(57)【要約】  電池パック１が、電池１０、厚さ検知手段１１、サイクル数検知手段１２及び第１判定手段１３を備えるように構成する。電池１０は、正極と合金系活物質を含有する負極と絶縁層とを備える電極群２０を含む合金系二次電池である。厚さ検知手段１１は、電池１０の電極群２０の厚さを検知する。サイクル数検知手段１２は、電池１０の充放電サイクル回数を検知する。第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２による検知結果に応じて、電池１０の交換時期を判定する。この構成により、合金系二次電池を備える電池パックにおいて、前記合金系二次電池の交換時期をほぼ正確に予測し、電池パックの利便性を向上させる。
2010064392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含有する正極と、合金系活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように配置される絶縁層と、を備える電極群、リチウムイオン伝導性非水電解質、並びに、前記電極群及び前記非水電解質を収容する電池ケースを備える非水電解質二次電池と、
前記電極群の厚さを検知する厚さ検知手段と、
前記非水電解質二次電池の充放電サイクル回数を検知するサイクル数検知手段と、
前記厚さ検知手段による検知結果及び前記サイクル数検知手段による検知結果に応じて、前記非水電解質二次電池の交換時期またはサイクル劣化の有無を判定する判定手段と、を備える電池パック。
【請求項２】
前記判定手段は、前記厚さ検知手段による前記検知結果及び前記サイクル数検知手段による前記検知結果に応じて、前記厚さ検知手段により検知される前記電極群の厚さが最小であるか否かを判定し、前記電極群の厚さが最小であるとの判定結果に応じて、前記非水電解質二次電池の交換時期を算出する請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記判定手段には前記電極群の最小厚さの設定値が予め入力され、
前記判定手段は、前記厚さ検知手段による前記電極群の厚さが、前記設定値×０．９〜前記設定値×１．１の範囲にある時に、前記電極群の厚さが最小であると判定する請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記厚さ検知手段は、前記電極群の厚さ情報として、前記電極群の内圧を測定することにより、前記電極群の厚さを検知する請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項５】
前記判定手段は、前記厚さ検知手段による検知結果及び前記サイクル数検知手段による検知結果に応じて、前記電極群の厚さと前記充放電サイクル回数との相関関係を算出し、前記相関関係の変化を検出して、前記非水電解質二次電池のサイクル劣化の有無を判定する請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
前記相関関係の変化は、前記電極群の厚さの前記充放電サイクル回数に対する変化である請求項５に記載の電池パック。
【請求項７】
前記相関関係は比例関係であり、前記相関関係の変化は、前記比例関係における比例定数の変化である請求項６に記載の電池パック。
【請求項８】
前記比例定数の変化は、前記比例定数が所定値よりも大きくなる変化である請求項７に記載の電池パック。
【請求項９】
前記非水電解質二次電池、前記厚さ検知手段、前記サイクル数検知手段および前記判定手段を収容する外装体を含み、
前記非水電解質二次電池は、前記外装体の内面の少なくとも一部に固定され、
前記厚さ検知手段は、前記電極群の内圧を検知する感圧センサを含み、前記感圧センサによる前記電極群の内圧の検知結果を前記電極群の厚さ情報として取得し、前記検知結果から前記電極群の厚さを算出する請求項５〜８のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１０】
交換時期の判定結果またはサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、前記判定結果を表示するかまたは音で知らせる通知手段をさらに含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１１】
交換時期の判定結果またはサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、前記非水電解質二次電池の充放電を停止させる充放電制御手段をさらに含む請求項１〜１０のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１２】
前記電極群は、積層型電極群又は扁平型電極群である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１３】
前記合金系活物質が、珪素系活物質および錫系活物質から選ばれる少なくとも１つである請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。さらに詳しくは、本発明は、負極活物質として合金系活物質を用いる非水電解質二次電池の電池交換時期の判定方法及びサイクル劣化の判定方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、高容量および高エネルギー密度を有し、小型化および軽量化が容易なことから、電子機器の電源として広く利用されている。電子機器には、携帯電話、携帯情報端末、コンピュータ、ビデオカメラ、ゲーム機などがある。また、非水電解質二次電池を電気自動車の電源として用いる研究が盛んに行われ、一部実用化されつつある。代表的な非水電解質二次電池は、リチウムコバルト複合酸化物を含有する正極、黒鉛を含有する負極およびポリオレフィン製多孔質膜を含む。【０００３】
炭素材料以外の負極活物質として、合金系活物質が知られている。代表的な合金系活物質には、珪素、珪素酸化物などの珪素系活物質がある。合金系活物質は、高い放電容量を有している。珪素の理論放電容量は、黒鉛の理論放電容量の約１１倍である。したがって、合金系活物質を用いることにより、非水電解質二次電池の高容量化および高性能化が図られている。【０００４】
合金系活物質を含有する非水電解質二次電池（以下「合金系二次電池」と呼ぶことがある）は優れた電池性能を有しているが、充放電サイクル回数が数百回に及ぶと、顕著なサイクル劣化（容量劣化）が突然発生することがある。電池の突然のサイクル劣化は、前記電池を電源とする機器の正常な動作を妨げる場合がある。コンピュータの動作が突然停止し、作成中のデータが失われることが予測される。電気自動車では、走行中に駆動モータが突然停止し、走行に何らかの支障をきたすおそれがあることが予測される。【０００５】
また、顕著なサイクル劣化の突然の発生からあまり時間を経ずに、電池の大きな膨れが発生することが多い。したがって、突然のサイクル劣化は、電池および前記電池を電源とする機器の安全性にも影響を及ぼすおそれがある。前記したように、合金系二次電池の顕著なサイクル劣化は突然に起こる。このため、顕著なサイクル劣化が起る可能性の有無を、事前に判定するのは非常に困難である。【０００６】
従来から、二次電池の充放電時における電圧変化、電圧変化に要する時間、電圧変化時の温度等を検知し、二次電池の残容量を予測し、それを表示することが行なわれている。特許文献１は、二次電池と、前記二次電池の電圧変化量を算出し、算出された電圧変化量と設定値とを比較する比較手段と、前記比較手段からの指令により回路を開閉する手段とを含む電池パックを開示している。【０００７】
特許文献１では、正極、負極及び非水電解質を含み、正極が作動電位の異なる少なくとも２つの活物質を含有し、かつ負極がＬｉ又はＬｉ合金からなる非水電解質二次電池が用いられている。そして、正極が作動電圧の異なる活物質を含有することに基づいて、電池の電圧変化量から残容量を予測している。しかしながら、前記残容量は、次回の充電を行うための基準値であり、電池の交換時期を知らせる基準値ではない。【０００８】
また、特許文献１では、放電容量と充放電サイクル回数との比例関係から、電池の交換時期を予測している。しかしながら、前記比例関係は、２００サイクル程度までの充放電サイクル回数と放電容量との間に成立しているに過ぎない。一般に、２００サイクル程度では電池の劣化は進まないので、前記比例関係から、電池の交換時期を正確に予測することは困難である。【０００９】
特許文献２は、非水電解質二次電池の充電状態（ＳＯＣ）と温度との関係から、電池容量を算出する電池容量予測装置を開示する。特許文献２の図１には、片対数グラフにおいてＳＯＣの値ごとに電池温度と電池容量劣化速度とが直線関係を示すことが示されている。このグラフに基づいて、電池容量が算出されている。【００１０】
しかしながら、電池の使用者が、ＳＯＣが一定になるように電池を充電することはない。充電を途中で止めることも多い。充電を必要としない段階で、さらに充電を行うこともある。したがって、特許文献２の図１に示すグラフに基づいて二次電池の交換時期を予測すると、大きな誤差が生じるおそれがある。【００１１】
特許文献３は、扁平型電池と、前記電池の周囲に巻かれたラベルと、膨れ検出手段と、を含む電池パックを開示する。膨れ検知手段は、ラベル表面に形成される切り込み溝である。電池のサイクル劣化に伴って電池の膨れが発生すると、電池の膨れる応力により、切り込み溝に沿ってスリット状の裂け目が発生する。この裂け目を目視観察することにより、電池の劣化を判定する。【００１２】
しかしながら、合金系二次電池では、突然のサイクル劣化が起った後に、電池の膨れが大きくなることが多い。もちろん、サイクル劣化が起る前でも電池は多少膨れるが、ラベルにスリット状の裂け目を発生させるほどの膨れは発生し難い。したがって、特許文献３の技術では、合金系二次電池の顕著なサイクル劣化を、事前に判定することはできない
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平６−２９０７７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８２２７号公報
【特許文献３】特開２００９−００９７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、合金系二次電池とともに、前記合金系二次電池の交換時期またはサイクル劣化の有無を正確に判定できる判定機構を備えた電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電池パックは、非水電解質二次電池、厚さ検知手段、サイクル数検知手段及び判定手段を備える。【００１６】
本発明の電池パックにおいて、非水電解質二次電池は、電極群、リチウムイオン伝導性非水電解質及び電池ケースを備えている。電極群は、リチウムを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含有する正極、合金系活物質を含有する負極、並びに、正極と負極との間に介在するように配置される絶縁層を備えている。電池ケースは、電極群及びリチウムイオン伝導性非水電解質を収容する。【００１７】
本発明の電池パックにおいて、厚さ検知手段は、電極群の厚さを検知する。サイクル数検知手段は、非水電解質二次電池の充放電サイクル回数を検知する。判定手段は、厚さ検知手段による検知結果及びサイクル数検知手段による検知結果に応じて、非水電解質二次電池の交換時期またはサイクル劣化の有無を判定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電池パックは、合金系二次電池を含むことにより、高容量及び高出力である。また、本発明の電池パックによれば、従来の電池パックに比べて大幅な設計変更及び寸法の大幅な増加を伴うことなく、合金系二次電池の交換時期およびサイクル劣化の有無をほぼ正確に予測できる。したがって、本発明の電池パックを電源とする電気電子機器の突然の停止が抑制される。また、本発明の電池パックは、寸法の大幅な増加がないので、電子機器の小型化及び薄型化にも容易に対応できる。【００１９】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本願の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態である電池パックの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す電池パックに備わる非水電解質二次電池の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２に示す非水電解質二次電池の交換時期判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す非水電解質二次電池における充放電サイクルの回数と電極群の厚さとの関係を概略的に示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態である電池パックの構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態である電池パックの構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】図２に示す非水電解質二次電池のサイクル劣化判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図８】別形態の負極集電体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８に示す負極集電体を含む別形態の負極の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す負極の負極活物質層に含まれる柱状体の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】電子ビーム式蒸着装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図１２】別形態の電子ビーム式蒸着装置の構成を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
本発明者らは、上記課題を解決するための研究過程で、正極と、合金系活物質を含有する負極と、の間に絶縁層を介在させて捲回又は積層した電極群について着目した。そして、合金系活物質を含有する電極群においては、電極群厚さと充放電サイクル回数との間に相関関係が存在することを見出した。本発明者らは、この知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、電極群の厚さの変化を検知することにより、電池の交換時期をほぼ正確に予測できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態である電池パック１の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１に示す電池パック１に備わる非水電解質二次電池１０の構成を模式的に示す縦断面図である。図３は、図２に示す非水電解質二次電池１０の交換時期判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。図４は、図２に示す非水電解質二次電池１０における充放電サイクル回数と電極群の厚さとの関係を概略的に示すグラフである。
【００２３】
電池パック１は、非水電解質二次電池１０、厚さ検知手段１１、サイクル数検知手段１２、第１判定手段１３、交換時期通知手段１４及び図示しない外装体を含む。
【００２４】
（１）非水電解質二次電池１０
非水電解質二次電池１０（以下「電池１０」と略記する）は、正極２１と負極２２との間にセパレータ２３を介在させて積層した積層型電極群２０を含む扁平型リチウムイオン二次電池である。積層型電極群２０は、図示しないリチウムイオン伝導性非水電解質（以下単に「非水電解質」とすることがある）とともに電池ケース２７内に収容される。電池１０では、絶縁層として、セパレータ２３を使用する。
【００２５】
正極リード２４は、一端が正極集電体２１ａに接続され、他端が電池ケース２７の一方の開口２７ａから外部に導出され、外部接続端子１５ａに接続されている。負極リード２５は、一端が負極集電体２２ａに接続され、他端が電池ケース２７の他方の開口２７ｂから外部に導出され、外部接続端子１５ｂに接続されている。
【００２６】
本実施形態の電池ケース２７は、両端に開口２７ａ、２７ｂを有するラミネートフィルム製容器である。電池ケース２７に積層型電極群２０及び非水電解質を収納した後、電池ケース２７内部を減圧状態にし、開口２７ａ、２７ｂにそれぞれガスケット２６を装着して溶着することにより、電池１０が得られる。また、ガスケット２６を用いずに、開口２７ａ、２７ｂを直接溶着してもよい。
【００２７】
積層型電極群２０（以下「電極群２０」とする）は、正極２１、負極２２及びセパレータ２３を備え、正極２１と負極２２との間にセパレータ２３が介在するように配置される。
正極２１は、正極集電体２１ａと正極活物質層２１ｂとを備える。
【００２８】
正極集電体２１ａには、多孔性導電性基板、無孔の導電性基板等の導電性基板を使用できる。導電性基板の材質は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料、導電性樹脂等である。多孔性導電性基板には、メッシュ体、ネット体、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、不織布等がある。無孔の導電性基板には、箔、シート、フィルム等がある。導電性基板の厚さは、通常は１〜５００μｍ、好ましくは５〜１００μｍ、さらに好ましくは８〜５０μｍである。
【００２９】
本実施形態の正極活物質層２１ｂは、正極集電体２１ａの厚さ方向の片方の表面に設けられているが、厚さ方向の両方の表面に設けられてもよい。正極活物質層２１ｂは正極活物質を含み、さらに導電剤、結着剤等を含んでもよい。
正極活物質としては、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用でき、その中でも、リチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸リチウム等が好ましい。
【００３０】
リチウム含有複合酸化物は、リチウムと遷移金属元素とを含む金属酸化物又は前記金属酸化物中の遷移金属元素の一部が異種元素により置換された金属酸化物である。遷移金属元素には、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ等があり、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等が好ましい。異種元素には、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂ等があり、Ｍｇ、Ａｌ等が好ましい。遷移金属元素及び異種元素は、それぞれ１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３１】
リチウム含有複合酸化物には、Ｌｉ１ＣｏＯ２、ＬｉｌＮｉＯ２、ＬｉｌＭｎＯ２、ＬｉｌＣｏｍＮｉ１−ｍＯ２、ＬｉｌＣｏｍＭ１−ｍＯｎ、ＬｉｌＮｉ１−ｍＭｍＯｎ、ＬｉｌＭｎ２Ｏ４、ＬｉｌＭｎ２−ｍＭｍＯ４（前記各式中、ＭはＳｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ及びＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。０＜ｌ≦１．２、０≦ｍ≦０．９、２．０≦ｎ≦２．３）等が挙げられる。これらの中でも、ＬｉｌＣｏｍＭ１−ｍＯｎが好ましい。
【００３２】
オリビン型リン酸リチウムには、ＬｉＸＰＯ４、Ｌｉ２ＸＰＯ４Ｆ（前記各式中、ＸはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。）等がある。リチウム含有複合酸化物及びオリビン型リン酸リチウムを示す前記各式において、リチウムのモル数は正極活物質作製直後の値であり、充放電により増減する。
正極活物質は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３３】
導電剤には、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用でき、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維、アルミニウム等の金属粉末、フッ化カーボン等が挙げられる。導電剤は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３４】
結着剤には、高分子材料を使用できる。高分子材料には、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリヘキサフルオロプロピレン等の樹脂材料、スチレンブタジエンゴム、変性アクリルゴム等のゴム材料、カルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子材料等がある。
【００３５】
高分子材料として、２種類以上のモノマー化合物を含有する共重合体を使用してもよい。モノマー化合物には、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエン等がある。
結着剤は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３６】
正極活物質層２１ｂは、正極合剤スラリーを正極集電体２１ａ表面に塗布し、得られた塗膜を乾燥及び圧延することにより形成できる。正極合剤スラリーは、正極活物質及び必要に応じて導電剤、結着剤等を有機溶媒に溶解又は分散させることにより調製できる。有機溶媒には、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアミン、アセトン、シクロヘキサノン等を使用できる。
【００３７】
負極２２は、負極集電体２２ａと負極活物質層２２ｂとを備える。
負極集電体２２ａには、無孔の導電性基板を使用する。導電性基板の材質は、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料である。無孔の導電性基板には、箔、フィルム等がある。導電性基板の厚さは特に制限されないが、通常１〜５００μｍ、好ましくは５〜１００μｍ、さらに好ましくは８〜５０μｍである。
【００３８】
本実施形態の負極活物質層２２ｂは、負極集電体２２ａの厚さ方向の片方の表面に設けられているが、厚さ方向の両方の表面に設けられてもよい。負極活物質層２２ｂは、合金系活物質を含有し、さらにその特性を損なわない範囲で、合金系活物質以外の公知の負極活物質、添加剤等を含んでいてもよい。負極活物質層２２ｂは、合金系活物質を含有しかつ膜厚が１〜２０μｍである非晶質又は低結晶性の薄膜であることが好ましい。
【００３９】
合金系活物質は、リチウムと合金化することによりリチウムを吸蔵し、負極電位下でリチウムを可逆的に吸蔵及び放出する。合金系活物質には、珪素系活物質、錫系活物質等がある。合金活物質は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４０】
珪素系活物質には、珪素、珪素化合物、これらの部分置換体、これらの固溶体等がある。珪素化合物には、式ＳｉＯａ（０．０５＜ａ＜１．９５）で表される珪素酸化物、式ＳｉＣｂ（０＜ｂ＜１）で表される珪素炭化物、式ＳｉＮｃ（０＜ｃ＜４／３）で表される珪素窒化物、珪素合金等がある。珪素合金は、珪素と異種元素（Ａ）との合金である。異種元素（Ａ）は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素である。
【００４１】
部分置換体は、珪素及び珪素化合物に含まれる珪素原子の一部が、異種元素（Ｂ）で置換された化合物である。異種元素（Ｂ）は、Ｂ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃ、Ｎ及びＳｎよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素である。これらの中でも、珪素及び珪素化合物が好ましく、珪素酸化物が更に好ましい。
【００４２】
錫系活物質には、錫、錫化合物、式ＳｎＯｄ（０＜ｄ＜２）で表される錫酸化物、二酸化錫（ＳｎＯ２）、錫窒化物、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｍｇ−Ｓｎ合金、Ｆｅ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｔｉ−Ｓｎ合金等の錫合金、ＳｎＳｉＯ３、Ｎｉ２Ｓｎ４、Ｍｇ２Ｓｎ等の錫化合物、これらの固溶体等がある。錫系活物質の中では、錫酸化物、錫合金、錫化合物等が好ましい。合金系活物質の中でも、珪素、珪素酸化物、錫酸化物等が好ましく、珪素酸化物がさらに好ましい。
【００４３】
負極活物質層２２ｂは気相法により形成される。気相法には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマ化学気相成長法、溶射法等がある。これらの中でも、真空蒸着法が好ましい。
【００４４】
例えば、電子ビーム式真空蒸着装置において、シリコンターゲットの鉛直方向上方に負極集電体２２ａを配置する。シリコンターゲットに電子ビームを照射してシリコン蒸気を発生させ、このシリコン蒸気を負極集電体２２ａの表面に析出させる。これにより、珪素からなる負極活物質層２２ｂが負極集電体２２ａの表面に形成される。このとき、電子ビーム式真空蒸着装置内に酸素又は窒素を供給すると、珪素酸化物又は珪素窒化物を含有する負極活物質層２２ｂが形成される。
【００４５】
本実施形態の負極活物質層２２ｂは、薄膜状のベタ膜として形成されるが、それに限定されず、気相法により、格子等のパターン形状に形成してもよく、複数の柱状体を含むように形成してもよい。複数の柱状体は、それぞれが合金系活物質を含有し、負極集電体表面から外方に延び、かつ、隣り合う一対の柱状体間に空隙が存在するように形成される。
【００４６】
この場合、負極集電体の表面に複数の凸部を規則的に又は不規則に形成し、１つの凸部の表面に１つの柱状体を形成するのが好ましい。凸部の鉛直方向上方からの正投影図における形状には、菱形、円形、楕円形、三角形〜八角形などがある。凸部を規則的に形成する場合、凸部の負極集電体表面での配置には、碁盤目配置、格子配置、千鳥格子配置、最密充填配置等がある。また、凸部は、負極集電体の厚さ方向の一方の表面又は両方の表面に形成される。また、柱状体の高さは好ましくは３μｍ〜３０μｍである。
【００４７】
セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に介在するように配置されるリチウムイオン透過性絶縁層である。セパレータ２３は、リチウムイオン伝導性を有していてもよい。セパレータ２３には、細孔を有する多孔質フィルムを使用できる。前記多孔質フィルムには、微多孔膜、織布、不織布などがある。微多孔膜は、単層膜又は多層膜（複合膜）である。また、微多孔膜、織布、不織布等を２層以上積層して、セパレータ２３として用いてもよい。
【００４８】
セパレータ２３の材料には各種樹脂材料を使用できるが、耐久性、シャットダウン機能、電池の安全性等を考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましい。セパレータ２３の厚さは、通常５〜３００μｍ、好ましくは８〜４０μｍ、さらに好ましくは１０〜３０μｍである。セパレータ２３の空孔率は、好ましくは３０〜７０％、さらに好ましくは３５〜６０％である。空孔率とは、セパレータ２３の体積に占める、セパレータ２３中に存在する細孔の総容積の百分率である。
【００４９】
電極群２０及びセパレータ２３には、リチウムイオン伝導性を有する非水電解質が含浸される。本実施形態の非水電解質は、液状非水電解質である。液状非水電解質は、溶質（支持塩）と非水溶媒とを含み、さらに各種添加剤を含んでいてもよい。
【００５０】
溶質には、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ４、ホウ酸塩類、イミド塩類等がある。溶質は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。溶質の溶解量は、好ましくは、非水溶媒１リットルに対し、０．５〜２モルである。
【００５１】
非水溶媒には、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル等がある。環状炭酸エステルには、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等がある。鎖状炭酸エステルには、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等がある。環状カルボン酸エステルには、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等がある。非水溶媒は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００５２】
添加剤には、充放電効率を向上させるビニレンカーボネート化合物、電池を不活性化するベンゼン化合物等がある。前記ビニレンカーボネート化合物には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート等がある。前記ベンゼン化合物には、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル等がある。
