(57)【要約】  １つの実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、積層体を含む。積層体は、正極、一層又は複数層の負極、及びセパレータを具備する。負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含む。負極層はリチウムチタン複合酸化物を含む。この電極群は、下記の関係式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たす：１０≦ａ1／ｂ1≦１６（１）；０．７≦Ｄ1／Ｅ1≦１．４（２）；Ｅ1≦８５（３）。ここで、ａ1［ｍｍ］は積層体の厚みである。ｂ1［ｍｍ］は、負極集電体の厚み又は厚みの合計である。Ｄ1［μｍ］は正極の厚みである。Ｅ1［μｍ］は負極の厚みである。
2016039387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、
一層又は複数層の負極であって、それぞれが、負極集電体と、前記負極集電体上に形成された負極層とを含み、前記負極層がリチウムチタン複合酸化物を含む負極と、
セパレータと
を含む積層体を具備し、
下記の関係式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たすことを特徴とする電極群。
１０≦ａ１／ｂ１≦１６                  （Ｉ）
０．７≦Ｄ１／Ｅ１≦１．４              （ＩＩ）
Ｅ１≦８５                            （ＩＩＩ）
ただし、前記ａ１［ｍｍ］は前記積層体の厚みであり、前記ｂ１［ｍｍ］は、前記積層体が一層の前記負極を含む場合は一層の前記負極集電体の厚みであり、前記積層体が複数層の前記負極を含む場合は前記負極集電体の厚みの合計であり、前記Ｄ１［μｍ］は前記正極の厚みであり、前記Ｅ１［μｍ］は前記負極の厚みである。
【請求項２】
前記負極集電体がアルミニウム又はアルミニウム合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極群。
【請求項３】
前記セパレータが不織布であることを特徴とする請求項２に記載の電極群。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の電極群と、
非水電解質と
を具備することを特徴とする非水電解質電池。
【請求項５】
正極と、
負極集電体と、前記負極集電体上に形成された負極層とを含み、前記負極層がリチウムチタン複合酸化物を含む負極と、
セパレータと
を具備する平坦部分を含み、
下記の関係式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする捲回型電極群。
１０≦ａ／ｂ≦１６                  （１）
０．７≦Ｄ／Ｅ≦１．４              （２）
Ｅ≦８５                            （３）
ただし、前記ａ［ｍｍ］は前記平坦部分の厚みであり、前記ｂ［ｍｍ］は前記平坦部分における前記負極集電体の厚みの合計であり、前記Ｄ［μｍ］は前記正極の厚みであり、前記Ｅ［μｍ］は前記負極の厚みである。
【請求項６】
前記負極集電体がアルミニウム又はアルミニウム合金を含むことを特徴とする請求項５に記載の捲回型電極群。
【請求項７】
前記セパレータが不織布であることを特徴とする請求項６に記載の捲回型電極群。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか１項に記載の捲回型電極群と、
非水電解質と
を具備することを特徴とする非水電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、捲回型電極群、電極群及び非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速なエレクトロニクス機器の小型化技術の発達により、種々の携帯電子機器が普及しつつある。近年では、自動車などの移動体の電源としても電池が使用されており、長寿命であり安全性が高く、入出力特性に優れた電池が要求されている。【０００３】
負極活物質にリチウムチタン複合酸化物を含む電池は、安全性に優れ、且つ長寿命である。しかしながら、リチウムチタン複合酸化物は低充電状態では絶縁体であるため、このような負極活物質を含む電池は、低充電状態での入出力特性が低いという課題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３５３０８号公報
【特許文献２】特開２０１１−９０７９４号公報
【特許文献３】特開２００４−６４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、低充電状態での入出力特性に優れた非水電解質電池を実現することができる捲回型電極群、低充電状態での入出力特性に優れた非水電解質電池、及び低充電状態での入出力特性に優れた非水電解質電池を実現することができる電極群を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の実施形態によると、捲回型電極群が提供される。この電極群は、平坦部分を含む。平坦部分は、正極、負極及びセパレータを具備する。負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含む。負極層はリチウムチタン複合酸化物を含む。第１の実施形態に係る捲回型電極群は、下記の関係式（１）〜（３）を満たす。【０００７】
