(57)【要約】【課題】優れた電池特性を得ることが可能な二次電池を提供する。【解決手段】二次電池は、外装体と、その外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、その外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構とを備える。電解液は、電極構造体に含浸された含浸電解液と、電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、電池電圧が４．２Ｖである状態において、外装体の容積と非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である。【選択図】図１
2015111553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
二次電池。
【請求項２】
前記割合は、０．３１％以上１．５６％以下である、
請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記電極構造体は、セパレータを介して対向された正極および負極を含み、
前記セパレータの融点は、１６０℃以上であり、
前記セパレータの厚さは、５μｍ以上２５μｍ以下である、
請求項１記載の二次電池。
【請求項４】
前記電極構造体は、正極および負極を含み、
前記負極は、転極時にガス化する材料を含む、
請求項１記載の二次電池。
【請求項５】
前記転極時にガス化する材料は、３Ｖ以上の負極電位（対リチウム金属）において電気化学的にガスを発生させる材料である、
請求項４記載の二次電池。
【請求項６】
前記転極時にガス化する材料は、炭酸塩、リン酸塩、硝酸塩および酢酸塩のうちの少なくとも１種を含む、
請求項４記載の二次電池。
【請求項７】
前記負極は、負極集電体に設けられた負極活物質層を備え、
前記負極活物質層は、前記転極時にガス化する材料を含み、
前記負極活物質層における前記転極時にガス化する材料の含有量は、０．０２重量％以上３重量％以下である、
請求項４記載の二次電池。
【請求項８】
リチウム二次電池である、
請求項１記載の二次電池。
【請求項９】
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
前記非含浸電解液の体積は、過負荷状態において前記安全機構を作動させることが可能な圧力まで前記外装体の内圧を上昇させることが可能な体積である、
二次電池。
【請求項１０】
二次電池と、
その二次電池の動作を制御する制御部と、
その制御部の指示に応じて前記二次電池の動作を切り換えるスイッチ部と
を備え、
前記二次電池は、
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
電池パック。
【請求項１１】
二次電池と、
その二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
その駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記二次電池の動作を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
電動車両。
【請求項１２】
二次電池と、
その二次電池から電力を供給される１または２以上の電気機器と、
前記二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
電力貯蔵システム。
【請求項１３】
二次電池と、
その二次電池から電力を供給される可動部と
を備え、
前記二次電池は、
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
電動工具。
【請求項１４】
二次電池を電力供給源として備え、
前記二次電池は、
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、安全機構を備えた二次電池、ならびにその二次電池を用いた電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機および携帯情報端末機器（ＰＤＡ）などの多様な電子機器が広く普及しており、その電子機器の小型化、軽量化および長寿命化が要望されている。これに伴い、電源として、電池、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。
【０００３】
二次電池は、最近では、電子機器に限らず、他の用途への適用も検討されている。他の用途の一例は、電子機器などに着脱可能に搭載される電池パック、電気自動車などの電動車両、家庭用電力サーバなどの電力貯蔵システム、電動ドリルなどの電動工具である。
【０００４】
電池容量を得るためにさまざまな充放電原理を利用する二次電池が提案されているが、中でも、電極反応物質の吸蔵放出を利用する二次電池が注目されている。高いエネルギー密度が得られるからである。
【０００５】
二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えている。正極は、正極活物質層を備えており、その正極活物質層は、電極反応物質を吸蔵放出する正極活物質を含んでいる。負極は、負極活物質層を備えており、その負極活物質層は、電極反応物質を吸蔵放出する負極活物質を含んでいる。
【０００６】
二次電池に関しては、電池容量などの電池特性を向上させることだけでなく、使用上の安全性を確保することも重要である。そこで、二次電池の構成に関して、さまざまな検討がなされている。
【０００７】
具体的には、電極体の膨張を防止しながら安定に充電するために、セパレータの液保液量と共に、電池単位内容積当たりの有機電解液量を規定している（例えば、特許文献１，２参照。）。電池特性を低下させることなく異常時に安全性を確保するために、電池内の空間体積に対する遊離電解液体積の割合を規定している（例えば、特許文献３参照。）。高温保存時の膨れを抑制するために、外装体内部に存在する電解液量ＭＡと、電極体と外装体との間に存在する電解液量ＭＯとの比（ＭＯ／ＭＡ）を規定している（例えば、特許文献４参照。）。
【０００８】
この他、過充電時にガスを発生する物質（炭酸リチウム等）が含有されたガス発生板を用いている（例えば、特許文献５参照。）。過充電時において電池内部に発生するガスを早期に放出するために、正極電位の上昇を条件として電気的および化学的に分解する分解部材（炭酸リチウム等）を用いている（例えば、特許文献６参照。）。過充電および過放電による金属リチウムの電析を防止するために、非水電解液中に２−メチル−１，３−ブタジエンおよびブロムベンゼンなどを含有させている（例えば、特許文献７参照。）。過充電および過放電を防止するために、電池モジュールを構成する各電池に電圧検出手段を設けている（例えば、特許文献８参照。）。充放電サイクル特性を向上させるために、電池の放電容量に対する非水電解液量を規定している（例えば、特許文献９参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１００９３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００９２９号公報
【特許文献３】特開２００１−１８５２２３号公報
【特許文献４】特開２００８−０７１７３１号公報
【特許文献５】特開２０１０−１９９０３５号公報
【特許文献６】特開２００６−２６０９９０号公報
【特許文献７】特開平１１−０９７０５９号公報
【特許文献８】特開２００２−２２３５２５号公報
【特許文献９】特開２００１−２２９９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
二次電池の構成に関してはさまざまな提案がなされているが、電池特性と安全性とを両立できているとは言えない。特に、外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構を備えた二次電池に関しては、電池特性と安全性とがいわゆるトレードオフの関係にあるため、未だ改善の余地がある。
【００１１】
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池特性と安全性とを両立させることが可能な二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本技術の二次電池は、外装体と、その外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、その外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構とを備えたものである。電解液は、電極構造体に含浸された含浸電解液と、電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含む。電池電圧が４．２Ｖである状態において、外装体の容積と非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である。
【００１３】
本技術の他の二次電池は、外装体と、その外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、その外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構とを備えたものである。電解液は、電極構造体に含浸された含浸電解液と、電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含む。非含浸電解液の体積は、過負荷状態において安全機構を作動させることが可能な圧力まで外装体の内圧を上昇させることが可能な体積である。
【００１４】
また、本技術の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器は、二次電池を備え、その二次電池が上記した本技術の二次電池と同様の構成を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本技術の二次電池によれば、電池電圧が４．２Ｖである状態において、外装体の容積と非含浸電解液の体積との割合が０．３１％以上７．４９％以下であるので、電池特性と安全性とを両立させることができる。また、本技術の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器においても、同様の効果を得ることができる。
【００１６】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本技術の一実施形態の二次電池（円筒型）の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。
【図３】電池缶の容積を説明するための断面図である。
【図４】二次電池の適用例（電池パック）の構成を表すブロック図である。
【図５】二次電池の適用例（電動車両）の構成を表すブロック図である。
【図６】二次電池の適用例（電力貯蔵システム）の構成を表すブロック図である。
【図７】二次電池の適用例（電動工具）の構成を表すブロック図である。
【図８】図４に示した電池パックの構成を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本技術の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．二次電池
１−１．構成
１−１−１．正極
１−１−２．負極
１−１−３．セパレータ
１−１−４．電解液
１−２．安全対策
１−２−１．非含浸液割合
１−２−２．セパレータの融点
１−２−３．ガス発生物質
１−３．動作
１−４．製造方法
１−５．作用および効果
２．二次電池の用途
２−１．電池パック
２−２．電動車両
２−３．電力貯蔵システム
２−４．電動工具
【００１９】
＜１．二次電池＞
＜１−１．構成＞
図１および図２は、本技術の一実施形態の二次電池の断面構成を表しており、図２では、図１に示した巻回電極体２０の一部を拡大している。
【００２０】
ここで説明する二次電池は、例えば、電極反応物質であるリチウム（Ｌｉ）の吸蔵放出により負極２２の容量が得られるリチウム二次電池（リチウムイオン二次電池）である。
【００２１】