【００５３】
液状非水電解質に代えて、ゲル状非水電解質を使用してもよい。ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを含有する。高分子材料には、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート等を使用できる。
【００５４】
本実施形態の電池１０では、絶縁層としてセパレータ２３を用いているが、セパレータ２３に代えて多孔質耐熱層を用いてもよい。また、セパレータ２３と多孔質耐熱層とを併用してもよい。多孔質耐熱層は、例えば、正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂの少なくとも一方の表面に形成される。
【００５５】
多孔質耐熱層は、無機酸化物及び結着剤を含有する。無機酸化物には、アルミナ、チタニア、シリカ、マグネシア、カルシア等がある。結着剤には各種高分子材料を使用できる。多孔質耐熱層における無機酸化物の含有量は、好ましくは多孔質耐熱層全量の９０〜９９．５重量％であり、残部が結着剤である。
【００５６】
多孔質耐熱層は、正極活物質層２１ｂと同様にして形成できる。無機酸化物及び結着剤を有機溶媒に溶解又は分散させてスラリーを調製し、このスラリーを正極活物質層２１ｂ及び／又は負極活物質層２２ｂの表面に塗布し、乾燥させることにより、多孔質耐熱層を形成できる。多孔質耐熱層の厚さは、好ましくは１〜１０μｍである。
【００５７】
また、本実施形態の電池１０では、セパレータ２３及び液状非水電解質に代えて、固体電解質層を絶縁層として用いても良い。固体電解質層は、無機固体電解質、有機固体電解質等の固体電解質を含有する。無機固体電解質には、硫化物系無機固体電解質、酸化物系無機固体電解質、その他のリチウム系無機固体電解質、これらの無機固体電解質の結晶を析出させたガラスセラミックス等がある。
【００５８】
硫化物系無機固体電解質には、（Ｌｉ３ＰＯ４）ｘ−（Ｌｉ２Ｓ）ｙ−（ＳｉＳ２）ｚガラス、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（ＳｉＳ２）ｙ、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（Ｐ２Ｓ５）ｙ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ｔｈｉｏ―ＬＩＳＩＣＯＮ等がある。酸化物系無機固体電解質には、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、ＬｉＺｒ２（ＰＯ４）３、ＬｉＧｅ２（ＰＯ４）３等のＮＡＳＩＣＯＮ型、（Ｌａ０．５＋ｘＬｉ０．５−３ｘ）ＴｉＯ３等のペロブスカイト型等がある。その他のリチウム系無機固体電解質には、ＬｉＰＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＰＯ４−ｘＮｘ（ｘは０＜ｘ≦１）、ＬｉＮ、ＬｉＩ、ＬＩＳＩＣＯＮ等がある。
【００５９】
有機固体電解質には、イオン伝導性ポリマー類、ポリマー電解質等がある。
イオン伝導性ポリマー類には、低相転移温度（Ｔｇ）のポリエーテル、無定形フッ化ビニリデンコポリマー、異種ポリマーの混合物等がある。
【００６０】
ポリマー電解質には、マトリックスポリマーとリチウム塩とを含有するポリマー電解質がある。マトリックスポリマーには、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、エチレンオキサイド単位及び／又はプロピレンオキサイド単位を有するポリマー、ポリカーボネート等がある。リチウム塩は、液状非水電解質の溶質と同じものを使用できる。
【００６１】
ここで、電池１０の各構成要素の説明に戻る。正極リード２４の材質は、アルミニウム等である。負極リード２５の材質は、ニッケル、銅、銅合金等である。ガスケット２６の材質は、ポリオレフィン、フッ素樹脂等である。
【００６２】
電池ケース２７は、ラミネートフィルムからなり、長手方向の両端部に開口２７ａ、２７ｂを有する方形の袋状容器である。ラミネートフィルムには、酸変性ポリプロピレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、酸変性ポリエチレン／ポリアミド／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／Ｎｉ箔／ポリエチレン／ＰＥＴのラミネートフィルム、エチレンビニルアセテート／ポリエチレン／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム等の、金属箔と樹脂フィルムとの積層体がある。
【００６３】
本実施形態の電池ケース２７の材質は、ラミネートフィルムであるが、それに限定されず、金属材料、樹脂材料等でもよい。金属材料には、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、ステンレス鋼、これらの合金等がある。樹脂材料には、フッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等がある。
【００６４】
本実施形態の電池１０は、電極群２０を含むラミネートフィルムパック電池であるが、それに限定されず、捲回型電極群を含む円筒型電池、捲回型電極群を扁平状に成形した扁平型電極群を含む角型電池、積層型電極群を含むコイン型電池等でもよい。
【００６５】
（２）厚さ検知手段１１
厚さ検知手段１１は、電池１０における電極群２０の厚さを検知する。厚さ検知手段１１は、第１判定手段１３に情報交換可能に接続されている。具体的には、電気的な接続、光学的な接続等が挙げられる。厚さ検知手段１１は、電池１０の電極群２０の内圧（厚さ情報）を検知し、電極群２０の厚さを算出する。また、厚さ検知手段１１は、その検知結果（計算結果）を第１判定手段１３に出力する。厚さ検知手段１１は、例えば、電池１０の近傍に配置され、図示しない、圧力検知手段、電圧検知手段、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段を含む。圧力検知手段及び電圧検知手段を、電池１０の近傍に配置するのが好ましい。
【００６６】
圧力検知手段は、電池１０内の電極群２０の内圧を検知する。本実施形態では、圧力検知手段を電池１０の扁平部分の中央部に接触させることにより、電極群２０の内圧を検知する。電池１０の扁平部分とは、電池ケース２７における電極群２０が収容された部分である。圧力検知手段により電極群２０の内圧を正確に検知するためには、電極群２０は積層型電極群又は扁平型電極群であることが好ましい。
【００６７】
電池１０の中央部は、電池ケース２７の厚さ方向において、電池ケース２７を介して電極群２０の中心と対向する部分である。電極群２０が積層型電極群又は扁平型電極群である場合、これらを鉛直方向上方（図２の上方）から見た形状は方形である。この方形における対角線の交点が、電極群２０の中心である。電池１０の中央部は、電極群２０の中心と正確に一致している必要はなく、電極群２０の中心の近傍部分でも、電極群２０の内圧をほぼ正確に検知できる。電極群２０の中心の近傍部分とは、例えば、電極群２０の中心から半径５〜１０ｍｍの円領域である。
【００６８】
また、電池ケース２７を介して電極群２０の内圧を検知するという観点から、電池ケース２７の寸法は、電極群２０の寸法に対応させるのが好ましい。又は、電極群２０の寸法を電池ケース２７の寸法に対応させるのが好ましい。特に電池ケース２７の内部空間の厚さと、電極群２０の厚さとをほぼ同じに設計するのが好ましい。また、電池ケース２７の材質は、ラミネートフィルム、可撓性を有する合成樹脂材料、外部応力による変形が比較的容易な金属材料等が好ましい。
【００６９】
圧力検知手段は、例えば、電池１０の放電時の開回路電圧（Ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ、以下「ＯＣＶ」とする）が、充電直後（放電開始時）のＯＣＶ値の５０％以下になった時点で、電極群２０の内圧を検知する。圧力検知手段には、例えば、圧力センサを使用できる。圧力センサとしては特に制限されないが、電池パック１において使用する観点から、小型の圧力センサが好ましい。小型の圧力センサは多数市販されており、例えば、ＨＳＰＣシリーズ（商品名、アルプス電気（株）製）、ＰＳ−Ａプレッシャーセンサ（商品名、パナソニック電工（株）製）等が挙げられる。
【００７０】
電圧検知手段は、電池１０のＯＣＶ値を測定する。電圧検知手段は、まず、電池１０の放電開始時のＯＣＶ値を検知し、その検知結果を第１記憶手段に出力する。さらに、電圧検知手段は、所定の間隔で電池１０のＯＣＶ値を測定し、その検知結果を第１記憶手段に出力する。電圧検知手段には、各種電圧計を使用できる。第１制御手段は、電圧検知手段による新しい検知結果が第１記憶手段に入力されるたびに、放電開始時のＯＣＶ値と新しく入力されたＯＣＶ値とを比較し、新しく入力されたＯＣＶ値が放電開始時の５０％以下になっているか否かを判定する。
【００７１】
なお、ＯＣＶ値が放電開始時のＯＣＶ値の５０％以下にならない状態で、電池１０の放電が一端停止しても、電池１０の充電が実施されない限り、前記放電開始時のＯＣＶ値を基準にして判定が行われる。電池１０の充電が実施され、その後に放電開始時のＯＣＶ値が測定されるたびに、第１の記憶手段における放電開始時のＯＣＶ値は新しい値に更新される。
【００７２】
第１記憶手段には、電池１０に関するデータが入力されている。データの具体例としては、例えば、負極活物質層２２ｂの初期厚さ、電極群２０の初期厚さ、電極群２０の積層数又は捲回数等である。また、第１記憶手段には、負極活物質層２２ｂの初期厚さ、電極群２０の初期厚さ及び電極群２０の積層数又は捲回数に基づく、電極群２０の内圧と厚さとの関係を示す第１データテーブルが入力されている。第１データテーブルは、実験により予め作成される。
【００７３】
より具体的には、負極活物質として合金系活物質を含有する電極群２０において、電極群２０の内圧Ｘ、電極群２０の厚さＹ及び電極群２０の初期厚さＴ０の間には、Ｙ＝αＸ＋Ｔ０の関係式が成立する。したがって、前記関係式において、電極群２０の積層数又は捲回数に応じて、比例定数αを求め、第１データテーブルとして第１記憶手段に予め入力しておく。この場合、電極群２０の積層数又は捲回数は、１、２、３・・・と連続的に設定するのではなく、例えば、１〜５、６〜１０、１１〜１５、・・・と段階的に数値幅を設定し、数値幅ごとに比例定数αを求めるのが好ましい。１〜５という数値幅における比例定数α１〜５を求めるには、１〜５の各数値における比例定数α１〜α５を求め、その平均値を比例定数α１〜５とすればよい。
【００７４】
なお、比例定数αを決定するには、電極群２０の積層数又は捲回数を決定することが必要である。電極群２０の積層数又は捲回数は、新しい電池１０を電池パック１に装着した時に決定される。新しい電池１０は、通常、満充電ではない状態で電池パック１に装着され、電池１０を満充電にするための最初の充電が行われる。最初の充電後において、放電開始時のＯＣＶ値を電圧検知手段により検知する。
【００７５】
電圧検知手段による検知結果は、第１記憶手段に入力される。また、第１記憶手段には、第１データテーブルとは別に、電極群２０の積層数又は捲回数と、初回充電後の放電開始時のＯＣＶ値との関係を示す第２データテーブルが入力されている。第２データテーブルにおいても、電極群２０の積層数又は捲回数については、第１データテーブルと同様の、段階的な数値幅が設定されている。第１演算手段は、電圧検知手段による検知結果（初回充電後の放電開始時のＯＣＶ値）と第２データテーブルとを比較し、電池１０における電極群２０の積層数又は捲回数を決定し、第１記憶手段に出力する。なお、積層数又は捲回数を第１記憶手段に予め入力するように構成してもよい。
第１演算手段は、圧力検知手段による検知結果（電極群２０の内圧値）、電極群２０の積層数又は捲回数及び第１データテーブルに基づいて、電極群２０の厚さを算出する。
【００７６】
さらに、第１記憶手段には、圧力検知手段による検知結果に基づいて、第１データテーブルから電極群２０の厚さを算出するプログラムが入力されている。電極群２０の厚さの算出方法は、上記に示したとおりである。このプログラムは、第１演算手段において実行される。また、第１記憶手段には、圧力検知手段による検知結果が入力される。この検知結果は、新しい検知結果が入力されるたびに書き換えられる。
【００７７】
第１演算手段は、圧力検知手段による検知結果が第１記憶手段に新たに入力されるたびに、第１記憶手段から前記検知結果及び第１データテーブルを取り出し、電極群２０の厚さを算出する。第１演算手段は、算出結果を第１判定手段１３に出力する。
【００７８】
第１制御手段は、電池１０が充電された後に、放電開始時のＯＣＶ値を測定し、その後所定の時間間隔でＯＣＶ値を測定するように電圧検知手段を制御する。また、第１制御手段は、第１演算手段による、「ＯＣＶ値が放電開始時のＯＣＶ値の５０％以下である」との判定結果に応じて圧力検知手段に制御信号を出力し、圧力検知手段により電極群２０の内圧を検知させる。また、第１制御手段は、圧力検知手段に制御信号を出力するのと同時に、サイクル数検知手段１２の第２制御手段に制御信号を出力し、サイクル数検知手段１２によるサイクル数検知を実行させる。
【００７９】
本実施形態では、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段は、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として構成される。第１記憶手段には、この分野で常用される各種メモリを使用でき、例えば、リードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、半導体メモリ、不揮発性フラッシュメモリ等が挙げられる。
【００８０】
（３）サイクル数検知手段１２
サイクル数検知手段１２は、厚さ検知手段１１が電極群２０の内圧を検知した時点での、電池１０の充放電サイクルの累積回数を検知する。本実施形態では、充放電サイクル回数の１回とは、電池１０を満充電した後、次の充電が必要になるまで放電させた場合を意味する。サイクル数検知手段１２は第１判定手段１３に電気的又は光学的に接続され、その検知結果を第１判定手段１３に出力する。本実施形態では、サイクル数検知手段１２は、図示しない、電圧検知手段、第２記憶手段、第２演算手段及び第２制御手段を含む。
【００８１】
電圧検知手段は、電池１０の放電時及び充電時のＯＣＶ値を定期的に検知する。なお、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知は、１回の充放電サイクルが実施されるよりも短い所定の間隔で実施される。電圧検知手段には、例えば、電圧計等を使用できる。電圧検知手段による検知結果は、第２記憶手段に経時的に入力される。サイクル数検知手段１２は、電池１０の放電時のＯＣＶ値が充電直後（放電開始時）のＯＣＶ値の５０％以下になったと第２演算手段が判定した時点で、その判定結果を第１判定手段１３に出力する。これにより、厚さ検知手段１１による電極群２０の内圧検知が開始される。なお、１つの電圧検知手段を、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２の両方において共用してもよい。
【００８２】
第２記憶手段には、電圧検知手段による検知結果が経時的に入力されている。また、第２記憶手段には、電圧検知手段による検知結果に応じて、第２演算手段が判定した判定結果（充放電サイクル回数）が入力されている。第２記憶手段は、充放電サイクル回数が増加するたびに、その判定結果を直近の判定結果に積算して保存する。また、第２記憶手段には、ＯＣＶ値と電極群２０の積層数又は捲回数との関係を示す第３データテーブルが入力されている。第３データテーブルは、予め実験等により求めることができる。第３データテーブルにおいて、電極群２０の積層数又は捲回数は、例えば、１〜５、６〜１０、１１〜１５というように、段階的に記載されている。これは、厚さ検知手段１１の第１記憶手段に入力されているデータテーブルと同じものである。
【００８３】
さらに、第２記憶手段には、第２演算手段による充放電サイクル回数の判定方法のプログラム、電圧検知手段による検知結果及び第３データテーブルに基づいて、電池１０の電極群２０の積層数又は捲回数を判定するプログラム等が入力されている。
【００８４】
第２演算手段は、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知結果が第２記憶手段に入力されるたびに、第２記憶手段からＯＣＶ値の経時的な検知結果を取り出し、前回の判定時よりも充放電サイクル回数が１回増加した否かを判定する。充放電サイクル回数が１回増加したと判定すると、その判定結果を第２記憶手段に出力する。第２記憶手段は、新たに入力された判定結果に基づいて、その直近の充放電サイクル数に「＋１」を積算する。
【００８５】
電池１０のＯＣＶ値を経時的に検知すると、電池１０の充電開始から、充電終了を経て再度の充電が必要になる充放電サイクルを容易に判定できる。充電開始時の電池１０のＯＣＶ値は最低になり、その後充電によりＯＣＶ値が安定的に上昇し、充電終了後の放電によりＯＣＶ値が徐々に低下し、さらに最低になることにより、充放電サイクルが１回増加したか否かを判定できる。
第２制御手段は、厚さ検知手段１１による内圧検知が開始されるのに同期して、第２演算手段に充放電サイクル回数の判定を実施させる。
【００８６】
サイクル数検知手段１２は、厚さ検知手段１１による検知が開始されるのと同時に充放電回サイクル数の検知を実施し、第２演算手段による最も新しい判定結果（充放電サイクル回数）を、その検知結果として第１判定手段１３に出力する。
【００８７】
第２演算手段は、電圧検知手段による検知結果及び第３データテーブルに基づいて、電池１０の電極群２０の積層数又は捲回数を判定する。第２演算手段は、この判定結果を第１判定手段１３に出力する。この判定結果は、例えば、第１判定手段１３において、電池１０における電極群２０厚さの最小値の設定値（基準値）を決定するのに利用される。
【００８８】
第２記憶手段、第２演算手段及び第２制御手段は、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段と同様に、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として構成される。第２記憶手段には、第１記憶手段と同様の各種メモリを使用できる。１つの処理回路に、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段と、第２記憶手段、第２演算手段及び第２制御手段とを含ませることができる。
【００８９】
（４）第１判定手段１３
第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１による検知結果（算出結果）及びサイクル数検知手段１２による検知結果（判定結果）に応じて、電池交換時期を算出する。より具体的には、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１による検知結果及びサイクル数検知手段１２による検知結果に応じて、厚さ検知手段１１により検知される電極群２０の厚さが最小であるか否かを判定し、電極群２０の厚さが最小であるとの判定結果に応じて、電池交換時期を算出する。
【００９０】
より具体的には、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１による検知結果と、電極群２０の最小厚さの設定値（基準値）とを比較することにより、厚さ検知手段１１による検知結果が電極群２０の最小厚さであるか否かを判定する。このとき、厚さ検知手段１１による検知結果が、好ましくは前記設定値×０．９０〜前記設定値×１．１０、さらに好ましくは前記設定値×０．９５〜前記設定値×１．０５の範囲にある時に、電極群２０の厚さが最小であると判定する。電池１０では、例えば、電池ケース２７の材質、形状、寸法等により、電極群２０の内圧及び厚さが設定値とは多少変化することがある。したがって、電極群２０の厚さが最小であるか否かを判定する場合、設定値に多少の幅を持たせた方がより正確な交換時期を判定できる。
【００９１】
また、厚さ検知手段１１の第１制御手段及びサイクル数検知手段１２の第２制御手段を設けることなく、第１判定手段１３を第１制御手段及び第２制御手段に代えて使用することもできる。この場合、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１又はサイクル数検知手段１２に含まれる電圧検知手段からの、電池１０の放電時ＯＣＶ値が充電直後のＯＣＶ値の５０％以下になったという判定結果の入力を受ける。この判定結果に応じて、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２に制御信号を出力し、厚さ検知手段１１による電池１０の厚さ検知及びサイクル数検知手段１２による電池１０の充放電サイクル回数の検知を実行させる。
【００９２】
第１判定手段１３は、例えば、第３記憶手段と、第３演算手段と、第３制御手段とを含む。第３記憶手段には、第４データテーブル及び第５データテーブルが予め入力されている。第４データテーブルは、電極群２０の積層数又は捲回数ごとに、電極群２０の最小厚さと電極群２０が最小厚さになる充放電サイクル数との関係を示す。すなわち、電極群２０の積層数又は捲回数ごとに、電極群２０の最小厚さと充放電サイクル回数との関係が設定されている。電極群２０の積層数又は捲回数は、例えば、１〜５、６〜１０、１１〜１５といった段階的に示されている。電極群２０の積層数又は捲回数は、上記したように、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知から判定ができる。電極群２０の積層数又は捲回数の判定結果は、厚さ検知手段１１又はサイクル数検知手段１２から第１判定手段１３の第３記憶手段に入力される。
【００９３】
したがって、第３演算手段は、第４データテーブルと電極群２０の積層数又は捲回数の判定結果とから、厚さ検知手段１１による検知結果が電極群２０の最小厚さであるか否かを判定する。なお、この場合、第３演算手段は、サイクル数検知手段１２による検知結果も参照する。サイクル数検知手段１２による検知結果が、第４データテーブルにおける電極群２０の最小厚さに対応する充放電サイクル数よりも少ない場合は、電極群２０が最小厚さになったと判定しない。そして、第１制御手段に制御信号を出力し、厚さ検知手段１１に再度検知を実行させる。２度目の検知でも電極群厚さが最小であると判定された場合は、充放電サイクル数が一致していなくても、電極群厚さが最小になったと判定する。
【００９４】
第５データテーブルは、電池１０において電極群２０が最小厚さに達した後の、充放電サイクルの回数Ｚと電極群２０の厚さＴとの関係を示す。この関係は、予め実験により求められる。また、この関係は、電極群２０の積層数又は捲回数ごとに求められる。第５テーブルにおいても、電極群２０の積層数又は捲回数は、１〜５、６〜１０、１１〜１５・・・といった段階的な数値範囲として設定されている。
【００９５】
本発明者らは、合金系活物質を利用する電池１０において、充放電サイクルの回数と電極群２０の厚さとが特殊な関係を示すことを見出した。すなわち、図４に示すように、電池１０の使用開始時点Ｎ０から所定の充放電サイクル回数Ｎ１までの間は、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とはほぼ負の比例関係を有している。充放電サイクル回数Ｎ１になるまで、電極群２０の厚さは徐々に減少し、充放電サイクル回数Ｎ１において電極群２０の厚さは最小になる。したがって、予め実験により、電極群２０の最小厚さを求めることができる。一方、充放電サイクル回数がＮ１よりも増加すると、電極群２０の厚さは徐々に大きくなる。このように電極群２０の厚さが変化する現象は、合金系活物質以外の負極活物質を利用する非水電解質二次電池には認められない。
【００９６】
合金系活物質を用いる電池１０において、上記現象が発生する理由は十分明らかではないが、負極活物質層２２ｂにおける合金系活物質粒子の形状が、充放電サイクルの繰返しに伴う膨張及び収縮により、最適化されるためであると推測される。粒子形状の最適化とは、粒子形状が変化し、粒子同士の間隙の容積が最小になり、粒子集合体としての負極活物質層２２ｂの体積が最小になることである。
【００９７】
なお、前記した粒子形状の最適化とともに、充放電サイクルの繰返しに伴って合金系活物質粒子が劣化すると、該粒子のＣ軸方向の厚さが増加するため、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とが反比例の関係を示すこともある。したがって、予め電極群２０を作製し、充放電サイクル回数の増加に伴う電極群２０の厚さの変化を把握しておくことが好ましい。
【００９８】
また、充放電サイクル回数がＮ１よりも増加すると、電極群２０の厚さが増加するのは、充放電サイクル回数Ｎ１において、合金系活物質粒子の粒子形状の最適化が終了するためであると推測される。
【００９９】
さらに本発明者らは、前記のような特性を有する電池１０において、電極群２０の最小厚さと、その時の充放電サイクル回数Ｎ１とが判れば、電池１０の交換時期をほぼ正確に予測できることを見出した。具体的には、本発明者らは、電極群２０が最小厚さに達した後は、電極群厚さＴと充放電サイクル回数Ｚとの間には、非常に再現性の高い相関関係が成立することを見出した。したがって、電極群２０が最小厚さに達した後の電極群厚さＴと充放電サイクル回数Ｚとの関係を実験により測定してデータ化すれば、充放電サイクルをＺ回行った後の電極群厚さＴをほぼ正確に知ることが可能になる。
【０１００】
したがって、電極群厚さＴに基づいて電池１０の交換時期を設定すれば、電池１０を交換するまでの充放電サイクルの回数をほぼ正確に予測できる。電池１０の交換時期は、電池１０における電極群２０の厚さにより判定される。電極群２０の交換時期の厚さは、例えば、電池１０の容量が初期容量（使用開始時の容量）の５０％以下になる電極群２０の厚さである。電極群２０の交換時期厚さは、第５データテーブルとともに第３記憶手段に入力されている。すなわち、電池パック１では、電極群２０が最小厚さになったと判定された時点で、電池１０を交換するまでの充放電サイクル回数をほぼ正確に予測できる。
【０１０１】
なお、第５データテーブルにおける充放電サイクル回数に対応する電極群厚さと、厚さ検知手段１１による電極群厚さの検知結果との差が２５％以上である場合は、異常とみなし、第１判定手段１３はその時の充放電サイクル回数を電池１０の交換時期として判定する。
【０１０２】
第３演算手段は、電極群２０における積層数又は捲回数に応じて電極群２０の最小厚さを判定し、その判定結果に応じて、厚さ検知手段１１による検知結果が最小電極群厚さになっているか否かを判定する。厚さ検知手段１１による検知結果が最小電極群厚さに一致する場合は、その時の充放電サイクル回数及び第５データテーブルを第３記憶手段から取り出し、電池１０の交換時期までの充放電サイクル回数を算出し、算出結果を第３記憶手段に出力する。
【０１０３】
また、厚さ検知手段１１による検知結果が、最小電極群厚さに達していない場合は、電圧検知手段によるＯＣＶ値が充電終了時のＯＣＶ値の５０％以下であるとの検知結果が入力されるたびに、その検知結果を制御手段に出力する。第３制御手段は、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２に制御信号を出力し、電極群厚さ及び充放電サイクル回数を検知させる。また、第３制御手段は、電池１０の交換時期までの充放電サイクル回数が決定された後、交換時期通知手段１４に制御信号を出力し、その充放電サイクル回数を表示する。
【０１０４】
第３記憶手段、第３演算手段及び第３制御手段は、第１〜第２記憶手段、第１〜第２演算手段及び第１〜２制御手段と同様に、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として構成される。第３記憶手段には、第１〜２記憶手段と同様の各種メモリを使用できる。
【０１０５】
本実施形態では、記憶手段、演算手段、制御手段等を、厚さ検知手段１１、サイクル数検知手段１２及び第１判定手段１３ごとに個別に設けているが、これらを一体化して、１つの記憶手段、演算手段及び制御手段を設けてもよい。例えば、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として、中央演算装置（ＣＰＵ）を設けてもよい。
【０１０６】
（５）交換時期通知手段１４
交換時期通知手段１４は、電池１０の交換時期までの充放電サイクル回数を表示する。表示される充放電サイクル回数は、電池１０の充放電サイクル回数がさらに増加するのに伴って減少する。また、交換時期までの充放電サイクル回数が、例えば、１０回又は５回を下回った時点で、その回数を赤等の目立つ色で表示するか又は点滅表示してもよい。交換時期通知手段１４には、例えば、液晶、表示灯等が使用される。
【０１０７】
また、本実施形態では交換時期通知手段１４が使用されるが、それに限定されず、第１判定手段１３により算出される電池交換時期を音で知らせる交換時期通知手段を設けてもよい。さらに、第１判定手段１３により算出される電池交換時期に応じて、電池１０の充放電を停止させる充放電制御手段を設けてもよい。第１判定手段１３に、前記充放電制御手段の機能を付加してもよい。
【０１０８】
つぎに、図３に基づいて、本発明の電池パック１における判定動作を説明する。
