張量も増加する。それにより、電池缶へ掛かる応力が増え、巻回電極体内部に配されている電極端部やリードなどの段差によりセパレータが局所的に引き伸ばされて、正極と負極との間の電極間距離が狭くなる。そして、この狭小部位に金属が析出し、内部短絡を引き起こす問題がある。
【０００４】
また、高容量化の観点から、一定体積中に充填する活物質量を最大限まで増やすために、充放電反応に寄与しない電極集電体およびセパレータ等は、より薄層化した設計となっている。セパレータと同様に、電極集電体は、電池充電時に局所的に引き伸ばされ破断に至る場合もある。この場合、電池内部での導通が確保できなくなるだけでなく、破断した電極集電体切断面がセパレータを貫通し、内部短絡を引き起こすことで、発火や破裂などの危険状態に発展するおそれもある。
【０００５】
このような問題に対して、例えば下記の特許文献１では、セパレータの厚み方向に存在する電極端部、電極リードなどの段差位置を適切に配置することで、応力を分散させる試みがなされている。
【０００６】
一方で、高容量化、高体積効率化を目的として、下記の特許文献２に示すように、セパレータを薄層化するとともに、耐酸化性を改善するためにセパレータ表面に無機物質と樹脂からなる耐熱層を形成する試みがなされている。また、下記の特許文献３のように、炭素系材料を上回る高容量負極として、リチウム合金系活物質も検討されており、リチウムの吸蔵、放出時の膨張収縮量を抑制する材料組成の検討も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９１０７６
【特許文献２】特開２００７−１８８７７７
【特許文献３】特開２００６−１３４７５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年の高容量化設計においてセパレータ厚みはより薄くなり、上述の特許文献１のように段差位置を制御するだけでは電極間の内部短絡を完全に抑制することが難しい。また、特許文献２および特許文献３のように、高容量化、高体積効率化等のような近年の要求を満たす電池構成では、特許文献１のような制御のみでは、内部短絡の完全な抑制がより困難となる。特に、特許文献２では、耐熱層を設けることで電極とセパレータとの間での摩擦が増加してしまい、電池膨張時の電極に対する拘束力が強くなり、電極集電体の破断に不利な設計となってしまう。また、特許文献３では、負極活物質として高容量の材料を用いるため、電池内部への負極活物質充填量を減らすことができるものの、負極活物質の膨張量が炭素系負極活物質よりも大きいために、巻回電極体の膨張は同様に起こり、電極集電体の破断等における内部短絡の危険性は回避できていない。
【０００９】
本技術は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池特性を維持するとともに電極の破断を抑制する非水電解質電池、ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解消するために、本技術の非水電解質電池は、帯状の正極集電体の少なくとも一方の面に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極集電体の少なくとも一方の面に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層および巻回された巻回電極体と、
非水電解質と、
巻回電極体と非水電解質とを収容する外装体と
を備え、
巻回電極体が、
巻回電極体の外周部に位置するセパレータの巻回終端部が、正極および負極のうち、より外周側に位置する正極および負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成され、
巻回電極体の最外周部が、セパレータによって巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されている
ことを特徴とする。
【００１１】
本技術の非水電解質電池では、巻回電極体の平均素子径をＬとした際に、巻回電極体におけるセパレータの巻回終端部から、正極および負極のうち、より外周側に位置する正極および負極のいずれかの巻回終端部までの距離Ｙが下記の式（１）で示されることが好ましい。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
【００１２】
さらに、本技術の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の非水電解質電池を備えることを特徴とする。
【００１３】
本技術の非水電解質電池は、巻回電極体と外装体との間にクッション性を付与することができるため、巻回電極体が膨張し、外装体の内壁と接触することにより巻回電極体にかかる応力を、巻回電極体最外周部のセパレータによって吸収・分散することができる。また、巻回電極体の最外周部に巻回するセパレータの長さを上述の範囲に調整することにより、クッション性を維持しつつ、充放電時において正極活物質層、負極活物質層等にかかる応力を大きくなりすぎないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本技術によれば、電池特性を低下させることなく電極の破断を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池の一構成例を示す断面図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の一構成例を示す断面図である。
【図３】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の一構成例を示す断面図である。
【図４】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の一構成例を示す断面図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に用いるセパレータの一構成例を示す断面図である。
【図６】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の他の構成例を示す断面図である。
【図７】本技術の第１の実施の形態にかかる円筒型非水電解質電池に収容される巻回電極体の他の構成例を示す断面図である。
【図８】本技術の第２の実施の形態にかかる角型非水電解質電池の一構成例を示す断面図である。
【図９】本技術の非水電解質電池を用いた電池パックの構成例を示すブロック図である。
【図１０】本技術の非水電解質電池を住宅用の蓄電システムに適用した例を示す概略図である。
【図１１】本技術の非水電解質電池が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下のように行う。
１．第１の実施の形態（本技術の巻回電極体を用いた円筒型非水電解質電池の例）
２．第２の実施の形態（本技術の巻回電極体を用いた角型非水電解質電池の例）
３．第３の実施の形態（非水電解質電池を用いた電池パックの例）
４．第４の実施の形態（非水電解質電池を用いた蓄電システム等の例）
【００１７】
１．第１の実施の形態
（１−１）非水電解質電池の構成
図１は、第１の実施の形態にかかる非水電解質電池１０の一例を示す断面図である。非水電解質電池１０は、例えば充電および放電が可能な非水電解質二次電池である。この非水電解質電池１０は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、図示しない液体状の非水電解質（以下、非水電解液と適宜称する）とともに帯状の正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して巻回された巻回電極体２０を有している。
【００１８】
電池缶１１は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回電極体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２ａ、１２ｂがそれぞれ配置されている。
【００１９】
電池缶１１の材料としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられる。この電池缶１１には、非水電解質電池１０の充放電に伴う電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、例えばニッケル等のメッキが施されていても良い。電池缶１１の開放端部には、正極リード板である電池蓋１３と、この電池蓋１３の内側に設けられた安全弁機構および熱感抵抗素子（ＰＴＣ素子：Positive Temperature Coefficient）１７が、絶縁封口のためのガスケット１８を介してかしめられることにより取り付けられている。
【００２０】
電池蓋１３は、例えば電池缶１１と同様の材料により構成されており、電池内部で発生したガスを排出するための開口部が設けられている。安全弁機構は、安全弁１４とディスクホルダ１５と遮断ディスク１６とが順に重ねられている。安全弁１４の突出部１４ａは遮断ディスク１６の中心部に設けられた孔部１６ａを覆うように配置されたサブディスク１９を介して巻回電極体２０から導出された正極リード２５と接続されている。サブディスク１９を介して安全弁１４と正極リード２５とが接続されることにより、安全弁１４の反転時に正極リード２５が孔部１６ａから引き込まれることを防止する。また、安全弁機構は、熱感抵抗素子１７を介して電池蓋１３と電気的に接続されている。
【００２１】
安全弁機構は、電池内部短絡あるいは電池外部からの加熱等により非水電解質電池１０の内圧が一定以上となった場合に、安全弁１４が反転し、突出部１４ａと電池蓋１３と巻回電極体２０との電気的接続を切断するものである。すなわち、安全弁１４が反転した際には遮断ディスク１６により正極リード２５が押さえられて安全弁１４と正極リード２５との接続が解除される。ディスクホルダ１５は絶縁性材料からなり、安全弁１４が反転した場合には安全弁１４と遮断ディスク１６とが絶縁される。
【００２２】
また、電池内部でさらにガスが発生し、電池内圧がさらに上昇した場合には、安全弁１４の一部が裂壊してガスを電池蓋１３側に排出可能としている。
【００２３】
また、遮断ディスク１６の孔部１６ａの周囲には例えば複数のガス抜き孔（図示せず）が設けられており、巻回電極体２０からガスが発生した場合にはガスを効果的に電池蓋１３側に排出可能な構成としている。
【００２４】
熱感抵抗素子１７は、温度が上昇した際に抵抗値が増大し、電池蓋１３と巻回電極体２０との電気的接続を切断することによって電流を遮断し、過大電流による異常な発熱を防止する。ガスケット１８は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００２５】
非水電解質電池１０内に収容される巻回電極体２０は、中空円筒形状のセンターピン２４を中心に巻回されている。センターピン２４は、電池内部の圧力異常時に巻回電極体２０の潰れを防止または抑制して内部短絡を防止するとともに、電池缶１１の底部で発生したガスを上部の安全弁機構側に移動させる機能を有する。センターピン２４は、軽くて強度の大きい金属材料、すなわちステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいはチタン（Ｔｉ）等から構成されることが好ましい。センターピン２４は、その外径をできるだけ小さくするとともに、中空部の内径をできるだけ大きくすることが好ましい。これにより、ガス排出能力を保ちつつ、体積効率を向上させることができる。
【００２６】
巻回電極体２０からは、正極２１と電気的に接続された正極リード２５と、負極２２と電気的に接続された負極リード２６とが導出されている。正極リード２５は、上述のように、安全弁１４に溶接されて電池蓋１３と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接されて電気的に接続されている。
【００２７】
［巻回電極体］
図２は、巻回電極体２０の外観を示す斜視図である。図３は、図２に示した巻回電極体２０の横断面図であり、巻回中心部を省略したものである。図４は、図３に示した巻回電極体２０の横断面図の一部を拡大して表すものである。
【００２８】