この二次電池は、例えば、電池缶１１の内部に、巻回電極体２０と、一対の絶縁板１２，１３とを収納している。電池缶１１を用いた二次電池の形態は、円筒型と呼ばれている。
【００２２】
電池缶１１は、巻回電極体２０などを収納する外装体である。この電池缶１１は、例えば、ほぼ中空円柱状であり、より具体的には、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有している。なお、電池缶１１は、例えば、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）およびそれらの合金などのうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。ただし、電池缶１１の表面には、ニッケル（Ｎｉ）などの金属材料が鍍金されていてもよい。一対の絶縁板１２，１３は、巻回電極体２０の巻回周面に対して垂直に延在していると共に、その巻回電極体２０を挟むように配置されている。
【００２３】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子（ＰＴＣ素子）１６がガスケット１７を介してかしめられているため、その電池缶１１は密閉されている。安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６は、電池蓋１４の内側に設けられており、その安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されている。
【００２４】
電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されている。
【００２５】
安全弁機構１５は、電池缶１１の内圧に応じて電流を遮断する安全機構である。より具体的には、安全弁機構１５は、電池缶１１の内圧が上昇して、その内圧が一定以上になると、ディスク板１５Ａを反転させることで、電池蓋１４と巻回電極体２０との電気的接続を切断する。これにより、発熱および破裂などの不具合が発生しにくくなる。なお、電池缶１１の内圧が上昇する原因は、例えば、二次電池の内部短絡および加熱などが挙げられる。
【００２６】
熱感抵抗素子１６は、大電流に起因する異常な発熱を防止する素子であり、その熱感抵抗素子１６の抵抗は、温度の上昇に応じて増加するようになっている。
【００２７】
ガスケット１７は、例えば、絶縁材料のうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。ただし、ガスケット１７の表面には、アスファルトなどが塗布されていてもよい。
【００２８】
巻回電極体２０は、二次電池の主要な構成要素（正極２１、負極２２およびセパレータ２３など）を含む電極構造体である。この巻回電極体２０は、例えば、セパレータ２３を介して対向された正極２１および負極２２が巻回されたものである。なお、巻回電極体２０の巻回中心（巻回電極体２０の中心に設けられた空間）には、例えば、センターピン２４が挿入されている。ただし、センターピン２４はなくてもよい。
【００２９】
正極２１には、正極リード２５が接続されており、その正極リード２５は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。負極２２には、負極リード２６が接続されており、その負極リード２６は、例えば、ニッケルなどの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。正極リード２５は、安全弁機構１５に接続されていると共に、電池蓋１４と電気的に接続されている。負極リード２６は、電池缶１１に接続されているため、その電池缶１１と電気的に接続されている。正極リード２５および負極リード２６のそれぞれの接続方法は、例えば、溶接法などである。
【００３０】
＜１−１−１．正極＞
正極２１は、正極集電体２１Ａの片面または両面に正極活物質層２１Ｂを有している。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム、ニッケルおよびステンレスなどの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００３１】
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムを吸蔵放出可能である正極材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層２１Ｂは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。
【００３２】
正極材料は、リチウム含有化合物であることが好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物は、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物およびリチウム遷移金属リン酸化合物などである。リチウム遷移金属複合酸化物とは、リチウムと１または２以上の遷移金属元素とを構成元素として含む酸化物であり、リチウム遷移金属リン酸化合物は、リチウムと１または２以上の遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物である。中でも、遷移金属元素は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）などのうちのいずれか１種類または２種類以上であることが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx Ｍ１Ｏ2 およびＬｉy Ｍ２ＰＯ4 のそれぞれで表される。式中、Ｍ１およびＭ２は、１種類以上の遷移金属元素である。ｘおよびｙの値は、充放電状態に応じて異なるが、例えば、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０を満たす。
【００３３】
リチウム遷移金属複合酸化物の具体例は、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、および式（１）で表されるリチウムニッケル系複合酸化物などである。リチウム遷移金属リン酸化合物の具体例は、ＬｉＦｅＰＯ4 およびＬｉＦｅ1-u Ｍｎu ＰＯ4 （ｕ＜１）などである。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性なども得られるからである。
【００３４】
ＬｉＮｉ1-z Ｍz Ｏ2   …（１）
（Ｍは、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム（Ｖ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、バリウム（Ｂａ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも１種であり、ｚは、０．００５＜ｚ＜０．５を満たす。）
【００３５】
この他、正極材料は、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物および導電性高分子などのうちのいずれか１種類または２種類以上でもよい。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムおよび二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンおよび硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンおよびポリチオフェンなどである。ただし、正極材料は、上記以外の材料でもよい。
【００３６】
正極結着剤は、例えば、合成ゴムおよび高分子材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンおよびポリイミドなどである。
【００３７】
正極導電剤は、例えば、炭素材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。この炭素材料は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケチェンブラックなどである。ただし、正極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料および導電性高分子などでもよい。
【００３８】
＜１−１−２．負極＞
負極２２は、負極集電体２２Ａの片面または両面に負極活物質層２２Ｂを有している。
【００３９】
負極集電体２２Ａは、例えば、銅、ニッケルおよびステンレスなどの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００４０】
この負極集電体２２Ａの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体２２Ａに対する負極活物質層２２Ｂの密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層２２Ｂと対向する領域において、負極集電体２２Ａの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法は、例えば、電解処理を利用して微粒子を形成する方法などである。この電解処理とは、電解槽中において電解法を用いて負極集電体２２Ａの表面に微粒子を形成して、その負極集電体２２Ａの表面に凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般的に、電解銅箔と呼ばれている。
【００４１】
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵放出可能である負極材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、負極活物質層２２Ｂは、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。負極結着剤および負極導電剤に関する詳細は、例えば、正極結着剤および正極導電剤に関する詳細と同様である。
【００４２】
ただし、充電途中において意図せずにリチウム金属が負極２２に析出することを防止するために、負極材料の充電可能な容量は、正極２１の放電容量よりも大きいことが好ましい。すなわち、リチウムを吸蔵放出可能である負極材料の電気化学当量は、正極２１の電気化学当量よりも大きいことが好ましい。
【００４３】
負極材料は、例えば、炭素材料のうちのいずれか１種類または２種類以上である。リチウムの吸蔵放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が安定して得られるからである。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層２２Ｂの導電性が向上するからである。
【００４４】
炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。ただし、難黒鉛化性炭素における（００２）面の面間隔は、０．３７ｎｍ以上であることが好ましいと共に、黒鉛における（００２）面の面間隔は、０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭およびカーボンブラック類などである。このコークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂およびフラン樹脂などの高分子化合物が適当な温度で焼成（炭素化）されたものである。この他、炭素材料は、約１０００℃以下の温度で熱処理された低結晶性炭素でもよいし、非晶質炭素でもよい。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状および鱗片状のいずれでもよい。
【００４５】
また、負極材料は、例えば、金属元素および半金属元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を構成元素として含む材料（金属系材料）である。高いエネルギー密度が得られるからである。
【００４６】