１０≦ａ／ｂ≦１６                  （１）
０．７≦Ｄ／Ｅ≦１．４              （２）
Ｅ≦８５                            （３）
ここで、ａ［ｍｍ］は電極群の平坦部分の厚みである。ｂ［ｍｍ］は、電極群の平坦部分における負極集電体の厚みの合計である。Ｄ［μｍ］は正極の厚みである。Ｅ［μｍ］は負極の厚みである。【０００８】
第２の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第１の実施形態に係る捲回型電極群と、非水電解質とを具備する。【０００９】
第３の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、積層体を含む。積層体は、正極、一層又は複数層の負極及びセパレータを具備する。一層又は複数層の負極は、それぞれ、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含む。負極層はリチウムチタン複合酸化物を含む。第３の実施形態に係る電極群は、下記の関係式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たす。【００１０】
１０≦ａ1／ｂ1≦１６                  （Ｉ）
０．７≦Ｄ1／Ｅ1≦１．４              （ＩＩ）
Ｅ1≦８５                            （ＩＩＩ）
ここで、ａ1［ｍｍ］は積層体の厚みである。ｂ1［ｍｍ］は、積層体が一層の負極を含む場合は一層の負極集電体の厚みであり、積層体が複数層の負極を含む場合は負極集電体の厚みの合計である。Ｄ1［μｍ］は正極の厚みである。Ｅ1［μｍ］は負極の厚みである。【００１１】
第４の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第３の実施形態に係る電極群と、非水電解質とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る一例の捲回型電極群の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ方向から観察したときの捲回型電極群の概略図である。
【図３】図３は、図１及び図２に示す捲回型電極群の一部の概略断面図である。
【図４】図４は、電極群を展開して、正極、負極及びセパレータの層数を判定する方法を説明する概略図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略断面図である。
【図６】図６は、図５のＢ部の拡大断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る他の例の非水電解質電池の概略透視斜視図である。
【図８】図８は、図７のＣ部の拡大断面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る一例の電極群の概略斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の電極群の線分Ｘ−Ｘでの概略断面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略透視斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。
【００１４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態によると、捲回型電極群が提供される。この電極群は、平坦部分を含む。平坦部分は、正極、負極及びセパレータを具備する。負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含む。負極層はリチウムチタン複合酸化物を含む。第１の実施形態に係る捲回型電極群は、下記の関係式（１）〜（３）を満たす。
【００１５】
１０≦ａ／ｂ≦１６                  （１）
０．７≦Ｄ／Ｅ≦１．４              （２）
Ｅ≦８５                            （３）
ここで、ａ［ｍｍ］は電極群の平坦部分の厚みである。ｂ［ｍｍ］は、電極群の平坦部分における負極集電体の厚みの合計である。Ｄ［μｍ］は正極の厚みである。Ｅ［μｍ］は負極の厚みである。
【００１６】