図２〜図４に示すように、巻回電極体２０は、帯状の正極２１と帯状の負極２２とをセパレータ２３を介して対向するようにして積層した積層電極体を長手方向に巻回し、必要に応じて巻回終端部を固定部材２７で固定したものである。正極２１および負極２２は、２枚のセパレータ２３（セパレータ２３Ａおよび２３Ｂ）とともに、正極２１、セパレータ２３Ａ、負極２２、セパレータ２３Ｂの順に積層および巻回されている。また、正極２１、負極２２およびセパレータ２３は、長手方向の一端を巻回始端部として、巻回始端部から巻回され、長手方向の他端を巻回終端部として、巻回電極体２０の最外周部で巻回を終了する。
【００２９】
図２および図３に示すように、本技術の巻回電極体２０は、巻回電極体の外周部が、正極２１および負極２２よりも充分に長く形成されたセパレータ２３によって、巻回電極体の外周部の１周以上４周未満の範囲で巻回されたものである。より具体的には、巻回電極体の外周部、すなわち積層電極体の巻回終端部において、正極２１および負極２２のうち、より外周側に位置する電極の巻回終端部よりも長く形成されたセパレータの巻回終端領域の長さが、巻回電極体２０の外周部の１周以上４周未満の長さとされているものである。
【００３０】
このように、巻回電極体２０の外周部がセパレータ２３によって巻回されることにより、巻回電極体２０と電池缶１１との間にクッション性を付与することができる。これにより、膨張した巻回電極体２０が電池缶１１の内壁と接触することにより巻回電極体にかかる応力を吸収・分散することができる。そして、巻回電極体２０が膨張した際に、巻回電極体２０の最外周部から巻回電極体２０の中心方向に向かってかかる応力（正極集電体２１Ａおよび負極集電体２２Ａに対する剪断応力）を低減することができ、正極集電体２１Ａおよび負極集電体２２Ａの破断を抑制することができる。
【００３１】
また、巻回電極体２０の最外周部に巻回するセパレータ２３の長さを上述の範囲に調整することにより、クッション性を維持しつつ、充放電時において正極活物質層２１Ｂ、負極活物質層２２Ｂ等にかかる応力を大きくなりすぎないようにすることができる。このため、サイクル特性等の電池特性を低下させることなく維持することもできる。
【００３２】
以下の説明および図では、セパレータ２３のうち、より外周側に位置する正極２１および負極２２のいずれかの巻回終端部よりも長い巻回終端領域を余剰セパレータ２３Ｌ、余剰セパレータ２３Ｌの長さ（余剰領域の長さ）をセパレータ余剰長と適宜称する。また、図３では、正極２１の巻回電極体２０外周側終端部である正極巻回終端部２１Ｅと、負極２２の巻回電極体２０外周側終端部である負極巻回終端部２２Ｅとが、ほぼ同位置にあり、かつ負極２２がより外周側に位置する巻回電極体２０の例を示す。また、図３は、巻回電極体２０の外周部が余剰セパレータ２３Ｌによって約２周巻回して覆われている状態を示す。
【００３３】
このように、セパレータ余剰長を巻回電極体２０の外周部に対して１周以上４周未満の長さとするには、巻回電極体の平均素子径（平均の直径）をＬとした場合に、下記の式（１）を満たすようにセパレータ余剰長Ｙを調整する必要がある。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
例えば、電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０である場合には、セパレータ余剰長Ｙが５３ｍｍ以上２２０ｍｍ以下程度となることが好ましい。
【００３４】
また、より好ましくは、巻回電極体２０の外周部が、余剰セパレータ２３Ｌによって巻回電極体２０の外周の１周以上３周未満巻回された巻回電極体２０である。この場合には、巻回電極体の平均素子径（平均の直径）をＬとした場合に、下記の式（２）を満たすようにセパレータ余剰長Ｙを調整する必要がある。
３．１Ｌ＜Ｙ＜９．４Ｌ ・・・式（２）
【００３５】
上述の範囲外にセパレータ余剰長が短く、余剰セパレータ２３Ｌによって巻回される周回数が１周未満となった場合には、充分なクッション性が得られないため好ましくない。この場合、電極膨張時に電池缶１１によって巻回電極体２０にかかる応力を余剰セパレータ２３Ｌによって吸収・分散することができにくくなり、電極切れやそれに伴う内部短絡、または電池特性の低下が生じる。
【００３６】
一方、上述の範囲外にセパレータ余剰長が長い場合には、巻回電極体２０の外周部に巻回される余剰セパレータ２３Ｌの巻回数が多くなりすぎるため、電池缶１１内における余剰セパレータ２３Ｌの占有割合が大きくなり好ましくない。この場合、巻回電極体２０のサイズが小さくなり、電池容量が低下してしまう。また、電池容量を低減させないために巻回電極体２０のサイズを維持する場合には、余剰セパレータ２３Ｌにより巻回電極体２０にかかる応力が大きくなり、電極切れやそれに伴う内部短絡、または電池特性の低下が生じる。余剰セパレータ２３Ｌの巻回数が多くなりすぎた場合には、クッション効果が得られにくく、また、余剰セパレータによって付与されるクッション効果以上に巻回電極体２０が圧迫されてしまう。
【００３７】
以下、正極２１、負極２２、セパレータ２３について、詳細に説明する。
【００３８】
［正極］
正極２１は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体２１Ａの片面のみに正極活物質層２１Ｂを設けるようにしてもよい。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔により構成されている。
【００３９】
正極活物質層２１Ｂは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００４０】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、（化Ｉ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、（化II）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、（化III）、（化IV）もしくは（化Ｖ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、（化VI）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または（化VII）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉaＣｏＯ2（ａ≒１）、ＬｉbＮｉＯ2（ｂ≒１）、Ｌｉc1Ｎｉc2Ｃｏ1-c2Ｏ2（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、ＬｉdＭｎ2Ｏ4（ｄ≒１）またはＬｉeＦｅＰＯ4（ｅ≒１）などがある。
【００４１】
（化Ｉ）
ＬｉpＮｉ(1-q-r)ＭｎqＭ１rＯ(1-y)Ｘz
（式中、Ｍ１は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）を除く２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素（Ｏ）以外の１６族元素および１７族元素のうち少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、−０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
【００４２】
（化II）
ＬｉaＭ２bＰＯ4
（式中、Ｍ２は、２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
【００４３】
（化III）
ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ３hＯ(1-j)Ｆk
（式中、Ｍ３は、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、−０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４４】
（化IV）
ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ４nＯ(1-p)Ｆq
（式中、Ｍ４は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、−０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４５】
（化Ｖ）
ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ５sＯ(1-t)Ｆu
（式中、Ｍ５は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、−０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４６】
（化VI）
ＬｉvＭｎ(1-w)Ｍ６wＯxＦy
（式中、Ｍ６は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４７】
（化VII）
ＬｉzＭ７ＰＯ4
（式中、Ｍ７は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タングステン（Ｗ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４８】
更にまた、より高い電極充填性とサイクル特性が得られるという観点から、上記リチウム含有化合物のいずれかより成る芯粒子の表面を、他のリチウム含有化合物のいずれかより成る微粒子で被覆した複合粒子としてもよい。
【００４９】
この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）または二酸化マンガン（ＭｎＯ2）などである。二硫化物は、例えば、二硫化鉄（ＦｅＳ2）、二硫化チタン（ＴｉＳ2）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）などである。カルコゲン化物は、特に層状化合物やスピネル型化合物が好ましく、例えば、セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2）などである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンあるいはポリピロールなどである。もちろん、正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
【００５０】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも１種が用いられる。
【００５１】
［負極］
負極２２は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体２２Ａの片面のみに負極活物質層２２Ｂを設けるようにしてもよい。
【００５２】
負極集電体２２Ａは、例えば、銅（Ｃｕ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔またはステンレス（ＳＵＳ）等の金属箔により構成されている。中でも、特に銅箔を用いることが好ましい。本技術における負極集電体２２Ａは、従来よりも厚さが小さいことが好ましい。例えば、電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０である場合には、負極集電体２２Ａの厚さが８μｍ以上１０μｍ以下の範囲であることが好ましい。従来、この電池形状の非水電解質電池１０においては、負極集電体２２Ａの厚さが例えば１２μｍ以上２０μｍ以下の範囲で用いられており、充放電に伴う電極の破断の問題は生じにくかった。一方、体積効率の観点から、電池容量に直接寄与しない負極集電体２２Ａの厚さを小さくすることが求められているが、一般的に薄い集電体は破断しやすい。本技術のように、巻回電極体２０の外周部に余剰セパレータ２３Ｌを巻回させた構成は、負極集電体２２Ａにかかる応力を低減することができるため、電極の破断が生じやすい厚さ８μｍ以上１０μｍ以下の範囲の負極集電体２２Ａを用いた場合に特に効果的である。
【００５３】
なお、上述の負極集電体２２Ａの厚み範囲は、上述の電池形状の場合に好適な範囲であり、より電池径、電池高さが大きい非水電解質電池１０の場合には、負極集電体２２Ａについて、上述の厚み範囲よりもやや厚くなる。
【００５４】