ステップＳ１では、厚さ検知手段１１又はサイクル数検知手段１２に含まれる電圧検知手段により、電池１０の充電直後のＯＣＶ値が検知され、さらに電池１０のＯＣＶ値が定期的に検知される。ステップＳ２では、サイクル数検知手段１２において、電圧検知手段による検知結果が、電池１０の充電直後のＯＣＶ値の５０％以下であるか否かが判定される。５０％以下である場合には、ステップＳ３に移る。５０％以下でない場合には、ステップＳ１に戻る。
【０１０９】
ステップＳ３では、電圧検知手段による検知結果が電池１０の充電直後のＯＣＶ値の５０％以下であるとの判定結果が、厚さ検知手段１１の第１制御手段に入力される。第１制御手段は、圧力検知手段に制御信号を出力し、圧力検知手段により電極群２０の内圧を検知させる。厚さ検知手段１１は、圧力検知手段による電極群２０の内圧検知結果に基づいて演算を行い、電極群２０の厚さを検知する。電極群２０の厚さの検知結果は、第１判定手段１３に入力される。
【０１１０】
ステップＳ４では、厚さ検知手段１１の第１制御手段が、厚さ検知手段１１の圧力検知手段への制御信号の出力に同期して、サイクル数検知手段１２の第２制御手段に制御信号を出力する。これにより、厚さ検知手段１１により電極群２０の厚さが検知された時点での充放電サイクル回数を検知する。この充放電サイクル回数の検知結果は、第１判定手段１３に入力される。
【０１１１】
ステップＳ５では、第１判定手段１３において、厚さ検知手段１１による電極群２０の厚さの検知結果が、電極群２０の最小厚さに一致するか又は否か（電極群２０の最小厚さよりも大きいか否か）を判定する。一致する場合にはステップＳ６に移行し、一致しない場合はステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、第１判定手段１３において、厚さ検知手段１１による電極群２０の厚さの検知結果及びサイクル数検知手段１２による充放電サイクル回数の検知結果から、電池交換時期までの充放電サイクル回数を算出する。
【０１１２】
ステップＳ７では、ステップＳ６で算出された電池交換時期までの充放電サイクル回数を、交換時期通知手段１４に表示する。このようにして、本発明の電池パック１における、電池交換時期までの充放電サイクル回数を求める動作が完了する。
【０１１３】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態である電池パック２の構成を模式的に示すブロック図である。電池パック２は電池パック１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。電池パック２は、第１判定手段１３に代えて第１判定手段１３ａを含み、かつサイクル数検知手段１２を含まないことを特徴とし、それ以外の構成は電池パック１と同様である。
【０１１４】
第１判定手段１３ａは、第１判定手段１３の他に、サイクル数検知手段１２とは異なるサイクル数検知手段を有している。このサイクル数検知手段は、電池１０に充電電圧が一定の長さ以上印加されるのを検知し、これを充放電サイクル回数：１回と検知する。また、電池パック２では、電圧検知手段を有していないので、電池パック１と同様にして電極群２０の積層数又は捲回数を判定できない。したがって、第１判定手段１３ａは、電極群２０の積層数又は捲回数を外部から入力可能に構成されている。
【０１１５】
具体的には、例えば、電池パック２に図示しないＵＳＢ入力端子が設けられている。そして、ＵＳＢケーブルを介して電池パック２とパーソナルコンピュータとを接続することにより、電極群２０の積層数又は捲回数を第１判定手段１３ａに入力できる。電極群２０の積層数又は捲回数は、電池１０に表示されている。また、電池パック２の説明書には、電池パック２に適する電池１０の規格が明示されている。したがって、使用者は、電池パック２に適した電池１０を容易に選択できる。電池パック２においても、電池パック１と同様に、電極群２０が最小厚さに達してから電池交換までの充放電サイクル回数をほぼ正確に算出することができる。
【０１１６】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態である電池パック３の構成を模式的に示すブロック図である。図７は、図２に示す非水電解質二次電池１０のサイクル劣化判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【０１１７】
本発明者らは、前述のように、合金系二次電池の膨れ特性が、黒鉛を含む従来の非水電解質二次電池（以下「従来の電池」とする）の膨れ特性とは異なることを見出した。電池の膨れは、主に、電池ケース内に収容される電極群が膨れることに起因して発生する。従来の電池では、充放電サイクル回数の増加に伴って電極群の膨れが徐々に大きくなる。
【０１１８】
これに対し、合金系二次電池は、図４に示すように、使用初期は電極群の厚さが徐々に小さくなり、電極群の厚さが最小に達した後、電極群の厚さが徐々に増加する膨れ特性を有していることを本発明者らは見出した。さらに、本発明者らは、電極群の厚さが増加に転じた後は、充放電サイクル回数と電極群の厚さとの間に相関関係（所定の比例定数を有する比例関係）が存在することを見出した。しかしながら、この相関関係だけでは、突然のサイクル劣化の有無を判定できない。
【０１１９】
本発明者は、合金系二次電池における、充放電サイクル回数と電極群の厚さとの相関関係についてさらに研究を重ねた。その結果、顕著なサイクル劣化が突然に起る合金系二次電池では、そのサイクル劣化が起る前に、電極群の厚さの増加率が急激に変化することを見出した。すなわち、充放電サイクル回数と電極群の厚さとは比例関係にあるが、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、その比例関係における比例定数が大きくなるように変化することを見出した。
【０１２０】
この知見に基づき、本発明者らは、充放電サイクル回数と電極群の厚さとの相関関係の変化から、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、サイクル劣化の有無を判定する構成を想到するに至った。そして、この構成によれば、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、サイクル劣化の発生の有無をほぼ正確に判定できることを見出した。
【０１２１】
本発明によれば、合金系二次電池の顕著なサイクル劣化の発生の有無をほぼ正確に判定できる。より具体的には、前記電池において、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、前記電池に顕著なサイクル劣化が起り始めていることを知ることができる。その結果、顕著なサイクル劣化とそれに伴う電池の大きな膨れの発生を予測して、電池パックを交換することが可能になる。このため、前記電池パックを電源とする各種電子機器や電気自動車などにおいて、作成データの消失や走行中の駆動モータの停止などが発生するのを防止できる。また、万が一、電池が大きく膨れる要因を持つ場合でも、それをほぼ確実に防止できる。
【０１２２】
本実施形態の電池パック３は、合金系活物質を含む非水電解質二次電池とともに、非水電解質二次電池のサイクル劣化の有無の判定方法を実現する機構を含んでいる。このため、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、電池パック３を交換することが可能になる。本実施形態の電池パック３は長期的な信頼性が高く、各種電子機器の電源、電気自動車の主電源や補助電源などとして有効である。
【０１２３】
電池パック３は、電池１０と、電池１０に含まれる電極群２０の厚さを検知する厚さ検知手段１６と、電池１０の充放電サイクル回数を検知するサイクル数検知手段１７と、厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電池１０のサイクル劣化の有無を判定する第２判定手段１８と、第２判定手段１８によるサイクル劣化有りとの判定結果を表示するサイクル劣化通知手段１９と、外部機器の接続端子に接続される外部接続端子１５ａ、１５ｂと、図示しない外装体とを含む。
【０１２４】
本実施形態では、電池１０、厚さ検知手段１６、サイクル数検知手段１７および第２判定手段１８は、外装体の内部に収容されている。サイクル劣化通知手段１９は、外装体表面に露出するように配置されている。また、外部接続端子１５ａ、１５ｂは、それぞれ、外装体の所定の位置に装着されている。電池１０は、図２に示す電池１０である。
【０１２５】
（１）厚さ検知手段１６
厚さ検知手段１６は、電池１０に含まれる電極群２０の厚さ情報を検知する。本実施形態では、厚さ検知手段１６は、電極群２０の厚さ情報として電極群２０の内圧を検知し、その検知結果から電極群２０の厚さを算出する。厚さ検知手段１６は、算出結果を第２判定手段１８に出力する。厚さ検知手段１６と第２判定手段１８とは、情報交換可能に接続されている。具体的には、電気的な接続、光学的な接続などがある。情報交換可能な接続とは、検知結果、制御信号などの出入力が可能な接続を意味する。
【０１２６】
本実施形態の厚さ検知手段１６は、感圧センサ、第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段（いずれも図示せず）を含み、少なくとも感圧センサが非水電解質二次電池１０の近傍に配置される。感圧センサ、第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段は、情報交換可能に接続されている。
【０１２７】
感圧センサは、電極群２０の内圧を検知する。本実施形態では、電極群２０は積層型であり、扁平な形状を有しているので、感圧センサによりその内圧を正確に検知することができる。感圧センサにより内圧を正確に検知するという観点からは、電極群２０に代えて、扁平型電極群を使用してもよい。
【０１２８】
感圧センサは、電池１０の扁平部分の中央部に接触させることが好ましい。これにより、電極群２０の内圧をより一層正確に検知できる。電池１０の扁平部分とは、電極群２０の厚さ方向表面に対応する電池ケース２７の外側表面である。扁平部分の中央部とは、電池ケース２７の外側表面において、電極群２０の厚さ方向表面の中心に対応する位置である。
【０１２９】
電極群２０は積層型であり、その厚さ方向の表面を鉛直方向上方から見た形状は、長方形、正方形などの方形である。方形における対角線の交点が、電極群２０の厚さ方向表面の中心である。電池１０の中央部は、電極群２０の中心と正確に一致している必要はなく、電極群２０の中心の近傍部分でも、電極群２０の内圧をほぼ正確に検知できる。電極群２０の中心の近傍部分は、電極群２０の中心から半径５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の円領域である。扁平型電極群の鉛直方向上方から見た形状は、積層型電極群２０と同様に方形であるため、その中心は電極群２０の中心と同様に定義できる。
【０１３０】
感圧センサは、サイクル数検知手段１７が充放電サイクル回数を更新した直後に、電極群２０の内圧を検知する。電極群２０の内圧から、電極群２０の厚さをほぼ正確に知ることができる。なお、サイクル数検知手段１７が充放電サイクル回数を更新する点については、サイクル数検知手段１７の項目で説明する。
【０１３１】
感圧センサには、従来から圧力センサとして知られているものを使用できるが、ＨＳＰＣシリーズ（商品名、アルプス電気（株）製）、ＰＳ−Ａプレッシャーセンサ（商品名、パナソニック電工（株）製）などの小型の圧力センサが好ましい。感圧センサは、その検知結果を第４記憶手段に出力する。
【０１３２】
第４記憶手段には、感圧センサによる検知結果が入力される。この検知結果は、新しい検知結果が入力されるたびに書き換えられる。この検知結果に基づいて、電極群２０の厚さが算出され、第４記憶手段に入力される。第４記憶手段には、電極群２０の満充電時の内圧と電極群２０の厚さとの関係を示す第６データテーブルが入力されている。
【０１３３】
電極群２０の満充電時の内圧と厚さとの関係は、単位電極の積層数、電極群２０および負極活物質層２２ｂの初期厚さなどに応じて変化する。したがって、第６データテーブルは、予め定められた規格（単位電極の積層数、電極群２０の初期厚さおよび負極活物質層２２ｂの初期厚さ）における、電極群２０の満充電時の内圧と電極群２０の厚さとの関係を示すものである。第６データテーブルは、実験により予め作成される。
【０１３４】
単位電極とは、１つの正極２１と１つの負極２２との間に１つのセパレータ２３を介在させたものである。互いに隣り合う一組の単位電極の間にセパレータ２３を介在させると、複数の単位電極を積層した積層型電極群を作製できる。本実施形態において、電極群２０の積層数とは、単位電極の積層数を意味する。図２に示す電池１０では、電極群２０の積層数は１である。
【０１３５】
合金系活物質を含有する電極群２０において、電極群２０の満充電時の内圧Ｘと、電極群２０の厚さＹと、電極群２０の初期厚さＴ０との間には、式（１）：Ｙ＝αＸ＋Ｔ０（式中αは比例定数を示す）の関係が成立する。したがって、式（１）において、電極群２０の積層数に応じて、比例定数αを求め、第６データテーブルとして第４記憶手段に予め入力する。
【０１３６】
この場合、電極群２０の積層数は、１、２、３・・・と連続的に設定してもよいが、たとえば、１〜５、６〜１０、１１〜１５、・・・と段階的に数値幅を設定し、数値幅ごとに比例定数αを求めるのが好ましい。積層数１〜５という数値幅における比例定数α１〜５を求めるには、１〜５の各積層数における比例定数α１〜α５を求め、その平均値を比例定数α１〜５とすればよい。電極群２０が扁平型電極群である場合は、積層数に代えて捲回数を用いる以外は、積層数の場合と同様にして比例定数αを決定する。
【０１３７】
さらに、第４記憶手段には、感圧センサによる検知結果に基づいて、第６データテーブルから電極群２０の厚さを算出するプログラムが入力されている。電極群２０の厚さの算出方法は、上記に示したとおりである。このプログラムは、第４演算手段において実行される。
【０１３８】
第４演算手段は、感圧センサによる検知結果（電極群２０の内圧値）、電極群２０の積層数および第６データテーブルに基づいて、電極群２０の厚さを算出する。電極群２０の積層数は、電池パック３を設計する際に決められているので、第６データテーブルとともに予め第４記憶手段に入力されている。
第４演算手段は、感圧センサによる検知結果が第４記憶手段に新たに入力されるたびに、第４記憶手段から前記検知結果および第６データテーブルを取り出し、電極群２０の厚さを算出する。第４演算手段は、算出結果を第４記憶手段に出力する。
【０１３９】
第４制御手段は、サイクル数検知手段１７による充放電サイクル回数を更新したとの制御信号に応じて感圧センサおよび第４演算手段を制御する。より具体的には、第４制御手段は、電池１０の満充電時に、感圧センサによる電極群２０の内圧検知、および第４演算手段による電極群２０の厚さの算出を制御する。第４制御手段は、第４演算手段による算出結果を第４記憶手段から取り出し、第２判定手段１８に出力する。
【０１４０】
第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段は、本実施形態では、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマーなどを含む処理回路として構成される。第４記憶手段には、この分野で常用される各種メモリを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、半導体メモリ、不揮発性フラッシュメモリなどが挙げられる。第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段の代りに、電池パック３が装着される外部機器または第２判定手段１８のＣＰＵ（中央情報処理装置）などを利用してもよい。
【０１４１】
（２）サイクル数検知手段１７
サイクル数検知手段１７は、電池１０の充放電サイクル回数を検知する。本実施形態では、満充電状態の電池１０が放電して完全放電状態になり、充電が行われ、電池１０が再び満充電状態になるサイクルを、充放電サイクル１回とする。満充電状態は、好ましくはＳＯＣ：９０％以上である。サイクル数検知手段１７と第２判定手段１８とは、電気信号レベルでの情報交換が可能であるように接続され、サイクル数検知手段１７はその検知結果を第２判定手段１８に出力する。
【０１４２】
本実施形態のサイクル数検知手段１７は、図示しない電圧検知手段と、第５記憶手段と、第５演算手段と、第５制御手段とを含む。
電圧検知手段は、第５制御手段により、電池１０の開回路電圧（Ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ、以下「ＯＣＶ」とする）を所定の時間間隔で検知するように制御される。
【０１４３】
電池１０のＯＣＶ値には、次のような特性がある。電池１０の充電開始時に、そのＯＣＶ値は最低になる。その後充電によりＯＣＶ値が安定的に上昇し、最大になる。そして、充電終了後の放電により、ＯＣＶ値は徐々に低下し、さらに最低値になる。ＯＣＶ値が最大になり、その後低下し、再び最大になるまでのサイクルが、充放電サイクル１回になる。電池１０のＯＣＶ値を経時的に検知することにより、電池１０の充放電サイクルの回数を正確に検知できる。
【０１４４】
電圧検知手段によるＯＣＶの検知は、たとえば、０．１秒〜１０００秒、好ましくは１秒〜６０秒の間隔で実施すればよい。電圧検知手段には、たとえば、電圧計などを使用できる。電圧検知手段による検知結果は、第５記憶手段に経時的に並べて入力される。
第５記憶手段には、電圧検知手段による検知結果の他に、充放電サイクルの回数が入力される。充放電サイクルの回数は、新しい数値が入力されるたびに書き換えられる。
【０１４５】
第５演算手段は、電圧検知手段による検知結果が第５記憶手段に入力されると、その検知結果を取り出し、検知結果であるＯＣＶ値が最高になり、再び最高になるサイクルを、充放電サイクル回数１回と判定する。第５演算手段は、１回の充放電サイクルが終了したと認識すると、第５記憶手段に入力されている充放電サイクル回数の数値に「１」を加算し、新しい数値として第５記憶手段に出力する。
【０１４６】
第５制御手段は、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知を制御する。また、第５制御手段は、第５記憶手段に入力されている充放電サイクル回数が新しい数値に書き換えられると、その新しい数値を第２判定手段１８に出力する。
【０１４７】
本実施形態では、第５記憶手段、第５演算手段および第５制御手段は、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマーなどを含む処理回路として構成される。第５記憶手段には、この分野で常用される各種メモリを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ、ランダムアクセスメモリ、半導体メモリ、不揮発性フラッシュメモリなどが挙げられる。第５記憶手段、第５演算手段および第５制御手段の代りに、電池パック３が装着される外部機器のＣＰＵ（中央情報処理装置）などを利用してもよい。
【０１４８】
本実施形態ではＯＣＶ値の検知により充放電サイクル回数を検知しているが、それに限定されず、たとえば、閉回路端子電圧（ＣＣＶ）の検知により充放電サイクル回数を検知してもよい。なお、ＣＣＶ検知を行う場合には、測定する電流レートを低くするのが好ましい。具体的には、測定する電流レートを０．２Ｃ以下にするのが好ましい。これにより、検知されるＣＣＶの値が電流レートの影響を受け難くなり、さらに正確な検知が可能になる。電流レートは、第５制御手段により制御すればよい。
【０１４９】
ＣＣＶ検知は、環境温度による影響を受ける場合がある。具体的には、環境温度が２０℃未満では、電流レートを０．２Ｃ以下にしても、検知されるＣＣＶ値が不正確になるおそれがある。したがって、温度検知手段により電池１０の温度を検知しつつ、ＣＣＶ検知を行うのがよい。電池１０の温度と、電流レートと、ＣＣＶ値との関係を予め実験により求め、第７データテーブルとして第５記憶手段に入力する。第５演算手段は、検知されたＣＣＶ値を、第７データテーブルと電流レートと検知温度とに基づいて補正し、正確なＣＣＶ値を得る。温度検知手段には、電子機器、半導体製品などにおいて温度検知に用いられる市販の小型温度センサを使用できる。
【０１５０】
ＣＣＶ検知は、放電深度により影響を受ける場合がある。具体的には、ＣＣＶ検知時の放電深度が異なると、電流レートを０．２Ｃ以下にしても、検知されるＣＣＶ値にばらつきを生じ、充放電サイクル回数を正確に検知できないおそれがある。したがって、放電深度を検知しつつ、ＣＣＶ検知を行うのがよい。放電深度と、電流レートと、ＣＣＶ値との関係を予め実験により求め、第８データテーブルとして第５記憶手段に入力する。第５演算手段は、検知されたＣＣＶ値を、第８データテーブルと電流レートと放電深度とに基づいて補正し、正確なＣＣＶ値を得る。
【０１５１】
放電深度は、電池１０の定格容量と、放電電気量とから算出できる。放電電気量は、充放電サイクルが１回終了した後の、放電電流値に放電時間を乗じた数値の合計として算出できる。放電深度の算出プログラムは、予め第５記憶手段に入力される。
また、放電深度が一定になるように制御して、ＣＣＶ検知を実施してもよい。
【０１５２】
（３）第２判定手段１８
第２判定手段１８は、厚さ検知手段１６による検知結果（電極群２０の厚さ）およびサイクル数検知手段１７による検知結果（充放電サイクル回数）に応じて、サイクル劣化の発生の有無を判定する。より具体的には、第２判定手段１８は、厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との相関関係を求め、相関関係の変化を検知することにより、サイクル劣化の有無を判定する。
【０１５３】
本発明者らは、電池１０において、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との間に、従来の電池とは異なる相関関係があることを見出した。以下、図４に基づいて、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との相関関係をさらに詳しく説明する。
【０１５４】
図４に示すように、充放電サイクル回数が０であるＮ０の時点では、電極群２０は初期厚さｔ０を有している。その後、充放電サイクル回数が増加すると、電極群２０の厚さは徐々に減少し、Ｎ１の時点で電極群２０の厚さは最小になる。Ｎ０からＮ１までは、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とは負の比例関係または反比例の関係にある。Ｎ１の時点から充放電サイクル回数が増加すると、電極群２０の厚さも徐々に増加する。Ｎ１の時点以降は、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とは正の比例関係を有している。
【０１５５】
顕著なサイクル劣化が起る電池では、Ｎ１の時点からさらに充放電サイクル回数が増加したＮ２以降で、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との比例関係における比例定数が、Ｎ１からＮ２までの比例定数よりも大きくなる。このような比例定数が大きくなる変化は、顕著なサイクル劣化が発生する直前に起る。したがって、比例定数が大きくなる変化を検知することにより、顕著なサイクル劣化の発生の有無をほぼ正確に判定できる。比例定数が大きくなる変化は、合金系活物質を含む電池１０に特有の現象である。
【０１５６】
合金系活物質を含む電池１０において、上記現象が発生する理由は十分明らかではないが、負極活物質層２２ｂにおける合金系活物質粒子の形状が、充放電サイクルの繰返しに伴う膨張および収縮により、最適化されるためであると推測される。粒子形状の最適化とは、粒子形状が変化し、粒子同士の間隙の容積が最小になり、粒子集合体としての負極活物質層２２ｂの体積が最小になることである。これにより、所定の充放電サイクル回数を経た後に、電極群２０の厚さが最小になるものと推測される。
【０１５７】
粒子形状が最適化された後は、負極活物質層２２ｂが徐々に膨張することにより、電極群２０の厚さが徐々に大きくなるものと推測される。顕著なサイクル劣化が突然に起る電池では、負極活物質層２２ｂ内部において、合金系活物質と非水電解質との反応による副生物の生成量が多くなるものと推測される。その結果、負極活物質層２２ｂの膨張の割合が大きくなり、Ｎ２の時点で比例定数が大きくなる変化を引き起こすものと推測される。本発明者らは、前記副生物がサイクル劣化の１つの要因になることを見出している。
【０１５８】
Ｎ１時点およびＮ２時点の充放電サイクル回数は、たとえば、電極群２０の積層数（扁平型電極群であれば捲回数）、合金系活物質の種類、負極活物質層２２ｂの厚さ、負極集電体２２ａの材質などの種々の構成により変化する。しかしながら、いずれの構成を採用しても、電極群２０の厚さが徐々に大きくなる途中で、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との比例関係における比例定数が大きくなるという変化は共通である。
【０１５９】
図４は、電極群２０の厚さが、Ｎ１の時点以降徐々に増加することを示している。しかしながら、Ｎ２までの、電極群２０の厚さの増加はミクロンオーダーであり、このような増加は、電池１０の電池性能、使用者に対する安全性などを損なうものではない。
【０１６０】
第２判定手段１８は、第６記憶手段と、第６演算手段と、第６制御手段とを含む。
第６記憶手段には、厚さ検知手段１６による検知結果（電極群２０の厚さ）およびサイクル数検知手段１７による検知結果（充放電サイクル回数）が入力される。
第６記憶手段には、厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との関係における比例定数を求めるプログラムが入力されている。
【０１６１】
比例定数決定プログラムの一例を挙げる。Ｎ１の時点から充放電サイクル回数５０回を経過した後に、厚さ検知手段１６による充放電サイクル回数５０回分の検知結果とサイクル数検知手段１７による充放電サイクル回数５０回分の検知結果とをプロットし、最小２乗法により比例定数（基準比例定数）を求める。基準比例定数は、第６記憶手段に入力される。なお、基準比例定数を求めるための充放電サイクル回数は、たとえば、５回〜２００回、好ましくは１０回〜１００回の範囲から適宜選択できる。
【０１６２】
基準比例定数を求めた後、充放電サイクル数５回ごとに平均比例定数を求める。このとき、最新の充放電サイクル回数１回と、その直前の充放電サイクル回数４回との平均比例定数を求める。この平均比例定数は、充放電サイクルが１回終了するたびに更新される。本実施形態では、平均比例定数が基準比例定数を１〜３％、好ましくは１〜２％上回ったところで、Ｎ２の時点に達したと判定する。基準比例定数に対する平均比例定数の比率は、たとえば、単位電極の積層数、負極活物質層２２ｂの厚さ、合金系活物質の種類などに応じて選択される。
【０１６３】
第６記憶手段には、電極群２０の厚さが減少から増加に転じるＮ１の時点を判定するＮ１判定プログラムも入力されている。前回の電極群２０の厚さと、新たに得られる電極群２０の厚さとを比較し、新たに得られる電極群２０の厚さが前回の電極群２０の厚さよりも大きくなったときに、前回の電極群２０の厚さが得られた充放電サイクル回数を、Ｎ１時点と判定する。Ｎ１判定プログラムによりＮ１時点が決定すると、比例定数決定プログラムが動作する。さらに、第３記憶手段には、サイクル数検知手段１７による検知結果の入力を受けて、厚さ検知手段１６の動作を制御するプログラムが入力されている。
【０１６４】
第６演算手段は、第６記憶手段に入力されている、厚さ検知手段１６による検知結果、サイクル数検知手段１７による検知結果および上記各種プログラムに基づいて演算を実施し、サイクル劣化の有無を判定する。
第６制御手段は、サイクル数検知手段１７による検知結果の入力を受けて、厚さ検知手段１６による電極群２０の厚さの検知を制御する。第６制御手段は、第６演算手段によるサイクル劣化有りとの判定に応じて、サイクル劣化通知手段１９に制御信号を出力し、サイクル劣化通知手段１９を作動させて顕著なサイクル劣化が起ることを機器の使用者に通知する。
【０１６５】
第６記憶手段、第６演算手段および第６制御手段は、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー、ＣＰＵなどを含む処理回路として構成される。第６記憶手段には、第４〜５記憶手段と同様の各種メモリを使用できる。第６記憶手段、第６演算手段および第６制御手段に代えて、電池パック３を電源とする外部機器のＣＰＵなどを用いてもよい。
【０１６６】
本実施形態では、記憶手段、演算手段、制御手段などを、厚さ検知手段１６、サイクル数検知手段１７および第２判定手段１８ごとに個別に設けているが、これらを一体化して、１つの記憶手段、演算手段および制御手段を設けてもよい。たとえば、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマーなどを含む処理回路として、中央演算装置（ＣＰＵ）を設けてもよい。
さらに好ましい実施形態では、電池パック３は、第２判定手段１８によるサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、電池１０の充放電を停止させ充放電制御手段をさらに含むことができる。また、第２判定手段１８に、前記充放電制御手段の機能を付加してもよい。
【０１６７】
（４）サイクル劣化通知手段１９