第１の実施形態に係る捲回型電極群が含む負極の負極層に含まれるリチウムチタン複合酸化物は、低充電状態での導電性が低い。しかしながら、第１の実施形態に係る捲回型電極群は、上記関係式（１）〜（３）を満たすおかげで、低充電状態における負極の抵抗を下げることができる。その結果、第１の実施形態に係る捲回型電極群を用いた非水電解質電池は、放電末期でも電流の取出しを容易にすることができ、容量の利用効率を高めることができる。そして、第１の実施形態に係る捲回型電極群を用いた非水電解質電池は、上記関係式（１）〜（３）を満たすおかげで、低充電状態の負極において、負極層のうち負極集電体に接している部分と負極集電体から最も離れた部分との間の抵抗の差を小さくすることができる。低充電状態において抵抗が平準化した負極を具備する非水電解質電池は、負極集電体への負荷を小さくすることができ、ひいては負極集電体の劣化を防ぐことができる。これらの結果、第１の実施形態に係る捲回型電極群を用いた非水電解質電池は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができ、更には優れた寿命特性を示すことができる。
【００１７】
比ａ／ｂが１６よりも大きい捲回型電極群では、例えば、平坦部における負極集電体の厚さが小さ過ぎる場合、又は負極集電体に対する負極層の厚さが厚くなり過ぎている場合を含む。このような電極群では、低充電状態での負極の抵抗が高い。その結果、低充電状態での入出力特性が低下する。一方、比ａ／ｂが１０より小さい捲回型電極群は、スラリーの塗工による負極層の形成が難しく、生産性に劣る。
【００１８】
比Ｄ／Ｅが１．４より大きいということは、正極の厚みが大き過ぎる場合を含む。この場合、正極の抵抗が高くなり過ぎてしまい、そのような捲回型電極群を用いた非水電解質電池の入出力特性が低下する。また、比Ｄ／Ｅが１．４より大きいということは、負極の厚みが小さ過ぎる場合も含む。この場合、電池容量が小さくなってしまう。
【００１９】
比Ｄ／Ｅが０．７より小さいということは、負極の厚みが大き過ぎる場合を含む。この場合、負極の抵抗が高くなり過ぎるだけでなく、低充電状態の負極において抵抗値のばらつきが生じる。その結果、そのような捲回型電極群を用いた非水電解質電池の入出力特性及び寿命特性が低下する。また、比Ｄ／Ｅが０．７より小さいということは、正極の厚みが小さ過ぎる場合も含む。この場合、電池容量が小さくなってしまう。
【００２０】
負極の厚みＥが８５μｍよりも大きい場合、負極の抵抗が高くなり、そのような捲回型電極群を用いた非水電解質電池の入出力特性が低下する。
【００２１】
比ａ／ｂは、１０以上１４以下であることが好ましく、１０以上１３以下であることがより好ましい。比Ｄ／Ｅは、０．７５以上１．４以下であることが好ましく、０．９以上１．３以下であることがより好ましい。正極の厚みＤは、３６μｍ以上７８μｍ以下であることが好ましい。負極の厚みＥは、４０μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
なお、負極活物質としての炭素材料は、充放電状態とは無関係に、優れた導電性を示すことができる。そのため、負極活物質として炭素材料を用いる非水電解質電池では、電極群の平坦部分の厚みａ、負極集電体の厚みの合計ｂ、正極の厚みＤ及び負極の厚みＥを上記の如く制御しても、低充電状態での入出力特性を向上させることはできない。
【００２３】
また、第１の実施形態に係る捲回型電極群は、厚さの小さな負極層を含むことができる。そのため、この捲回型電極群を用いて非水電解質電池を作製すると、単位体積当たりの捲回数を増やすことができる。捲回数を増やすことにより、正極と負極とが対向する面積を増やすことができる。それにより、第１の実施形態の捲回型電極群によると、より優れた出力特性を示すことができる非水電解質電池を実現することができる。
【００２４】
ここで、第１の実施形態に係る捲回型電極群における、平坦部分の厚みａ、平坦部分における負極集電体の厚みの合計ｂ、正極の厚みＤ及び負極の厚みＥを、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、第１の実施形態に係る一例の捲回型電極群の概略斜視図である。図２は、図１のＡ方向から観察したときの電極群の概略図である。図３は、図１及び図２に示す電極群の一部の概略断面図である。具体的には、図３は、図２に示す電極群１の平坦部Ｆの一部の概略断面図である。また、図３に示す幾つかの厚みは、電極群１の平坦部Ｆにおける各層の厚みの平均値である。
【００２６】
図１及び図２に示す電極群１は、捲回型の構造を有している。電極群１には、その捲回状態を保持するために、絶縁テープ１１が巻かれている。電極群１は、図３に示すように、正極２、負極３及びセパレータ４を含んでいる。電極群１は、図１及び図２に示すように、捲回軸ｗを中心にして、扁平形状に捲回されている。図１〜３に示す電極群１においては、正極２は、正極集電体２１と、その両面上に形成された正極層２２とを含んでいる。負極３は、負極集電体３１と、その両面上に形成された負極層３２とを含んでいる。図１〜３に示す電極群１においては、正極層２２と負極層３２とがセパレータ４を間に挟んで対向している。
【００２７】
電極群１の平坦部分Ｆの厚みａは、図２に示すように、電極群１において丸みを帯びた部分Ｒを除いた部分の厚みである。
【００２８】
負極集電体の厚みｂは、図２に示す、電極群１の平坦部分Ｆにおける負極集電体３１の厚みの合計である。すなわち、負極集電体３１の厚みの合計ｂは、図３に示す負極集電体の厚みの平均値ｂ’に、電極群１の平坦部Ｆに含まれる負極３の層数をかけたものである。図１〜図３に示す例の電極群１においては、負極集電体３１の厚みの合計ｂは１０ｂ’である。
【００２９】