金属系材料は、単体、合金および化合物のいずれでもよいし、それらの２種類以上でもよいし、それらの１種類または２種類以上の相を少なくとも一部に有する材料でもよい。ただし、合金には、２種類以上の金属元素からなる材料に加えて、１種類以上の金属元素と１種類以上の半金属元素とを含む材料も含まれる。また、合金は、非金属元素を含んでいてもよい。この金属系材料の組織は、例えば、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物、およびそれらの２種類以上の共存物などである。
【００４７】
金属元素および半金属元素は、例えば、リチウムと合金を形成可能である金属元素および半金属元素のうちのいずれか１種類または２種類以上である。具体的には、例えば、マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）などである。
【００４８】
中でも、ケイ素およびスズのうちの一方または双方が好ましい。リチウムを吸蔵放出する能力が優れているため、著しく高いエネルギー密度が得られるからである。
【００４９】
ケイ素およびスズのうちの一方または双方を構成元素として含む材料は、ケイ素の単体、合金および化合物のうちのいずれでもよいし、スズの単体、合金および化合物のうちのいずれでもよいし、それらの２種類以上でもよいし、それらの１種類または２種類以上の相を少なくとも一部に有する材料でもよい。なお、単体とは、あくまで一般的な意味合いでの単体（微量の不純物を含んでいてもよい）を意味しており、必ずしも純度１００％を意味しているわけではない。
【００５０】
ケイ素の合金は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金に関して説明した一連の元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。
【００５１】
ケイ素の合金およびケイ素の化合物の具体例は、ＳｉＢ4 、ＳｉＢ6 、Ｍｇ2 Ｓｉ、Ｎｉ2 Ｓｉ、ＴｉＳｉ2 、ＭｏＳｉ2 、ＣｏＳｉ2 、ＮｉＳｉ2 、ＣａＳｉ2 、ＣｒＳｉ2 、Ｃｕ5 Ｓｉ、ＦｅＳｉ2 、ＭｎＳｉ2 、ＮｂＳｉ2 、ＴａＳｉ2 、ＶＳｉ2 、ＷＳｉ2 、ＺｎＳｉ2 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ、ＳｉＯv （０＜ｖ≦２）、およびＬｉＳｉＯなどである。なお、ＳｉＯv におけるｖは、０．２＜ｖ＜１．４でもよい。
【００５２】
スズの合金は、例えば、スズ以外の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、炭素および酸素などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、スズの合金に関して説明した一連の元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。
【００５３】
スズの合金およびスズの化合物の具体例は、ＳｎＯw （０＜ｗ≦２）、ＳｎＳｉＯ3 、ＬｉＳｎＯおよびＭｇ2 Ｓｎなどである。
【００５４】
特に、スズを構成元素として含む材料は、例えば、第１構成元素であるスズと共に第２構成元素および第３構成元素を含む材料であることが好ましい。第２構成元素は、例えば、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、銀、インジウム、セシウム（Ｃｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル、タングステン、ビスマスおよびケイ素などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。第３構成元素は、例えば、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリンなどのうちのいずれか１種類または２種類以上である。高い電池容量および優れたサイクル特性などが得られるからである。
【００５５】
中でも、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として含む材料（ＳｎＣｏＣ含有材料）が好ましい。このＳｎＣｏＣ含有材料では、例えば、炭素の含有量が９．９質量％〜２９．７質量％、スズおよびコバルトの含有量の割合（Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ））が２０質量％〜７０質量％である。高いエネルギー密度が得られるからである。
【００５６】
ＳｎＣｏＣ含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性または非晶質であることが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な相（反応相）であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。この反応相のＸ線回折により得られる回折ピークの半値幅（回折角２θ）は、特定Ｘ線としてＣｕＫα線を用いると共に挿引速度を１°／ｍｉｎとした場合において、１°以上であることが好ましい。リチウムがより円滑に吸蔵放出されると共に、電解液との反応性が低減するからである。なお、ＳｎＣｏＣ含有材料は、低結晶性または非晶質の相に加えて、各構成元素の単体または一部が含まれている相を含んでいる場合もある。
【００５７】
Ｘ線回折により得られた回折ピークがリチウムと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムとの電気化学的反応の前後におけるＸ線回折チャートを比較すれば容易に判断できる。例えば、リチウムとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムと反応可能な反応相に対応するものである。この場合には、例えば、低結晶性または非晶質の反応相の回折ピークが２θ＝２０°〜５０°の間に見られる。このような反応相は、例えば、上記した各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化または非晶質化しているものと考えられる。
【００５８】
ＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素のうちの少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。スズなどの凝集または結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて確認可能である。市販の装置では、例えば、軟Ｘ線としてＡｌ−Ｋα線またはＭｇ−Ｋα線などが用いられる。炭素のうちの少なくとも一部が金属元素または半金属元素などと結合している場合には、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）の合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。なお、金原子（Ａｕ）の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークは、８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正されているものとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、その表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとして、そのピークをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定において、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形で得られる。このため、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析して、両者のピークを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００５９】
このＳｎＣｏＣ含有材料は、構成元素がスズ、コバルトおよび炭素だけである材料（ＳｎＣｏＣ）に限られない。このＳｎＣｏＣ含有材料は、例えば、スズ、コバルトおよび炭素に加えて、さらにケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムおよびビスマスなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を構成元素として含んでいてもよい。
【００６０】
ＳｎＣｏＣ含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を構成元素として含む材料（ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料）も好ましい。このＳｎＣｏＦｅＣ含有材料の組成は、任意である。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合は、炭素の含有量が９．９質量％〜２９．７質量％、鉄の含有量が０．３質量％〜５．９質量％、スズおよびコバルトの含有量の割合（Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ））が３０質量％〜７０質量％である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合は、炭素の含有量が１１．９質量％〜２９．７質量％、スズ、コバルトおよび鉄の含有量の割合（（Ｃｏ＋Ｆｅ）／（Ｓｎ＋Ｃｏ＋Ｆｅ））が２６．４質量％〜４８．５質量％、コバルトおよび鉄の含有量の割合（Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｆｅ））が９．９質量％〜７９．５質量％である。高いエネルギー密度が得られるからである。なお、ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料の物性（半値幅など）は、上記したＳｎＣｏＣ含有材料の物性と同様である。
【００６１】
この他、負極材料は、例えば、金属酸化物および高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上でもよい。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムおよび酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンおよびポリピロールなどである。
【００６２】
中でも、負極材料は、以下の理由により、炭素材料および金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。
【００６３】
金属系材料、特に、ケイ素およびスズのうちの一方または双方を構成元素として含む材料は、理論容量が高いという利点を有する反面、電極反応時において膨張収縮しやすいという懸念点を有する。一方、炭素材料は、理論容量が低いという懸念点を有する反面、電極反応時において膨張収縮しにくいという利点を有する。よって、炭素材料および金属系材料の双方を用いることで、高い理論容量（言い替えれば電池容量）を得つつ、電極反応時において負極活物質の膨張収縮が抑制される。
【００６４】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、塗布法、気相法、液相法、溶射法および焼成法（焼結法）などのうちのいずれか１種類または２種類以上の方法により形成されている。塗布法とは、例えば、粒子（粉末）状の負極活物質を負極結着剤などと混合したのち、その混合物を有機溶剤などの溶媒に分散させてから負極集電体２２Ａに塗布する方法である。気相法は、例えば、物理堆積法および化学堆積法などである。より具体的には、例えば、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、熱化学気相成長、化学気相成長（ＣＶＤ）法およびプラズマ化学気相成長法などである。液相法は、例えば、電解鍍金法および無電解鍍金法などである。溶射法とは、溶融状態または半溶融状態の負極活物質を負極集電体２２Ａに噴き付ける方法である。焼成法とは、例えば、塗布法を用いて、溶媒に分散された混合物を負極集電体２２Ａに塗布したのち、負極結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。この焼成法としては、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法およびホットプレス焼成法などを用いることができる。