サイクル劣化通知手段１９は、第２判定手段１８から制御信号を受けて、サイクル劣化が有ることを使用者に通知する。サイクル劣化通知手段１９は、表示または音による通知を行う。サイクル劣化通知手段１９には、たとえば、液晶、ランプ、音声発信機などを使用できる。これにより、顕著なサイクル劣化が起る直前であることを、機器の使用者に確実に知らせることができる。
【０１６８】
電池パック３は、第２交換時期判定手段を含んでいてもよい。第２交換時期判定手段は、第２判定手段１８によるサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、この判定結果を得るのに用いられた厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電池１０の交換時期を判定する。充放電を制御可能な第２判定手段１８または第２交換時期判定手段により、顕著なサイクル劣化が突然に発生することによる、作製データの損失などを防止することができる。
【０１６９】
第２交換時期判定手段は、たとえば、顕著なサイクル劣化が発生するとの判定時における電極群２０の厚さおよび充放電サイクル回数に基づいて、予め実験により作成された第９データテーブルから、顕著なサイクル劣化が起るまでの充放電サイクル回数を求め、交換時期を判定する。
【０１７０】
第９データテーブルにおける、電極群２０の厚さおよび充放電サイクル回数以外の変数要素には、基準比例定数、前記判定時の基準比例定数に対する平均比例定数の比率および電極群２０の積層数（捲回型電極群または扁平型電極群の場合は捲回数）などがある。これらの変数要素の数値を変化させて実験を行い、顕著なサイクル劣化の発生有りと判定された電池の、使用可能な充放電サイクル回数を示す第９データテーブルを作成する。
【０１７１】
第９データテーブルでは、電極群２０の積層数（または捲回数）は、１〜５、６〜１０、１１〜１５といった段階的に示すのが好ましい。電極群２０の積層数（または捲回数）は、たとえば、電池パック３にコンピュータとの接続端子を設け、コンピュータの端末から入力するように構成できる。第９データテーブルを、たとえば、第２判定手段１８の第６記憶手段に入力しておき、第６演算手段により交換時期の判定を実行させればよい。
【０１７２】
次に、図７に基づいて、本発明の電池パック３におけるサイクル劣化判定動作をさらに詳しく説明する。
ステップＳ１１では、サイクル数検知手段１７が電池１０のＯＣＶ値を検知する。そして、ＯＣＶ値が一端最高になり、放電後、充電によりＯＣＶ値が再度最高になるサイクルを、充放電サイクル回数：１回と検知し、前回検知の充放電サイクル回数に「１」を加算して第２判定手段１８に出力する。第２判定手段１８は、新しい充放電サイクル回数の入力を受け、厚さ検知手段１６に制御信号を出力する。これにより、厚さ検知手段１６が電極群２０の厚さを検知する動作を開始する。
【０１７３】
ステップＳ１２では、厚さ検知手段１６が電極群２０の厚さを検知し、その検出結果を第２判定手段１８に出力する。
ステップＳ１３では、第２判定手段１８は、ステップＳ１２で得られる電極群２０の厚さ（以下「ステップＳ１２の厚さ」とする）と、前回得られた電極群２０の厚さ（以下「前回厚さ」とする）とを比較する。ステップＳ１２の厚さが、前回厚さよりも大きい場合は、「Ｙｅｓ：電極群２０の厚さが最小になるＮ１の時点を過ぎた」と判定し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１２の厚さが前回厚さよりも小さい場合は、「Ｎｏ：Ｎ１の時点を過ぎていない」と判定し、ステップＳ１１に戻る。このとき、前回厚さは、ステップＳ１２の厚さに書き換えられる。
【０１７４】
ステップＳ１４では、ステップＳ１１と同様にして、サイクル数検知手段１７が充放電サイクル回数を更新し、その値を第２判定手段１８に出力する。ステップＳ１５では、ステップＳ１２と同様に、サイクル数検知手段１７が電極群２０の厚さを検知し、検知結果を第２判定手段１８に出力する。
【０１７５】
ステップＳ１６では、第２判定手段１８が、Ｎ１時点経過後の充放電サイクル回数５０回の電極群２０の厚さを、横軸：充放電サイクル回数、縦軸：電極群の厚さ２０でプロットし、最小２乗法により基準比例定数を求める。基準比例定数は、第２判定手段１８の第６記憶手段に入力される。
【０１７６】
ステップＳ１７では、第２判定手段１８が、基準比例定数を求めた後、充放電サイクル回数：５回分の平均比例定数を求める。サイクル数検知手段１７により充放電サイクル回数が更新されるたびに、直前の４回の充放電サイクルで検知された電極群２０の厚さと、最新の充放電サイクルで検知された電極群２０の厚さから平均比例定数を求める。平均比例定数は、基準比例定数と同様にして求めることができる。平均比例定数は、第２判定手段１８の第６記憶手段に入力される。
【０１７７】
ステップＳ１８では、第２判定手段１８が、基準比例定数と平均比例定数とを比較する。そして、基準比例定数に対する平均比例定数の比率が１〜３％、好ましくは１〜２％大きくなっている場合には、「Ｙｅｓ：顕著なサイクル劣化の発生有り」と判定し、ステップＳ１９に移行する。基準比例定数に対する平均比例定数の比率が大きくなっていても、１％未満である場合は、「Ｎｏ：顕著なサイクル劣化の発生無し」と判定し、ステップＳ１７に戻る。なお、前記した、基準比例定数に対する平均比例定数の比率は、電極群２０の積層数が１の場合の値である。基準比例定数に対する平均比例定数の比率は、電極群２０の積層数などに応じて適宜選択できる。この比率は、予め実験により求めることができる。
【０１７８】
ステップＳ１９では、第２判定手段１８による顕著なサイクル劣化の発生有りとの判定結果に応じて、その判定結果を電池パック３表面または電池パック３を電源とする外部機器表面に表示する。これにより、サイクル劣化判定の一連の動作が終了する。
【０１７９】
本実施形態の電池パック３は、サイクル劣化通知手段１９が表面に配置され、かつ長手方向の両端部に外部接続端子１５ａ、１５ｂが装着された外装体に、電池１０、厚さ検知手段１６、サイクル数検知手段１７および第２判定手段１８を結線して収容し、封口することにより作製できる。
【０１８０】
本実施形態では、電極群２０の内圧値から電極群２０の厚さを算出し、充放電サイクル回数と電極群２０との関係を求め、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定している。本発明では、この方法に限定されず、たとえば、電極群２０の内圧値から、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定してもよい。すなわち、別の実施形態では、感圧センサによる検知結果から電極群２０の厚さを算出することなく、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定できる。
【０１８１】
充放電サイクル回数と電極群２０の内圧とは、充放電サイクル回数と電極群２０の厚さと同様に、比例関係にある。すなわち、図４に示すグラフにおいて、電極群２０の厚さが最小になった後では、充放電サイクル回数と、電極群２０の内圧とは、正の比例関係を有している。そして、顕著なサイクル劣化が突然に起る直前に、前記比例関係における比例定数が増加する。この関係に基づいて、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定することができる。
【０１８２】
電極群２０の内圧検知による判定の場合には、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定する精度がさらに高くなるという利点がある。たとえば、電池ケース２７が金属製でありかつ厚さが薄い場合、電極群２０の膨張が電池ケース２７により抑制されることがある。このとき、電極群２０は加圧状態になっている。電極群２０の膨張が抑制されると、電極群２０の内圧の測定値は、実際の値とは異なることがある。
【０１８３】
そこで、電極群２０の膨張が抑制されない状態で、充放電サイクル回数と電極群２０の内圧との関係を測定して第１０データテーブルを作製する。第１０データテーブルが、劣化判定の基準になる。また、電極群２０の膨張を抑制しながら、充放電サイクル回数と電極群２０の内圧との関係を測定して第１１データテーブルを作製する。第１１データテーブルは、電極群２０の積層数、電池ケース２７の材質および厚さを変数として作製される。第１０データテーブルおよび第１１データテーブルは、第２判定手段１８の第６記憶手段に予め入力されている。
【０１８４】
第２判定手段１８は、サイクル数検知手段１７による検知結果（充放電サイクル回数）および感圧センサによる検知結果（電極群２０の内圧値）に基づいて、第１０データテーブルおよび第１１データテーブルから、電極群２０が加圧状態にあるかまたは非加圧状態になっているかを判定する。この判定は、第２判定手段１８の第６演算手段で実施され、第６演算手段による判定結果に応じて第６制御手段から制御信号が発せられるのは、電池パック３と同様である。
【０１８５】
第２判定手段１８は、電極群２０が加圧状態にあると判定すると、充放電サイクル回数および第１１データテーブルに基づいて、内圧値を補正し、さらに第１０データテーブルに基づいて顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定する。第２判定手段１８は、電極群２０が非加圧状態にあると判定すると、内圧値を補正することなく、第１０データテーブルに基づいて顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定する。これにより、電極群２０の積層数、電池ケース２７の材質および厚さといった変数に左右されることなく、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を一層正確に判定することができる。
【０１８６】
本実施形態でも、第２判定手段１８が、電極群２０の厚さが最小になる充放電サイクル回数Ｎ１を判定する動作および基準比例定数と平均比例定数とから顕著なサイクル劣化発生の有無を判定する動作は、図７に示す動作と同様にして行われる。すなわち、充放電サイクル回数Ｎ１は、充放電サイクル回数と、電極群２０の内圧とから判定される。顕著なサイクル劣化発生の有無は、充放電サイクル回数Ｎ１後の、充放電サイクル回数と電極群２０の内圧との関係から基準比例定数と平均比例定数と求め、これらを比較することにより判定される。
本実施形態の電池パックは、第２判定手段１８が前記した構成を採る以外は、電池パック３と同じ構成を有している。
【０１８７】
前述の各実施形態において、電極群２０が用いられているが、それに限定されず、扁平型電極群を用いても良い。扁平型電極群は、帯状正極と帯状負極との間に帯状絶縁層を介在させて、これらを捲回して得られる捲回型電極群をプレス加工することにより得られる。扁平型電極群は、帯状正極と帯状負極との間に帯状絶縁層を介在させて、これらを板に捲き付けることによっても作製できる。扁平型電極群の積層数は、捲回数×２である。
【０１８８】
前述の各実施形態において、電池１０の負極活物質層２２ｂは、合金系活物質が気相法により積層された薄膜であるが、それに限定されず、例えば、複数の柱状体を含む薄膜でもよい。柱状体は、合金系活物質を含有し、負極集電体の表面から負極集電体の外方に向けて延びる。複数の柱状体は、同じ方向に延びるように形成されるのが好ましい。また、隣り合う一対の柱状体の間には、空隙が存在している。複数の柱状体を含む薄膜は、負極活物質層との密着性が高い。柱状体は、負極集電体表面に複数の凸部を設け、凸部表面に形成するのが好ましい。
【０１８９】
すなわち、本発明では、表面に複数の凸部を有する負極集電体と、複数の柱状体を含む負極活物質層とを含む別形態の負極を使用できる。図８は、別形態の負極集電体３１の構成を模式的に示す斜視図である。図９は、図８に示す負極集電体３１を含む別形態の負極３０の構成を模式的に示す縦断面図である。図１０は、図９に示す負極３０の負極活物質層３３に含まれる柱状体３４の構成を模式的に示す縦断面図である。図１１は、電子ビーム式蒸着装置４０の構成を模式的に示す側面図である。
負極３０は、負極集電体３１と、負極活物質層３３とを含む。
【０１９０】
負極集電体３１は、図８に示すように、厚さ方向の一方の表面に、複数の凸部３２が設けられていることを特徴とし、それ以外は、負極集電体２２ａと同じ構成を有している。本実施形態の負極集電体３１では、複数の凸部３２は、厚さ方向の一方の表面に設けられているが、それに限定されず、厚さ方向の両方の表面に設けられてもよい。
凸部３２は、負極集電体３１の厚さ方向の表面３１ａ（以下単に「表面３１ａ」とする）から、負極集電体３１の外方に向けて延びる突起物である。
【０１９１】
凸部３２の高さは特に制限されないが、平均高さとして、好ましくは３〜１０μｍ程度である。凸部３２の高さは、負極集電体３１の厚さ方向における凸部３２の断面において定義される。凸部３２の断面は、凸部３２の延びる方向における最先端点を含む断面である。凸部３２の断面において、凸部３２の高さは、凸部３２の延びる方向における最先端点から表面３１ａに降ろした垂線の長さである。凸部３２の平均高さは、例えば、負極集電体３１の厚さ方向における断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、例えば、１００個の凸部３２の高さを測定し、得られた測定値から平均値を算出することによって求めることができる。
【０１９２】
凸部３２の断面径は特に制限されないが、例えば、１〜５０μｍである。凸部３２の断面径は、凸部３２の高さを求める凸部３２の断面において、表面３１ａに平行な方向における凸部３２の幅である。凸部３２の断面径も、凸部３２の高さと同様に、１００個の凸部３２の幅を測定し、測定値の平均値として求めることができる。
複数の凸部３２を、全て同じ高さ又は同じ断面径に形成する必要はない。
【０１９３】
凸部３２の形状は、本実施形態では円形である。凸部３２の形状は、負極集電体３１の表面３１ａが水平面に一致するように負極集電体３１を配置し、それを鉛直方向上方から見た凸部３２の正投影図の形状である。なお、凸部３２の形状は円形に限定されず、例えば、多角形、楕円形、平行四辺形、台形、菱形等でもよい。多角形は、製造コスト等を考慮すると、３角形〜８角形が好ましく、正３角形〜正８角形が特に好ましい。
【０１９４】
凸部３２は、その延びる方向の先端部分にほぼ平面状の頂部を有する。凸部３２が先端部分に平面状の頂部を有することによって、凸部３２と柱状体３４との接合性が向上する。この先端部分の平面は、表面３１ａに対してほぼ平行であることが接合強度を高める上ではさらに好ましい。
【０１９５】
凸部３２の個数、凸部３２同士の間隔等は特に制限されず、凸部３２の大きさ（高さ、断面径等）、凸部３２表面に設けられる柱状体３４の大きさ等に応じて適宜選択される。凸部３２の個数の一例を示せば、１万個〜１０００万個／ｃｍ２程度である。また、隣り合う凸部３２の軸線間距離が２〜１００μｍ程度になるように、凸部３２を形成するのが好ましい。凸部３２は、規則的又は不規則に配置される。規則的な配置としては、例えば、千鳥配置、格子配置、六方最密充填配置等が挙げられる。
【０１９６】
凸部３２は、その表面に図示しない突起を形成してもよい。これによって、例えば、凸部３２と柱状体３４との接合性が一層向上し、柱状体３４の凸部３２からの剥離、剥離伝播等がより確実に防止される。突起は、凸部３２表面から凸部３２の外方に突出するように設けられる。突起は、凸部３２よりも寸法の小さいものが複数形成されてもよい。また、突起は、凸部３２の側面に、周方向及び／又は凸部３２の成長方向に延びるように形成されてもよい。また、凸部３２がその先端部分に平面状の頂部を有する場合は、１又は複数の、凸部３２よりも小さな突起が頂部に形成されてもよく、さらに一方向に延びる１又は複数の突起が頂部に形成されてもよい。
【０１９７】
負極集電体３１は、例えば、金属シートに凹凸を形成する技術を利用して製造できる。具体的には、例えば、表面に凹部が形成されたローラを利用する方法（以下「ローラ加工法」とする）、フォトレジスト法等が挙げられる。これらの方法の中でも、負極集電体３１と凸部３２との接合強度等を考慮すると、ローラ加工法が好ましい。金属シートには、例えば、金属箔、金属板等を使用できる。金属シートの材質は、例えば、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料である。
【０１９８】
ローラ加工法によれば、表面に凹部が形成されたローラ（以下「凸部用ローラ」とする）を用いて、金属シートを機械的にプレス加工する。凸部用ローラ表面の凹部は、凸部３２の寸法及び配置に対応して形成されている。また、凹部の内部空間の形状は、凸部３２の形状に対応している。凸部用ローラで金属シートをプレス加工することにより、金属シートの少なくとも一方の表面の主に表層部で金属の塑性変形が起こり、凸部３２が形成され、負極集電体３１を作製できる。
【０１９９】
このとき、２つの凸部用ローラをそれぞれの軸線が平行になるように圧接させ、金属シートをその圧接部に通過させて加圧することにより、厚さ方向の両方の表面に凸部３２が形成された負極集電体３１が得られる。また、凸部用ローラと表面が平滑のローラとをそれぞれの軸線が平行になるように圧接させ、金属シートをその圧接部に通過させて加圧することにより、厚さ方向の片方の表面に凸部３２が形成された負極集電体３１が得られる。ローラの圧接圧は金属シートの材質、厚さ、凸部３２の形状、寸法、加圧成形後に得られる負極集電体３１の厚さの設定値等に応じて適宜選択される。
【０２００】
凸部用ローラは、例えば、セラミックローラの表面における所定位置に、凹部を形成することによって作製できる。セラミックローラは、例えば、芯用ローラと、溶射層とを含む。芯用ローラには、例えば、鉄、ステンレス鋼等からなるローラを使用できる。溶射層は、芯用ローラ表面に、酸化クロム等のセラミック材料を均一に溶射することによって形成される。溶射層に凹部が形成される。凹部の形成には、例えば、セラミックス材料等の成形加工に用いられる一般的なレーザーを使用できる。
【０２０１】
別形態の凸部用ローラは、芯用ローラ、下地層及び溶射層を含む。芯用ローラはセラミックローラの芯用ローラと同じものである。下地層は芯用ローラ表面に形成される樹脂層であり、下地層表面に凹部が形成される。下地層を構成する合成樹脂としては機械的強度の高いものが好ましく、例えば、不飽和ポリエステル、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【０２０２】
下地層に凹部を形成するには、例えば、片面に凹部を有する樹脂シートを成形し、該樹脂シートの凹部が形成された面とは反対側の面を芯用ローラ表面に巻き付けて接着すればよい。溶射層は、酸化クロム等のセラミック材料を下地層表面の凹凸に沿うように溶射することによって形成される。したがって、下地層に形成される凹部は、凸部３２の設計寸法よりも溶射層の層厚分だけ大きめに形成されるのが好ましい。
【０２０３】
別形態の凸部用ローラは、芯用ローラ及び超硬合金層を含む。芯用ローラはセラミックローラの芯用ローラと同じものである。超硬合金層は芯用ローラの表面に形成され、炭化タングステン等の超硬合金を含む。超硬合金層は、芯用ローラに、円筒状に形成した超硬合金を焼き嵌めするか又は冷やし嵌めすることによって形成できる。超硬合金層の焼き嵌めとは、円筒状の超硬合金を暖めて膨張させ、芯用ローラに嵌めることである。また、超硬合金層の冷やし嵌めとは、芯用ローラを冷却して収縮させ、超硬合金の円筒に挿入することである。超硬合金層の表面には、例えば、レーザー加工によって凹部が形成される。
【０２０４】
別形態の凸部用ローラは、硬質鉄系ローラの表面に、例えば、レーザー加工によって凹部が形成されたものである。硬質鉄系ローラは、例えば、金属箔の圧延製造に用いられる。硬質鉄系ローラとしては、例えば、ハイス鋼、鍛鋼等からなるローラが挙げられる。ハイス鋼は、モリブデン、タングステン、バナジウム等の金属を添加し、熱処理して硬度を高めた鉄系材料である。鍛鋼は、よう鋼を鋳型に鋳込んで造られた鋼塊又はその鋼塊から製造された鋼片を加熱し、プレス及びハンマーで鍛造し、又は圧延及び鍛造することにより鍛錬成形し、これを熱処理することによって製造される鉄系材料である。
【０２０５】
フォトレジスト法によれば、金属シートの表面にレジストパターンを形成し、さらに金属めっきを施すことによって、負極集電体３１を作製できる。
また、凸部３２の表面に突起を形成する場合は、まず、フォトレジスト法により凸部３２の設計寸法よりも大きい凸部用突起物を形成する。この凸部用突起物にエッチングを施すことによって、表面に突起を有する凸部３２が形成される。また、凸部３２の表面にめっきを施すことによっても、表面に突起を有する凸部３２が形成される。
【０２０６】
負極活物質層３３は、例えば、図９及び図１０に示すように、凸部３２表面から負極集電体３１の外方に向けて延びる複数の柱状体３４を含む。柱状体３４は、負極集電体３１の表面３１ａに対して垂直な方向又は前記垂直な方向に対して傾きを有して延びる。また、複数の柱状体３４は、隣り合う柱状体３４との間に間隙を有し、互いに離隔しているので、充放電の際の膨張及び収縮による応力が緩和される。その結果、負極活物質層３３が凸部３２から剥離し難くなり、負極集電体３１ひいては負極３０の変形も起こり難い。
【０２０７】
柱状体３４は、２以上の柱状塊の積層体として形成されるのが好ましい。本実施形態では、柱状体３４は、図１０に示すように、８個の柱状塊３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈの積層体として形成される。柱状体３４は、より具体的には、次のようにして形成される。まず、凸部３２の頂部及びそれに続く側面の一部を被覆するように柱状塊３４ａを形成する。次に、凸部３２の残りの側面及び柱状塊３４ａの頂部表面の一部を被覆するように柱状塊３４ｂを形成する。
【０２０８】
すなわち、図１０において、柱状塊３４ａは凸部３２の頂部を含む一方の端部に形成され、柱状塊３４ｂは部分的には柱状塊３４ａに重なるが、残りの部分は凸部３２の他方の端部に形成される。さらに、柱状塊３４ａの頂部表面の残り及び柱状塊３４ｂの頂部表面の一部を被覆するように柱状塊３４ｃを形成する。すなわち、柱状塊３４ｃを主に柱状塊３４ａに接するように形成する。さらに、柱状塊３４ｄを主に柱状塊３４ｂに接するように形成する。以下同様にして、柱状塊３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈを交互に積層することによって、柱状体３４が形成される。
【０２０９】
柱状体３４は、例えば、図１１に示す電子ビーム式蒸着装置４０によって形成できる。図１１では、蒸着装置４０内部の各部材も実線で示す。蒸着装置４０は、チャンバー４１、第１の配管４２、固定台４３、ノズル４４、ターゲット４５、図示しない電子ビーム発生装置、電源４６及び図示しない第２の配管を含む。
【０２１０】
チャンバー４１は耐圧性容器であり、その内部に第１の配管４２、固定台４３、ノズル４４及びターゲット４５を収容する。第１の配管４２は、一端がノズル４４に接続され、他端がチャンバー４１の外方に延びて図示しないマスフローコントローラを介して図示しない原料ガスボンベ又は原料ガス製造装置に接続される。原料ガスとしては、例えば、酸素、窒素等が挙げられる。第１の配管４２は、ノズル４４に原料ガスを供給する。
【０２１１】
固定台４３は板状部材であり、回転自在に支持され、その厚さ方向の一方の面に負極集電体３１を固定できる。固定台４３は、図１１における実線で示す位置と一点破線で示す位置との間を回転する。実線で示す位置は、固定台４３の負極集電体３１を固定する側の面が鉛直方向下方のノズル４４を臨み、固定台４３と水平方向の直線とが成す角の角度がα°である位置である。一点破線で示す位置は、固定台４３の負極集電体３１を固定する側の面が鉛直方向下方のノズル４４を臨み、固定台４３と水平方向の直線とが成す角の角度が（１８０−α）°である位置である。角度α°は、柱状体３４の設計寸法等に応じて適宜選択できる。
【０２１２】
ノズル４４は、鉛直方向において固定台４３とターゲット４５との間に設けられ、第１の配管４２の一端が接続されている。ノズル４４は、ターゲット４５から鉛直方向上方に上昇してくる合金系活物質の蒸気と第１の配管４２から供給される原料ガスとを混合し、固定台４３表面に固定される負極集電体３１表面に供給する。ターゲット４５は合金系活物質又はその原料を収容する。電子ビーム発生装置は、ターゲット４５に収容される合金系活物質又はその原料に電子ビームを照射して加熱し、これらの蒸気を発生させる。
【０２１３】
電源４６はチャンバー４１の外部に設けられて、電子ビーム発生装置に電気的に接続され、電子ビームを発生させるための電圧を電子ビーム発生装置に印加する。第２の配管は、チャンバー４１内の雰囲気になるガスを導入する。なお、蒸着装置４０と同じ構成を有する電子ビーム式蒸着装置が、例えば、アルバック（株）から市販されている。
【０２１４】
電子ビーム式蒸着装置４０によれば、まず、負極集電体３１を固定台４３に固定し、チャンバー４１内部に酸素ガスを導入する。この状態で、ターゲット４５において合金系活物質又はその原料に電子ビームを照射して加熱し、その蒸気を発生させる。本実施の形態では、合金系活物質として珪素を使用する。発生した蒸気は鉛直方向上方に上昇し、ノズル４４を通過する際に、原料ガスと混合された後、さらに上昇し、固定台４３に固定された負極集電体３１の表面に供給され、図示しない凸部３２表面に、珪素と酸素とを含む層が形成される。
【０２１５】
このとき、固定台４３を実線の位置に配置することによって、凸部表面に図１０に示す柱状塊３４ａを形成する。次に、固定台４３を一点破線の位置に回転させ、図１０に示す柱状塊３４ｂを形成する。このように固定台４３の位置を交互に回転させることによって、図１０に示す８つの柱状塊３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈの積層体である柱状体３４が、複数の凸部３２の表面に同時に形成され、負極活物質層３３が得られる。
【０２１６】
合金系活物質が例えばＳｉＯａ（０．０５＜ａ＜１．９５）で表される珪素酸化物である場合、柱状体３４の厚さ方向に酸素の濃度勾配が出来るように、柱状体３４を形成してもよい。具体的には、負極集電体３１に近接する部分で酸素の含有率を高くし、負極集電体３１から離反するに従って、酸素含有量を減らすように構成する。これによって、凸部３２と柱状体３４との接合性をさらに向上させることができる。
【０２１７】
なお、ノズル４４から原料ガスを供給しない場合は、珪素又は錫単体を主成分とする柱状体３４が形成される。また、負極集電体３１に代えて負極集電体２２ａを用い、かつ固定台４３を回転させず、水平方向に固定すると、負極活物質層２２ｂを形成できる。
【０２１８】
図１２は、別形態の電子ビーム式蒸着装置５０の構成を模式的に示す側面図である。蒸着装置５０は、チャンバー５１、搬送手段５２、ガス供給手段５８、プラズマ化手段５９、シリコンターゲット６０ａ、６０ｂ、遮蔽板６１及び図示しない電子ビーム発生手段を含む。チャンバー５１は減圧可能な内部空間を有する耐圧性容器であり、その内部空間に、搬送手段５２、ガス供給手段５８、プラズマ化手段５９、シリコンターゲット６０ａ、６０ｂ、遮蔽板６１及び電子ビーム発生手段を収容する。
【０２１９】
搬送手段５２は、巻き出しローラ５３、キャン５４、巻き取りローラ５５及び搬送ローラ５６、５７を含む。巻き出しローラ５３、キャン５４及び搬送ローラ５６、５７は、それぞれ軸心回りに回転自在に設けられる。巻き出しローラ５３には長尺状の負極集電体２２ａが捲回されている。キャン５４は他のローラよりも大径であり、その内部に図示しない冷却手段を備えている。負極集電体２２ａがキャン５４の表面を搬送される際に、負極集電体２２ａも冷却される。これによって、合金系活物質の蒸気が冷却されて析出し、負極活物質層２２ｂが形成される。
【０２２０】
巻き取りローラ５５は図示しない駆動手段によってその軸心回りに回転駆動可能に設けられている。巻き取りローラ５５には負極集電体２２ａの一端が固定され、巻き取りローラ５５が回転することによって、負極集電体２２ａが巻き出しローラ５３から搬送ローラ５６、キャン５４及び搬送ローラ５７を介して搬送される。そして、表面に負極活物質層２２ｂが形成された負極２２が巻き取りローラ５５に巻き取られる。
【０２２１】
ガス供給手段５８は、珪素又は錫の酸化物、窒化物等を主成分とする薄膜を形成する場合に、酸素、窒素等の原料ガスをチャンバー５１内に供給する。プラズマ化手段５９は、ガス供給手段５８によって供給される原料ガスをプラズマ化する。シリコンターゲット６０ａ、６０ｂは、珪素を含む薄膜を形成する場合に用いられる。遮蔽板６１は、キャン５４の鉛直方向下方及びシリコンターゲット６０ａ、６０ｂの鉛直方向上方において、水平方向に移動可能に設けられている。遮蔽板６１は、負極集電体２２ａ表面の負極活物質層２２ｂの形成状況に応じて、その水平方向の位置が適宜調整される。電子ビーム発生手段は、シリコンターゲット６０ａ、６０ｂに電子ビームを照射して加熱し、珪素の蒸気を発生させる。
【０２２２】
蒸着装置５０によれば、合金系活物質からなる薄膜状の負極活物質層を形成できる。この場合、チャンバー５１内の圧力、負極集電体２２ａの巻き取りローラ５５による巻き取り速度、ガス供給手段５８による原料ガス供給の有無、ターゲット６０ａ、６０ｂ（合金系活物質原料）の種類、電子ビームの加速電圧、電子ビームのエミッション等が適宜選択される。
【０２２３】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【０２２４】