また、この負極集電体２２Ａの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体２２Ａと負極活物質層２２Ｂとの間の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層２２Ｂと対向する領域において、負極集電体２２Ａの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理により微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法により負極集電体２２Ａの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。なお、負極集電体２２Ａの表面粗さは、任意に設定可能である。
【００５５】
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層２１Ｂと同様の導電剤および結着剤を含んで構成されている。
【００５６】
なお、この非水電解質電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極２１の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極２２にリチウム金属が析出しないようになっている。
【００５７】
また、この非水電解質電池は、完全充電状態における開回路電圧（すなわち電池電圧）が、例えば４．２０Ｖ以上６．００Ｖ以下の範囲内になるように設計されている。また、例えば、満充電状態における開回路電圧が４．２５Ｖ以上６．００Ｖ以下とされることが好ましい。満充電状態における開回路電圧が４．２５Ｖ以上とされる場合は、４．２０Ｖの電池と比較して、同じ正極活物質であっても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるため、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整される。これにより、高いエネルギー密度が得られるようになっている。
【００５８】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭等の炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
【００５９】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本技術において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００６０】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
【００６１】
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）は、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。
【００６２】
スズ（Ｓｎ）の合金としては、例えば、スズ（Ｓｎ）以外の第２の構成元素として、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素（Ｓｉ）の合金としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）以外の第２の構成元素として、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００６３】
スズ（Ｓｎ）の化合物あるいはケイ素（Ｓｉ）の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズ（Ｓｎ）またはケイ素（Ｓｉ）に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００６４】
中でも、この負極材料としては、スズ（Ｓｎ）と、コバルト（Ｃｏ）と、炭素（Ｃ）とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズ（Ｓｎ）とコバルト（Ｃｏ）との合計に対するコバルト（Ｃｏ）の割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＳｎＣｏＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
【００６５】
このＳｎＣｏＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）またはビスマス（Ｂｉ）が好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００６６】
なお、このＳｎＣｏＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素（Ｃ）の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズ（Ｓｎ）等が凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素（Ｃ）が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００６７】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoelectron Spectroscopy）が挙げられる。ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＳｎＣｏＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＳｎＣｏＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００６８】
なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００６９】
［セパレータ］
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。また、セパレータ２３は、正極２１および負極２２よりも巻回終端部を長く形成し、巻回電極体２０の外周部を１周以上４周未満巻回することにより、巻回電極体２０と電池缶１１との間にクッション性を付与するものである。セパレータ２３には、非水電解液が含浸されている。この非水電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
【００７０】
セパレータ２３は、例えば、不織布もしくは樹脂材料を主成分とする微多孔性樹脂膜である。樹脂材料としては、例えばポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。ポリオレフィンを主成分とする微多孔膜は、ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池安全性を図ることができるからである。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）の単体またはこれらの混合体を用いることが好ましい。
【００７１】
セパレータ２３は、ポリオレフィン以外にもポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂材料のいずれかを含むようにしてもよい。耐酸化性に優れるためである。また、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる微多孔性樹脂膜と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂からなる微多孔性樹脂膜とを積層した構造とされていてもよい。
【００７２】
さらに、図５に示すように、基材２３ａの少なくとも一方の表面に、金属酸化物等の無機粒子を含む樹脂層からなる表面層２３ｂを設けた構成としても良い。なお、図５は、基材２３ａの両面に表面層２３ｂを設けた構成の断面図を示す。
【００７３】
基材２３ａとしては、一般的にセパレータとして用いることが可能な微多孔性樹脂膜が用いられる。具体的には、上述の様なポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、もしくはその混合樹脂からなる微多孔性樹脂膜、あるいは、ポリオレフィン系樹脂からなる微多孔性樹脂膜とフッ素系樹脂からなる微多孔性樹脂膜との積層樹脂膜等が用いられる。
【００７４】
表面層２３ｂを構成する樹脂材料としては、耐熱性樹脂、耐酸化性樹脂等が好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル等が挙げられる。耐熱性樹脂としては、融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が１８０℃以上の樹脂材料が好ましい。
【００７５】
表面層２３ｂを構成する無機粒子としては、電気絶縁性の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等を挙げることができる。金属酸化物としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）等を好適に用いることができる。金属窒化物としては、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を好適に用いることができる。金属炭化物としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）等を好適に用いることができる。これらセラミックスは、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。セパレータ２３の表面層２３ｂにこれら無機粒子を含む場合には、例えば３次元網目構造を有する樹脂材料に無機粒子が担持されることが好ましい。
【００７６】
無機粒子は耐熱性を有し、セパレータ２３の収縮を抑制するため好ましい。また、無機粒子は耐酸化性を有し、電極、特に充電時の正極近傍における酸化環境に対して強い耐性を有する。このため、セパレータ２３の表面層２３ｂが酸化環境に晒されて劣化し、基材２３ａの引裂強度を補ってセパレータ２３全体としての引裂強度を向上させる効果が低減することを抑制することができる。このため、セラミックスが混合された表面層２３ｂが基材２３ａの一方の面のみに形成されたセパレータ２３を用いる場合、表面層２３ｂは、正極に対向する面に形成されることが好ましい。
【００７７】
無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状およびランダム形状等の形状を有する無機粒子のいずれも用いることができる。
【００７８】
無機粒子は、セパレータ２３の強度に与える影響、塗工面の平滑性の観点から、一次粒子の平均粒径を表面層２３ｂの厚さに対して、５０％以下とすることが好ましい。特に、一次粒子の平均粒径は１．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましく、特に、１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲であることが好ましい。なお、平均粒径はレーザ回折散乱法により測定される平均粒径（Ｄ５０）である。このような一次粒子の平均粒径は、電子顕微鏡により得た写真を、粒子径計測器で解析する方法により測定することができる。
【００７９】
無機粒子の一次粒子の平均粒径をこの範囲とすることにより、正極２１および負極２２間の距離を小さくすることができる。このため、限られたスペースで活物質充填量を充分に得ることができ、高い電池容量を得ることができる。また、無機粒子の一次粒子の平均粒径が大きすぎる場合には、セパレータ２３が脆くなる、セパレータ２３表面（無機粒子含有樹脂の塗工面）が粗くなる、または無機粒子を含む樹脂溶液を基材２３ａ上に塗布して表面層２３ｂを形成する場合に、無機粒子を含む樹脂溶液が塗布されない部分が生じる等の問題が起こるおそれがある。
【００８０】
セパレータ２３の厚みは、１２μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。基材２３ａと表面層２３ｂとの積層構造を有するセパレータ２３についても同様である。上記範囲外にセパレータ２３が薄い場合、セパレータとしての機能を充分に得られず、また、本技術の特徴である、巻回電極体２０の外周部におけるクッション性に劣る。上述の範囲外にセパレータ２３が厚い場合には、電池の体積効率が低下したり、巻回電極体２０と電池缶１とのクリアランスが小さくなり、巻回電極体２０にかかる応力が大きくなる。