正極２の厚みＤは、図２に示す電極群１の平坦部分Ｆにおける正極２の厚みの平均値である。
【００３０】
同様に、負極３の厚みＥは、図２に示す電極群１の平坦部分Ｆにおける負極３の厚みの平均値である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、電極群１は、捲回軸ｗに平行な幅Ｗ［ｍｍ］と、幅Ｗ及び厚みａの方向に垂直な高さＨ［ｍｍ］とを有している。
【００３２】
次に、非水電解質電池が具備した電極群の平坦部分の厚みａ、負極集電体の厚みの合計ｂ、正極の厚みＤ、及び負極の厚みＥの測定方法について説明する。
【００３３】
まず、非水電解質電池を、ＳＯＣ０％の状態まで放電する。続いて、電池充電深度がＳＯＣ０％となった非水電解質電池を、グローブボックス内、アルゴン雰囲気下で解体する。解体した非水電解質電池から、電極群を取り出す。
【００３４】
次に、取り出した電極群を展開し、電極群の平坦部に含まれる正極、負極及びセパレータのそれぞれの層数を判定する。具体的には、図４に示すように、電極群を半周ずつ展開し、半周（１８０°）展開するごとに、平坦部Ｆに正極が１層、負極が１層、セパレータが２層含まれているとカウントする。例えば、電極群を捲回中心まで１０周展開できた場合、電極群の平坦部は、２０層の正極、２０層の負極及び４０層のセパレータを含んでいると判定する。
【００３５】
次に、展開した電極群を、正極、負極及びセパレータに分解する。
【００３６】
次いで、分解した正極の任意の部位から、２×２ｃｍ2角の試料を５つ切り出す。切り出した５つの試料の中央の厚みを測定し、その平均値Ｄを求める。このようにして得られた正極の厚みの平均値を、正極の厚みＤとする。また、この正極の厚みＤに、先んじて判定した正極の層数を掛け合わせることにより、正極の厚みの合計Ｄtotalを算出する。
【００３７】
次いで、分解した負極の任意の部位から、２×２ｃｍ2角の試料を５つ切り出す。切り出した５つの試料の中央の厚みを測定し、その平均値Ｅを求める。このようにして得られた負極の厚みの平均値を、負極の厚みＥとする。また、この負極の厚みＥに、先んじて判定した負極の層数を掛け合わせることにより、負極の厚みの合計Ｅtotalを算出する。
【００３８】
次いで、分解した負極の任意の部位から、２×２ｃｍ2角の試料を更に５つ切り出す。次に、切り出した５つの試料から負極層を除去し、負極集電体の５つの試料を作製する。負極集電体の５つの試料の中央の厚みを測定し、その平均値ｂ’を求める。このようにして得られた負極集電体の厚みの平均値に、先んじて判定した負極の層数を掛け合わせて得られた積を、負極集電体の厚みの合計ｂとする。
【００３９】
次いで、分解したセパレータの任意の部位から、２×２ｃｍ2角の試料を５つ切り出す。切り出した５つの試料の中央の厚みを測定し、その平均値Ｓを求める。このようにして得られたセパレータの厚みの平均値Ｓに、先んじて判定したセパレータの層数を掛け合わせることにより、セパレータの厚みの合計Ｓtotalを算出する。
【００４０】
以上のようにして求めた正極の厚みの合計Ｄtotal、負極の厚みの合計Ｅtotal及びセパレータの厚みの合計Ｓtotalとを合計し、その和を平坦部における電極群の厚みａとする。
【００４１】
上記厚みの測定には、最小０．５μｍ程度の測定が可能なデジマチックインジケータを使用する。
【００４２】
なお、上記方法により正極の厚みＤ及び負極の厚みＥを算出する際に取り出す５つの試料は、それぞれ、正極の両面に正極層が形成されている部分、及び負極の両面に負極層が形成されている部分から切り出す。すなわち、正極の厚みＤ及び負極の厚みＥの平均値は、片面のみに電極層が形成されている部分を用いずに算出する。
【００４３】
次に、第１の実施形態に係る捲回型電極群をより詳細に説明する。
【００４４】
第１の実施形態に係る捲回型電極群は、正極、負極及びセパレータを含む。
【００４５】
正極は、正極集電体と、その片面又は両面上に形成された正極層とを含むことができる。正極集電体は、表面に正極層が形成されていない部分を含むことができる。このような部分は、正極集電タブとして働くことができる。
【００４６】
正極層は、正極活物質を含むことができる。正極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を含むことができる。
【００４７】
負極は、負極集電体と、その上に形成された負極層とを含んでいる。負極層は、負極集電体の片面に形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。
【００４８】
負極層は、リチウムチタン複合酸化物を含む。リチウムチタン複合酸化物は負極活物質として働くことができる。リチウムチタン複合酸化物は、例えばスピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ4+xＴｉ5Ｏ12（ｘは、充放電状態により０≦ｘ≦３の範囲内で変化し得る））、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7（ｙは、充放電状態により０≦ｙ≦３の範囲内で変化し得る）等を挙げることができる。なお、上記一般式においては、酸素のモル比をスピネル型（Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12）では１２、ラムスデライト型（Ｌｉ2+yＴｉ3Ｏ7）では７と形式的に示しているが、酸素のモル比は酸素ノンストイキメトリー等の影響によって変化し得る。