【００６５】
この二次電池では、上記したように、充電途中において意図せずにリチウム金属が負極２２に析出することを防止するために、リチウムを吸蔵放出可能である負極材料の電気化学当量は、正極の電気化学当量よりも大きい。また、完全充電時の開回路電圧（電池電圧）が４．２５Ｖ以上であると、４．２０Ｖである場合と比較して、同じ正極活物質を用いても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなる傾向にある。このため、その傾向を考慮して正極活物質および負極活物質のそれぞれの量が調整されている。これにより、高いエネルギー密度が得られる。
【００６６】
＜１−１−３．セパレータ＞
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離して、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ２３は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含む多孔質膜であり、２種類以上の多孔質膜が積層された積層膜でもよい。合成樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどのうちのいずれか１種類または２種類以上である。
【００６７】
特に、セパレータ２３は、例えば、上記した多孔質膜（基材層）と、その基材層の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいてもよい。正極２１および負極２２に対するセパレータ２３の密着性が向上するため、巻回電極体２０の歪みが抑制されるからである。これにより、電解液の分解反応が抑制されると共に、基材層に含浸された電解液の漏液も抑制されるため、充放電を繰り返しても抵抗が上昇しにくくなると共に、電池膨れが抑制される。
【００６８】
高分子化合物層は、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料を含んでいる。物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。ただし、高分子材料は、ポリフッ化ビニリデン以外の他の材料でもよい。この高分子化合物層を形成する場合には、例えば、高分子材料が溶解された溶液を準備したのち、その溶液を基材層に塗布してから乾燥させる。なお、溶液中に基材層を浸漬させてから乾燥させてもよい。
【００６９】
＜１−１−４．電解液＞
巻回電極体２０には、液状の電解質である電解液が含浸されている。すなわち、電解液は、巻回電極体２０を形成する複数の構成要素（正極２１、負極２２およびセパレータ２３など）に含浸されている。
【００７０】
この電解液は、溶媒および電解質塩を含んでいる。ただし、電解液は、さらに、添加剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。
【００７１】
溶媒は、有機溶媒などの非水溶媒のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。非水溶媒を含む電解液は、いわゆる非水電解液である。
【００７２】
非水溶媒は、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ラクトン、鎖状カルボン酸エステルおよびニトリルなどである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。環状炭酸エステルは、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレンおよび炭酸ブチレンなどであり、鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルおよび炭酸メチルプロピルなどである。ラクトンは、例えば、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンなどである。カルボン酸エステルは、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルおよびトリメチル酢酸エチルなどである。ニトリルは、例えば、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリルおよび３−メトキシプロピオニトリルなどである。
【００７３】
この他、非水溶媒は、例えば、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルおよびジメチルスルホキシドなどでもよい。同様の利点が得られるからである。
【００７４】
中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちのいずれか１種類または２種類以上が好ましい。より優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。この場合には、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンなどの高粘度（高誘電率）溶媒（例えば比誘電率ε≧３０）と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルおよび炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒（例えば粘度≦１ｍＰａ・ｓ）との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。
【００７５】
特に、非水溶媒は、不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化炭酸エステル、スルトン（環状スルホン酸エステル）および酸無水物などのうちのいずれか１種類または２種類以上でもよい。電解液の化学的安定性が向上するからである。不飽和環状炭酸エステルとは、１または２以上の不飽和結合（炭素間二重結合または炭素間三重結合）を有する環状炭酸エステルであり、例えば、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレンおよび炭酸メチレンエチレンなどである。ハロゲン化炭酸エステルとは、１または２以上のハロゲンを構成元素として含む環状または鎖状の炭酸エステルである。環状のハロゲン化炭酸エステルは、例えば、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンおよび４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどである。鎖状のハロゲン化炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス（フルオロメチル）および炭酸ジフルオロメチルメチルなどである。スルトンは、例えば、プロパンスルトンおよびプロペンスルトンなどである。酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水エタンジスルホン酸および無水スルホ安息香酸などである。ただし、非水溶媒は、上記以外の材料でもよい。
【００７６】
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの塩のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の塩を含んでいてもよい。このリチウム以外の塩は、例えば、リチウム以外の軽金属の塩などである。
【００７７】
リチウム塩は、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4 ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6 ）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4 ）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2 ＳｉＦ6 ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）および臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００７８】
中でも、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 およびＬｉＡｓＦ6 のうちのいずれか１種類または２種類以上が好ましく、ＬｉＰＦ6 がより好ましい。内部抵抗が低下するため、より高い効果が得られるからである。ただし、電解質塩は、上記以外の塩でもよい。
【００７９】
電解質塩の含有量は、特に限定されないが、中でも、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ〜３．０ｍｏｌ／ｋｇであることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
【００８０】
＜１−２．安全対策＞
この二次電池では、安全性を確保するために、以下の安全対策がなされている。
【００８１】
＜１−２−１．非含浸液割合＞
図３は、電池缶１１の容積を説明するために、図１に対応する断面構成を示している。
【００８２】
安全弁機構１５の動作信頼性を確保するため、すなわち電池缶１１の内圧上昇時における安全弁機構１５の動作可能性を高くするために、巻回電極体２０に含浸されていない電解液の量が適正化されている。
【００８３】
より具体的には、電解液は、巻回電極体２０に含浸された含浸電解液とその巻回電極体２０に含浸されていない非含浸電解液とを含んでいる。すなわち、電解液のうちの一部（含浸電解液）は、巻回電極体２０を構成する正極２１、負極２２およびセパレータ２３などに含浸されている。これに対して、巻回電極体２０に含浸されていない残りの電解液（非含浸電解液）は、電池缶１１の内部に滞留しており、その非含浸電解液は、電池缶１１の内部に生じた空間（または隙間）１１Ｓに存在している。この空間１１Ｓとは、例えば、電池缶１１の内壁面と巻回電極体２０との間に生じた空間や、巻回電極体２０とセンターピン２４との間に生じた空間などである。
【００８４】
電池缶１１の内部に非含浸電解液が存在している理由は、特に限定されない。この非含浸電解液は、もともと巻回電極体２０に含浸されていた電解液の一部が外部に放出されたものでもよいし、既に電解液が含浸された巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収納したのち、その電池缶１１の内部に追加投入されたものでもよい。
【００８５】
ここで、非含浸電解液の体積は、二次電池が過負荷状態に至った際に、その非含浸電解液の揮発に起因する増圧を利用して、安全弁機構１５を作動させることが可能な圧力まで電池缶１１の内圧を意図的に上昇させることが可能な体積である。
【００８６】
より具体的には、充電状態（電池電圧＝４．２Ｖ）である二次電池において、電池缶１１の容積（内容量：ｃｍ3 ）と非含浸電解液の体積（ｃｍ3 ）との割合（非含浸液割合）は、０．３１％〜７．４９％である。この非含浸液割合（％）は、（非含浸電解液の体積／電池缶１１の容積）×１００で表される。
【００８７】
非含浸電解液の体積（または非含浸液割合）が上記した条件を満たしているのは、安全弁機構１５の作動に必要なガスを収納可能な空間量（電池缶１１の容積）に対して、そのガスを発生可能な液量（非含浸電解液の体積）が適正化されるからである。これにより、過負荷状態の二次電池において、その二次電池の内部温度の上昇に応じて非含浸電解液が効率よく揮発（ガス化）するため、電池缶１１の内圧も効率よく上昇する。すなわち、異常発生時において、電池缶１１の内圧の上昇に応じて安全弁機構１５が敏感に作動しやすくなる。しかも、電池特性に寄与する含浸電解液の体積が確保されるため、過負荷状態においても放電容量が低下しにくくなる。よって、電池特性を確保しつつ、異常発生時において安全弁機構１５の作動確率が高くなる。