【００８１】
なお、一般的に、上述の様な積層構造のセパレータを用いた場合には、正極２１および負極２２と、セパレータ２３との間の摩擦が増加してしまう。このため、活物質層膨張時において、正極２１および負極２２と、セパレータ２３との拘束力が強くなり、集電体の破断には不利な設計となってしまう。しかしながら、本技術の構成を用いることで、巻回電極体２０と電池缶１１との間で生じる応力を低減することができるため、全体として電極の破断が生じにくくなるため好ましい。
【００８２】
なお、表面層２３ｂは、無機粒子を含有しない、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む樹脂材料からなる樹脂層としてもよい。
【００８３】
［非水電解液］
非水電解液は、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む。
【００８４】
電解質塩は、例えば、リチウム塩等の軽金属化合物の１種あるいは２種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳｉＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）あるいは臭化リチウム（ＬｉＢｒ）等が挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。
【００８５】
非水溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンあるいはε−カプロラクトン等のラクトン系溶媒、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチル等の炭酸エステル系溶媒、１，２−ジメトキシエタン、１−エトキシ−２−メトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランあるいは２−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、スルフォラン系溶媒、リン酸類、リン酸エステル溶媒、またはピロリドン類等の非水溶媒が挙げられる。溶媒は、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００８６】
また、非水溶媒として、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルを混合して用いることが好ましく、環状炭酸エステルまたは鎖状炭酸エステルの水素の一部または全部がフッ素化された化合物を含むことがより好ましい。このフッ素化された化合物としては、フルオロエチレンカーボネート（４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン：ＦＥＣ）およびジフルオロエチレンカーボネート（４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン：ＤＦＥＣ）を用いることが好ましい。負極活物質としてケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の化合物を含む負極２２を用いた場合であっても、充放電サイクル特性を向上させることができるためである。なかでも、非水溶媒としてジフルオロエチレンカーボネートを用いることが好ましい。サイクル特性改善効果に優れるためである。
【００８７】
（１−２）非水電解質電池の製造方法
［正極の製造方法］
正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。
【００８８】
［負極の製造方法］
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。
【００８９】
［セパレータの製造方法］
基材２３ａおよび表面層２３ｂが積層した構成としたセパレータ２３は、下記の方法により製造することができる。
【００９０】
まず、表面層２３ｂを構成する樹脂材料および無機粒子と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の分散溶媒とを、所定の質量比で混合し、樹脂材料をＮ−メチル−２−ピロリドンに十分に溶解させて、樹脂材料が溶解された樹脂溶液スラリーを作製する。このとき、ビーズミル等の攪拌性の高い装置を用いて攪拌することが好ましい。
【００９１】
ここで、分散溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルスルフォキシド、トルエン等が用いられるが、溶解性および高分散性の観点からＮ−メチル−２−ピロリドンを用いることが好ましい。
【００９２】
続いて、卓上コーター等の塗布装置を用いて、作製した樹脂溶液スラリーを基材２３ａの表面に塗布する。基材２３ａは、例えばポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等を、一軸延伸もしくは二軸延伸により微多孔性樹脂膜としたものである。次に、樹脂溶液スラリーを塗布した基材２３ａを水浴に所定時間浸漬する。樹脂溶液スラリーを塗布した基材２３ａを、樹脂材料に対して貧溶媒であり、かつ樹脂材料を溶解させる分散溶媒に対しては良溶媒である水等に接触させることにより、樹脂溶液スラリーを相分離させ、最後に熱風にて乾燥させることにより、基材２３ａの表面に表面層２３ｂが形成されたセパレータ２３を得る。
【００９３】
このような方法を用いることにより、急激な貧溶媒誘起相分離現象により表面層２３ｂが形成され、表面層２３ｂは、共重合体による骨格が微細な三次元網目状に連結した構造を有する。すなわち、樹脂材料を溶解した樹脂溶液スラリーを塗布した基材２３ａを水等の溶媒に接触させることで、溶媒交換が起こる。これにより、樹脂溶液スラリーにおいてスピノーダル分解を伴う急激な（速度の速い）相分離が生じ、樹脂材料が独特の三次元網目構造を有するようになる。
【００９４】
このようにして作製した表面層２３ｂは、独特の多孔構造を形成している。そして、無機粒子が樹脂材料の三次元網目構造に担持される。この構造によって、優れた非水電解液含浸性およびイオン導電性を実現可能としている。
【００９５】
また、無機粒子を含有する表面層２３ｂの形成方法は、上述の方法に限られない。例えば、溶融された樹脂材料と無機粒子とを混合することにより、樹脂材料と無機粒子との間の相互作用により樹脂材料と無機粒子との間の一部分に空隙が生じる。このような空隙を生じさせた状態で樹脂材料を凝固させることにより、セパレータ２３の一部として機能する、多孔性の表面層２３ｂを形成してもよい。
【００９６】
なお、表面層２３ｂは、無機粒子を含有しない、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む樹脂材料からなる樹脂層としてもよい。
【００９７】
［非水電解液の調製］
非水電解液は、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
【００９８】
［非水電解質電池の組み立て］
正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接等により取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接等により取り付ける。その後、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して巻回し巻回電極体２０とする。このとき、巻回電極体２０の最外周部が、セパレータ２３の巻回終端部の余剰部（余剰セパレータ２３Ｌ）によって巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されるようにする。
【００９９】
続いて、正極リード２５の先端部を安全弁機構に溶接すると共に、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接する。この後、巻回電極体２０の巻回面を一対の絶縁板１２，１３で挟み、電池缶１１の内部に収納する。巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収納したのち、非水電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。そののち、電池缶１１の開口端部に電池蓋１３、安全弁機構および熱感抵抗素子１７をガスケット１８を介してかしめることにより固定する。これにより、図１に示した非水電解質電池が形成される。
【０１００】
この非水電解質電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層２１Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して負極活物質層２２Ｂに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層２２Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して正極活物質層２１Ｂに吸蔵される。
【０１０１】
（１−３）第１の実施の形態における変形例
図６に、巻回電極体２０の第１の変形例を示す。図６では、巻回電極体２０の巻回最外周部において、例えば１周にわたって負極集電体２２Ａの露出部が設けられたものである。
【０１０２】
すなわち、図６の巻回電極体２０では、負極２２の巻回終端部において、負極集電体２２Ａの片面上に負極活物質層２２Ｂを形成しない領域である負極集電体露出部２２Ｃを、巻回電極体２０の外周１周分の領域に形成する。負極集電体露出部２２Ｃは、巻回電極体２０の外周側面に設けるようにする。これにより、負極２２の正極活物質層２１Ｂと対向しない部分に、電池反応に寄与しない負極活物質層２２Ｂが形成されないようにすることができる。
【０１０３】
また、図７に、巻回電極体２０の第２の変形例を示す。図７では、巻回電極体２０の巻回外周部において、例えば１周にわたって正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとがセパレータ２３を介して対向する集電体対向部が設けられたものである。
【０１０４】
すなわち、図７の巻回電極体２０では、正極２１の巻回終端部において、正極集電体２１Ａ上に正極活物質層２１Ｂを形成しない領域である正極集電体露出部２１Ｃを形成する。また、同様に負極２２の巻回終端部において、負極集電体２２Ａ上に負極活物質層２２Ｂを形成しない領域である負極集電体露出部２２Ｃを形成する。正極集電体露出部２１Ｃは、負極集電体露出部２２Ｃと対向する領域に設ける。このとき、例えば正極集電体露出部２１Ｃと負極集電体露出部２２Ｃとの寸法差を２ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、正極２１および負極２２の巻き終わり部分では、正極集電体露出部２１Ｃと負極集電体露出部２２Ｃとが対向する集電体対向部が設けられる。
【０１０５】
このような集電体対向部を設けることにより、非水電解質電池１０が外部から潰される等により変形・圧壊した場合に、正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとが接触し、低抵抗の短絡を生じさせることができる。これにより、非水電解質電池１０の変形・圧壊時に、急激な大電流が生じ、異常発熱や発煙等のいわゆる熱暴走を生じさせにくくすることができる。
【０１０６】
〔効果〕
第１の実施の形態の非水電解質電池は、電池容量および電池特性の維持、ならびに電極切れの抑制効果を得ることができる。
【０１０７】
２．第２の実施の形態
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、巻回電極体の最外周に余剰セパレータを巻回させてクッション性を付与した角型非水電解質電池について説明する。
【０１０８】
（２−１）非水電解質電池の構成
図８は、第２の実施の形態にかかる非水電解質電池３０の構成を表すものである。この非水電解質電池は、いわゆる角型電池といわれるものであり、巻回電極体４０を角型の外装缶３１内に収容したものである。