【００４９】
また、本明細書においては、リチウムチタン複合酸化物は、リチウムチタン複合酸化物の構成元素の一部を異種元素で置換したリチウムチタン複合酸化物も包含する。
【００５０】
リチウムチタン複合酸化物は、Ｌｉ吸蔵電位が０．４Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以上であることが好ましい。０．４Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）よりも卑な電位でリチウムを吸蔵する負極活物質では、例えば黒鉛及びリチウム金属などと同様に、大電流での入出力を繰り返すと負極表面上に金属リチウムが析出し、これがデンドライド状に成長し得る。
【００５１】
正極、負極及びセパレータは、セパレータを介して正極層と負極層とが対向するように積層されている。また、このようにして形成された積層体は、捲回及びプレスされて、捲回型電極群を形成している。
【００５２】
以下、正極、負極及びセパレータについて説明する。
【００５３】
１）正極
正極集電体としては、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を用いることが好ましく、平均結晶粒径は５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以下であることが望ましい。このような平均結晶粒径を有するアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる集電体は、強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。
【００５４】
アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、製造工程の中で、これらの諸因子を組み合わせて調整することができる。
【００５５】
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
【００５６】
正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、高い電池電圧が得られるリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉxＭｎ2Ｏ4）とリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉyＣｏＯ2）との混合物を用いることができる。なお、上記一般式において、０≦ｘ、ｙ≦１．１の範囲内にあることが好ましい。また、電圧は低くなるが、高い容量を得られるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉzＮｉ1-a-bＣｏaＭｎbＭcＯ2）を用いる事もできる。なお、上記一般式において、０．９≦ｚ≦１．２５、０＜ａ≦０．３、０＜ｂ≦０．４５、０≦ｃ≦０．１である事が好ましく、ＭはＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃａ及びＳｎの郡から選ばれる少なくとも一つを含む。
【００５７】
結着剤は、正極活物質、導電剤、及び正極集電体を結着させるために必要に応じて用いられる。結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド、ポリアミドなどを挙げることができる。
【００５８】
正極導電剤は、集電性能を高め、且つ正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて用いられる。正極導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレン等を挙げることができる。
【００５９】
正極は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず、正極活物質、正極導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁して、スラリーを調製する。この際、正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜１８重量％、結着剤２〜１７重量％にすることが好ましい。次に、調製したスラリーを、正極集電体に塗布し、塗膜を乾燥させて、正極層を得る。次いで、この正極層をプレスに供することにより、正極が得られる。  
或いは、正極は、正極活物質、正極導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、正極活物質含有層として用いても良い。  
正極密度は、２．８ｇ／ｃｃ以上にすることが好ましい。
【００６０】
２）負極
負極集電体は、１．０Ｖよりも貴である電位範囲において電気化学的に安定であるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔であることが好ましい。
【００６１】