【００８８】
詳細には、非含浸液割合が０．３１％よりも小さいと、充放電反応に使用される液量（含浸電解液の体積）に対して、ガスの発生に使用される液量（非含浸電解液の体積）が少なくなりすぎる。この場合には、含浸電解液の液量が確保されるため、放電容量は低下しにくくなるが、ガスの発生量が不足するため、異常発生時において安全弁機構１５の作動確率が低下する。
【００８９】
一方、非含浸液割合が７．４９％よりも大きいと、ガスの発生に使用される液量に対して、充放電反応に使用される液量が少なくなりすぎる。この場合には、ガスの発生量が確保されるため、異常発生時において安全弁機構１５の作動確率は高くなるが、含浸電解液の液量が不足するため、抵抗が上昇すると共に、放電容量が低下する。
【００９０】
これらのことから、非含浸液割合が上記した条件を満たしていない場合には、放電容量の低下が抑制されると、安全弁機構１５の作動確率は低下すると共に、安全弁機構１５の作動確率が高くなると、放電容量の低下が促進される。よって、電池特性と安全性との間にいわゆるトレードオフの関係が生じてしまう。
【００９１】
これに対して、非含浸液割合が上記した条件を満たしていると、ガス発生に寄与する液量が確保されると共に、電池特性に寄与する液量も確保されるため、上記したトレードオフの関係が打破される。よって、放電容量の低下が抑制されつつ、異常発生時において安全弁機構１５の作動確率が高くなるため、電池特性と安全性とが両立される。中でも、非含浸液割合は、０．３１％〜１．５６％であることがより好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００９２】
特に、二次電池は、以下の理由により、発熱および破裂などの不具合が発生する可能性を潜在的に抱えている。
【００９３】
二次電池の使用形態には、１つの二次電池（いわゆる単電池）をそのまま用いる形態と、２つ以上の二次電池（いわゆる組電池）を組み合わせて用いる形態とがある。ここで、図１〜図３を参照しながら説明した二次電池は、単電池の一例である。なお、組電池の一例に関しては、後述する（図４参照）。
【００９４】
複数の二次電池を備えている組電池では、二次電池間において特性がばらつきやすい傾向にある。この特性とは、例えば、電池容量および内部抵抗などである。組電池において、上記した特性の劣化に起因して一部の二次電池、より具体的には高抵抗または低容量の二次電池が過負荷状態に至ると、組電池全体に大電流が流れるため、セパレータ２３がシャットダウンする。この場合には、特に劣化状況が顕著である二次電池がいわゆる転極状態になるため、その二次電池は負の電位まで過放電されてしまう。これにより、二次電池の内部温度の上昇に応じてセパレータ２３が変形および破損などするため、発熱および破裂などの不具合が生じ得る。
【００９５】
また、単電池では、上記した組電池とは異なり、転極状態が生じないものの、場合によっては、組電池と同様に過放電が生じ得る。具体的には、外部短絡などに起因して、電池電圧が０Ｖになるまで放電された二次電池が過負荷状態に至る場合には、その二次電池の内部抵抗が極端に増加していると、セパレータ２３がシャットダウンする。よって、組電池と同様に、二次電池の内部温度の上昇に応じてセパレータ２３が変形および破損などするため、発熱および破裂などの不具合が生じ得る。
【００９６】
しかしながら、非含浸液割合が上記した条件を満たしていると、上記したように、電池特性を確保しつつ、異常発生時において安全弁機構１５の作動確率が高くなるため、上記した潜在的な問題を抱える二次電池において、電池特性と安全性とが両立される。
【００９７】
非含浸液割合を算出するために用いる電池缶１１の容積とは、図１および図３に示したように、電池缶１１の内部空間のうち、巻回電極体２０が収納されていた空間である。より具体的には、容積とは、電池缶１１の内部空間のうち、その電池缶１１の内壁面と絶縁板１２とに囲まれる空間であり、図３では、容積に該当する空間に網掛けを施している。なお、図３では、絶縁板１２が存在していた箇所に破線を付している。
【００９８】
電池缶１１の容積を求める手順は、例えば、以下の通りである。最初に、図１に示した二次電池を解体して、電池缶１１の内部から電池蓋１４および巻回電極体２０などを取り出す。これにより、図３に示した電池缶１１が得られる。続いて、有機溶剤などを用いて電池缶１１の内部を洗浄して、電解液の残留物などを除去したのち、その電池缶１１の内部に水を入れる。この場合には、電池缶１１の内部空間のうち、上記した容積に該当する空間に水を満たす。最後に、電池缶１１の内部の水をメスシリンダに移して、その水の体積、すなわち電池缶１１の容積を求める。
【００９９】
非含浸電解液の体積を求める手順は、例えば、以下の通りである。最初に、二次電池を充電させる。この場合には、常温環境中（２３℃）において、電流＝１Ｃとして上限電圧＝４．２Ｖに到達するまで定電流充電し、さらに同環境中において電圧＝４．２Ｖとして電流＝１００ｍＡに到達するまで定電圧充電する。なお、「１Ｃ」とは、電池容量（理論容量）を１時間で放電しきる電流値である。続いて、充電状態の二次電池の重量（ｇ）を測定する。続いて、ニッパなどの工具を用いて電池缶１１の側面を部分的に切断して、その電池缶１１に非含浸電解液を取り出すための切り込みを設ける。この切り込みのサイズは、特に限定されないが、例えば、１ｃｍ程度である。続いて、二次電池を遠心分離装置に投入して、その二次電池から非含浸電解液を遠心分離する。この遠心分離工程では、遠心力を利用して、電池缶１１の内部に収納されている非含浸電解液が切り込みを通じて外部に放出される。遠心分離の条件は、特に限定されないが、例えば、回転数＝２０００ｒｐｍ、回転時間＝３分間とする。続いて、遠心分離後の二次電池の重量（ｇ）を測定したのち、非含浸電解液の重量（ｇ）＝遠心分離前の二次電池の重量−遠心分離後の二次電池の重量を算出する。最後に、非含浸電解液の重量を比重（ｇ／ｃｍ3 ）で割ることで、体積（ｃｍ3 ）を算出する。なお、非含浸電解液の組成、具体的には溶媒の種類および電解質塩の種類などが変更されても、比重の値はほとんど変わらない。
【０１００】
なお、非含浸液割合の適正条件を規定するに際して、電池電圧の値（＝４．２Ｖ）を設定しているのは、二次電池の状態（充電深度）に応じて非含浸電解液の量が変動し得るからである。よって、非含浸液割合を安定かつ高精度に算出するためには、非含浸電解液の体積を算出する際の基準（基準となる二次電池の状態）を設定する必要がある。ここでは、満充電状態である二次電池の電池電圧を想定して、４．２Ｖを採用している。
【０１０１】
より具体的には、放電状態の二次電池では、巻回電極体２０に含浸されていた電解液の一部が外部に放出されにくいため、非含浸電解液の体積の最大値が減少する傾向にある。この場合には、非含浸電解液の絶対量が少ないため、その非含浸電解液の体積を算出しにくいと共に、測定誤差も大きくなる。しかも、非含浸電解液の絶対量が少ないと、複数の二次電池間において非含浸電解液の体積に差異が生じにくくなる。
【０１０２】
これに対して、充電状態の二次電池では、巻回電極体２０に含浸されていた電解液の一部が外部に放出されやすいため、非含浸電解液の体積の最大値が増加する傾向にある。この場合には、非含浸電解液の絶対量が多いため、その非含浸電解液の体積を測定しやすいと共に、測定誤差も小さくなる。しかも、非含浸電解液の絶対量が多いと、複数の二次電池間において非含浸電解液の体積に差異が生じやすくなる。
【０１０３】
非含浸液割合を安定かつ再現性よく特定すると共に、複数の二次電池間において非含浸液割合を高精度に比較するためには、二次電池が充電状態であれば、その二次電池の電池電圧の値は特に限定されない。ただし、ここでは、二次電池の一般的な充電電圧の上限値などを考慮して、充電状態にある二次電池の電池電圧＝４．２Ｖを基準としている。この場合には、二次電池が充電状態に至るまでの充電条件、より具体的には充電電流などの条件は、特に限定されない。
【０１０４】
＜１−２−２．セパレータの融点＞
セパレータ２３の構成に関しては、既に詳細に説明したが、そのセパレータ２３の融点（メルトダウン温度）および厚さは、特に限定されない。上記した非含浸液割合に関する条件が満たされていれば、セパレータ２３の融点および厚さに依存せずに、電池特性と安全性とが両立されるからである。
【０１０５】
中でも、セパレータ２３の融点は、１６０℃以上であることが好ましい。二次電池の内部温度が上昇した際に、セパレータ２３の変形および破損などが生じにくくなるため、内部短絡の発生などが抑制されるからである。これにより、内部温度が過剰に上昇しにくくなるため、二次電池の発熱および破裂などの不具合がより発生しにくくなる。なお、セパレータ２３の融点は、例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて測定可能である。
【０１０６】
また、セパレータ２３の厚さは、５μｍ〜２５μｍであることが好ましい。リチウムイオンの通過を阻害せずに、セパレータ２３の物理的強度などが確保されるからである。これにより、優れた電池特性を維持しつつ、二次電池の発熱および破裂などの不具合が発生しにくくなる。
【０１０７】
＜１−２−３．ガス発生物質＞
負極活物質層２２Ｂの構成に関しては、既に詳細に説明したが、その負極活物質層２２Ｂに含まれる他の材料（添加剤）の種類は、特に限定されない。上記した非含浸液割合に関する適正条件が満たされていれば、添加剤の有無に依存せずに、電池特性と安全性とが両立されるからである。
【０１０８】
具体的には、負極活物質層２２Ｂは、二次電池の転極時にガス化する材料（ガス発生物質）のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいることが好ましい。安全弁機構１５を作動させるために必要なガス量が多くなるため、その安全弁機構１５の作動確率がより高くなるからである。
【０１０９】
ガス発生物質が転極時にガス化するのは、その転極現象を利用してガス発生物質のガス化が誘発されるからである。これにより、ガス発生物質を利用して、二次電池の内部に意図的にガスを発生させることができる。
【０１１０】
中でも、ガス発生物質は、３Ｖ以上の負極電位（負極電位：対リチウム金属）において電気化学的にガスを発生させる材料であることが好ましい。負極電位が上記した範囲内であると、ガス発生物質がよりガス化しやすくなるからである。
【０１１１】
このガス発生物質の種類は、ガスを発生可能な材料であれば、特に限定されない。中でも、ガス発生物質は、酸の塩のうちのいずれか１種類または２種類以上であることが好ましく、より具体的には、炭酸塩、リン酸塩、硝酸塩および酢酸塩などのうちのいずれか１種類または２種類以上であることが好ましい。容易に入手可能であると共に、安定かつ十分なガス放出特性が得られるからである。
【０１１２】
炭酸塩は、例えば、炭酸アルカリ金属塩および炭酸アルカリ土類金属塩などである。リン酸塩は、例えば、リン酸アルカリ金属塩およびリン酸アルカリ土類金属塩などである。硝酸塩は、例えば、硝酸アルカリ金属塩などである。酢酸塩は、例えば、酢酸アルカリ金属塩などである。
【０１１３】
より具体的には、炭酸アルカリ金属塩は、例えば、炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2 ＣＯ3 ）および炭酸カリウム（Ｋ2 ＣＯ3 ）などである。炭酸アルカリ土類金属塩は、例えば、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3 ）および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）などである。リン酸アルカリ金属塩は、例えば、リン酸リチウム（Ｌｉ3 ＰＯ3 ）、リン酸ナトリウム（Ｎａ3 ＰＯ3 ）およびリン酸カリウム（Ｋ3 ＰＯ3 ）などである。リン酸アルカリ土類金属塩は、例えば、リン酸マグネシウム（Ｍｇ3 （ＰＯ4 ）2 ）およびリン酸カルシウム（Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 ）などである。硝酸アルカリ金属塩は、例えば、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ3 ）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3 ）および硝酸カリウム（ＫＮＯ3 ）などである。酢酸アルカリ金属塩は、例えば、酢酸リチウム（ＣＨ3 ＣＯＯＬｉ）、酢酸ナトリウム（ＣＨ3 ＣＯＯＮａ）および酢酸カリウム（ＣＨ3 ＣＯＯＫ）などである。