【０１０９】
非水電解質電池３０は、角筒状の外装缶３１と、この外装缶３１内に収納される発電要素である巻回電極体４０と、外装缶３１の開口部を閉じる電池蓋３２と、電池蓋３２の略中央部に設けられた電極ピン３３等によって構成されている。
【０１１０】
外装缶３１は、例えば、鉄（Ｆｅ）等の導電性を有する金属によって、中空で有底の角筒体として形成されている。この外装缶３１の内面は、例えば、ニッケルめっきを施したり導電性塗料を塗布する等して、外装缶３１の導電性を高める構成とすることが好ましい。また、外装缶３１の外周面は、例えば、プラスチックシートや紙等によって形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗布されて保護されてもよい。電池蓋３２は、外装缶３１と同じく、例えば、鉄（Ｆｅ）等の導電性を有する金属により形成されている。
【０１１１】
巻回電極体４０は、正極および負極をセパレータを介して積層し、小判型に細長く巻回することによって得られる。正極、負極、セパレータおよび非水電解液は、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。また、正極および負極と、セパレータの間には、非水電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の非水電解質層（ゲル電解質層）が形成されていてもよい。
【０１１２】
このような構成を有する巻回電極体４０には、正極集電体に接続された多数の正極端子４１と、負極集電体に接続された多数の負極端子とが設けられている。すべての正極端子４１および負極端子は、巻回電極体４０の軸方向の一端に導出されている。そして、正極端子４１は、電極ピン３３の下端に溶接等の固着手段によって接続されている。また、負極端子は外装缶３１の内面に溶接等の固着手段によって接続されている。
【０１１３】
電極ピン３３は導電性の軸部材からなり、その頭部を上端に突出させた状態で絶縁体３４によって保持されている。この絶縁体３４を介して電極ピン３３が電池蓋３２の略中央部に固定されている。絶縁体３４は絶縁性の高い材料で形成されていて、電池蓋３２の表面側に設けた貫通孔３５に嵌合されている。また、貫通孔３５には電極ピン３３が貫通され、その下端面に正極端子４１の先端部が固定されている。
【０１１４】
このような電極ピン３３等が設けられた電池蓋３２が、外装缶３１の開口部に嵌合されており、外装缶３１と電池蓋３２との接触面が溶接等の固着手段で接合されている。これにより、外装缶３１の開口部が電池蓋３２により密封されて、気密および液密に構成されている。この電池蓋３２には、外装缶３１内の圧力が所定値以上に上昇したときに当該電池蓋３２の一部を破断させて内部圧力を外部に逃がす（放出させる）内圧開放機構３６が設けられている。
【０１１５】
内圧開放機構３６は、電池蓋３２の内面において長手方向に直線的に延在された２本の第１の開口溝３６ａ（第１の開口溝３６ａのうちの１本は図示せず）と、同じく電池蓋３２の内面において長手方向と直交する幅方向に延在されて両端が２本の第１の開口溝３６ａに連通される第２の開口溝３６ｂとから構成されている。２本の第１の開口溝３６ａは、電池蓋３２の幅方向に対向するように位置する長辺側２辺の内側近傍において電池蓋３２の長辺側外縁に沿うように互いに平行に設けられている。また、第２の開口溝３６ｂは、電極ピン３３の長手方向の一側において一方の短辺側外縁と電極ピン３３との略中央部に位置するように設けられている。
【０１１６】
第１の開口溝３６ａおよび第２の開口溝３６ｂは、例えばともに断面形状が下面側に開口したＶ字形状とされている。なお、第１の開口溝３６ａおよび第２の開口溝３６ｂの形状は、この実施の形態に示すＶ字形に限定されるものではない。例えば、第１の開口溝３６ａおよび第２の開口溝３６ｂの形状をＵ字形や半円形としてもよい。
【０１１７】
［セパレータ］
セパレータは、第２の実施の形態におけるセパレータ２３と同様の構成とすることができる。
【０１１８】
［ゲル電解質層］
ゲル電解質層は、第１の実施の形態に記載された非水電解液を高分子化合物に保持させたものである。ゲル電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。
【０１１９】
非水電解液を保持する高分子化合物は、非水溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）あるいはビニリデンフルオライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）あるいはポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）を含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）あるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を繰返し単位として含むものなどが挙げられる。高分子化合物には、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【０１２０】
特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましく、中でも、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとを成分として含む共重合体が好ましい。さらに、この共重合体は、マレイン酸モノメチルエステル（ＭＭＭ）などの不飽和二塩基酸のモノエステル、三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）などのハロゲン化エチレン、炭酸ビニレン（ＶＣ）などの不飽和化合物の環状炭酸エステル、またはエポキシ基含有アクリルビニルモノマーなどを成分として含んでいてもよい。より高い特性を得ることができるからである。
【０１２１】
非水電解液としては、第１の実施の形態と同様のものを用いることができる。
【０１２２】
（２−２）非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【０１２３】
［正極および負極の製造方法］
正極および負極は、第１の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
【０１２４】
［非水電解質電池の組み立て］
まず、正極および負極のそれぞれに、非水電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル電解質層を形成する。次に、ゲル電解質層が形成された正極および負極を用いて、第１の実施の形態と同様の方法により小判型に細長く巻回された巻回電極体４０を作製する。続いて、巻回電極体４０を例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）などの金属よりなる角型缶である外装缶３１内に収容する。
【０１２５】
そして、電池蓋３２に設けられた電極ピン３３と、巻回電極体４０から導出された正極端子４１とを接続した後、電池蓋３２にて封口し、電解液注入口３７から非水電解液を注入して封止部材３８にて封止する。以上によって、この非水電解質電池を得ることができる。
【０１２６】
〔効果〕
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
３．第３の実施の形態
第３の実施の形態では、第１の実施の形態および第２の実施の形態における非水電解質電池を用いた非水電解質電池が備えられた電池パックについて説明する。
【０１２８】
図９は、本技術の非水電解質電池を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池３０１、外装、充電制御スイッチ３０２ａと、放電制御スイッチ３０３ａとを備えるスイッチ部３０４、電流検出抵抗３０７、温度検出素子３０８、制御部３１０を備えている。
【０１２９】
また、電池パックは、正極端子３２１および負極端子３２２を備え、充電時には正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
【０１３０】
組電池３０１は、複数の非水電解質電池３０１ａを直列および／または並列に接続してなる。この非水電解質電池３０１ａは本技術の非水電解質電池である。なお、図９では、６つの非水電解質電池３０１ａが、２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された場合が例として示されているが、その他、ｎ並列ｍ直列（ｎ，ｍは整数）のように、どのような接続方法でもよい。
【０１３１】
スイッチ部３０４は、充電制御スイッチ３０２ａおよびダイオード３０２ｂ、ならびに放電制御スイッチ３０３ａおよびダイオード３０３ｂを備え、制御部３１０によって制御される。ダイオード３０２ｂは、正極端子３２１から組電池３０１の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子３２２から組電池３０１の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード３０３ｂは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、例では＋側にスイッチ部を設けているが、−側に設けてもよい。
【０１３２】
充電制御スイッチ３０２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチのＯＦＦ後は、ダイオード３０２ｂを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
【０１３３】
放電制御スイッチ３０３ａは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に放電電流が流れないように制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａのＯＦＦ後は、ダイオード３０３ｂを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
【０１３４】
温度検出素子３０８は例えばサーミスタであり、組電池３０１の近傍に設けられ、組電池３０１の温度を測定して測定温度を制御部３１０に供給する。電圧検出部３１１は、組電池３０１およびそれを構成する各非水電解質電池３０１ａの電圧を測定し、この測定電圧をＡ／Ｄ変換して、制御部３１０に供給する。電流測定部３１３は、電流検出抵抗３０７を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部３１０に供給する。
【０１３５】
スイッチ制御部３１４は、電圧検出部３１１および電流測定部３１３から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部３０４の充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａを制御する。スイッチ制御部３１４は、非水電解質電池３０１ａのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部３０４に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。
【０１３６】
ここで、例えば、非水電解質電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【０１３７】
充放電スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを使用できる。この場合ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードがダイオード３０２ｂおよび３０３ｂとして機能する。充放電スイッチとして、Ｐチャンネル型ＦＥＴを使用した場合は、スイッチ制御部３１４は、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａのそれぞれのゲートに対して、制御信号ＤＯおよびＣＯをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａはＰチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号ＣＯおよびＤＯをローレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＮ状態とする。