結着剤は、負極活物質、導電剤、及び負極集電体を結着させるために必要に応じて用いられる。結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド、ポリアミドなどを挙げることができる。
【００６２】
負極導電剤は、集電性能を高め、且つ負極活物質と負極集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて用いられる。負極導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレン等を挙げることができる。
【００６３】
負極は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず、負極活物質、負極導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁して、スラリーを調製する。この際、負極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、負極活物質７０〜９６重量％、導電剤２〜２８重量％および結着剤２〜２８重量％にすることが好ましい。導電剤は、２重量％以上の割合で配合することにより高い集電性能による優れた大電流特性が得られる。また、結着剤量が２重量％未満であると、負極層と負極集電体の結着性が低下し、サイクル特性が低下する。一方、高容量化の観点から、負極導電剤及び結着剤は各々２８重量％以下であることが好ましい。  
ついで、このようにして調製したスラリーを、負極集電体に塗布し、塗膜を乾燥させて、負極層を得る。次いで、この負極層をプレスすることによって、負極を得ることができる。  
或いは、負極は、負極活物質、負極導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、負極活物質含有層として用いることで作製することもできる。  
負極密度は、２ｇ／ｃｃ以上にすることが好ましい。
【００６４】
３）セパレータ
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。
【００６５】
特に、第１の実施形態に係る捲回型電極群が含むリチウムチタン複合酸化物は、充放電時におけるリチウムデンドライドの析出を抑えることができる。そのおかげで、第１の実施形態に係る捲回型電極群は、薄く且つポロシティの高い不織布をセパレータとして用いることができる。薄く且つポロシティの高い不織布をセパレータとして用いることにより、第１の実施形態に係る捲回型電極群は、非水電解質電池の入出力特性の更なる向上を達成することができる。
【００６６】
第１の実施形態に係る捲回型電極群は、電極群の平坦部分の厚みａ［ｍｍ］、平坦部分の負極集電体の厚みの合計ｂ［ｍｍ］、正極の厚みＤ［μｍ］及び負極の厚みＥ［μｍ］が関係式（１）１０≦ａ／ｂ≦１６、関係式（２）０．７≦Ｄ／Ｅ≦１．４及び関係式（３）Ｅ≦８５を満たす。これらの結果、第１の実施形態に係る捲回型電極群は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができる。
【００６７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第１の実施形態に係る捲回型電極群と、非水電解質とを具備する。
【００６８】
第２の実施形態に係る非水電解質電池が具備する非水電解質は、電極群に含浸され得る。
【００６９】
第２の実施形態に係る非水電解質電池は、外装材を更に具備することができる。外装材は、電極群及び非水電解質を収容することができる。
【００７０】
外装材は、正極端子及び負極端子を備えることができる。正極端子は、例えば正極の正極集電タブに接続することができる。負極端子は、例えば負極の負極集電タブに接続することができる。正極集電タブは、先に説明したように正極集電体の一部であってもよいし、又は正極集電体とは別体でもよい。同様に、負極集電タブは、先に説明したように負極集電体の一部であってもよいし、又は負極集電体とは別体であってもよい。
【００７１】
以下に、非水電解質、外装材、正極端子及び負極端子について説明する。
【００７２】
１）非水電解質
非水電解質としては、電解質を非水溶媒に溶解し調整される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料とを複合化したゲル状非水電解質等を挙げることができる。
【００７３】
電解質は、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）などのリチウム塩を挙げることができる。これらの電解質は、単独または２種類以上を混合したものでもよい。
【００７４】
電解質は、有機溶媒に対して０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。
【００７５】
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
【００７６】
ゲル状非水電解質に用いる高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることが出来る。
【００７７】
２）外装材