本発明の電池パックは、従来の非水電解質二次電池と同様の用途に使用でき、特に、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラ等の携帯用電子機器の電源として有用である。また、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車等において電気モーターを補助する二次電池、電動工具、掃除機、ロボット等の駆動用電源、プラグインＨＥＶの動力源等としての利用も期待される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年9月27日(2010.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。さらに詳しくは、本発明は、負極活物質として合金系活物質を用いる非水電解質二次電池の電池交換時期の判定方法及びサイクル劣化の判定方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、高容量および高エネルギー密度を有し、小型化および軽量化が容易なことから、電子機器の電源として広く利用されている。電子機器には、携帯電話、携帯情報端末、コンピュータ、ビデオカメラ、ゲーム機などがある。また、非水電解質二次電池を電気自動車の電源として用いる研究が盛んに行われ、一部実用化されつつある。代表的な非水電解質二次電池は、リチウムコバルト複合酸化物を含有する正極、黒鉛を含有する負極およびポリオレフィン製多孔質膜を含む。
【０００３】
炭素材料以外の負極活物質として、合金系活物質が知られている。代表的な合金系活物質には、珪素、珪素酸化物などの珪素系活物質がある。合金系活物質は、高い放電容量を有している。珪素の理論放電容量は、黒鉛の理論放電容量の約１１倍である。したがって、合金系活物質を用いることにより、非水電解質二次電池の高容量化および高性能化が図られている。
【０００４】
合金系活物質を含有する非水電解質二次電池（以下「合金系二次電池」と呼ぶことがある）は優れた電池性能を有しているが、充放電サイクル回数が数百回に及ぶと、顕著なサイクル劣化（容量劣化）が突然発生することがある。電池の突然のサイクル劣化は、前記電池を電源とする機器の正常な動作を妨げる場合がある。コンピュータの動作が突然停止し、作成中のデータが失われることが予測される。電気自動車では、走行中に駆動モータが突然停止し、走行に何らかの支障をきたすおそれがあることが予測される。
【０００５】
また、顕著なサイクル劣化の突然の発生からあまり時間を経ずに、電池の大きな膨れが発生することが多い。したがって、突然のサイクル劣化は、電池および前記電池を電源とする機器の安全性にも影響を及ぼすおそれがある。前記したように、合金系二次電池の顕著なサイクル劣化は突然に起こる。このため、顕著なサイクル劣化が起る可能性の有無を、事前に判定するのは非常に困難である。
【０００６】
従来から、二次電池の充放電時における電圧変化、電圧変化に要する時間、電圧変化時の温度等を検知し、二次電池の残容量を予測し、それを表示することが行なわれている。特許文献１は、二次電池と、前記二次電池の電圧変化量を算出し、算出された電圧変化量と設定値とを比較する比較手段と、前記比較手段からの指令により回路を開閉する手段とを含む電池パックを開示している。
【０００７】
特許文献１では、正極、負極及び非水電解質を含み、正極が作動電位の異なる少なくとも２つの活物質を含有し、かつ負極がＬｉ又はＬｉ合金からなる非水電解質二次電池が用いられている。そして、正極が作動電圧の異なる活物質を含有することに基づいて、電池の電圧変化量から残容量を予測している。しかしながら、前記残容量は、次回の充電を行うための基準値であり、電池の交換時期を知らせる基準値ではない。
【０００８】
また、特許文献１では、放電容量と充放電サイクル回数との比例関係から、電池の交換時期を予測している。しかしながら、前記比例関係は、２００サイクル程度までの充放電サイクル回数と放電容量との間に成立しているに過ぎない。一般に、２００サイクル程度では電池の劣化は進まないので、前記比例関係から、電池の交換時期を正確に予測することは困難である。
【０００９】
特許文献２は、非水電解質二次電池の充電状態（ＳＯＣ）と温度との関係から、電池容量を算出する電池容量予測装置を開示する。特許文献２の図１には、片対数グラフにおいてＳＯＣの値ごとに電池温度と電池容量劣化速度とが直線関係を示すことが示されている。このグラフに基づいて、電池容量が算出されている。
【００１０】
しかしながら、電池の使用者が、ＳＯＣが一定になるように電池を充電することはない。充電を途中で止めることも多い。充電を必要としない段階で、さらに充電を行うこともある。したがって、特許文献２の図１に示すグラフに基づいて二次電池の交換時期を予測すると、大きな誤差が生じるおそれがある。
【００１１】
特許文献３は、扁平型電池と、前記電池の周囲に巻かれたラベルと、膨れ検出手段と、を含む電池パックを開示する。膨れ検知手段は、ラベル表面に形成される切り込み溝である。電池のサイクル劣化に伴って電池の膨れが発生すると、電池の膨れる応力により、切り込み溝に沿ってスリット状の裂け目が発生する。この裂け目を目視観察することにより、電池の劣化を判定する。
【００１２】
しかしながら、合金系二次電池では、突然のサイクル劣化が起った後に、電池の膨れが大きくなることが多い。もちろん、サイクル劣化が起る前でも電池は多少膨れるが、ラベルにスリット状の裂け目を発生させるほどの膨れは発生し難い。したがって、特許文献３の技術では、合金系二次電池の顕著なサイクル劣化を、事前に判定することはできない
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平６−２９０７７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８２２７号公報
【特許文献３】特開２００９−００９７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、合金系二次電池とともに、前記合金系二次電池の交換時期またはサイクル劣化の有無を正確に判定できる判定機構を備えた電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電池パックは、非水電解質二次電池、厚さ検知手段、サイクル数検知手段及び判定手段を備える。
【００１６】
本発明の電池パックにおいて、非水電解質二次電池は、電極群、リチウムイオン伝導性非水電解質及び電池ケースを備えている。電極群は、リチウムを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含有する正極、合金系活物質を含有する負極、並びに、正極と負極との間に介在するように配置される絶縁層を備えている。電池ケースは、電極群及びリチウムイオン伝導性非水電解質を収容する。
【００１７】
本発明の電池パックにおいて、厚さ検知手段は、電極群の厚さを検知する。サイクル数検知手段は、非水電解質二次電池の充放電サイクル回数を検知する。判定手段は、厚さ検知手段による検知結果及びサイクル数検知手段による検知結果に応じて、非水電解質二次電池の交換時期またはサイクル劣化の有無を判定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電池パックは、合金系二次電池を含むことにより、高容量及び高出力である。また、本発明の電池パックによれば、従来の電池パックに比べて大幅な設計変更及び寸法の大幅な増加を伴うことなく、合金系二次電池の交換時期およびサイクル劣化の有無をほぼ正確に予測できる。したがって、本発明の電池パックを電源とする電気電子機器の突然の停止が抑制される。また、本発明の電池パックは、寸法の大幅な増加がないので、電子機器の小型化及び薄型化にも容易に対応できる。
【００１９】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本願の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態である電池パックの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す電池パックに備わる非水電解質二次電池の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２に示す非水電解質二次電池の交換時期判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す非水電解質二次電池における充放電サイクルの回数と電極群の厚さとの関係を概略的に示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態である電池パックの構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態である電池パックの構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】図２に示す非水電解質二次電池のサイクル劣化判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図８】別形態の負極集電体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８に示す負極集電体を含む別形態の負極の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す負極の負極活物質層に含まれる柱状体の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】電子ビーム式蒸着装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図１２】別形態の電子ビーム式蒸着装置の構成を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
本発明者らは、上記課題を解決するための研究過程で、正極と、合金系活物質を含有する負極と、の間に絶縁層を介在させて捲回又は積層した電極群について着目した。そして、合金系活物質を含有する電極群においては、電極群厚さと充放電サイクル回数との間に相関関係が存在することを見出した。本発明者らは、この知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、電極群の厚さの変化を検知することにより、電池の交換時期をほぼ正確に予測できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態である電池パック１の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１に示す電池パック１に備わる非水電解質二次電池１０の構成を模式的に示す縦断面図である。図３は、図２に示す非水電解質二次電池１０の交換時期判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。図４は、図２に示す非水電解質二次電池１０における充放電サイクル回数と電極群の厚さとの関係を概略的に示すグラフである。
【００２３】
電池パック１は、非水電解質二次電池１０、厚さ検知手段１１、サイクル数検知手段１２、第１判定手段１３、交換時期通知手段１４及び図示しない外装体を含む。
【００２４】
（１）非水電解質二次電池１０
非水電解質二次電池１０（以下「電池１０」と略記する）は、正極２１と負極２２との間にセパレータ２３を介在させて積層した積層型電極群２０を含む扁平型リチウムイオン二次電池である。積層型電極群２０は、図示しないリチウムイオン伝導性非水電解質（以下単に「非水電解質」とすることがある）とともに電池ケース２７内に収容される。電池１０では、絶縁層として、セパレータ２３を使用する。
【００２５】
正極リード２４は、一端が正極集電体２１ａに接続され、他端が電池ケース２７の一方の開口２７ａから外部に導出され、外部接続端子１５ａに接続されている。負極リード２５は、一端が負極集電体２２ａに接続され、他端が電池ケース２７の他方の開口２７ｂから外部に導出され、外部接続端子１５ｂに接続されている。
【００２６】
本実施形態の電池ケース２７は、両端に開口２７ａ、２７ｂを有するラミネートフィルム製容器である。電池ケース２７に積層型電極群２０及び非水電解質を収納した後、電池ケース２７内部を減圧状態にし、開口２７ａ、２７ｂにそれぞれガスケット２６を装着して溶着することにより、電池１０が得られる。また、ガスケット２６を用いずに、開口２７ａ、２７ｂを直接溶着してもよい。
【００２７】
積層型電極群２０（以下「電極群２０」とする）は、正極２１、負極２２及びセパレータ２３を備え、正極２１と負極２２との間にセパレータ２３が介在するように配置される。
正極２１は、正極集電体２１ａと正極活物質層２１ｂとを備える。
【００２８】
正極集電体２１ａには、多孔性導電性基板、無孔の導電性基板等の導電性基板を使用できる。導電性基板の材質は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料、導電性樹脂等である。多孔性導電性基板には、メッシュ体、ネット体、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、不織布等がある。無孔の導電性基板には、箔、シート、フィルム等がある。導電性基板の厚さは、通常は１〜５００μｍ、好ましくは５〜１００μｍ、さらに好ましくは８〜５０μｍである。
【００２９】
本実施形態の正極活物質層２１ｂは、正極集電体２１ａの厚さ方向の片方の表面に設けられているが、厚さ方向の両方の表面に設けられてもよい。正極活物質層２１ｂは正極活物質を含み、さらに導電剤、結着剤等を含んでもよい。
正極活物質としては、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用でき、その中でも、リチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸リチウム等が好ましい。
【００３０】
リチウム含有複合酸化物は、リチウムと遷移金属元素とを含む金属酸化物又は前記金属酸化物中の遷移金属元素の一部が異種元素により置換された金属酸化物である。遷移金属元素には、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ等があり、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等が好ましい。異種元素には、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂ等があり、Ｍｇ、Ａｌ等が好ましい。遷移金属元素及び異種元素は、それぞれ１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３１】
リチウム含有複合酸化物には、Ｌｉ１ＣｏＯ２、ＬｉｌＮｉＯ２、ＬｉｌＭｎＯ２、ＬｉｌＣｏｍＮｉ１−ｍＯ２、ＬｉｌＣｏｍＭ１−ｍＯｎ、ＬｉｌＮｉ１−ｍＭｍＯｎ、ＬｉｌＭｎ２Ｏ４、ＬｉｌＭｎ２−ｍＭｍＯ４（前記各式中、ＭはＳｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ及びＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。０＜ｌ≦１．２、０≦ｍ≦０．９、２．０≦ｎ≦２．３）等が挙げられる。これらの中でも、ＬｉｌＣｏｍＭ１−ｍＯｎが好ましい。
【００３２】
オリビン型リン酸リチウムには、ＬｉＸＰＯ４、Ｌｉ２ＸＰＯ４Ｆ（前記各式中、ＸはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。）等がある。リチウム含有複合酸化物及びオリビン型リン酸リチウムを示す前記各式において、リチウムのモル数は正極活物質作製直後の値であり、充放電により増減する。
正極活物質は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３３】
導電剤には、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用でき、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維、アルミニウム等の金属粉末、フッ化カーボン等が挙げられる。導電剤は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３４】
結着剤には、高分子材料を使用できる。高分子材料には、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリヘキサフルオロプロピレン等の樹脂材料、スチレンブタジエンゴム、変性アクリルゴム等のゴム材料、カルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子材料等がある。
【００３５】
高分子材料として、２種類以上のモノマー化合物を含有する共重合体を使用してもよい。モノマー化合物には、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエン等がある。
結着剤は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３６】
正極活物質層２１ｂは、正極合剤スラリーを正極集電体２１ａ表面に塗布し、得られた塗膜を乾燥及び圧延することにより形成できる。正極合剤スラリーは、正極活物質及び必要に応じて導電剤、結着剤等を有機溶媒に溶解又は分散させることにより調製できる。有機溶媒には、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアミン、アセトン、シクロヘキサノン等を使用できる。
【００３７】
負極２２は、負極集電体２２ａと負極活物質層２２ｂとを備える。
負極集電体２２ａには、無孔の導電性基板を使用する。導電性基板の材質は、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料である。無孔の導電性基板には、箔、フィルム等がある。導電性基板の厚さは特に制限されないが、通常１〜５００μｍ、好ましくは５〜１００μｍ、さらに好ましくは８〜５０μｍである。
【００３８】
本実施形態の負極活物質層２２ｂは、負極集電体２２ａの厚さ方向の片方の表面に設けられているが、厚さ方向の両方の表面に設けられてもよい。負極活物質層２２ｂは、合金系活物質を含有し、さらにその特性を損なわない範囲で、合金系活物質以外の公知の負極活物質、添加剤等を含んでいてもよい。負極活物質層２２ｂは、合金系活物質を含有しかつ膜厚が１〜２０μｍである非晶質又は低結晶性の薄膜であることが好ましい。
【００３９】
合金系活物質は、リチウムと合金化することによりリチウムを吸蔵し、負極電位下でリチウムを可逆的に吸蔵及び放出する。合金系活物質には、珪素系活物質、錫系活物質等がある。合金系活物質は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４０】
珪素系活物質には、珪素、珪素化合物、これらの部分置換体、これらの固溶体等がある。珪素化合物には、式ＳｉＯａ（０．０５＜ａ＜１．９５）で表される珪素酸化物、式ＳｉＣｂ（０＜ｂ＜１）で表される珪素炭化物、式ＳｉＮｃ（０＜ｃ＜４／３）で表される珪素窒化物、珪素合金等がある。珪素合金は、珪素と異種元素（Ａ）との合金である。異種元素（Ａ）は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素である。
【００４１】
部分置換体は、珪素及び珪素化合物に含まれる珪素原子の一部が、異種元素（Ｂ）で置換された化合物である。異種元素（Ｂ）は、Ｂ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃ、Ｎ及びＳｎよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素である。これらの中でも、珪素及び珪素化合物が好ましく、珪素酸化物が更に好ましい。
【００４２】
錫系活物質には、錫、錫化合物、式ＳｎＯｄ（０＜ｄ＜２）で表される錫酸化物、二酸化錫（ＳｎＯ２）、錫窒化物、Ｎｉ−Ｓｎ合金、Ｍｇ−Ｓｎ合金、Ｆｅ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｔｉ−Ｓｎ合金等の錫合金、ＳｎＳｉＯ３、Ｎｉ２Ｓｎ４、Ｍｇ２Ｓｎ等の錫化合物、これらの固溶体等がある。錫系活物質の中では、錫酸化物、錫合金、錫化合物等が好ましい。合金系活物質の中でも、珪素、珪素酸化物、錫酸化物等が好ましく、珪素酸化物がさらに好ましい。
【００４３】
負極活物質層２２ｂは気相法により形成される。気相法には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマ化学気相成長法、溶射法等がある。これらの中でも、真空蒸着法が好ましい。
【００４４】
例えば、電子ビーム式真空蒸着装置において、シリコンターゲットの鉛直方向上方に負極集電体２２ａを配置する。シリコンターゲットに電子ビームを照射してシリコン蒸気を発生させ、このシリコン蒸気を負極集電体２２ａの表面に析出させる。これにより、珪素からなる負極活物質層２２ｂが負極集電体２２ａの表面に形成される。このとき、電子ビーム式真空蒸着装置内に酸素又は窒素を供給すると、珪素酸化物又は珪素窒化物を含有する負極活物質層２２ｂが形成される。
【００４５】
本実施形態の負極活物質層２２ｂは、薄膜状のベタ膜として形成されるが、それに限定されず、気相法により、格子等のパターン形状に形成してもよく、複数の柱状体を含むように形成してもよい。複数の柱状体は、それぞれが合金系活物質を含有し、負極集電体表面から外方に延び、かつ、隣り合う一対の柱状体間に空隙が存在するように形成される。
【００４６】
この場合、負極集電体の表面に複数の凸部を規則的に又は不規則に形成し、１つの凸部の表面に１つの柱状体を形成するのが好ましい。凸部の鉛直方向上方からの正投影図における形状には、菱形、円形、楕円形、三角形〜八角形などがある。凸部を規則的に形成する場合、凸部の負極集電体表面での配置には、碁盤目配置、格子配置、千鳥格子配置、最密充填配置等がある。また、凸部は、負極集電体の厚さ方向の一方の表面又は両方の表面に形成される。また、柱状体の高さは好ましくは３μｍ〜３０μｍである。
【００４７】
セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に介在するように配置されるリチウムイオン透過性絶縁層である。セパレータ２３は、リチウムイオン伝導性を有していてもよい。セパレータ２３には、細孔を有する多孔質フィルムを使用できる。前記多孔質フィルムには、微多孔膜、織布、不織布などがある。微多孔膜は、単層膜又は多層膜（複合膜）である。また、微多孔膜、織布、不織布等を２層以上積層して、セパレータ２３として用いてもよい。
【００４８】
セパレータ２３の材料には各種樹脂材料を使用できるが、耐久性、シャットダウン機能、電池の安全性等を考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましい。セパレータ２３の厚さは、通常５〜３００μｍ、好ましくは８〜４０μｍ、さらに好ましくは１０〜３０μｍである。セパレータ２３の空孔率は、好ましくは３０〜７０％、さらに好ましくは３５〜６０％である。空孔率とは、セパレータ２３の体積に占める、セパレータ２３中に存在する細孔の総容積の百分率である。
【００４９】
電極群２０及びセパレータ２３には、リチウムイオン伝導性を有する非水電解質が含浸される。本実施形態の非水電解質は、液状非水電解質である。液状非水電解質は、溶質（支持塩）と非水溶媒とを含み、さらに各種添加剤を含んでいてもよい。
【００５０】
溶質には、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ４、ホウ酸塩類、イミド塩類等がある。溶質は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。溶質の溶解量は、好ましくは、非水溶媒１リットルに対し、０．５〜２モルである。
【００５１】
非水溶媒には、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル等がある。環状炭酸エステルには、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等がある。鎖状炭酸エステルには、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等がある。環状カルボン酸エステルには、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等がある。非水溶媒は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
【００５２】
添加剤には、充放電効率を向上させるビニレンカーボネート化合物、電池を不活性化するベンゼン化合物等がある。前記ビニレンカーボネート化合物には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート等がある。前記ベンゼン化合物には、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル等がある。
【００５３】
液状非水電解質に代えて、ゲル状非水電解質を使用してもよい。ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを含有する。高分子材料には、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート等を使用できる。
【００５４】
本実施形態の電池１０では、絶縁層としてセパレータ２３を用いているが、セパレータ２３に代えて多孔質耐熱層を用いてもよい。また、セパレータ２３と多孔質耐熱層とを併用してもよい。多孔質耐熱層は、例えば、正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂの少なくとも一方の表面に形成される。
【００５５】
多孔質耐熱層は、無機酸化物及び結着剤を含有する。無機酸化物には、アルミナ、チタニア、シリカ、マグネシア、カルシア等がある。結着剤には各種高分子材料を使用できる。多孔質耐熱層における無機酸化物の含有量は、好ましくは多孔質耐熱層全量の９０〜９９．５重量％であり、残部が結着剤である。
【００５６】
多孔質耐熱層は、正極活物質層２１ｂと同様にして形成できる。無機酸化物及び結着剤を有機溶媒に溶解又は分散させてスラリーを調製し、このスラリーを正極活物質層２１ｂ及び／又は負極活物質層２２ｂの表面に塗布し、乾燥させることにより、多孔質耐熱層を形成できる。多孔質耐熱層の厚さは、好ましくは１〜１０μｍである。
【００５７】
また、本実施形態の電池１０では、セパレータ２３及び液状非水電解質に代えて、固体電解質層を絶縁層として用いても良い。固体電解質層は、無機固体電解質、有機固体電解質等の固体電解質を含有する。無機固体電解質には、硫化物系無機固体電解質、酸化物系無機固体電解質、その他のリチウム系無機固体電解質、これらの無機固体電解質の結晶を析出させたガラスセラミックス等がある。
【００５８】
硫化物系無機固体電解質には、（Ｌｉ３ＰＯ４）ｘ−（Ｌｉ２Ｓ）ｙ−（ＳｉＳ２）ｚガラス、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（ＳｉＳ２）ｙ、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（Ｐ２Ｓ５）ｙ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ｔｈｉｏ―ＬＩＳＩＣＯＮ等がある。酸化物系無機固体電解質には、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、ＬｉＺｒ２（ＰＯ４）３、ＬｉＧｅ２（ＰＯ４）３等のＮＡＳＩＣＯＮ型、（Ｌａ０．５＋ｘＬｉ０．５−３ｘ）ＴｉＯ３等のペロブスカイト型等がある。その他のリチウム系無機固体電解質には、ＬｉＰＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＰＯ４−ｘＮｘ（ｘは０＜ｘ≦１）、ＬｉＮ、ＬｉＩ、ＬＩＳＩＣＯＮ等がある。
【００５９】
有機固体電解質には、イオン伝導性ポリマー類、ポリマー電解質等がある。
イオン伝導性ポリマー類には、低相転移温度（Ｔｇ）のポリエーテル、無定形フッ化ビニリデンコポリマー、異種ポリマーの混合物等がある。
【００６０】
ポリマー電解質には、マトリックスポリマーとリチウム塩とを含有するポリマー電解質がある。マトリックスポリマーには、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、エチレンオキサイド単位及び／又はプロピレンオキサイド単位を有するポリマー、ポリカーボネート等がある。リチウム塩は、液状非水電解質の溶質と同じものを使用できる。
【００６１】
ここで、電池１０の各構成要素の説明に戻る。正極リード２４の材質は、アルミニウム等である。負極リード２５の材質は、ニッケル、銅、銅合金等である。ガスケット２６の材質は、ポリオレフィン、フッ素樹脂等である。
【００６２】
電池ケース２７は、ラミネートフィルムからなり、長手方向の両端部に開口２７ａ、２７ｂを有する方形の袋状容器である。ラミネートフィルムには、酸変性ポリプロピレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、酸変性ポリエチレン／ポリアミド／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／Ｎｉ箔／ポリエチレン／ＰＥＴのラミネートフィルム、エチレンビニルアセテート／ポリエチレン／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム等の、金属箔と樹脂フィルムとの積層体がある。