【０１１４】
負極活物質層２２Ｂに対するガス発生物質の含有形態は、特に限定されない。このため、ガス発生物質は、負極活物質と一緒に混合されることで、後述する負極合剤中に含有されていてもよい。または、負極活物質層２２Ｂが形成されたのち、その負極活物質層２２Ｂの表面（セパレータ２３と接する面）に、ガス発生物質を含む被膜が形成されていてもよい。もちろん、双方の形態でもよい。
【０１１５】
中でも、ガス発生物質は、負極合剤中に含有されていることが好ましい。負極２２の抵抗を抑えつつ、ガスを発生させることができるからである。詳細には、負極活物質層２２Ｂの表面に被膜が形成されていると、その被膜が抵抗層として機能することに起因して負極２２の抵抗が増加しやすいため、充放電を繰り返すと放電容量が減少しやすくなる。特に、ガス発生量を確保するために被膜の形成量を多くすると、負極２２の抵抗が極端に増加するため、放電容量が著しく減少してしまう。これに対して、ガス発生物質が負極活物質層２２Ｂ中に分散されていると、負極２２の抵抗が増加しにくいため、充放電を繰り返しても放電容量が減少しにくくなる。
【０１１６】
なお、負極活物質層２２Ｂにおけるガス発生物質の含有量は、特に限定されないが、中でも、０．０２重量％〜３重量％であることが好ましい。ガス発生物質の含有量が負極活物質の含有量に対して相対的に多くなりすぎないため、優れた電池特性を維持しつつ、安全弁機構１５の作動確率がより高くなるからである。
【０１１７】
＜１−３．動作＞
この二次電池は、例えば、以下のように動作する。充電時には、正極２１からリチウムイオンが放出されると、そのリチウムイオンが電解液を介して負極２２に吸蔵される。放電時には、負極２２からリチウムイオンが放出されると、そのリチウムイオンが電解液を介して正極２１に吸蔵される。
【０１１８】
＜１−４．製造方法＞
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
【０１１９】
正極２１を作製する場合には、最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合して、正極合剤とする。続いて、正極合剤を有機溶剤などに分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させて、正極活物質層２１Ｂを形成する。続いて、必要に応じて正極活物質層２１Ｂを加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型する。この場合には、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。
【０１２０】
負極２２を作製する場合には、上記した正極２１とほぼ同様の手順により、負極集電体２２Ａに負極活物質層２２Ｂを形成する。具体的には、負極活物質と、負極結着剤および負極導電剤などとを混合して、負極合剤としたのち、その負極合剤を有機溶剤などに分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーとする。この負極合剤には、必要に応じて、ガス発生物質を含有させてもよい。続いて、負極集電体２２Ａの両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて負極活物質層２２Ｂを形成したのち、ロールプレス機などを用いて負極活物質層２２Ｂを圧縮成型する。
【０１２１】
二次電池を組み立てる場合には、最初に、溶接法などを用いて正極集電体２１Ａに正極リード２５を接続させると共に、溶接法などを用いて負極集電体２２Ａに負極リード２６を接続させる。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層させてから巻回させて巻回電極体２０を作製したのち、その巻回電極体２０の巻回中心にセンターピン２４を挿入する。続いて、一対の絶縁板１２，１３で巻回電極体２０を挟みながら、その巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収納する。この場合には、溶接法などを用いて正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に接続させると共に、溶接法などを用いて負極リード２６の先端部を電池缶１１に接続させる。続いて、電池缶１１の内部に電解液を注入して、その電解液を巻回電極体２０に含浸させる。この場合には、非含浸液割合が上記した条件を満たすように、電解液の注入量を調整する。または、必要に応じて、非含浸液割合が上記した条件を満たすように、電池缶１１の内部に追加の電解液を投入してもよい。最後に、ガスケット１７を介して電池缶１１の開口端部に電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をかしめる。
【０１２２】
＜１−５．作用および効果＞
本技術の二次電池によれば、非含浸電解液の体積が上記した所定の体積であり、より具体的には、充電状態（電池電圧＝４．２Ｖ）において非含浸液割合が０．３１％〜７．４９％である。この場合には、上記したように、過負荷状態の二次電池において、放電容量の低下が抑制されつつ、異常発生時において安全弁機構１５の作動確率が高くなる。よって、電池特性と安全性とを両立させることができる。
【０１２３】
特に、本技術の二次電池を用いた組電池では、ヒューズなどの電子部品を用いなくて安全性が確保されるため、低コストで容易に安全性の確保を実現できる。
【０１２４】
本技術の二次電池では、セパレータ２３の融点が１６０℃以上であり、またはセパレータ２３の厚さが５μｍ〜２５μｍであれば、より高い効果を得ることができる。
【０１２５】
また、負極２２の負極活物質層２２Ｂがガス発生物質（炭酸塩、リン酸塩、硝酸塩および酢酸塩など）を含んでおり、その負極活物質層２２Ｂにおけるガス発生物質の含有量が０．０２重量％〜３重量％であれば、より高い効果を得ることができる。
【０１２６】
＜２．二次電池の用途＞
次に、上記した二次電池の適用例について説明する。
【０１２７】
二次電池の用途は、その二次電池を駆動用の電源または電力蓄積用の電力貯蔵源などとして利用可能な機械、機器、器具、装置およびシステム（複数の機器などの集合体）などであれば、特に限定されない。電源として使用される二次電池は、主電源（優先的に使用される電源）でもよいし、補助電源（主電源に代えて、または主電源から切り換えて使用される電源）でもよい。二次電池を補助電源として使用する場合には、主電源の種類は二次電池に限られない。
【０１２８】
二次電池の用途は、例えば、以下の通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオ、携帯用テレビおよび携帯用情報端末などの電子機器（携帯用電子機器を含む）である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。着脱可能な電源としてノート型パソコンなどに用いられる電池パックである。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。もちろん、上記以外の用途でもよい。
【０１２９】
中でも、二次電池は、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器などに適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本技術の二次電池を用いることで、有効に性能向上を図ることができるからである。なお、電池パックは、二次電池を用いた電源であり、いわゆる組電池などである。電動車両は、二次電池を駆動用電源として作動（走行）する車両であり、上記したように、二次電池以外の駆動源を併せて備えた自動車（ハイブリッド自動車など）でもよい。電力貯蔵システムは、二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である二次電池に電力が蓄積されているため、その電力を利用して家庭用の電気製品などを使用可能になる。電動工具は、二次電池を駆動用の電源として可動部（例えばドリルなど）が可動する工具である。電子機器は、二次電池を駆動用の電源（電力供給源）として各種機能を発揮する機器である。
【０１３０】
ここで、二次電池のいくつかの適用例について具体的に説明する。なお、以下で説明する各適用例の構成はあくまで一例であるため、適宜変更可能である。
【０１３１】
＜２−１．電池パック＞
図４は、電池パックのブロック構成を表している。この電池パックは、例えば、プラスチック材料などにより形成された筐体６０の内部に、制御部６１と、電源６２と、スイッチ部６３と、電流測定部６４と、温度検出部６５と、電圧検出部６６と、スイッチ制御部６７と、メモリ６８と、温度検出素子６９と、電流検出抵抗７０と、正極端子７１および負極端子７２とを備えている。
【０１３２】
制御部６１は、電池パック全体の動作（電源６２の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などを含んでいる。電源６２は、１または２以上の二次電池（図示せず）を含んでいる。この電源６２は、例えば、２以上の二次電池を含む組電池であり、それらの二次電池の接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源６２は、２並列３直列となるように接続された６つの二次電池を含んでいる。二次電池同士を接続させるタブ（接続端子）は、例えば、鉄、銅およびニッケルなどの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【０１３３】
スイッチ部６３は、制御部６１の指示に応じて電源６２の使用状態（電源６２と外部機器との接続の可否）を切り換えるものである。このスイッチ部６３は、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオード（いずれも図示せず）などを含んでいる。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチである。
【０１３４】
電流測定部６４は、電流検出抵抗７０を用いて電流を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するものである。温度検出部６５は、温度検出素子６９を用いて温度を測定して、その測定結果を制御部６１に出力する。この温度測定結果は、例えば、異常発熱時において制御部６１が充放電制御を行う場合や、制御部６１が残容量の算出時において補正処理を行う場合などに用いられる。電圧検出部６６は、電源６２中における二次電池の電圧を測定して、その測定電圧をアナログ−デジタル変換して制御部６１に供給するものである。
【０１３５】
スイッチ制御部６７は、電流測定部６４および電圧検出部６６から入力される信号に応じて、スイッチ部６３の動作を制御するものである。
【０１３６】
このスイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部６３（充電制御スイッチ）を切断して、電源６２の電流経路に充電電流が流れないように制御する。これにより、電源６２では、放電用ダイオードを介して放電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部６７は、例えば、充電時に大電流が流れた場合に、充電電流を遮断する。
【０１３７】
また、スイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部６３（放電制御スイッチ）を切断して、電源６２の電流経路に放電電流が流れないようにする。これにより、電源６２では、充電用ダイオードを介して充電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部６７は、例えば、放電時に大電流が流れた場合に、放電電流を遮断する。
【０１３８】