外装材としては、肉厚０．２ｍｍ以下のラミネートフィルムや、肉厚０．５ｍｍ以下の金属製容器が挙げられる。肉厚０．２ｍｍ以下であるとより好ましい。形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、及び積層型等が挙げられる。なお、無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。
【００７８】
ラミネートフィルムとしては、例えば、樹脂フィルム間に金属層を介在した多層フィルムが用いることができる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装材の形状に成形することができる。
【００７９】
金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等から作られるものを用いることができる。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。アルミニウムまたはアルミニウム合金において鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は１００ｐｐｍ以下にすることが、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させる上で好ましい。
【００８０】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属製容器は、平均結晶粒径が５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下であることが望ましい。平均結晶粒径を５０μｍ以下とすることによって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属製容器の強度を飛躍的に増大させることができ、容器のより一層の薄肉化が可能になる。その結果、軽量かつ高出力で長期信頼性に優れた車載等に適切な非水電解質電池を実現することができる。
【００８１】
３）正極端子及び負極端子
正極端子は、直接又は例えば正極リードを介して、正極に電気的に接続され得る。接触抵抗を低減するために、直接接続する部材の材料は同じものであることが好ましい。
【００８２】
同様に、負極端子は、直接又は例えば負極リードを介して、正極に電気的に接続され得る。接触抵抗を低減するために、直接接続する部材の材料は同じものであることが好ましい。
【００８３】
次に、図面を参照しながら、第２の実施形態に係る非水電解質電池の幾つかの例を、より詳細に説明する。
【００８４】
まず、第２の実施形態に係る第１の例の非水電解質電池について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００８５】
図５は、第２の実施形態に係る第１の例の非水電解質電池の概略断面図である。図６は、図５のＢ部の拡大断面図である。
【００８６】
図５及び図６に示す非水電解質電池１０は、捲回型電極群１と、図示しない非水電解質とを具備している。
【００８７】
捲回型電極群１は、図６に示すように、正極２、負極３及びセパレータ４を含んでいる。正極２は、正極集電体２１とその上に形成された正極層２２とを含んでいる。負極３は、負極集電体３１とその上に形成された負極層３２とを含んでいる。負極３の最外殻に位置する部分は、図６に示すように、負極集電体３１の片面のみに負極層３２が形成されている。負極３のその他の部分は、負極集電体３１の両面に負極層３２が形成されている。  図６に示すように、電極群１において、正極２と負極３とは、セパレータ４を介して層状に構成されている。具体的には、正極層２２と負極層３２とが、セパレータ４を間に挟んで対向している。
【００８８】
図５に示すように、捲回型電極群１の外周端近傍において、外側に位置する負極集電体３１に負極端子７が接続されており、内側に位置する正極集電体２１に正極端子６が接続されている。
【００８９】
図５に示すように、電極群１は、外装材５の中に収納されている。図示していないが、非水電解質も外装材５内に収納されており、電極群１に含浸されている。
【００９０】
電極群１に接続された正極端子６及び負極端子７は、それぞれの一部が、外装材５の外に引き出されている。
【００９１】
次に、第２の実施形態に係る第２の例の非水電解質電池について、図７及び図８を参照しながら詳細に説明する。
【００９２】
図７は、第２の実施形態に係る第２の例の非水電解質電池の概略透視斜視図である。図８は、図７のＣ部の拡大断面図である。
【００９３】
図７及び図８に示す非水電解質電池１０は、捲回型電極群１と、図示しない非水電解質とを具備している。
【００９４】
捲回型電極群１は、図８に示すように、図５及び図６に示す非水電解質電池１０が具備する捲回型電極群１と同様に、正極２、負極３及びセパレータ４が積層された構造を有する。正極２、負極３及びセパレータ４の詳細な説明については、第１の例の非水電解質電池の説明を参照されたい。
【００９５】
図７及び図８に示す捲回型電極群１においては、正極集電体２１のうち表面に正極層２２が形成されていない部分２３が、電極群１から延出している。この部分２３は、正極集電タブとして働く。同様に、負極集電体３１のうち表面に負極層３２が形成されていない部分３３が、電極群１から延出している。この部分３３は負極集電タブとして働く。正極集電タブ２３と負極集電タブ３３とは、互いに逆向きに電極群１から延出している。