【０１３８】
そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号ＣＯおよびＤＯをハイレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＦＦ状態とする。
【０１３９】
メモリ３１７は、ＲＡＭやＲＯＭからなり例えば不揮発性メモリであるＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等からなる。メモリ３１７では、制御部３１０で演算された数値や 、製造工程の段階で測定された各非水電解質電池３０１ａの初期状態における電池の内部抵抗値等が予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。 （また、非水電解質電池３０１ａの満充電容量を記憶させておくことで、制御部３１０とともに例えば残容量を算出することができる。
【０１４０】
温度検出部３１８では、温度検出素子３０８を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行う。
【０１４１】
４．第４の実施の形態
第４の実施の形態では、第１および第２の実施の形態にかかる非水電解質電池および第３の実施の形態にかかる電池パックを搭載した電子機器、電動車両および蓄電装置等の機器について説明する。第２〜第３の実施の形態で説明した非水電解質電池および電池パックは、電子機器や電動車両、蓄電装置等の機器に電力を供給するために使用することができる。
【０１４２】
電子機器として、例えばノート型パソコン、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、 エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機等が挙げられる。
【０１４３】
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）等が挙げられ、これらの駆動用電源または補助用電源として用いられる。
【０１４４】
蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源等が挙げられる。
【０１４５】
以下では、上述した適用例のうち、本技術の非水電解質電池を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。
【０１４６】
この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第１の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第２の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第３の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
【０１４７】
さらに、第４の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第５の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第６の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、蓄電システムについて説明する。
【０１４８】
（４−１）応用例としての住宅における蓄電システム
本技術の非水電解質電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１０を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【０１４９】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサ１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【０１５０】
蓄電装置１０３に対して、本技術の非水電解質電池が適用される。本技術の非水電解質電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせてもよい。
【０１５１】
各種のセンサ１１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種のセンサ１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサ１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
【０１５２】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）またはＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【０１５３】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていてもよい。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信してもよいが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されてもよい。
【０１５４】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種のセンサ１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていてもよい。
【０１５５】
以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【０１５６】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【０１５７】
（４−２）応用例としての車両における蓄電システム
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１１を参照して説明する。図１１に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【０１５８】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリー２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリー２０８に対して、上述した本技術の非水電解質電池が適用される。
【０１５９】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリー２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等が含まれる。
【０１６０】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリー２０８に蓄積することが可能である。
【０１６１】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両２００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリー２０８に蓄積される。
【０１６２】
バッテリー２０８は、ハイブリッド車両２００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【０１６３】
図示しないが、非水電解質電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行う情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置等がある。
【０１６４】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
【実施例】
【０１６５】
以下、実施例により、本技術を詳細に説明する。なお、本技術の構成は下記の実施例に限定されるものではない。
【０１６６】
＜実施例１＞
［正極の作製］
正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９５質量％と、導電剤としてグラファイト２質量％と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）３質量％とを混合して正極合剤とし、正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを得た。次に、この正極合剤スラリーを、正極集電体である厚み１５μｍの帯状アルミニウム（Ａｌ）箔の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層を形成した。このとき、帯状アルミニウム箔の巻回始端側端部、巻回終端側端部のそれぞれにおいて、正極集電体露出部を形成するようにして正極合剤スラリーを塗布した。最後に、露出した正極集電体の一端にアルミニウム（Ａｌ）製の正極リードを溶接して取り付けて正極とした。
【０１６７】
［負極の作製］
負極活物質として黒鉛粉末９６質量％と、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）２質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）２質量％とを混合して負極合剤とし、負極合剤をイオン交換水に分散させて負極合剤スラリーを得た。次に、この負極合剤スラリーを、負極集電体である厚み８μｍの帯状銅（Ｃｕ）箔の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層を形成した。このとき、帯状銅箔の巻回始端側端部、巻回終端側端部のそれぞれにおいて、負極集電体露出部を形成するようにして負極合剤スラリーを塗布した。最後に、露出した負極集電体の一端にニッケル（Ｎｉ）製の負極リードを溶接して取り付けて負極とした。
【０１６８】
［セパレータの作製］
平均粒径０．５μｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子（住友化学（株）製ＡＫＰ−３０００、アルミナ含有量９９．９９５重量％以上）と質量平均分子量が約１００万のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、質量比９：１で混合し、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させ、ビーズミルを用いて攪拌して樹脂スラリーを得た。
【０１６９】
次に、樹脂スラリーを、卓上コーターにて基材である厚さ１２μｍの帯状ポリエチレン微多孔膜（東燃ゼネラル石油（株）製）の一方の面に厚さ３０μｍで塗布した。続いて樹脂スラリーを塗布したポリエチレン微多孔膜を水浴に１５分間浸漬してポリフッ化ビニリデンを相分離させた後、熱風にて乾燥させ、樹脂層を形成した。また、基材のもう一方の面にも同様の方法により耐熱層を形成した。これにより、表面にアルミナが担持された樹脂層を有する厚さ１６μｍのセパレータを得た。
【０１７０】
なお、基材であるポリエチレン微多孔膜は、正極および負極とともに積層、巻回して巻回電極体とした際に、セパレータが巻回電極体の最外周を余分に巻回する長さとした。実施例１では、後述するように、巻回電極体において、より外周側に位置する電極が負極であり、セパレータが、巻回電極体において負極の巻回終端部から５５ｍｍ長くなるような長さとした。
【０１７１】
［非水電解液の調整］
炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）および炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）を、質量比ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３０：４０：３０で混合して非水溶媒とした後、非水溶媒に電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１．０ｍｏｌ／ｋｇの濃度で溶解させて非水電解液とした。