なお、二次電池では、例えば、過充電検出電圧は４．２０Ｖ±０．０５Ｖであり、過放電検出電圧は２．４Ｖ±０．１Ｖである。
【０１３９】
メモリ６８は、例えば、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭなどである。このメモリ６８には、例えば、制御部６１により演算された数値や、製造工程段階で測定された二次電池の情報（例えば、初期状態の内部抵抗など）などが記憶されている。なお、メモリ６８に二次電池の満充電容量を記憶させておけば、制御部６１が残容量などの情報を把握可能になる。
【０１４０】
温度検出素子６９は、電源６２の温度を測定すると共にその測定結果を制御部６１に出力するものであり、例えば、サーミスタなどである。
【０１４１】
正極端子７１および負極端子７２は、電池パックを用いて稼働される外部機器（例えばノート型のパーソナルコンピュータなど）や、電池パックを充電するために用いられる外部機器（例えば充電器など）などに接続される端子である。電源６２の充放電は、正極端子７１および負極端子７２を介して行われる。
【０１４２】
なお、電池パックの具体的な斜視構成は、例えば、図８に示されている。この電池パックは、例えば、上ケース１１１と下ケース１１２とにより形成される空間に、６つの二次電池１１３と、回路基板１１５とを収納している。
【０１４３】
上ケース１１１および下ケース１１２は、上記した筐体６０に該当するものである。上ケース１１１および下ケース１１２のそれぞれは、例えば、二次電池１１３を収納する広幅部と、回路基板１１５を収納する狭幅部とを含んでいる。また、上ケース１１１および下ケース１１２のそれぞれには、例えば、二次電池１１３を収納するための窪みと、回路基板１１５を収納するための窪みとが設けられている。なお、上ケース１１１および下ケース１１２のそれぞれの形状は、特に限定されない。
【０１４４】
６つの二次電池１１３は、上記した電源６２に該当するものであり、例えば、正極端子板１１６および負極端子板１１７を用いて２並列３直列となるように接続されている。ただし、二次電池１１３の数および接続形式は、特に限定されない。
【０１４５】
回路基板１１５は、上記した制御部６１などを含んでいる。この回路基板１１５には、外部端子１１４が設けられているため、その回路基板１１５は、外部端子１１４を介して外部と接続可能である。
【０１４６】
＜２−２．電動車両＞
図５は、電動車両の一例であるハイブリッド自動車のブロック構成を表している。この電動車両は、例えば、金属製の筐体７３の内部に、制御部７４と、エンジン７５と、電源７６と、駆動用のモータ７７と、差動装置７８と、発電機７９と、トランスミッション８０およびクラッチ８１と、インバータ８２，８３と、各種センサ８４とを備えている。この他、電動車両は、例えば、差動装置７８およびトランスミッション８０に接続された前輪用駆動軸８５および前輪８６と、後輪用駆動軸８７および後輪８８とを備えている。
【０１４７】
この電動車両は、例えば、エンジン７５またはモータ７７のいずれか一方を駆動源として走行可能である。エンジン７５は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジンなどである。エンジン７５を動力源とする場合、そのエンジン７５の駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６または後輪８８に伝達される。なお、エンジン７５の回転力は発電機７９にも伝達され、その回転力を利用して発電機７９が交流電力を発生させると共に、その交流電力はインバータ８３を介して直流電力に変換され、電源７６に蓄積される。一方、変換部であるモータ７７を動力源とする場合、電源７６から供給された電力（直流電力）がインバータ８２を介して交流電力に変換され、その交流電力を利用してモータ７７が駆動する。このモータ７７により電力から変換された駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６または後輪８８に伝達される。
【０１４８】
なお、図示しない制動機構を介して電動車両が減速すると、その減速時の抵抗力がモータ７７に回転力として伝達され、その回転力を利用してモータ７７が交流電力を発生させるようにしてもよい。この交流電力はインバータ８２を介して直流電力に変換され、その直流回生電力は電源７６に蓄積されることが好ましい。
【０１４９】
制御部７４は、電動車両全体の動作を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源７６は、１または２以上の二次電池（図示せず）を含んでいる。この電源７６は、外部電源と接続され、その外部電源から電力供給を受けることで電力を蓄積可能になっていてもよい。各種センサ８４は、例えば、エンジン７５の回転数を制御すると共に、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御するために用いられる。この各種センサ８４は、例えば、速度センサ、加速度センサおよびエンジン回転数センサなどを含んでいる。
【０１５０】
なお、電動車両がハイブリッド自動車である場合について説明したが、その電動車両は、エンジン７５を用いずに電源７６およびモータ７７だけを用いて作動する車両（電気自動車）でもよい。
【０１５１】
＜２−３．電力貯蔵システム＞
図６は、電力貯蔵システムのブロック構成を表している。この電力貯蔵システムは、例えば、一般住宅および商業用ビルなどの家屋８９の内部に、制御部９０と、電源９１と、スマートメータ９２と、パワーハブ９３とを備えている。
【０１５２】
ここでは、電源９１は、例えば、家屋８９の内部に設置された電気機器９４に接続されていると共に、家屋８９の外部に停車された電動車両９６に接続可能である。また、電源９１は、例えば、家屋８９に設置された自家発電機９５にパワーハブ９３を介して接続されていると共に、スマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して外部の集中型電力系統９７に接続可能である。
【０１５３】
なお、電気機器９４は、例えば、１または２以上の家電製品を含んでおり、その家電製品は、例えば、冷蔵庫、エアコン、テレビおよび給湯器などである。自家発電機９５は、例えば、太陽光発電機および風力発電機などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。電動車両９６は、例えば、電気自動車、電気バイクおよびハイブリッド自動車などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。集中型電力系統９７は、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所および風力発電所などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。
【０１５４】
制御部９０は、電力貯蔵システム全体の動作（電源９１の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源９１は、１または２以上の二次電池（図示せず）を含んでいる。スマートメータ９２は、例えば、電力需要側の家屋８９に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能である。これに伴い、スマートメータ９２は、例えば、外部と通信しながら、家屋８９における需要・供給のバランスを制御することで、効率的で安定したエネルギー供給を可能とする。
【０１５５】
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統９７からスマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機９５からパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積される。この電源９１に蓄積された電力は、制御部９０の指示に応じて電気機器９４および電動車両９６に供給されるため、その電気機器９４が稼働可能になると共に、電動車両９６が充電可能になる。すなわち、電力貯蔵システムは、電源９１を用いて、家屋８９内における電力の蓄積および供給を可能にするシステムである。
【０１５６】
電源９１に蓄積された電力は、任意に利用可能である。このため、例えば、電気使用料が安い深夜に集中型電力系統９７から電源９１に電力を蓄積しておき、その電源９１に蓄積しておいた電力を電気使用料が高い日中に用いることができる。
【０１５７】
なお、上記した電力貯蔵システムは、１戸（１世帯）ごとに設置されていてもよいし、複数戸（複数世帯）ごとに設置されていてもよい。
【０１５８】
＜２−４．電動工具＞
図７は、電動工具のブロック構成を表している。この電動工具は、例えば、電動ドリルであり、プラスチック材料などにより形成された工具本体９８の内部に、制御部９９と、電源１００とを備えている。この工具本体９８には、例えば、可動部であるドリル部１０１が稼働（回転）可能に取り付けられている。
【０１５９】
制御部９９は、電動工具全体の動作（電源１００の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源１００は、１または２以上の二次電池（図示せず）を含んでいる。この制御部９９は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、電源１００からドリル部１０１に電力を供給する。
【実施例】
【０１６０】
本技術の具体的な実施例について、詳細に説明する。
【０１６１】
（実験例１−１〜１−７）
以下の手順により、図１〜図３に示した円筒型の二次電池（リチウムイオン二次電池）を作製した。
【０１６２】
正極２１を作製する場合には、最初に、正極活物質（ＬｉＣｏＯ2 ）９１質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン）６質量部と、正極導電剤（黒鉛）３質量部とを混合して、正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）に分散させて、正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて帯状の正極集電体２１Ａ（１５μｍ厚のアルミニウム箔）の両面に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させて、正極活物質層２１Ｂを形成した。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型した。
【０１６３】
負極２２を作製する場合には、最初に、負極活物質（人造黒鉛）９０質量部と、負極結着剤（ポリフッ化ビニリデン）１０質量部とを混合して、負極合剤とした。続いて、負極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）に分散させて、負極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて帯状の負極集電体２２Ａ（１５μｍ厚の電解銅箔）の両面に負極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーを乾燥させて、負極活物質層２２Ｂを形成した。最後に、ロールプレス機を用いて負極活物質層２２Ｂを圧縮成型した。
【０１６４】
電解液を調製する場合には、混合溶媒（炭酸エチレンおよび炭酸ジエチル）に電解質塩（ＬｉＰＦ6 ）を溶解させた。この場合には、混合溶媒の組成を重量比で炭酸エチレン：炭酸ジエチル＝５０：５０、電解質塩の含有量を混合溶媒に対して１ｍｏｌ／ｋｇとした。この電解液の比重は、１．３０ｇ／ｃｍ3 である。
【０１６５】
二次電池を組み立てる場合には、最初に、正極集電体２１Ａにアルミニウム製の正極リード２５を溶接すると共に、負極集電体２２Ａにニッケル製の負極リード２６を溶接した。続いて、セパレータ２３（２５μｍ厚の微多孔性ポリエチレンフィルム）を介して正極２１と負極２２とを積層させてから巻回させたのち、粘着テープで巻き終わり部分を固定して、巻回電極体２０を作製した。このセパレータ２３の融点（℃）および厚さ（μｍ）は、表１に示した通りである。続いて、巻回電極体２０の巻回中心にセンターピン２４を挿入したのち、ニッケル鍍金された鉄製の電池缶１１の内部に、一対の絶縁板１２，１３で挟みながら巻回電極体２０を収納した。この電池缶１１の容積は、１６．０２ｃｍ3 である。この場合には、正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に溶接すると共に、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接した。