【００６３】
本実施形態の電池ケース２７の材質は、ラミネートフィルムであるが、それに限定されず、金属材料、樹脂材料等でもよい。金属材料には、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、ステンレス鋼、これらの合金等がある。樹脂材料には、フッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等がある。
【００６４】
本実施形態の電池１０は、電極群２０を含むラミネートフィルムパック電池であるが、それに限定されず、捲回型電極群を含む円筒型電池、捲回型電極群を扁平状に成形した扁平型電極群を含む角型電池、積層型電極群を含むコイン型電池等でもよい。
【００６５】
（２）厚さ検知手段１１
厚さ検知手段１１は、電池１０における電極群２０の厚さを検知する。厚さ検知手段１１は、第１判定手段１３に情報交換可能に接続されている。具体的には、電気的な接続、光学的な接続等が挙げられる。厚さ検知手段１１は、電池１０の電極群２０の内圧（厚さ情報）を検知し、電極群２０の厚さを算出する。また、厚さ検知手段１１は、その検知結果（計算結果）を第１判定手段１３に出力する。厚さ検知手段１１は、例えば、電池１０の近傍に配置され、図示しない、圧力検知手段、電圧検知手段、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段を含む。圧力検知手段及び電圧検知手段を、電池１０の近傍に配置するのが好ましい。
【００６６】
圧力検知手段は、電池１０内の電極群２０の内圧を検知する。本実施形態では、圧力検知手段を電池１０の扁平部分の中央部に接触させることにより、電極群２０の内圧を検知する。電池１０の扁平部分とは、電池ケース２７における電極群２０が収容された部分である。圧力検知手段により電極群２０の内圧を正確に検知するためには、電極群２０は積層型電極群又は扁平型電極群であることが好ましい。
【００６７】
電池１０の中央部は、電池ケース２７の厚さ方向において、電池ケース２７を介して電極群２０の中心と対向する部分である。電極群２０が積層型電極群又は扁平型電極群である場合、これらを鉛直方向上方（図２の上方）から見た形状は方形である。この方形における対角線の交点が、電極群２０の中心である。電池１０の中央部は、電極群２０の中心と正確に一致している必要はなく、電極群２０の中心の近傍部分でも、電極群２０の内圧をほぼ正確に検知できる。電極群２０の中心の近傍部分とは、例えば、電極群２０の中心から半径５〜１０ｍｍの円領域である。
【００６８】
また、電池ケース２７を介して電極群２０の内圧を検知するという観点から、電池ケース２７の寸法は、電極群２０の寸法に対応させるのが好ましい。又は、電極群２０の寸法を電池ケース２７の寸法に対応させるのが好ましい。特に電池ケース２７の内部空間の厚さと、電極群２０の厚さとをほぼ同じに設計するのが好ましい。また、電池ケース２７の材質は、ラミネートフィルム、可撓性を有する合成樹脂材料、外部応力による変形が比較的容易な金属材料等が好ましい。
【００６９】
圧力検知手段は、例えば、電池１０の放電時の開回路電圧（Ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ、以下「ＯＣＶ」とする）が、充電直後（放電開始時）のＯＣＶ値の５０％以下になった時点で、電極群２０の内圧を検知する。圧力検知手段には、例えば、圧力センサを使用できる。圧力センサとしては特に制限されないが、電池パック１において使用する観点から、小型の圧力センサが好ましい。小型の圧力センサは多数市販されており、例えば、ＨＳＰＣシリーズ（商品名、アルプス電気（株）製）、ＰＳ−Ａプレッシャーセンサ（商品名、パナソニック電工（株）製）等が挙げられる。
【００７０】
電圧検知手段は、電池１０のＯＣＶ値を測定する。電圧検知手段は、まず、電池１０の放電開始時のＯＣＶ値を検知し、その検知結果を第１記憶手段に出力する。さらに、電圧検知手段は、所定の間隔で電池１０のＯＣＶ値を測定し、その検知結果を第１記憶手段に出力する。電圧検知手段には、各種電圧計を使用できる。第１制御手段は、電圧検知手段による新しい検知結果が第１記憶手段に入力されるたびに、放電開始時のＯＣＶ値と新しく入力されたＯＣＶ値とを比較し、新しく入力されたＯＣＶ値が放電開始時の５０％以下になっているか否かを判定する。
【００７１】
なお、ＯＣＶ値が放電開始時のＯＣＶ値の５０％以下にならない状態で、電池１０の放電が一端停止しても、電池１０の充電が実施されない限り、前記放電開始時のＯＣＶ値を基準にして判定が行われる。電池１０の充電が実施され、その後に放電開始時のＯＣＶ値が測定されるたびに、第１の記憶手段における放電開始時のＯＣＶ値は新しい値に更新される。
【００７２】
第１記憶手段には、電池１０に関するデータが入力されている。データの具体例としては、例えば、負極活物質層２２ｂの初期厚さ、電極群２０の初期厚さ、電極群２０の積層数又は捲回数等である。また、第１記憶手段には、負極活物質層２２ｂの初期厚さ、電極群２０の初期厚さ及び電極群２０の積層数又は捲回数に基づく、電極群２０の内圧と厚さとの関係を示す第１データテーブルが入力されている。第１データテーブルは、実験により予め作成される。
【００７３】
より具体的には、負極活物質として合金系活物質を含有する電極群２０において、電極群２０の内圧Ｘ、電極群２０の厚さＹ及び電極群２０の初期厚さＴ０の間には、Ｙ＝αＸ＋Ｔ０の関係式が成立する。したがって、前記関係式において、電極群２０の積層数又は捲回数に応じて、比例定数αを求め、第１データテーブルとして第１記憶手段に予め入力しておく。この場合、電極群２０の積層数又は捲回数は、１、２、３・・・と連続的に設定するのではなく、例えば、１〜５、６〜１０、１１〜１５、・・・と段階的に数値幅を設定し、数値幅ごとに比例定数αを求めるのが好ましい。１〜５という数値幅における比例定数α１〜５を求めるには、１〜５の各数値における比例定数α１〜α５を求め、その平均値を比例定数α１〜５とすればよい。
【００７４】
なお、比例定数αを決定するには、電極群２０の積層数又は捲回数を決定することが必要である。電極群２０の積層数又は捲回数は、新しい電池１０を電池パック１に装着した時に決定される。新しい電池１０は、通常、満充電ではない状態で電池パック１に装着され、電池１０を満充電にするための最初の充電が行われる。最初の充電後において、放電開始時のＯＣＶ値を電圧検知手段により検知する。
【００７５】
電圧検知手段による検知結果は、第１記憶手段に入力される。また、第１記憶手段には、第１データテーブルとは別に、電極群２０の積層数又は捲回数と、初回充電後の放電開始時のＯＣＶ値との関係を示す第２データテーブルが入力されている。第２データテーブルにおいても、電極群２０の積層数又は捲回数については、第１データテーブルと同様の、段階的な数値幅が設定されている。第１演算手段は、電圧検知手段による検知結果（初回充電後の放電開始時のＯＣＶ値）と第２データテーブルとを比較し、電池１０における電極群２０の積層数又は捲回数を決定し、第１記憶手段に出力する。なお、積層数又は捲回数を第１記憶手段に予め入力するように構成してもよい。
第１演算手段は、圧力検知手段による検知結果（電極群２０の内圧値）、電極群２０の積層数又は捲回数及び第１データテーブルに基づいて、電極群２０の厚さを算出する。
【００７６】
さらに、第１記憶手段には、圧力検知手段による検知結果に基づいて、第１データテーブルから電極群２０の厚さを算出するプログラムが入力されている。電極群２０の厚さの算出方法は、上記に示したとおりである。このプログラムは、第１演算手段において実行される。また、第１記憶手段には、圧力検知手段による検知結果が入力される。この検知結果は、新しい検知結果が入力されるたびに書き換えられる。
【００７７】
第１演算手段は、圧力検知手段による検知結果が第１記憶手段に新たに入力されるたびに、第１記憶手段から前記検知結果及び第１データテーブルを取り出し、電極群２０の厚さを算出する。第１演算手段は、算出結果を第１判定手段１３に出力する。
【００７８】
第１制御手段は、電池１０が充電された後に、放電開始時のＯＣＶ値を測定し、その後所定の時間間隔でＯＣＶ値を測定するように電圧検知手段を制御する。また、第１制御手段は、第１演算手段による、「ＯＣＶ値が放電開始時のＯＣＶ値の５０％以下である」との判定結果に応じて圧力検知手段に制御信号を出力し、圧力検知手段により電極群２０の内圧を検知させる。また、第１制御手段は、圧力検知手段に制御信号を出力するのと同時に、サイクル数検知手段１２の第２制御手段に制御信号を出力し、サイクル数検知手段１２によるサイクル数検知を実行させる。
【００７９】
本実施形態では、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段は、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として構成される。第１記憶手段には、この分野で常用される各種メモリを使用でき、例えば、リードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、半導体メモリ、不揮発性フラッシュメモリ等が挙げられる。
【００８０】
（３）サイクル数検知手段１２
サイクル数検知手段１２は、厚さ検知手段１１が電極群２０の内圧を検知した時点での、電池１０の充放電サイクルの累積回数を検知する。本実施形態では、充放電サイクル回数の１回とは、電池１０を満充電した後、次の充電が必要になるまで放電させた場合を意味する。サイクル数検知手段１２は第１判定手段１３に電気的又は光学的に接続され、その検知結果を第１判定手段１３に出力する。本実施形態では、サイクル数検知手段１２は、図示しない、電圧検知手段、第２記憶手段、第２演算手段及び第２制御手段を含む。
【００８１】
電圧検知手段は、電池１０の放電時及び充電時のＯＣＶ値を定期的に検知する。なお、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知は、１回の充放電サイクルが実施されるよりも短い所定の間隔で実施される。電圧検知手段には、例えば、電圧計等を使用できる。電圧検知手段による検知結果は、第２記憶手段に経時的に入力される。サイクル数検知手段１２は、電池１０の放電時のＯＣＶ値が充電直後（放電開始時）のＯＣＶ値の５０％以下になったと第２演算手段が判定した時点で、その判定結果を第１判定手段１３に出力する。これにより、厚さ検知手段１１による電極群２０の内圧検知が開始される。なお、１つの電圧検知手段を、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２の両方において共用してもよい。
【００８２】
第２記憶手段には、電圧検知手段による検知結果が経時的に入力されている。また、第２記憶手段には、電圧検知手段による検知結果に応じて、第２演算手段が判定した判定結果（充放電サイクル回数）が入力されている。第２記憶手段は、充放電サイクル回数が増加するたびに、その判定結果を直近の判定結果に積算して保存する。また、第２記憶手段には、ＯＣＶ値と電極群２０の積層数又は捲回数との関係を示す第３データテーブルが入力されている。第３データテーブルは、予め実験等により求めることができる。第３データテーブルにおいて、電極群２０の積層数又は捲回数は、例えば、１〜５、６〜１０、１１〜１５というように、段階的に記載されている。これは、厚さ検知手段１１の第１記憶手段に入力されているデータテーブルと同じものである。
【００８３】
さらに、第２記憶手段には、第２演算手段による充放電サイクル回数の判定方法のプログラム、電圧検知手段による検知結果及び第３データテーブルに基づいて、電池１０の電極群２０の積層数又は捲回数を判定するプログラム等が入力されている。
【００８４】
第２演算手段は、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知結果が第２記憶手段に入力されるたびに、第２記憶手段からＯＣＶ値の経時的な検知結果を取り出し、前回の判定時よりも充放電サイクル回数が１回増加した否かを判定する。充放電サイクル回数が１回増加したと判定すると、その判定結果を第２記憶手段に出力する。第２記憶手段は、新たに入力された判定結果に基づいて、その直近の充放電サイクル数に「＋１」を積算する。
【００８５】
電池１０のＯＣＶ値を経時的に検知すると、電池１０の充電開始から、充電終了を経て再度の充電が必要になる充放電サイクルを容易に判定できる。充電開始時の電池１０のＯＣＶ値は最低になり、その後充電によりＯＣＶ値が安定的に上昇し、充電終了後の放電によりＯＣＶ値が徐々に低下し、さらに最低になることにより、充放電サイクルが１回増加したか否かを判定できる。
第２制御手段は、厚さ検知手段１１による内圧検知が開始されるのに同期して、第２演算手段に充放電サイクル回数の判定を実施させる。
【００８６】
サイクル数検知手段１２は、厚さ検知手段１１による検知が開始されるのと同時に充放電回サイクル数の検知を実施し、第２演算手段による最も新しい判定結果（充放電サイクル回数）を、その検知結果として第１判定手段１３に出力する。
【００８７】
第２演算手段は、電圧検知手段による検知結果及び第３データテーブルに基づいて、電池１０の電極群２０の積層数又は捲回数を判定する。第２演算手段は、この判定結果を第１判定手段１３に出力する。この判定結果は、例えば、第１判定手段１３において、電池１０における電極群２０厚さの最小値の設定値（基準値）を決定するのに利用される。
【００８８】
第２記憶手段、第２演算手段及び第２制御手段は、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段と同様に、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として構成される。第２記憶手段には、第１記憶手段と同様の各種メモリを使用できる。１つの処理回路に、第１記憶手段、第１演算手段及び第１制御手段と、第２記憶手段、第２演算手段及び第２制御手段とを含ませることができる。
【００８９】
（４）第１判定手段１３
第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１による検知結果（算出結果）及びサイクル数検知手段１２による検知結果（判定結果）に応じて、電池交換時期を算出する。より具体的には、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１による検知結果及びサイクル数検知手段１２による検知結果に応じて、厚さ検知手段１１により検知される電極群２０の厚さが最小であるか否かを判定し、電極群２０の厚さが最小であるとの判定結果に応じて、電池交換時期を算出する。
【００９０】
より具体的には、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１による検知結果と、電極群２０の最小厚さの設定値（基準値）とを比較することにより、厚さ検知手段１１による検知結果が電極群２０の最小厚さであるか否かを判定する。このとき、厚さ検知手段１１による検知結果が、好ましくは前記設定値×０．９０〜前記設定値×１．１０、さらに好ましくは前記設定値×０．９５〜前記設定値×１．０５の範囲にある時に、電極群２０の厚さが最小であると判定する。電池１０では、例えば、電池ケース２７の材質、形状、寸法等により、電極群２０の内圧及び厚さが設定値とは多少変化することがある。したがって、電極群２０の厚さが最小であるか否かを判定する場合、設定値に多少の幅を持たせた方がより正確な交換時期を判定できる。
【００９１】
また、厚さ検知手段１１の第１制御手段及びサイクル数検知手段１２の第２制御手段を設けることなく、第１判定手段１３を第１制御手段及び第２制御手段に代えて使用することもできる。この場合、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１又はサイクル数検知手段１２に含まれる電圧検知手段からの、電池１０の放電時ＯＣＶ値が充電直後のＯＣＶ値の５０％以下になったという判定結果の入力を受ける。この判定結果に応じて、第１判定手段１３は、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２に制御信号を出力し、厚さ検知手段１１による電池１０の厚さ検知及びサイクル数検知手段１２による電池１０の充放電サイクル回数の検知を実行させる。
【００９２】
第１判定手段１３は、例えば、第３記憶手段と、第３演算手段と、第３制御手段とを含む。第３記憶手段には、第４データテーブル及び第５データテーブルが予め入力されている。第４データテーブルは、電極群２０の積層数又は捲回数ごとに、電極群２０の最小厚さと電極群２０が最小厚さになる充放電サイクル数との関係を示す。すなわち、電極群２０の積層数又は捲回数ごとに、電極群２０の最小厚さと充放電サイクル回数との関係が設定されている。電極群２０の積層数又は捲回数は、例えば、１〜５、６〜１０、１１〜１５といった段階的に示されている。電極群２０の積層数又は捲回数は、上記したように、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知から判定ができる。電極群２０の積層数又は捲回数の判定結果は、厚さ検知手段１１又はサイクル数検知手段１２から第１判定手段１３の第３記憶手段に入力される。
【００９３】
したがって、第３演算手段は、第４データテーブルと電極群２０の積層数又は捲回数の判定結果とから、厚さ検知手段１１による検知結果が電極群２０の最小厚さであるか否かを判定する。なお、この場合、第３演算手段は、サイクル数検知手段１２による検知結果も参照する。サイクル数検知手段１２による検知結果が、第４データテーブルにおける電極群２０の最小厚さに対応する充放電サイクル数よりも少ない場合は、電極群２０が最小厚さになったと判定しない。そして、第１制御手段に制御信号を出力し、厚さ検知手段１１に再度検知を実行させる。２度目の検知でも電極群厚さが最小であると判定された場合は、充放電サイクル数が一致していなくても、電極群厚さが最小になったと判定する。
【００９４】
第５データテーブルは、電池１０において電極群２０が最小厚さに達した後の、充放電サイクルの回数Ｚと電極群２０の厚さＴとの関係を示す。この関係は、予め実験により求められる。また、この関係は、電極群２０の積層数又は捲回数ごとに求められる。第５テーブルにおいても、電極群２０の積層数又は捲回数は、１〜５、６〜１０、１１〜１５・・・といった段階的な数値範囲として設定されている。
【００９５】
本発明者らは、合金系活物質を利用する電池１０において、充放電サイクルの回数と電極群２０の厚さとが特殊な関係を示すことを見出した。すなわち、図４に示すように、電池１０の使用開始時点Ｎ０から所定の充放電サイクル回数Ｎ１までの間は、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とはほぼ負の比例関係を有している。充放電サイクル回数Ｎ１になるまで、電極群２０の厚さは徐々に減少し、充放電サイクル回数Ｎ１において電極群２０の厚さは最小になる。したがって、予め実験により、電極群２０の最小厚さを求めることができる。一方、充放電サイクル回数がＮ１よりも増加すると、電極群２０の厚さは徐々に大きくなる。このように電極群２０の厚さが変化する現象は、合金系活物質以外の負極活物質を利用する非水電解質二次電池には認められない。
【００９６】
合金系活物質を用いる電池１０において、上記現象が発生する理由は十分明らかではないが、負極活物質層２２ｂにおける合金系活物質粒子の形状が、充放電サイクルの繰返しに伴う膨張及び収縮により、最適化されるためであると推測される。粒子形状の最適化とは、粒子形状が変化し、粒子同士の間隙の容積が最小になり、粒子集合体としての負極活物質層２２ｂの体積が最小になることである。
【００９７】
なお、前記した粒子形状の最適化とともに、充放電サイクルの繰返しに伴って合金系活物質粒子が劣化すると、該粒子のＣ軸方向の厚さが増加するため、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とが反比例の関係を示すこともある。したがって、予め電極群２０を作製し、充放電サイクル回数の増加に伴う電極群２０の厚さの変化を把握しておくことが好ましい。
【００９８】
また、充放電サイクル回数がＮ１よりも増加すると、電極群２０の厚さが増加するのは、充放電サイクル回数Ｎ１において、合金系活物質粒子の粒子形状の最適化が終了するためであると推測される。
【００９９】
さらに本発明者らは、前記のような特性を有する電池１０において、電極群２０の最小厚さと、その時の充放電サイクル回数Ｎ１とが判れば、電池１０の交換時期をほぼ正確に予測できることを見出した。具体的には、本発明者らは、電極群２０が最小厚さに達した後は、電極群厚さＴと充放電サイクル回数Ｚとの間には、非常に再現性の高い相関関係が成立することを見出した。したがって、電極群２０が最小厚さに達した後の電極群厚さＴと充放電サイクル回数Ｚとの関係を実験により測定してデータ化すれば、充放電サイクルをＺ回行った後の電極群厚さＴをほぼ正確に知ることが可能になる。
【０１００】
したがって、電極群厚さＴに基づいて電池１０の交換時期を設定すれば、電池１０を交換するまでの充放電サイクルの回数をほぼ正確に予測できる。電池１０の交換時期は、電池１０における電極群２０の厚さにより判定される。電極群２０の交換時期の厚さは、例えば、電池１０の容量が初期容量（使用開始時の容量）の５０％以下になる電極群２０の厚さである。電極群２０の交換時期厚さは、第５データテーブルとともに第３記憶手段に入力されている。すなわち、電池パック１では、電極群２０が最小厚さになったと判定された時点で、電池１０を交換するまでの充放電サイクル回数をほぼ正確に予測できる。
【０１０１】
なお、第５データテーブルにおける充放電サイクル回数に対応する電極群厚さと、厚さ検知手段１１による電極群厚さの検知結果との差が２５％以上である場合は、異常とみなし、第１判定手段１３はその時の充放電サイクル回数を電池１０の交換時期として判定する。
【０１０２】
第３演算手段は、電極群２０における積層数又は捲回数に応じて電極群２０の最小厚さを判定し、その判定結果に応じて、厚さ検知手段１１による検知結果が最小電極群厚さになっているか否かを判定する。厚さ検知手段１１による検知結果が最小電極群厚さに一致する場合は、その時の充放電サイクル回数及び第５データテーブルを第３記憶手段から取り出し、電池１０の交換時期までの充放電サイクル回数を算出し、算出結果を第３記憶手段に出力する。
【０１０３】
また、厚さ検知手段１１による検知結果が、最小電極群厚さに達していない場合は、電圧検知手段によるＯＣＶ値が充電終了時のＯＣＶ値の５０％以下であるとの検知結果が入力されるたびに、その検知結果を制御手段に出力する。第３制御手段は、厚さ検知手段１１及びサイクル数検知手段１２に制御信号を出力し、電極群厚さ及び充放電サイクル回数を検知させる。また、第３制御手段は、電池１０の交換時期までの充放電サイクル回数が決定された後、交換時期通知手段１４に制御信号を出力し、その充放電サイクル回数を表示する。
【０１０４】
第３記憶手段、第３演算手段及び第３制御手段は、第１〜第２記憶手段、第１〜第２演算手段及び第１〜２制御手段と同様に、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として構成される。第３記憶手段には、第１〜２記憶手段と同様の各種メモリを使用できる。
【０１０５】
本実施形態では、記憶手段、演算手段、制御手段等を、厚さ検知手段１１、サイクル数検知手段１２及び第１判定手段１３ごとに個別に設けているが、これらを一体化して、１つの記憶手段、演算手段及び制御手段を設けてもよい。例えば、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー等を含む処理回路として、中央演算装置（ＣＰＵ）を設けてもよい。
【０１０６】
（５）交換時期通知手段１４
交換時期通知手段１４は、電池１０の交換時期までの充放電サイクル回数を表示する。表示される充放電サイクル回数は、電池１０の充放電サイクル回数がさらに増加するのに伴って減少する。また、交換時期までの充放電サイクル回数が、例えば、１０回又は５回を下回った時点で、その回数を赤等の目立つ色で表示するか又は点滅表示してもよい。交換時期通知手段１４には、例えば、液晶、表示灯等が使用される。
【０１０７】
また、本実施形態では交換時期通知手段１４が使用されるが、それに限定されず、第１判定手段１３により算出される電池交換時期を音で知らせる交換時期通知手段を設けてもよい。さらに、第１判定手段１３により算出される電池交換時期に応じて、電池１０の充放電を停止させる充放電制御手段を設けてもよい。第１判定手段１３に、前記充放電制御手段の機能を付加してもよい。
【０１０８】
つぎに、図３に基づいて、本発明の電池パック１における判定動作を説明する。
ステップＳ１では、厚さ検知手段１１又はサイクル数検知手段１２に含まれる電圧検知手段により、電池１０の充電直後のＯＣＶ値が検知され、さらに電池１０のＯＣＶ値が定期的に検知される。ステップＳ２では、サイクル数検知手段１２において、電圧検知手段による検知結果が、電池１０の充電直後のＯＣＶ値の５０％以下であるか否かが判定される。５０％以下である場合には、ステップＳ３に移る。５０％以下でない場合には、ステップＳ１に戻る。
【０１０９】
ステップＳ３では、電圧検知手段による検知結果が電池１０の充電直後のＯＣＶ値の５０％以下であるとの判定結果が、厚さ検知手段１１の第１制御手段に入力される。第１制御手段は、圧力検知手段に制御信号を出力し、圧力検知手段により電極群２０の内圧を検知させる。厚さ検知手段１１は、圧力検知手段による電極群２０の内圧検知結果に基づいて演算を行い、電極群２０の厚さを検知する。電極群２０の厚さの検知結果は、第１判定手段１３に入力される。
【０１１０】
ステップＳ４では、厚さ検知手段１１の第１制御手段が、厚さ検知手段１１の圧力検知手段への制御信号の出力に同期して、サイクル数検知手段１２の第２制御手段に制御信号を出力する。これにより、厚さ検知手段１１により電極群２０の厚さが検知された時点での充放電サイクル回数を検知する。この充放電サイクル回数の検知結果は、第１判定手段１３に入力される。
【０１１１】
ステップＳ５では、第１判定手段１３において、厚さ検知手段１１による電極群２０の厚さの検知結果が、電極群２０の最小厚さに一致するか又は否か（電極群２０の最小厚さよりも大きいか否か）を判定する。一致する場合にはステップＳ６に移行し、一致しない場合はステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、第１判定手段１３において、厚さ検知手段１１による電極群２０の厚さの検知結果及びサイクル数検知手段１２による充放電サイクル回数の検知結果から、電池交換時期までの充放電サイクル回数を算出する。
【０１１２】
ステップＳ７では、ステップＳ６で算出された電池交換時期までの充放電サイクル回数を、交換時期通知手段１４に表示する。このようにして、本発明の電池パック１における、電池交換時期までの充放電サイクル回数を求める動作が完了する。
【０１１３】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態である電池パック２の構成を模式的に示すブロック図である。電池パック２は電池パック１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。電池パック２は、第１判定手段１３に代えて第１判定手段１３ａを含み、かつサイクル数検知手段１２を含まないことを特徴とし、それ以外の構成は電池パック１と同様である。
【０１１４】
第１判定手段１３ａは、第１判定手段１３の他に、サイクル数検知手段１２とは異なるサイクル数検知手段を有している。このサイクル数検知手段は、電池１０に充電電圧が一定の長さ以上印加されるのを検知し、これを充放電サイクル回数：１回と検知する。また、電池パック２では、電圧検知手段を有していないので、電池パック１と同様にして電極群２０の積層数又は捲回数を判定できない。したがって、第１判定手段１３ａは、電極群２０の積層数又は捲回数を外部から入力可能に構成されている。
【０１１５】
具体的には、例えば、電池パック２に図示しないＵＳＢ入力端子が設けられている。そして、ＵＳＢケーブルを介して電池パック２とパーソナルコンピュータとを接続することにより、電極群２０の積層数又は捲回数を第１判定手段１３ａに入力できる。電極群２０の積層数又は捲回数は、電池１０に表示されている。また、電池パック２の説明書には、電池パック２に適する電池１０の規格が明示されている。したがって、使用者は、電池パック２に適した電池１０を容易に選択できる。電池パック２においても、電池パック１と同様に、電極群２０が最小厚さに達してから電池交換までの充放電サイクル回数をほぼ正確に算出することができる。
【０１１６】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態である電池パック３の構成を模式的に示すブロック図である。図７は、図２に示す非水電解質二次電池１０のサイクル劣化判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【０１１７】
本発明者らは、前述のように、合金系二次電池の膨れ特性が、黒鉛を含む従来の非水電解質二次電池（以下「従来の電池」とする）の膨れ特性とは異なることを見出した。電池の膨れは、主に、電池ケース内に収容される電極群が膨れることに起因して発生する。従来の電池では、充放電サイクル回数の増加に伴って電極群の膨れが徐々に大きくなる。