【０１７２】
［電池の組み立て］
正極と、セパレータと、負極とを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層し、負極が正極よりも外周側となるようにして積層体の長手方向に多数回巻回させた後、巻き終わり部分を粘着テープで固定することにより巻回電極体を形成した。このとき、巻回電極体の平均素子径は１７．３０ｍｍであり、巻回電極体の最外周においてセパレータの余剰分が約１周巻回する構成となった。
【０１７３】
なお、巻回電極体の平均素子径は、巻回電極体の中心部外径を３６０°回転させながら測定し、測定結果の最大径と最小径の平均値から算出した。巻回電極体の中心部外径は、ハイトゲージ（（株）ミツトヨ製、デジマチックハイトゲージＨＤＭ−ＡＸ）を用いて測定した。
【０１７４】
次に、正極リードを電池蓋と接合された安全弁に接合すると共に、負極リードを負極缶に接続した。巻回電極体を一対の絶縁板で挟んで電池缶の内部に収納した後、巻回電極体の中心にセンターピンを挿入した。
【０１７５】
続いて、電池缶の内部に絶縁板の上から非水電解液を注液した。最後に、電池缶の開放部に、安全弁、ディスクホルダ、遮断ディスクからなる安全弁機構、ＰＴＣ素子ならびに電池蓋を、絶縁封口ガスケットを介してかしめることにより密閉した。これにより、電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０、電池容量が２８００ｍＡｈの円筒型電池を作製した。
【０１７６】
＜実施例２＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例２において巻回電極体の平均素子径は１７．３８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約２周巻回する構成となった。
【０１７７】
＜実施例３＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から２１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例３において巻回電極体の平均素子径は１７．４６ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が４周弱巻回する構成となった。
【０１７８】
＜実施例４＞
負極集電体の厚さを１０μｍとし、セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例４において巻回電極体の平均素子径は１７．４８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約２周巻回する構成となった。
【０１７９】
＜比較例１＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、比較例１において巻回電極体の平均素子径は１７．２２ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約１／５周巻回する構成となった。
【０１８０】
＜比較例２＞
セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から４１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、比較例２において巻回電極体の平均素子径は１７．６８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約７．５周巻回する構成となった。
【０１８１】
＜比較例３＞
負極集電体の厚さを１２μｍとし、セパレータの長さが、巻回電極体において負極の巻回終端部から１１０ｍｍ長くなるような長さとした以外は、実施例１と同様にして円筒型電池を作製した。なお、実施例４において巻回電極体の平均素子径は１７．４８ｍｍであり、巻回電極体の外周においてセパレータの余剰分が約２周巻回する構成となった。
【０１８２】
［電池の評価］
（ａ）サイクル性能評価
各実施例および各比較例の円筒型電池を、２３℃雰囲気中、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．３Ｖとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．３Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了した。この満充電状態の円筒型電池を、４５℃雰囲気下で２時間保存した。続いて、電池電圧が３．０Ｖとなるまで定電流放電を行った。
【０１８３】
続いて、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．３Ｖとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．３Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了し、終止電圧３．０Ｖで定電流放電した際の放電容量を初回放電容量として測定した。続いて、同様の充放電条件での充放電サイクルを５００サイクル行い、５００サイクル目の放電容量を５００サイクル目放電容量として測定した。下記の式から、５００サイクル後劣化率を算出した。
５００サイクル後劣化率［％］＝｛１−（５００サイクル目の放電容量／初回放電容量）｝×１００
【０１８４】
（ｂ）電極切れ評価
各実施例および各比較例の円筒型電池を、２３℃雰囲気中、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．３Ｖとなるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．３Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了した。この満充電状態の円筒型電池を、４５℃雰囲気下で２時間保存した。続いて、電池電圧が３．０Ｖとなるまで定電流放電を行った。
【０１８５】
続いて、０．７Ｃの充電電流で電池電圧が４．４Ｖ（０．１Ｖの過充電状態）となるまで定電流充電を行った後、電池電圧４．４Ｖにて定電圧充電を行い、充電電流が５０ｍＡとなった時点で充電を終了し、終止電圧３．０Ｖで定電流放電する充放電サイクルを２０サイクル行った。この後、円筒型電池を解体し、巻回電極体を巻きほぐして電極破断の有無を確認した。電極切れ評価は、各実施例および比較例あたり５本の円筒型電池について電極が破断した本数を確認し、電極切れ発生率を算出した。
【０１８６】
以下の表１に、評価結果を示す。
【０１８７】
【表１】
【０１８８】
表１から分かるように、電極巻回電極体最外周部のセパレータ余剰長を５５ｍｍ以上２１０ｍｍ以下の範囲、すなわちＩＣＲ１８６５０サイズの円筒型電池において、巻回電極体の最外周部において余剰セパレータが１周以上４周未満で巻回されるように制御すると、サイクル劣化と電極切れをともに抑制することができた。これは、巻回電極体最外周部と電池缶との間にクッション性が付与されることで、負極活物質層の膨張に伴う巻回電極体の膨張時に、巻回電極体の外周側部分が電池缶によって圧迫されることを抑制できるためであると考えられる。
【０１８９】
これに対して、比較例１で示したセパレータ余剰長を１０ｍｍとした巻回型電池では、電極切れが顕著に発生した。これは、巻回電極体最外周部の全領域が余剰セパレータで覆われていないため、巻回電極体最外周部でのクッション性が十分でなく、巻回電極体に応力がかかったためであると考えられる。
【０１９０】
一方、比較例２で示したセパレータ余剰長を４１０ｍｍまで伸ばした巻回型電池では、電極切れは発生しないものの、劣化が顕著に発生した。これは、余剰セパレータにより巻回電極体の平均素子径が太くなりすぎてしまうために、電極膨張時に巻回電極体全体にかかる応力が高くなりすぎてしまうためであると考えられる。本技術の各実施例および比較例では、巻回型電池の電池容量が同じになるように設計されていることから、余剰セパレータが多いほど巻回電極体と電池缶との間のクリアランスが小さくなってしまう。
【０１９１】
さらに、比較例３で示した負極集電体厚みを１２μｍとした巻回型電池では、電極切れは発生しないものの、所定の電池容量を設計するために活物質層が厚くなり、サイクル時の劣化率が高くなった。これは、負極集電体が厚くなることにより電極切れは発生しにくくなるものの、巻回電極体の平均素子径が大きくなり、巻回電極体に対する応力が大きくなるためであると考えられる。
【０１９２】
また、比較例１から、薄い負極集電体を用いた場合は電池切れが顕著であるものの、本技術の巻回電極体を用いた各実施例は、負極集電体厚みを従来の厚みとした比較例３と同等の電池切れ発生率とすることができた。
【０１９３】
一般的に、集電体は厚い方が切れにくいため好ましい。一方、電池反応そのものに寄与しない集電体は、体積効率の観点からはできるだけ薄くすることが好ましい。本技術のように、体積効率の観点から、一般的には切れやすい薄い集電体を用いた場合に、余剰セパレータにより巻回電極体の外周部にクッション性を付与することで、サイクル特性の維持と電極切れの抑制の双方の効果を得ることができる。また、本技術では、電極にかかる応力を緩和することができるため、薄い集電体を用いることが可能であり、電極膨張時の応力がかかりにくくなる観点から、巻回電極体の平均素子径を小さくできる薄い集電体を用いることが好ましい。
【０１９４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例においては、巻回構造を有する二次電池について説明したが、本技術は、正極および負極を折り畳んだり、あるいは積み重ねた構造を有する二次電池に適用して、電極体に対するクッション性を得るようにすることができる。
【０１９５】
また、上記実施の形態および実施例においては、非水電解液またはゲル電解質を用いる場合について説明したが、本技術は、いかなる形態の非水電解質を用いる場合についても適用することができる。他の形態の非水電解質としては、例えば、非水電解液を含有しない全固体電解質等が挙げられる。
【０１９６】
更に、上記実施の形態および実施例では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本技術は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、または、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。
【０１９７】
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）等の他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属、またはアルミニウム等の他の軽金属を用いる場合についても、本技術を適用することができる。
【０１９８】
なお、本技術は、以下の構成をとることもできる。
［１］
帯状の正極集電体の少なくとも一方の面に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極集電体の少なくとも一方の面に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層および巻回された巻回電極体と、
非水電解質と、
上記巻回電極体と上記非水電解質とを収容する外装缶と
を備え、
上記巻回電極体が、
該巻回電極体の外周部に位置する上記セパレータの巻回終端部が、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極もしくは該負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成され、
上記巻回電極体の最外周部が、上記セパレータによって該巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されている
非水電解質電池。
［２］
電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０であり、
上記負極集電体の厚みが８μｍ以上１０μｍ以下である
［１］に記載の非水電解質電池。
［３］
上記負極集電体が、銅箔からなる
［２］に記載の非水電解質電池。
［４］