【０１６６】
続いて、減圧方式により電池缶１１の内部に電解液を注入して、その電解液を巻回電極体２０に含浸させた。非含浸電解液の体積（非含浸液量：ｃｍ3 ）および非含浸液割合（％）は、表１に示した通りである。非含浸液量および非含浸液割合のそれぞれを測定する方法は、上記した通りである。この場合には、電解液の注入量に応じて非含浸液量を変更することで、非含浸液割合を調整した。なお、非含浸液割合の値に関しては、小数点第３位の値を四捨五入した。
【０１６７】
最後に、ガスケット１７を介して電池缶１１の開口端部に電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をかしめた。これにより、二次電池が完成した。なお、二次電池を作製する場合には、満充電時において負極２２にリチウム金属が析出しないように、正極活物質層２１Ｂの厚さを調整した。
【０１６８】
この他、５つの二次電池を用いて、図４に示した電池パック（組電池）を作製した。電源６２を作製する場合には、鉄製のタブを用いて５つの二次電池を直列となるように接続させた。
【０１６９】
二次電池の電池特性（負荷充放電特性）および安全性（負荷耐久特性）を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
【０１７０】
負荷充放電特性を調べる場合には、単電池を用いた。この場合には、最初に、電池状態を安定化させるために常温環境中（２３℃）において二次電池を１サイクル充放電させたのち、同環境中において二次電池をさらに１サイクル充放電させて、放電容量を測定した。続いて、同環境中においてサイクル数の合計が１００サイクルになるまで充放電を繰り返して、放電容量を測定した。この結果から、負荷維持率（％）＝（１００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００を算出した。充電時には、１Ｃの電流で電圧（上限電圧）が４．２Ｖに到達するまで充電したのち、さらに４．２Ｖの電圧で電流が０．０５Ｃに到達するまで充電した。放電時には、５Ｃの電流で電圧（終止電圧）が２．５Ｖに到達するまで放電した。なお、「１Ｃ」とは、電池容量（理論容量）を１時間で放電しきる電流値であると共に、「５Ｃ」とは、電池容量を０．２時間で放電しきる電流値である。
【０１７１】
負荷耐久特性を調べる場合には、電池パック（組電池）を用いた。この場合には、最初に、常温環境中において電池パックを充電させた。この場合には、１Ｃの電流で電圧が２１Ｖ（単電池当たり４．２Ｖ）に到達するまで充電したのち、さらに２１Ｖの電圧で電流が１００ｍＡに到達するまで充電した。続いて、電池パックを電子負荷装置（菊水電子工業株式会社製のＰＬＺ−４Ｗ）に接続して、終止電圧を設けずに６０Ａの電流で電池パックを放電させたのち、内部温度が３０℃になるまで電池パックを放置した。最後に、放電過程における二次電池の状態（負荷状態）を目視で評価した。この場合には、転極に起因する電池パックの破裂が生じなかった場合を「良」、破裂が生じた場合を「不良」とした。
【０１７２】
【表１】
2015111553.tif 000003
【０１７３】
負荷維持率および負荷状態は、非含浸液割合に応じて大きく変動した。この場合には、非含浸液割合が０．３１％〜７．４９％の範囲内であると（実験例１−２〜１−６）、その範囲外である場合（実験例１−１，１−７）と比較して、高い負荷維持率が確保されつつ、電池パックに不具合が生じなかった。特に、非含浸液割合が０．３１％〜１．５６％であると、負荷維持率がより増加した。
【０１７４】
（実験例２−１〜２−１０）
表２に示したように、セパレータ２３の構成（融点および厚さ）を変更したことを除き、同様の手順により二次電池を作製すると共に電池特性および安全性を調べた。このセパレータ２３の融点を変更するためには、ポリエチレンに対するポリプロピレンの添加量を調整した。
【０１７５】
【表２】
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【０１７６】
セパレータ２３の構成を変更した場合（表２）においても、表１と同様の結果が得られた。すなわち、非含浸液割合が上記した範囲内であると、セパレータ２３の構成に依存せずに、高い負荷維持率が確保されつつ、電池パックに不具合が生じなかった。
【０１７７】
特に、融点が１６０℃であり、または厚さが５μｍ〜２５μｍであると、負荷維持率がより増加した。
【０１７８】
（実験例３−１〜３−５）
表３に示したように、負極２２の構成（ガス発生物質の有無）を変更したことを除き、同様の手順により二次電池を作製すると共に電池特性および安全性を調べた。
【０１７９】
負極合剤を調製する場合には、負極活物質と負極結着剤とを混合したのち、その混合物にガス発生物質として炭酸リチウム（ＬｉＣＯ3 ）を加えた。負極活物質層２２Ｂにおけるガス発生物質の含有量（重量％）は、表３に示した通りである。
【０１８０】
【表３】
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【０１８１】
負極２２の構成を変更した場合（表３）においても、表１と同様の結果が得られた。すなわち、非含浸液割合が上記した範囲内であると、負極２２の構成に依存せずに、高い負荷維持率が確保されつつ、電池パックに不具合が生じなかった。
【０１８２】
特に、負極活物質層２２Ｂがガス発生物質を含んでいると（実験例３−１〜３−５）、そのガス発生物質を含んでいない場合（実験例１−２）と比較して、負荷維持率がより増加した。この場合には、ガス発生物質の含有量が０．０２重量％〜３重量％であると、負荷維持率がさらに増加した。
【０１８３】
表１〜表３に示した結果から、安全弁機構１５を備えた二次電池では、非含浸液割合（電池電圧＝４．２Ｖ）が０．３１％〜７．４９％であると、優れた負荷充放電特性を維持しつつ、負荷耐久特性が向上した。よって、電池特性と安全性とが両立された。
【０１８４】
以上、実施形態および実施例を挙げながら本技術を説明したが、本技術は、実施形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、二次電池の形態が円筒型であると共に、電極構造体が巻回構造を有する場合を例に挙げたが、これらに限られない。本技術の二次電池の形態は、角型、ラミネートフィルム型、コイン型およびボタン型などの他の形態でもよいし、電極構造体は、積層構造などの他の構造を有していてもよい。
【０１８５】
また、実施形態および実施例では、リチウムの吸蔵放出により負極の容量が得られるリチウムイオン二次電池について説明したが、これに限られない。例えば、本技術の二次電池は、リチウムの析出溶解により負極の容量が得られるリチウム金属二次電池でもよい。また、本技術の二次電池は、リチウムを吸蔵放出可能な負極材料の容量を正極の容量よりも小さくすることで、リチウムの吸蔵放出による容量とリチウムの析出溶解による容量との和により負極の容量が得られる二次電池でもよい。
【０１８６】
また、実施形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、これに限られない。電極反応物質は、例えば、ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素でもよいし、マグネシウムおよびカルシウムなどの長周期型周期表における２族の元素でもよいし、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。また、電極反応物質は、上記した一連の元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を含む合金でもよい。
【０１８７】
なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【０１８８】
本技術は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
電池電圧が４．２Ｖである状態において、前記外装体の容積と前記非含浸電解液の体積との割合（［非含浸電解液の体積／外装体の容積］×１００）は、０．３１％以上７．４９％以下である、
二次電池。
（２）
前記割合は、０．３１％以上１．５６％以下である、
上記（１）に記載の二次電池。
（３）
前記電極構造体は、セパレータを介して対向された正極および負極を含み、
前記セパレータの融点は、１６０℃以上であり、
前記セパレータの厚さは、５μｍ以上２５μｍ以下である、
上記（１）または（２）に記載の二次電池。
（４）
前記電極構造体は、正極および負極を含み、
前記負極は、転極時にガス化する材料を含む、
上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の二次電池。
（５）
前記転極時にガス化する材料は、３Ｖ以上の負極電位（対リチウム金属）において電気化学的にガスを発生させる材料である、
上記（４）記載の二次電池。
（６）
前記転極時にガス化する材料は、炭酸塩、リン酸塩、硝酸塩および酢酸塩のうちの少なくとも１種を含む、
上記（４）または（５）に記載の二次電池。
（７）
前記負極は、負極集電体に設けられた負極活物質層を備え、
前記負極活物質層は、前記転極時にガス化する材料を含み、
前記負極活物質層における前記転極時にガス化する材料の含有量は、０．０２重量％以上３重量％以下である、
上記（４）ないし（６）のいずれかに記載の二次電池。
（８）
リチウム二次電池である、
上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の二次電池。
（９）
外装体と、
前記外装体の内部に収納された電極構造体および電解液と、
前記外装体の内圧に応じて電流を遮断する安全機構と
を備え、
前記電解液は、前記電極構造体に含浸された含浸電解液と、前記電極構造体に含浸されていない非含浸電解液とを含み、
前記非含浸電解液の体積は、過負荷状態において前記安全機構を作動させることが可能な圧力まで前記外装体の内圧を上昇させることが可能な体積である、
二次電池。
（１０）
上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池の動作を制御する制御部と、
その制御部の指示に応じて前記二次電池の動作を切り換えるスイッチ部と
を備えた、電池パック。
（１１）
上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
その駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記二次電池の動作を制御する制御部と
を備えた、電動車両。
（１２）
上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池から電力を供給される１または２以上の電気機器と、
前記二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備えた、電力貯蔵システム。
（１３）
上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の二次電池と、
その二次電池から電力を供給される可動部と
を備えた、電動工具。
（１４）
上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の二次電池を電力供給源として備えた、電子機器。
【符号の説明】
【０１８９】
１１…電池缶、１５…安全弁機構、２０…巻回電極体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２３…セパレータ。
【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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