【０１１８】
これに対し、合金系二次電池は、図４に示すように、使用初期は電極群の厚さが徐々に小さくなり、電極群の厚さが最小に達した後、電極群の厚さが徐々に増加する膨れ特性を有していることを本発明者らは見出した。さらに、本発明者らは、電極群の厚さが増加に転じた後は、充放電サイクル回数と電極群の厚さとの間に相関関係（所定の比例定数を有する比例関係）が存在することを見出した。しかしながら、この相関関係だけでは、突然のサイクル劣化の有無を判定できない。
【０１１９】
本発明者は、合金系二次電池における、充放電サイクル回数と電極群の厚さとの相関関係についてさらに研究を重ねた。その結果、顕著なサイクル劣化が突然に起る合金系二次電池では、そのサイクル劣化が起る前に、電極群の厚さの増加率が急激に変化することを見出した。すなわち、充放電サイクル回数と電極群の厚さとは比例関係にあるが、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、その比例関係における比例定数が大きくなるように変化することを見出した。
【０１２０】
この知見に基づき、本発明者らは、充放電サイクル回数と電極群の厚さとの相関関係の変化から、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、サイクル劣化の有無を判定する構成を想到するに至った。そして、この構成によれば、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、サイクル劣化の発生の有無をほぼ正確に判定できることを見出した。
【０１２１】
本発明によれば、合金系二次電池の顕著なサイクル劣化の発生の有無をほぼ正確に判定できる。より具体的には、前記電池において、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、前記電池に顕著なサイクル劣化が起り始めていることを知ることができる。その結果、顕著なサイクル劣化とそれに伴う電池の大きな膨れの発生を予測して、電池パックを交換することが可能になる。このため、前記電池パックを電源とする各種電子機器や電気自動車などにおいて、作成データの消失や走行中の駆動モータの停止などが発生するのを防止できる。また、万が一、電池が大きく膨れる要因を持つ場合でも、それをほぼ確実に防止できる。
【０１２２】
本実施形態の電池パック３は、合金系活物質を含む非水電解質二次電池とともに、非水電解質二次電池のサイクル劣化の有無の判定方法を実現する機構を含んでいる。このため、顕著なサイクル劣化が突然に起る前に、電池パック３を交換することが可能になる。本実施形態の電池パック３は長期的な信頼性が高く、各種電子機器の電源、電気自動車の主電源や補助電源などとして有効である。
【０１２３】
電池パック３は、電池１０と、電池１０に含まれる電極群２０の厚さを検知する厚さ検知手段１６と、電池１０の充放電サイクル回数を検知するサイクル数検知手段１７と、厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電池１０のサイクル劣化の有無を判定する第２判定手段１８と、第２判定手段１８によるサイクル劣化有りとの判定結果を表示するサイクル劣化通知手段１９と、外部機器の接続端子に接続される外部接続端子１５ａ、１５ｂと、図示しない外装体とを含む。
【０１２４】
本実施形態では、電池１０、厚さ検知手段１６、サイクル数検知手段１７および第２判定手段１８は、外装体の内部に収容されている。サイクル劣化通知手段１９は、外装体表面に露出するように配置されている。また、外部接続端子１５ａ、１５ｂは、それぞれ、外装体の所定の位置に装着されている。電池１０は、図２に示す電池１０である。
【０１２５】
（１）厚さ検知手段１６
厚さ検知手段１６は、電池１０に含まれる電極群２０の厚さ情報を検知する。本実施形態では、厚さ検知手段１６は、電極群２０の厚さ情報として電極群２０の内圧を検知し、その検知結果から電極群２０の厚さを算出する。厚さ検知手段１６は、算出結果を第２判定手段１８に出力する。厚さ検知手段１６と第２判定手段１８とは、情報交換可能に接続されている。具体的には、電気的な接続、光学的な接続などがある。情報交換可能な接続とは、検知結果、制御信号などの出入力が可能な接続を意味する。
【０１２６】
本実施形態の厚さ検知手段１６は、感圧センサ、第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段（いずれも図示せず）を含み、少なくとも感圧センサが非水電解質二次電池１０の近傍に配置される。感圧センサ、第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段は、情報交換可能に接続されている。
【０１２７】
感圧センサは、電極群２０の内圧を検知する。本実施形態では、電極群２０は積層型であり、扁平な形状を有しているので、感圧センサによりその内圧を正確に検知することができる。感圧センサにより内圧を正確に検知するという観点からは、電極群２０に代えて、扁平型電極群を使用してもよい。
【０１２８】
感圧センサは、電池１０の扁平部分の中央部に接触させることが好ましい。これにより、電極群２０の内圧をより一層正確に検知できる。電池１０の扁平部分とは、電極群２０の厚さ方向表面に対応する電池ケース２７の外側表面である。扁平部分の中央部とは、電池ケース２７の外側表面において、電極群２０の厚さ方向表面の中心に対応する位置である。
【０１２９】
電極群２０は積層型であり、その厚さ方向の表面を鉛直方向上方から見た形状は、長方形、正方形などの方形である。方形における対角線の交点が、電極群２０の厚さ方向表面の中心である。電池１０の中央部は、電極群２０の中心と正確に一致している必要はなく、電極群２０の中心の近傍部分でも、電極群２０の内圧をほぼ正確に検知できる。電極群２０の中心の近傍部分は、電極群２０の中心から半径５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の円領域である。扁平型電極群の鉛直方向上方から見た形状は、積層型電極群２０と同様に方形であるため、その中心は電極群２０の中心と同様に定義できる。
【０１３０】
感圧センサは、サイクル数検知手段１７が充放電サイクル回数を更新した直後に、電極群２０の内圧を検知する。電極群２０の内圧から、電極群２０の厚さをほぼ正確に知ることができる。なお、サイクル数検知手段１７が充放電サイクル回数を更新する点については、サイクル数検知手段１７の項目で説明する。
【０１３１】
感圧センサには、従来から圧力センサとして知られているものを使用できるが、ＨＳＰＣシリーズ（商品名、アルプス電気（株）製）、ＰＳ−Ａプレッシャーセンサ（商品名、パナソニック電工（株）製）などの小型の圧力センサが好ましい。感圧センサは、その検知結果を第４記憶手段に出力する。
【０１３２】
第４記憶手段には、感圧センサによる検知結果が入力される。この検知結果は、新しい検知結果が入力されるたびに書き換えられる。この検知結果に基づいて、電極群２０の厚さが算出され、第４記憶手段に入力される。第４記憶手段には、電極群２０の満充電時の内圧と電極群２０の厚さとの関係を示す第６データテーブルが入力されている。
【０１３３】
電極群２０の満充電時の内圧と厚さとの関係は、単位電極の積層数、電極群２０および負極活物質層２２ｂの初期厚さなどに応じて変化する。したがって、第６データテーブルは、予め定められた規格（単位電極の積層数、電極群２０の初期厚さおよび負極活物質層２２ｂの初期厚さ）における、電極群２０の満充電時の内圧と電極群２０の厚さとの関係を示すものである。第６データテーブルは、実験により予め作成される。
【０１３４】
単位電極とは、１つの正極２１と１つの負極２２との間に１つのセパレータ２３を介在させたものである。互いに隣り合う一組の単位電極の間にセパレータ２３を介在させると、複数の単位電極を積層した積層型電極群を作製できる。本実施形態において、電極群２０の積層数とは、単位電極の積層数を意味する。図２に示す電池１０では、電極群２０の積層数は１である。
【０１３５】
合金系活物質を含有する電極群２０において、電極群２０の満充電時の内圧Ｘと、電極群２０の厚さＹと、電極群２０の初期厚さＴ０との間には、式（１）：Ｙ＝αＸ＋Ｔ０（式中αは比例定数を示す）の関係が成立する。したがって、式（１）において、電極群２０の積層数に応じて、比例定数αを求め、第６データテーブルとして第４記憶手段に予め入力する。
【０１３６】
この場合、電極群２０の積層数は、１、２、３・・・と連続的に設定してもよいが、たとえば、１〜５、６〜１０、１１〜１５、・・・と段階的に数値幅を設定し、数値幅ごとに比例定数αを求めるのが好ましい。積層数１〜５という数値幅における比例定数α１〜５を求めるには、１〜５の各積層数における比例定数α１〜α５を求め、その平均値を比例定数α１〜５とすればよい。電極群２０が扁平型電極群である場合は、積層数に代えて捲回数を用いる以外は、積層数の場合と同様にして比例定数αを決定する。
【０１３７】
さらに、第４記憶手段には、感圧センサによる検知結果に基づいて、第６データテーブルから電極群２０の厚さを算出するプログラムが入力されている。電極群２０の厚さの算出方法は、上記に示したとおりである。このプログラムは、第４演算手段において実行される。
【０１３８】
第４演算手段は、感圧センサによる検知結果（電極群２０の内圧値）、電極群２０の積層数および第６データテーブルに基づいて、電極群２０の厚さを算出する。電極群２０の積層数は、電池パック３を設計する際に決められているので、第６データテーブルとともに予め第４記憶手段に入力されている。
第４演算手段は、感圧センサによる検知結果が第４記憶手段に新たに入力されるたびに、第４記憶手段から前記検知結果および第６データテーブルを取り出し、電極群２０の厚さを算出する。第４演算手段は、算出結果を第４記憶手段に出力する。
【０１３９】
第４制御手段は、サイクル数検知手段１７による充放電サイクル回数を更新したとの制御信号に応じて感圧センサおよび第４演算手段を制御する。より具体的には、第４制御手段は、電池１０の満充電時に、感圧センサによる電極群２０の内圧検知、および第４演算手段による電極群２０の厚さの算出を制御する。第４制御手段は、第４演算手段による算出結果を第４記憶手段から取り出し、第２判定手段１８に出力する。
【０１４０】
第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段は、本実施形態では、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマーなどを含む処理回路として構成される。第４記憶手段には、この分野で常用される各種メモリを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、半導体メモリ、不揮発性フラッシュメモリなどが挙げられる。第４記憶手段、第４演算手段および第４制御手段の代りに、電池パック３が装着される外部機器または第２判定手段１８のＣＰＵ（中央情報処理装置）などを利用してもよい。
【０１４１】
（２）サイクル数検知手段１７
サイクル数検知手段１７は、電池１０の充放電サイクル回数を検知する。本実施形態では、満充電状態の電池１０が放電して完全放電状態になり、充電が行われ、電池１０が再び満充電状態になるサイクルを、充放電サイクル１回とする。満充電状態は、好ましくはＳＯＣ：９０％以上である。サイクル数検知手段１７と第２判定手段１８とは、電気信号レベルでの情報交換が可能であるように接続され、サイクル数検知手段１７はその検知結果を第２判定手段１８に出力する。
【０１４２】
本実施形態のサイクル数検知手段１７は、図示しない電圧検知手段と、第５記憶手段と、第５演算手段と、第５制御手段とを含む。
電圧検知手段は、第５制御手段により、電池１０の開回路電圧（Ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ、以下「ＯＣＶ」とする）を所定の時間間隔で検知するように制御される。
【０１４３】
電池１０のＯＣＶ値には、次のような特性がある。電池１０の充電開始時に、そのＯＣＶ値は最低になる。その後充電によりＯＣＶ値が安定的に上昇し、最大になる。そして、充電終了後の放電により、ＯＣＶ値は徐々に低下し、さらに最低値になる。ＯＣＶ値が最大になり、その後低下し、再び最大になるまでのサイクルが、充放電サイクル１回になる。電池１０のＯＣＶ値を経時的に検知することにより、電池１０の充放電サイクルの回数を正確に検知できる。
【０１４４】
電圧検知手段によるＯＣＶの検知は、たとえば、０．１秒〜１０００秒、好ましくは１秒〜６０秒の間隔で実施すればよい。電圧検知手段には、たとえば、電圧計などを使用できる。電圧検知手段による検知結果は、第５記憶手段に経時的に並べて入力される。
第５記憶手段には、電圧検知手段による検知結果の他に、充放電サイクルの回数が入力される。充放電サイクルの回数は、新しい数値が入力されるたびに書き換えられる。
【０１４５】
第５演算手段は、電圧検知手段による検知結果が第５記憶手段に入力されると、その検知結果を取り出し、検知結果であるＯＣＶ値が最高になり、再び最高になるサイクルを、充放電サイクル回数１回と判定する。第５演算手段は、１回の充放電サイクルが終了したと認識すると、第５記憶手段に入力されている充放電サイクル回数の数値に「１」を加算し、新しい数値として第５記憶手段に出力する。
【０１４６】
第５制御手段は、電圧検知手段によるＯＣＶ値の検知を制御する。また、第５制御手段は、第５記憶手段に入力されている充放電サイクル回数が新しい数値に書き換えられると、その新しい数値を第２判定手段１８に出力する。
【０１４７】
本実施形態では、第５記憶手段、第５演算手段および第５制御手段は、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマーなどを含む処理回路として構成される。第５記憶手段には、この分野で常用される各種メモリを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ、ランダムアクセスメモリ、半導体メモリ、不揮発性フラッシュメモリなどが挙げられる。第５記憶手段、第５演算手段および第５制御手段の代りに、電池パック３が装着される外部機器のＣＰＵ（中央情報処理装置）などを利用してもよい。
【０１４８】
本実施形態ではＯＣＶ値の検知により充放電サイクル回数を検知しているが、それに限定されず、たとえば、閉回路端子電圧（ＣＣＶ）の検知により充放電サイクル回数を検知してもよい。なお、ＣＣＶ検知を行う場合には、測定する電流レートを低くするのが好ましい。具体的には、測定する電流レートを０．２Ｃ以下にするのが好ましい。これにより、検知されるＣＣＶの値が電流レートの影響を受け難くなり、さらに正確な検知が可能になる。電流レートは、第５制御手段により制御すればよい。
【０１４９】
ＣＣＶ検知は、環境温度による影響を受ける場合がある。具体的には、環境温度が２０℃未満では、電流レートを０．２Ｃ以下にしても、検知されるＣＣＶ値が不正確になるおそれがある。したがって、温度検知手段により電池１０の温度を検知しつつ、ＣＣＶ検知を行うのがよい。電池１０の温度と、電流レートと、ＣＣＶ値との関係を予め実験により求め、第７データテーブルとして第５記憶手段に入力する。第５演算手段は、検知されたＣＣＶ値を、第７データテーブルと電流レートと検知温度とに基づいて補正し、正確なＣＣＶ値を得る。温度検知手段には、電子機器、半導体製品などにおいて温度検知に用いられる市販の小型温度センサを使用できる。
【０１５０】
ＣＣＶ検知は、放電深度により影響を受ける場合がある。具体的には、ＣＣＶ検知時の放電深度が異なると、電流レートを０．２Ｃ以下にしても、検知されるＣＣＶ値にばらつきを生じ、充放電サイクル回数を正確に検知できないおそれがある。したがって、放電深度を検知しつつ、ＣＣＶ検知を行うのがよい。放電深度と、電流レートと、ＣＣＶ値との関係を予め実験により求め、第８データテーブルとして第５記憶手段に入力する。第５演算手段は、検知されたＣＣＶ値を、第８データテーブルと電流レートと放電深度とに基づいて補正し、正確なＣＣＶ値を得る。
【０１５１】
放電深度は、電池１０の定格容量と、放電電気量とから算出できる。放電電気量は、充放電サイクルが１回終了した後の、放電電流値に放電時間を乗じた数値の合計として算出できる。放電深度の算出プログラムは、予め第５記憶手段に入力される。
また、放電深度が一定になるように制御して、ＣＣＶ検知を実施してもよい。
【０１５２】
（３）第２判定手段１８
第２判定手段１８は、厚さ検知手段１６による検知結果（電極群２０の厚さ）およびサイクル数検知手段１７による検知結果（充放電サイクル回数）に応じて、サイクル劣化の発生の有無を判定する。より具体的には、第２判定手段１８は、厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との相関関係を求め、相関関係の変化を検知することにより、サイクル劣化の有無を判定する。
【０１５３】
本発明者らは、電池１０において、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との間に、従来の電池とは異なる相関関係があることを見出した。以下、図４に基づいて、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との相関関係をさらに詳しく説明する。
【０１５４】
図４に示すように、充放電サイクル回数が０であるＮ０の時点では、電極群２０は初期厚さｔ０を有している。その後、充放電サイクル回数が増加すると、電極群２０の厚さは徐々に減少し、Ｎ１の時点で電極群２０の厚さは最小になる。Ｎ０からＮ１までは、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とは負の比例関係または反比例の関係にある。Ｎ１の時点から充放電サイクル回数が増加すると、電極群２０の厚さも徐々に増加する。Ｎ１の時点以降は、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数とは正の比例関係を有している。
【０１５５】
顕著なサイクル劣化が起る電池では、Ｎ１の時点からさらに充放電サイクル回数が増加したＮ２以降で、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との比例関係における比例定数が、Ｎ１からＮ２までの比例定数よりも大きくなる。このような比例定数が大きくなる変化は、顕著なサイクル劣化が発生する直前に起る。したがって、比例定数が大きくなる変化を検知することにより、顕著なサイクル劣化の発生の有無をほぼ正確に判定できる。比例定数が大きくなる変化は、合金系活物質を含む電池１０に特有の現象である。
【０１５６】
合金系活物質を含む電池１０において、上記現象が発生する理由は十分明らかではないが、負極活物質層２２ｂにおける合金系活物質粒子の形状が、充放電サイクルの繰返しに伴う膨張および収縮により、最適化されるためであると推測される。粒子形状の最適化とは、粒子形状が変化し、粒子同士の間隙の容積が最小になり、粒子集合体としての負極活物質層２２ｂの体積が最小になることである。これにより、所定の充放電サイクル回数を経た後に、電極群２０の厚さが最小になるものと推測される。
【０１５７】
粒子形状が最適化された後は、負極活物質層２２ｂが徐々に膨張することにより、電極群２０の厚さが徐々に大きくなるものと推測される。顕著なサイクル劣化が突然に起る電池では、負極活物質層２２ｂ内部において、合金系活物質と非水電解質との反応による副生物の生成量が多くなるものと推測される。その結果、負極活物質層２２ｂの膨張の割合が大きくなり、Ｎ２の時点で比例定数が大きくなる変化を引き起こすものと推測される。本発明者らは、前記副生物がサイクル劣化の１つの要因になることを見出している。
【０１５８】
Ｎ１時点およびＮ２時点の充放電サイクル回数は、たとえば、電極群２０の積層数（扁平型電極群であれば捲回数）、合金系活物質の種類、負極活物質層２２ｂの厚さ、負極集電体２２ａの材質などの種々の構成により変化する。しかしながら、いずれの構成を採用しても、電極群２０の厚さが徐々に大きくなる途中で、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との比例関係における比例定数が大きくなるという変化は共通である。
【０１５９】
図４は、電極群２０の厚さが、Ｎ１の時点以降徐々に増加することを示している。しかしながら、Ｎ２までの、電極群２０の厚さの増加はミクロンオーダーであり、このような増加は、電池１０の電池性能、使用者に対する安全性などを損なうものではない。
【０１６０】
第２判定手段１８は、第６記憶手段と、第６演算手段と、第６制御手段とを含む。
第６記憶手段には、厚さ検知手段１６による検知結果（電極群２０の厚さ）およびサイクル数検知手段１７による検知結果（充放電サイクル回数）が入力される。
第６記憶手段には、厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電極群２０の厚さと充放電サイクル回数との関係における比例定数を求めるプログラムが入力されている。
【０１６１】
比例定数決定プログラムの一例を挙げる。Ｎ１の時点から充放電サイクル回数５０回を経過した後に、厚さ検知手段１６による充放電サイクル回数５０回分の検知結果とサイクル数検知手段１７による充放電サイクル回数５０回分の検知結果とをプロットし、最小２乗法により比例定数（基準比例定数）を求める。基準比例定数は、第６記憶手段に入力される。なお、基準比例定数を求めるための充放電サイクル回数は、たとえば、５回〜２００回、好ましくは１０回〜１００回の範囲から適宜選択できる。
【０１６２】
基準比例定数を求めた後、充放電サイクル数５回ごとに平均比例定数を求める。このとき、最新の充放電サイクル回数１回と、その直前の充放電サイクル回数４回との平均比例定数を求める。この平均比例定数は、充放電サイクルが１回終了するたびに更新される。本実施形態では、平均比例定数が基準比例定数を１〜３％、好ましくは１〜２％上回ったところで、Ｎ２の時点に達したと判定する。基準比例定数に対する平均比例定数の比率は、たとえば、単位電極の積層数、負極活物質層２２ｂの厚さ、合金系活物質の種類などに応じて選択される。
【０１６３】
第６記憶手段には、電極群２０の厚さが減少から増加に転じるＮ１の時点を判定するＮ１判定プログラムも入力されている。前回の電極群２０の厚さと、新たに得られる電極群２０の厚さとを比較し、新たに得られる電極群２０の厚さが前回の電極群２０の厚さよりも大きくなったときに、前回の電極群２０の厚さが得られた充放電サイクル回数を、Ｎ１時点と判定する。Ｎ１判定プログラムによりＮ１時点が決定すると、比例定数決定プログラムが動作する。さらに、第３記憶手段には、サイクル数検知手段１７による検知結果の入力を受けて、厚さ検知手段１６の動作を制御するプログラムが入力されている。
【０１６４】
第６演算手段は、第６記憶手段に入力されている、厚さ検知手段１６による検知結果、サイクル数検知手段１７による検知結果および上記各種プログラムに基づいて演算を実施し、サイクル劣化の有無を判定する。
第６制御手段は、サイクル数検知手段１７による検知結果の入力を受けて、厚さ検知手段１６による電極群２０の厚さの検知を制御する。第６制御手段は、第６演算手段によるサイクル劣化有りとの判定に応じて、サイクル劣化通知手段１９に制御信号を出力し、サイクル劣化通知手段１９を作動させて顕著なサイクル劣化が起ることを機器の使用者に通知する。
【０１６５】
第６記憶手段、第６演算手段および第６制御手段は、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマー、ＣＰＵなどを含む処理回路として構成される。第６記憶手段には、第４〜５記憶手段と同様の各種メモリを使用できる。第６記憶手段、第６演算手段および第６制御手段に代えて、電池パック３を電源とする外部機器のＣＰＵなどを用いてもよい。
【０１６６】
本実施形態では、記憶手段、演算手段、制御手段などを、厚さ検知手段１６、サイクル数検知手段１７および第２判定手段１８ごとに個別に設けているが、これらを一体化して、１つの記憶手段、演算手段および制御手段を設けてもよい。たとえば、マイクロコンピュータ、インターフェイス、メモリ、タイマーなどを含む処理回路として、中央演算装置（ＣＰＵ）を設けてもよい。
さらに好ましい実施形態では、電池パック３は、第２判定手段１８によるサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、電池１０の充放電を停止させ充放電制御手段をさらに含むことができる。また、第２判定手段１８に、前記充放電制御手段の機能を付加してもよい。
【０１６７】
（４）サイクル劣化通知手段１９
サイクル劣化通知手段１９は、第２判定手段１８から制御信号を受けて、サイクル劣化が有ることを使用者に通知する。サイクル劣化通知手段１９は、表示または音による通知を行う。サイクル劣化通知手段１９には、たとえば、液晶、ランプ、音声発信機などを使用できる。これにより、顕著なサイクル劣化が起る直前であることを、機器の使用者に確実に知らせることができる。
【０１６８】
電池パック３は、第２交換時期判定手段を含んでいてもよい。第２交換時期判定手段は、第２判定手段１８によるサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、この判定結果を得るのに用いられた厚さ検知手段１６による検知結果とサイクル数検知手段１７による検知結果とから、電池１０の交換時期を判定する。充放電を制御可能な第２判定手段１８または第２交換時期判定手段により、顕著なサイクル劣化が突然に発生することによる、作製データの損失などを防止することができる。
【０１６９】
第２交換時期判定手段は、たとえば、顕著なサイクル劣化が発生するとの判定時における電極群２０の厚さおよび充放電サイクル回数に基づいて、予め実験により作成された第９データテーブルから、顕著なサイクル劣化が起るまでの充放電サイクル回数を求め、交換時期を判定する。
【０１７０】
第９データテーブルにおける、電極群２０の厚さおよび充放電サイクル回数以外の変数要素には、基準比例定数、前記判定時の基準比例定数に対する平均比例定数の比率および電極群２０の積層数（捲回型電極群または扁平型電極群の場合は捲回数）などがある。これらの変数要素の数値を変化させて実験を行い、顕著なサイクル劣化の発生有りと判定された電池の、使用可能な充放電サイクル回数を示す第９データテーブルを作成する。
【０１７１】
第９データテーブルでは、電極群２０の積層数（または捲回数）は、１〜５、６〜１０、１１〜１５といった段階的に示すのが好ましい。電極群２０の積層数（または捲回数）は、たとえば、電池パック３にコンピュータとの接続端子を設け、コンピュータの端末から入力するように構成できる。第９データテーブルを、たとえば、第２判定手段１８の第６記憶手段に入力しておき、第６演算手段により交換時期の判定を実行させればよい。
【０１７２】
次に、図７に基づいて、本発明の電池パック３におけるサイクル劣化判定動作をさらに詳しく説明する。
ステップＳ１１では、サイクル数検知手段１７が電池１０のＯＣＶ値を検知する。そして、ＯＣＶ値が一端最高になり、放電後、充電によりＯＣＶ値が再度最高になるサイクルを、充放電サイクル回数：１回と検知し、前回検知の充放電サイクル回数に「１」を加算して第２判定手段１８に出力する。第２判定手段１８は、新しい充放電サイクル回数の入力を受け、厚さ検知手段１６に制御信号を出力する。これにより、厚さ検知手段１６が電極群２０の厚さを検知する動作を開始する。
【０１７３】
ステップＳ１２では、厚さ検知手段１６が電極群２０の厚さを検知し、その検出結果を第２判定手段１８に出力する。
ステップＳ１３では、第２判定手段１８は、ステップＳ１２で得られる電極群２０の厚さ（以下「ステップＳ１２の厚さ」とする）と、前回得られた電極群２０の厚さ（以下「前回厚さ」とする）とを比較する。ステップＳ１２の厚さが、前回厚さよりも大きい場合は、「Ｙｅｓ：電極群２０の厚さが最小になるＮ１の時点を過ぎた」と判定し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１２の厚さが前回厚さよりも小さい場合は、「Ｎｏ：Ｎ１の時点を過ぎていない」と判定し、ステップＳ１１に戻る。このとき、前回厚さは、ステップＳ１２の厚さに書き換えられる。
【０１７４】
ステップＳ１４では、ステップＳ１１と同様にして、サイクル数検知手段１７が充放電サイクル回数を更新し、その値を第２判定手段１８に出力する。ステップＳ１５では、ステップＳ１２と同様に、サイクル数検知手段１７が電極群２０の厚さを検知し、検知結果を第２判定手段１８に出力する。
【０１７５】
ステップＳ１６では、第２判定手段１８が、Ｎ１時点経過後の充放電サイクル回数５０回の電極群２０の厚さを、横軸：充放電サイクル回数、縦軸：電極群の厚さ２０でプロットし、最小２乗法により基準比例定数を求める。基準比例定数は、第２判定手段１８の第６記憶手段に入力される。
【０１７６】
ステップＳ１７では、第２判定手段１８が、基準比例定数を求めた後、充放電サイクル回数：５回分の平均比例定数を求める。サイクル数検知手段１７により充放電サイクル回数が更新されるたびに、直前の４回の充放電サイクルで検知された電極群２０の厚さと、最新の充放電サイクルで検知された電極群２０の厚さから平均比例定数を求める。平均比例定数は、基準比例定数と同様にして求めることができる。平均比例定数は、第２判定手段１８の第６記憶手段に入力される。
【０１７７】