上記巻回電極体の平均素子径をＬとした際に、上記巻回電極体における上記セパレータの巻回終端部から、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極もしくは該負極のいずれかの巻回終端部までの距離Ｙが下記の式（１）で示される
［１］〜［３］のいずれかに記載の非水電解質電池。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
［５］
上記セパレータの厚みが１２μｍ以上２０μｍ以下である
［１］〜［４］のいずれかに記載の非水電解質電池。
［６］
上記セパレータが、
不織布もしくは樹脂材料を主成分とする微多孔性樹脂膜からなる基材と、
上記基材の少なくとも一方の表面に形成された、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む３次元網目構造を有する表面層と
からなる
［１］〜［５］のいずれかに記載の非水電解質電池。
［７］
上記表面層が、無機粒子を含有する
［６］に記載の非水電解質電池。
［８］
［１］に記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池について制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装とを有する電池パック。
［９］
［１］に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける電子機器。
［１０］
［１］に記載の非水電解質電池と、
前記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
［１１］
［１］に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
［１２］
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う
［１１］に記載の蓄電装置。
［１３］
［１］に記載の非水電解質電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
【符号の説明】
【０１９９】
１０…非水電解質電池、１１…電池缶、１２ａ，１２ｂ…絶縁板、１３…電池蓋、１４…安全弁、１４ａ…突出部、１５…ディスクホルダ、１６…遮断ディスク、１６ａ…孔部、１７…熱感抵抗素子、１８…ガスケット、１９…サブディスク、２０…巻回電極体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２１Ｃ…正極集電体露出部、２１Ｅ…正極巻回終端部、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２２Ｃ…負極集電体露出部、２２Ｅ…負極巻回終端部、２３…セパレータ、２３Ａ…セパレータ、２３Ｂ…セパレータ、２３Ｌ…余剰セパレータ、２３ａ…基材、２３ｂ…表面層、２４…センターピン、２５…正極リード、２６…負極リード、２７…固定部材、３０…非水電解質電池、３１…外装缶、３２…電池蓋、３３…電極ピン、３４…絶縁体、３５…貫通孔、３６…内圧開放機構、３６ａ…第１の開口溝、３６ｂ…第２の開口溝、３７…電解液注入口、３８…封止部材、４０…巻回電極体、４１…正極端子、１００…蓄電システム、１０１…住宅、１０２ａ…火力発電、１０２ｂ…原子力発電、１０２ｃ…水力発電、１０２…集中型電力系統、１０３…蓄電装置、１０４…発電装置、１０５…電力消費装置、１０５ａ…冷蔵庫、１０５ｂ…空調装置、１０５ｃ…テレビジョン受信機、１０５ｄ…風呂、１０６…電動車両、１０６ａ…電気自動車、１０６ｂ…ハイブリッドカー、１０６ｃ…電気バイク、１０７…スマートメータ、１０８…パワーハブ、１０９…電力網、１１０…制御装置、１１１…センサ、１１２…情報網、１１３…サーバ、２００…ハイブリッド車両、２０１…エンジン、２０２…発電機、２０３…電力駆動力変換装置、２０４ａ、２０４ｂ…駆動輪、２０５ａ、２０５ｂ…車輪、２０８…バッテリー、２０９…車両制御装置、２１０…各種センサ、２１１…充電口、３０１…組電池、３０１ａ…二次電池、３０２ａ…充電制御スイッチ、３０２ｂ…ダイオード、３０３ａ…放電制御スイッチ、３０３ｂ…ダイオード、３０４…スイッチ部、３０７…電流検出抵抗、３０８…温度検出素子、３１０…制御部、３１１…電圧検出部、３１３…電流測定部、３１４…スイッチ制御部、３１７…メモリ、３１８…温度検出部、３２１…正極端子、３２２…負極端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極集電体の少なくとも一方の面に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極集電体の少なくとも一方の面に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層および巻回された巻回電極体と、
非水電解質と、
上記巻回電極体と上記非水電解質とを収容する外装体と
を備え、
上記巻回電極体が、
該巻回電極体の外周部に位置する上記セパレータの巻回終端部が、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極および該負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成され、
上記巻回電極体の最外周部が、上記セパレータによって該巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されている
非水電解質電池。
【請求項２】
電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０であり、
上記負極集電体の厚みが８μｍ以上１０μｍ以下である
請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項３】
上記負極集電体が、銅箔からなる
請求項２に記載の非水電解質電池。
【請求項４】
上記巻回電極体の平均素子径をＬとした際に、上記巻回電極体における上記セパレータの巻回終端部から、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極および該負極のいずれかの巻回終端部までの距離Ｙが下記の式（１）で示される
請求項１に記載の非水電解質電池。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
【請求項５】
上記セパレータの厚みが１２μｍ以上２０μｍ以下である
請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項６】
上記セパレータが、
不織布もしくは樹脂材料を主成分とする微多孔性樹脂膜からなる基材と、
上記基材の少なくとも一方の表面に形成された、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む３次元網目構造を有する表面層と
からなる
請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項７】
上記表面層が、無機粒子を含有する
請求項６に記載の非水電解質電池。
【請求項８】
請求項１に記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池について制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装とを有する電池パック。
【請求項９】
請求項１に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける電子機器。
【請求項１０】
請求項１に記載の非水電解質電池と、
前記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
【請求項１１】
請求項１に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
【請求項１２】
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う
請求項１１に記載の蓄電装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の非水電解質電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
【請求項１】
帯状の正極集電体の少なくとも一方の面に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極集電体の少なくとも一方の面に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層および巻回された巻回電極体と、
非水電解質と、
上記巻回電極体と上記非水電解質とを収容する外装体と
を備え、
上記巻回電極体が、
該巻回電極体の外周部に位置する上記セパレータの巻回終端部が、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極および該負極のいずれかの巻回終端部よりも長く形成され、
上記巻回電極体の最外周部が、上記セパレータによって該巻回電極体の外周の１周以上４周未満巻回されている
非水電解質電池。
【請求項２】
電池形状がＪＩＳ Ｃ８７１１に準拠したＩＣＲ１８６５０であり、
上記負極集電体の厚みが８μｍ以上１０μｍ以下である
請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項３】
上記負極集電体が、銅箔からなる
請求項２に記載の非水電解質電池。
【請求項４】
上記巻回電極体の平均素子径をＬとした際に、上記巻回電極体における上記セパレータの巻回終端部から、上記正極および上記負極のうち、より外周側に位置する該正極および該負極のいずれかの巻回終端部までの距離Ｙが下記の式（１）で示される
請求項１に記載の非水電解質電池。
３．１Ｌ＜Ｙ＜１２．５Ｌ ・・・式（１）
【請求項５】
上記セパレータの厚みが１２μｍ以上２０μｍ以下である
請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項６】
上記セパレータが、
不織布もしくは樹脂材料を主成分とする微多孔性樹脂膜からなる基材と、
上記基材の少なくとも一方の表面に形成された、耐熱性樹脂および耐酸化性樹脂の少なくとも一方を含む３次元網目構造を有する表面層と
からなる
請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項７】
上記表面層が、無機粒子を含有する
請求項６に記載の非水電解質電池。
【請求項８】
請求項１に記載の非水電解質電池と、
上記非水電解質電池について制御する制御部と、
上記非水電解質電池を内包する外装とを有する電池パック。
【請求項９】
請求項１に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池から電力の供給を受ける電子機器。
【請求項１０】
請求項１に記載の非水電解質電池と、
前記非水電解質電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記非水電解質電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
【請求項１１】
請求項１に記載の非水電解質電池を有し、
上記非水電解質電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
【請求項１２】
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記非水電解質電池の充放電制御を行う
請求項１１に記載の蓄電装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の非水電解質電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２６０７２（Ｐ２０１３−２６０７２Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０８７６（Ｐ２０１１−１６０８７６）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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