ステップＳ１８では、第２判定手段１８が、基準比例定数と平均比例定数とを比較する。そして、基準比例定数に対する平均比例定数の比率が１〜３％、好ましくは１〜２％大きくなっている場合には、「Ｙｅｓ：顕著なサイクル劣化の発生有り」と判定し、ステップＳ１９に移行する。基準比例定数に対する平均比例定数の比率が大きくなっていても、１％未満である場合は、「Ｎｏ：顕著なサイクル劣化の発生無し」と判定し、ステップＳ１７に戻る。なお、前記した、基準比例定数に対する平均比例定数の比率は、電極群２０の積層数が１の場合の値である。基準比例定数に対する平均比例定数の比率は、電極群２０の積層数などに応じて適宜選択できる。この比率は、予め実験により求めることができる。
【０１７８】
ステップＳ１９では、第２判定手段１８による顕著なサイクル劣化の発生有りとの判定結果に応じて、その判定結果を電池パック３表面または電池パック３を電源とする外部機器表面に表示する。これにより、サイクル劣化判定の一連の動作が終了する。
【０１７９】
本実施形態の電池パック３は、サイクル劣化通知手段１９が表面に配置され、かつ長手方向の両端部に外部接続端子１５ａ、１５ｂが装着された外装体に、電池１０、厚さ検知手段１６、サイクル数検知手段１７および第２判定手段１８を結線して収容し、封口することにより作製できる。
【０１８０】
本実施形態では、電極群２０の内圧値から電極群２０の厚さを算出し、充放電サイクル回数と電極群２０との関係を求め、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定している。本発明では、この方法に限定されず、たとえば、電極群２０の内圧値から、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定してもよい。すなわち、別の実施形態では、感圧センサによる検知結果から電極群２０の厚さを算出することなく、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定できる。
【０１８１】
充放電サイクル回数と電極群２０の内圧とは、充放電サイクル回数と電極群２０の厚さと同様に、比例関係にある。すなわち、図４に示すグラフにおいて、電極群２０の厚さが最小になった後では、充放電サイクル回数と、電極群２０の内圧とは、正の比例関係を有している。そして、顕著なサイクル劣化が突然に起る直前に、前記比例関係における比例定数が増加する。この関係に基づいて、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定することができる。
【０１８２】
電極群２０の内圧検知による判定の場合には、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定する精度がさらに高くなるという利点がある。たとえば、電池ケース２７が金属製でありかつ厚さが薄い場合、電極群２０の膨張が電池ケース２７により抑制されることがある。このとき、電極群２０は加圧状態になっている。電極群２０の膨張が抑制されると、電極群２０の内圧の測定値は、実際の値とは異なることがある。
【０１８３】
そこで、電極群２０の膨張が抑制されない状態で、充放電サイクル回数と電極群２０の内圧との関係を測定して第１０データテーブルを作製する。第１０データテーブルが、劣化判定の基準になる。また、電極群２０の膨張を抑制しながら、充放電サイクル回数と電極群２０の内圧との関係を測定して第１１データテーブルを作製する。第１１データテーブルは、電極群２０の積層数、電池ケース２７の材質および厚さを変数として作製される。第１０データテーブルおよび第１１データテーブルは、第２判定手段１８の第６記憶手段に予め入力されている。
【０１８４】
第２判定手段１８は、サイクル数検知手段１７による検知結果（充放電サイクル回数）および感圧センサによる検知結果（電極群２０の内圧値）に基づいて、第１０データテーブルおよび第１１データテーブルから、電極群２０が加圧状態にあるかまたは非加圧状態になっているかを判定する。この判定は、第２判定手段１８の第６演算手段で実施され、第６演算手段による判定結果に応じて第６制御手段から制御信号が発せられるのは、電池パック３と同様である。
【０１８５】
第２判定手段１８は、電極群２０が加圧状態にあると判定すると、充放電サイクル回数および第１１データテーブルに基づいて、内圧値を補正し、さらに第１０データテーブルに基づいて顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定する。第２判定手段１８は、電極群２０が非加圧状態にあると判定すると、内圧値を補正することなく、第１０データテーブルに基づいて顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を判定する。これにより、電極群２０の積層数、電池ケース２７の材質および厚さといった変数に左右されることなく、顕著なサイクル劣化の突然の発生の有無を一層正確に判定することができる。
【０１８６】
本実施形態でも、第２判定手段１８が、電極群２０の厚さが最小になる充放電サイクル回数Ｎ１を判定する動作および基準比例定数と平均比例定数とから顕著なサイクル劣化発生の有無を判定する動作は、図７に示す動作と同様にして行われる。すなわち、充放電サイクル回数Ｎ１は、充放電サイクル回数と、電極群２０の内圧とから判定される。顕著なサイクル劣化発生の有無は、充放電サイクル回数Ｎ１後の、充放電サイクル回数と電極群２０の内圧との関係から基準比例定数と平均比例定数と求め、これらを比較することにより判定される。
本実施形態の電池パックは、第２判定手段１８が前記した構成を採る以外は、電池パック３と同じ構成を有している。
【０１８７】
前述の各実施形態において、電極群２０が用いられているが、それに限定されず、扁平型電極群を用いても良い。扁平型電極群は、帯状正極と帯状負極との間に帯状絶縁層を介在させて、これらを捲回して得られる捲回型電極群をプレス加工することにより得られる。扁平型電極群は、帯状正極と帯状負極との間に帯状絶縁層を介在させて、これらを板に捲き付けることによっても作製できる。扁平型電極群の積層数は、捲回数×２である。
【０１８８】
前述の各実施形態において、電池１０の負極活物質層２２ｂは、合金系活物質が気相法により積層された薄膜であるが、それに限定されず、例えば、複数の柱状体を含む薄膜でもよい。柱状体は、合金系活物質を含有し、負極集電体の表面から負極集電体の外方に向けて延びる。複数の柱状体は、同じ方向に延びるように形成されるのが好ましい。また、隣り合う一対の柱状体の間には、空隙が存在している。複数の柱状体を含む薄膜は、負極集電体との密着性が高い。柱状体は、負極集電体表面に複数の凸部を設け、凸部表面に形成するのが好ましい。
【０１８９】
すなわち、本発明では、表面に複数の凸部を有する負極集電体と、複数の柱状体を含む負極活物質層とを含む別形態の負極を使用できる。図８は、別形態の負極集電体３１の構成を模式的に示す斜視図である。図９は、図８に示す負極集電体３１を含む別形態の負極３０の構成を模式的に示す縦断面図である。図１０は、図９に示す負極３０の負極活物質層３３に含まれる柱状体３４の構成を模式的に示す縦断面図である。図１１は、電子ビーム式蒸着装置４０の構成を模式的に示す側面図である。
負極３０は、負極集電体３１と、負極活物質層３３とを含む。
【０１９０】
負極集電体３１は、図８に示すように、厚さ方向の一方の表面に、複数の凸部３２が設けられていることを特徴とし、それ以外は、負極集電体２２ａと同じ構成を有している。本実施形態の負極集電体３１では、複数の凸部３２は、厚さ方向の一方の表面に設けられているが、それに限定されず、厚さ方向の両方の表面に設けられてもよい。
凸部３２は、負極集電体３１の厚さ方向の表面３１ａ（以下単に「表面３１ａ」とする）から、負極集電体３１の外方に向けて延びる突起物である。
【０１９１】
凸部３２の高さは特に制限されないが、平均高さとして、好ましくは３〜１０μｍ程度である。凸部３２の高さは、負極集電体３１の厚さ方向における凸部３２の断面において定義される。凸部３２の断面は、凸部３２の延びる方向における最先端点を含む断面である。凸部３２の断面において、凸部３２の高さは、凸部３２の延びる方向における最先端点から表面３１ａに降ろした垂線の長さである。凸部３２の平均高さは、例えば、負極集電体３１の厚さ方向における断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、例えば、１００個の凸部３２の高さを測定し、得られた測定値から平均値を算出することによって求めることができる。
【０１９２】
凸部３２の断面径は特に制限されないが、例えば、１〜５０μｍである。凸部３２の断面径は、凸部３２の高さを求める凸部３２の断面において、表面３１ａに平行な方向における凸部３２の幅である。凸部３２の断面径も、凸部３２の高さと同様に、１００個の凸部３２の幅を測定し、測定値の平均値として求めることができる。
複数の凸部３２を、全て同じ高さ又は同じ断面径に形成する必要はない。
【０１９３】
凸部３２の形状は、本実施形態では円形である。凸部３２の形状は、負極集電体３１の表面３１ａが水平面に一致するように負極集電体３１を配置し、それを鉛直方向上方から見た凸部３２の正投影図の形状である。なお、凸部３２の形状は円形に限定されず、例えば、多角形、楕円形、平行四辺形、台形、菱形等でもよい。多角形は、製造コスト等を考慮すると、３角形〜８角形が好ましく、正３角形〜正８角形が特に好ましい。
【０１９４】
凸部３２は、その延びる方向の先端部分にほぼ平面状の頂部を有する。凸部３２が先端部分に平面状の頂部を有することによって、凸部３２と柱状体３４との接合性が向上する。この先端部分の平面は、表面３１ａに対してほぼ平行であることが接合強度を高める上ではさらに好ましい。
【０１９５】
凸部３２の個数、凸部３２同士の間隔等は特に制限されず、凸部３２の大きさ（高さ、断面径等）、凸部３２表面に設けられる柱状体３４の大きさ等に応じて適宜選択される。凸部３２の個数の一例を示せば、１万個〜１０００万個／ｃｍ２程度である。また、隣り合う凸部３２の軸線間距離が２〜１００μｍ程度になるように、凸部３２を形成するのが好ましい。凸部３２は、規則的又は不規則に配置される。規則的な配置としては、例えば、千鳥配置、格子配置、六方最密充填配置等が挙げられる。
【０１９６】
凸部３２は、その表面に図示しない突起を形成してもよい。これによって、例えば、凸部３２と柱状体３４との接合性が一層向上し、柱状体３４の凸部３２からの剥離、剥離伝播等がより確実に防止される。突起は、凸部３２表面から凸部３２の外方に突出するように設けられる。突起は、凸部３２よりも寸法の小さいものが複数形成されてもよい。また、突起は、凸部３２の側面に、周方向及び／又は凸部３２の成長方向に延びるように形成されてもよい。また、凸部３２がその先端部分に平面状の頂部を有する場合は、１又は複数の、凸部３２よりも小さな突起が頂部に形成されてもよく、さらに一方向に延びる１又は複数の突起が頂部に形成されてもよい。
【０１９７】
負極集電体３１は、例えば、金属シートに凹凸を形成する技術を利用して製造できる。具体的には、例えば、表面に凹部が形成されたローラを利用する方法（以下「ローラ加工法」とする）、フォトレジスト法等が挙げられる。これらの方法の中でも、負極集電体３１と凸部３２との接合強度等を考慮すると、ローラ加工法が好ましい。金属シートには、例えば、金属箔、金属板等を使用できる。金属シートの材質は、例えば、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料である。
【０１９８】
ローラ加工法によれば、表面に凹部が形成されたローラ（以下「凸部用ローラ」とする）を用いて、金属シートを機械的にプレス加工する。凸部用ローラ表面の凹部は、凸部３２の寸法及び配置に対応して形成されている。また、凹部の内部空間の形状は、凸部３２の形状に対応している。凸部用ローラで金属シートをプレス加工することにより、金属シートの少なくとも一方の表面の主に表層部で金属の塑性変形が起こり、凸部３２が形成され、負極集電体３１を作製できる。
【０１９９】
このとき、２つの凸部用ローラをそれぞれの軸線が平行になるように圧接させ、金属シートをその圧接部に通過させて加圧することにより、厚さ方向の両方の表面に凸部３２が形成された負極集電体３１が得られる。また、凸部用ローラと表面が平滑のローラとをそれぞれの軸線が平行になるように圧接させ、金属シートをその圧接部に通過させて加圧することにより、厚さ方向の片方の表面に凸部３２が形成された負極集電体３１が得られる。ローラの圧接圧は金属シートの材質、厚さ、凸部３２の形状、寸法、加圧成形後に得られる負極集電体３１の厚さの設定値等に応じて適宜選択される。
【０２００】
凸部用ローラは、例えば、セラミックローラの表面における所定位置に、凹部を形成することによって作製できる。セラミックローラは、例えば、芯用ローラと、溶射層とを含む。芯用ローラには、例えば、鉄、ステンレス鋼等からなるローラを使用できる。溶射層は、芯用ローラ表面に、酸化クロム等のセラミック材料を均一に溶射することによって形成される。溶射層に凹部が形成される。凹部の形成には、例えば、セラミックス材料等の成形加工に用いられる一般的なレーザーを使用できる。
【０２０１】
別形態の凸部用ローラは、芯用ローラ、下地層及び溶射層を含む。芯用ローラはセラミックローラの芯用ローラと同じものである。下地層は芯用ローラ表面に形成される樹脂層であり、下地層表面に凹部が形成される。下地層を構成する合成樹脂としては機械的強度の高いものが好ましく、例えば、不飽和ポリエステル、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【０２０２】
下地層に凹部を形成するには、例えば、片面に凹部を有する樹脂シートを成形し、該樹脂シートの凹部が形成された面とは反対側の面を芯用ローラ表面に巻き付けて接着すればよい。溶射層は、酸化クロム等のセラミック材料を下地層表面の凹凸に沿うように溶射することによって形成される。したがって、下地層に形成される凹部は、凸部３２の設計寸法よりも溶射層の層厚分だけ大きめに形成されるのが好ましい。
【０２０３】
別形態の凸部用ローラは、芯用ローラ及び超硬合金層を含む。芯用ローラはセラミックローラの芯用ローラと同じものである。超硬合金層は芯用ローラの表面に形成され、炭化タングステン等の超硬合金を含む。超硬合金層は、芯用ローラに、円筒状に形成した超硬合金を焼き嵌めするか又は冷やし嵌めすることによって形成できる。超硬合金層の焼き嵌めとは、円筒状の超硬合金を暖めて膨張させ、芯用ローラに嵌めることである。また、超硬合金層の冷やし嵌めとは、芯用ローラを冷却して収縮させ、超硬合金の円筒に挿入することである。超硬合金層の表面には、例えば、レーザー加工によって凹部が形成される。
【０２０４】
別形態の凸部用ローラは、硬質鉄系ローラの表面に、例えば、レーザー加工によって凹部が形成されたものである。硬質鉄系ローラは、例えば、金属箔の圧延製造に用いられる。硬質鉄系ローラとしては、例えば、ハイス鋼、鍛鋼等からなるローラが挙げられる。ハイス鋼は、モリブデン、タングステン、バナジウム等の金属を添加し、熱処理して硬度を高めた鉄系材料である。鍛鋼は、よう鋼を鋳型に鋳込んで造られた鋼塊又はその鋼塊から製造された鋼片を加熱し、プレス及びハンマーで鍛造し、又は圧延及び鍛造することにより鍛錬成形し、これを熱処理することによって製造される鉄系材料である。
【０２０５】
フォトレジスト法によれば、金属シートの表面にレジストパターンを形成し、さらに金属めっきを施すことによって、負極集電体３１を作製できる。
また、凸部３２の表面に突起を形成する場合は、まず、フォトレジスト法により凸部３２の設計寸法よりも大きい凸部用突起物を形成する。この凸部用突起物にエッチングを施すことによって、表面に突起を有する凸部３２が形成される。また、凸部３２の表面にめっきを施すことによっても、表面に突起を有する凸部３２が形成される。
【０２０６】
負極活物質層３３は、例えば、図９及び図１０に示すように、凸部３２表面から負極集電体３１の外方に向けて延びる複数の柱状体３４を含む。柱状体３４は、負極集電体３１の表面３１ａに対して垂直な方向又は前記垂直な方向に対して傾きを有して延びる。また、複数の柱状体３４は、隣り合う柱状体３４との間に間隙を有し、互いに離隔しているので、充放電の際の膨張及び収縮による応力が緩和される。その結果、負極活物質層３３が凸部３２から剥離し難くなり、負極集電体３１ひいては負極３０の変形も起こり難い。
【０２０７】
柱状体３４は、２以上の柱状塊の積層体として形成されるのが好ましい。本実施形態では、柱状体３４は、図１０に示すように、８個の柱状塊３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈの積層体として形成される。柱状体３４は、より具体的には、次のようにして形成される。まず、凸部３２の頂部及びそれに続く側面の一部を被覆するように柱状塊３４ａを形成する。次に、凸部３２の残りの側面及び柱状塊３４ａの頂部表面の一部を被覆するように柱状塊３４ｂを形成する。
【０２０８】
すなわち、図１０において、柱状塊３４ａは凸部３２の頂部を含む一方の端部に形成され、柱状塊３４ｂは部分的には柱状塊３４ａに重なるが、残りの部分は凸部３２の他方の端部に形成される。さらに、柱状塊３４ａの頂部表面の残り及び柱状塊３４ｂの頂部表面の一部を被覆するように柱状塊３４ｃを形成する。すなわち、柱状塊３４ｃを主に柱状塊３４ａに接するように形成する。さらに、柱状塊３４ｄを主に柱状塊３４ｂに接するように形成する。以下同様にして、柱状塊３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈを交互に積層することによって、柱状体３４が形成される。
【０２０９】
柱状体３４は、例えば、図１１に示す電子ビーム式蒸着装置４０によって形成できる。図１１では、蒸着装置４０内部の各部材も実線で示す。蒸着装置４０は、チャンバー４１、第１の配管４２、固定台４３、ノズル４４、ターゲット４５、図示しない電子ビーム発生装置、電源４６及び図示しない第２の配管を含む。
【０２１０】
チャンバー４１は耐圧性容器であり、その内部に第１の配管４２、固定台４３、ノズル４４及びターゲット４５を収容する。第１の配管４２は、一端がノズル４４に接続され、他端がチャンバー４１の外方に延びて図示しないマスフローコントローラを介して図示しない原料ガスボンベ又は原料ガス製造装置に接続される。原料ガスとしては、例えば、酸素、窒素等が挙げられる。第１の配管４２は、ノズル４４に原料ガスを供給する。
【０２１１】
固定台４３は板状部材であり、回転自在に支持され、その厚さ方向の一方の面に負極集電体３１を固定できる。固定台４３は、図１１における実線で示す位置と一点破線で示す位置との間を回転する。実線で示す位置は、固定台４３の負極集電体３１を固定する側の面が鉛直方向下方のノズル４４を臨み、固定台４３と水平方向の直線とが成す角の角度がα°である位置である。一点破線で示す位置は、固定台４３の負極集電体３１を固定する側の面が鉛直方向下方のノズル４４を臨み、固定台４３と水平方向の直線とが成す角の角度が（１８０−α）°である位置である。角度α°は、柱状体３４の設計寸法等に応じて適宜選択できる。
【０２１２】
ノズル４４は、鉛直方向において固定台４３とターゲット４５との間に設けられ、第１の配管４２の一端が接続されている。ノズル４４は、ターゲット４５から鉛直方向上方に上昇してくる合金系活物質の蒸気と第１の配管４２から供給される原料ガスとを混合し、固定台４３表面に固定される負極集電体３１表面に供給する。ターゲット４５は合金系活物質又はその原料を収容する。電子ビーム発生装置は、ターゲット４５に収容される合金系活物質又はその原料に電子ビームを照射して加熱し、これらの蒸気を発生させる。
【０２１３】
電源４６はチャンバー４１の外部に設けられて、電子ビーム発生装置に電気的に接続され、電子ビームを発生させるための電圧を電子ビーム発生装置に印加する。第２の配管は、チャンバー４１内の雰囲気になるガスを導入する。なお、蒸着装置４０と同じ構成を有する電子ビーム式蒸着装置が、例えば、アルバック（株）から市販されている。
【０２１４】
電子ビーム式蒸着装置４０によれば、まず、負極集電体３１を固定台４３に固定し、チャンバー４１内部に酸素ガスを導入する。この状態で、ターゲット４５において合金系活物質又はその原料に電子ビームを照射して加熱し、その蒸気を発生させる。本実施の形態では、合金系活物質として珪素を使用する。発生した蒸気は鉛直方向上方に上昇し、ノズル４４を通過する際に、原料ガスと混合された後、さらに上昇し、固定台４３に固定された負極集電体３１の表面に供給され、図示しない凸部３２表面に、珪素と酸素とを含む層が形成される。
【０２１５】
このとき、固定台４３を実線の位置に配置することによって、凸部表面に図１０に示す柱状塊３４ａを形成する。次に、固定台４３を一点破線の位置に回転させ、図１０に示す柱状塊３４ｂを形成する。このように固定台４３の位置を交互に回転させることによって、図１０に示す８つの柱状塊３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈの積層体である柱状体３４が、複数の凸部３２の表面に同時に形成され、負極活物質層３３が得られる。
【０２１６】
合金系活物質が例えばＳｉＯａ（０．０５＜ａ＜１．９５）で表される珪素酸化物である場合、柱状体３４の厚さ方向に酸素の濃度勾配が出来るように、柱状体３４を形成してもよい。具体的には、負極集電体３１に近接する部分で酸素の含有率を高くし、負極集電体３１から離反するに従って、酸素含有量を減らすように構成する。これによって、凸部３２と柱状体３４との接合性をさらに向上させることができる。
【０２１７】
なお、ノズル４４から原料ガスを供給しない場合は、珪素又は錫単体を主成分とする柱状体３４が形成される。また、負極集電体３１に代えて負極集電体２２ａを用い、かつ固定台４３を回転させず、水平方向に固定すると、負極活物質層２２ｂを形成できる。
【０２１８】
図１２は、別形態の電子ビーム式蒸着装置５０の構成を模式的に示す側面図である。蒸着装置５０は、チャンバー５１、搬送手段５２、ガス供給手段５８、プラズマ化手段５９、シリコンターゲット６０ａ、６０ｂ、遮蔽板６１及び図示しない電子ビーム発生手段を含む。チャンバー５１は減圧可能な内部空間を有する耐圧性容器であり、その内部空間に、搬送手段５２、ガス供給手段５８、プラズマ化手段５９、シリコンターゲット６０ａ、６０ｂ、遮蔽板６１及び電子ビーム発生手段を収容する。
【０２１９】
搬送手段５２は、巻き出しローラ５３、キャン５４、巻き取りローラ５５及び搬送ローラ５６、５７を含む。巻き出しローラ５３、キャン５４及び搬送ローラ５６、５７は、それぞれ軸心回りに回転自在に設けられる。巻き出しローラ５３には長尺状の負極集電体２２ａが捲回されている。キャン５４は他のローラよりも大径であり、その内部に図示しない冷却手段を備えている。負極集電体２２ａがキャン５４の表面を搬送される際に、負極集電体２２ａも冷却される。これによって、合金系活物質の蒸気が冷却されて析出し、負極活物質層２２ｂが形成される。
【０２２０】
巻き取りローラ５５は図示しない駆動手段によってその軸心回りに回転駆動可能に設けられている。巻き取りローラ５５には負極集電体２２ａの一端が固定され、巻き取りローラ５５が回転することによって、負極集電体２２ａが巻き出しローラ５３から搬送ローラ５６、キャン５４及び搬送ローラ５７を介して搬送される。そして、表面に負極活物質層２２ｂが形成された負極２２が巻き取りローラ５５に巻き取られる。
【０２２１】
ガス供給手段５８は、珪素又は錫の酸化物、窒化物等を主成分とする薄膜を形成する場合に、酸素、窒素等の原料ガスをチャンバー５１内に供給する。プラズマ化手段５９は、ガス供給手段５８によって供給される原料ガスをプラズマ化する。シリコンターゲット６０ａ、６０ｂは、珪素を含む薄膜を形成する場合に用いられる。遮蔽板６１は、キャン５４の鉛直方向下方及びシリコンターゲット６０ａ、６０ｂの鉛直方向上方において、水平方向に移動可能に設けられている。遮蔽板６１は、負極集電体２２ａ表面の負極活物質層２２ｂの形成状況に応じて、その水平方向の位置が適宜調整される。電子ビーム発生手段は、シリコンターゲット６０ａ、６０ｂに電子ビームを照射して加熱し、珪素の蒸気を発生させる。
【０２２２】
蒸着装置５０によれば、合金系活物質からなる薄膜状の負極活物質層を形成できる。この場合、チャンバー５１内の圧力、負極集電体２２ａの巻き取りローラ５５による巻き取り速度、ガス供給手段５８による原料ガス供給の有無、ターゲット６０ａ、６０ｂ（合金系活物質原料）の種類、電子ビームの加速電圧、電子ビームのエミッション等が適宜選択される。
【０２２３】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【０２２４】
本発明の電池パックは、従来の非水電解質二次電池と同様の用途に使用でき、特に、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラ等の携帯用電子機器の電源として有用である。また、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車等において電気モーターを補助する二次電池、電動工具、掃除機、ロボット等の駆動用電源、プラグインＨＥＶの動力源等としての利用も期待される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムを吸蔵及び放出可能な正極活物質を含有する正極と、合金系活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように配置される絶縁層と、を備える電極群、リチウムイオン伝導性非水電解質、並びに、前記電極群及び前記非水電解質を収容する電池ケースを備える非水電解質二次電池と、
前記電極群の厚さを検知する厚さ検知手段と、
前記非水電解質二次電池の充放電サイクル回数を検知するサイクル数検知手段と、
前記厚さ検知手段による検知結果及び前記サイクル数検知手段による検知結果に応じて、前記非水電解質二次電池の交換時期またはサイクル劣化の有無を判定する判定手段と、を備える電池パック。
【請求項２】
前記判定手段は、前記厚さ検知手段による前記検知結果及び前記サイクル数検知手段による前記検知結果に応じて、前記厚さ検知手段により検知される前記電極群の厚さが最小であるか否かを判定し、前記電極群の厚さが最小であるとの判定結果に応じて、前記非水電解質二次電池の交換時期を算出する請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記判定手段には前記電極群の最小厚さの設定値が予め入力され、
前記判定手段は、前記厚さ検知手段による前記電極群の厚さが、前記設定値×０．９〜前記設定値×１．１の範囲にある時に、前記電極群の厚さが最小であると判定する請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記厚さ検知手段は、前記電極群の厚さ情報として、前記電極群の内圧を測定することにより、前記電極群の厚さを検知する請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項５】
前記判定手段は、前記厚さ検知手段による検知結果及び前記サイクル数検知手段による検知結果に応じて、前記電極群の厚さと前記充放電サイクル回数との相関関係を算出し、前記相関関係の変化を検出して、前記非水電解質二次電池のサイクル劣化の有無を判定する請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
前記相関関係の変化は、前記電極群の厚さの前記充放電サイクル回数に対する変化である請求項５に記載の電池パック。
【請求項７】
前記相関関係は比例関係であり、前記相関関係の変化は、前記比例関係における比例定数の変化である請求項６に記載の電池パック。
【請求項８】
前記比例定数の変化は、前記比例定数が所定値よりも大きくなる変化である請求項７に記載の電池パック。
【請求項９】
前記非水電解質二次電池、前記厚さ検知手段、前記サイクル数検知手段および前記判定手段を収容する外装体を含み、
前記非水電解質二次電池は、前記外装体の内面の少なくとも一部に固定され、
前記厚さ検知手段は、前記電極群の内圧を検知する感圧センサを含み、前記感圧センサによる前記電極群の内圧の検知結果を前記電極群の厚さ情報として取得し、前記検知結果から前記電極群の厚さを算出する請求項５〜８のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１０】
交換時期の判定結果またはサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、前記判定結果を表示するかまたは音で知らせる通知手段をさらに含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１１】
交換時期の判定結果またはサイクル劣化有りとの判定結果に応じて、前記非水電解質二次電池の充放電を停止させる充放電制御手段をさらに含む請求項１〜１０のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１２】
前記電極群は、積層型電極群又は扁平型電極群である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の電池パック。
【請求項１３】
前記合金系活物質が、珪素系活物質および錫系活物質から選ばれる少なくとも１つである請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電池パック。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2010064392.tif 000028
2010064392.tif 000029
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