【００９６】
図７及び図８に示す非水電解質電池１０は、正極リード６１及び負極リード７１を更に具備している。図７に示すように、正極リード６１は、正極集電タブ２３を挟み込むようにして、これに電気的に接続されている。同様に、負極リード７１は、負極集電タブ３３を挟み込むようにして、これに電気的に接続されている。
【００９７】
図７及び図８に示す非水電解質電池１０は、有底矩形筒体形状の外装材５を更に具備している。捲回型電極群１、正極リード６１及び負極リード７１は、この外装材５内に収容されている。
【００９８】
外装材５は、蓋体５ａを含んでいる。蓋体５ａには、正極端子６及び負極端子７が、それぞれ、ガラス材８を介在するハーメティックシールにより挿着されている。正極端子６は、正極リード６１に電気的に接続されている。負極端子７は、負極リード７１に電気的に接続されている。蓋体５ａは、注液口５ｂを更に含んでいる。注液孔５ｂは、非水電解質を外装材５内に注入した後、図示しない封止材で封止される。
【００９９】
第２の実施形態に係る非水電解質電池は、第１の実施形態に係る捲回型電極群を具備するので、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができ、更には優れた寿命特性を示すことができる。
【０１００】
そして、第２の実施形態に係る非水電解質電池は、このように長寿命であり安全性に優れた非水電解質電池であるため、特に車載用電池として適している。
【０１０１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、積層体を含む。積層体は、正極、一層又は複数層の負極及びセパレータを具備する。一層又は複数層の負極は、それぞれ、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含む。負極層はリチウムチタン複合酸化物を含む。第３の実施形態に係る電極群は、下記の関係式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たす。
【０１０２】
１０≦ａ1／ｂ1≦１６                  （Ｉ）
０．７≦Ｄ1／Ｅ1≦１．４              （ＩＩ）
Ｅ1≦８５                            （ＩＩＩ）
ここで、ａ1［ｍｍ］は積層体の厚みである。ｂ1［ｍｍ］は、積層体が一層の負極を含む場合は一層の負極集電体の厚みであり、積層体が複数層の負極を含む場合は負極集電体の厚みの合計である。Ｄ1［μｍ］は正極の厚みである。Ｅ1［μｍ］は負極の厚みである。
【０１０３】
発明者らは、鋭意研究の結果、第１の実施形態に係る捲回型電極群についての上記式（１）〜（３）と同様の上記式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）が、捲回型構造に限られない電極群に適用できることが分かった。
【０１０４】
すなわち、第３の実施形態に係る電極群は、第１の実施形態に係る捲回型電極群についての上記式（１）〜（３）と同様の上記式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たすおかげで、低充電状態における負極の抵抗を下げることができる。その結果、第３の実施形態に係る電極群を用いた非水電解質電池は、放電末期でも電流の取出しを容易にすることができ、容量の利用効率を高めることができる。そして、第３の実施形態に係る電極群を用いた非水電解質電池は、上記関係式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たすおかげで、低充電状態の負極において、負極層のうち負極集電体に接している部分と負極集電体から最も離れた部分との間の抵抗の差を小さくすることができる。低充電状態において抵抗が平準化した負極を具備する非水電解質電池は、負極集電体への負荷を小さくすることができ、ひいては負極集電体の劣化を防ぐことができる。これらの結果、第３の実施形態に係る電極群を用いた非水電解質電池は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができ、更には優れた寿命特性を示すことができる。
【０１０５】
比ａ1／ｂ1が１６よりも大きい電極群では、例えば、積層体における負極集電体の厚さが小さ過ぎる場合、又は負極集電体に対する負極層の厚さが厚くなり過ぎている場合を含む。このような電極群では、低充電状態での負極の抵抗が高い。その結果、低充電状態での入出力特性が低下する。一方、比ａ1／ｂ1が１０より小さい電極群は、スラリーの塗工による負極層の形成が難しく、生産性に劣る。
【０１０６】
比Ｄ1／Ｅ1が１．４より大きいということは、正極の厚みが大き過ぎる場合を含む。この場合、正極の抵抗が高くなり過ぎてしまい、そのような電極群を用いた非水電解質電池の入出力特性が低下する。また、比Ｄ1／Ｅ1が１．４より大きいということは、負極の厚みが小さ過ぎる場合も含む。この場合、電池容量が小さくなってしまう。
【０１０７】
比Ｄ1／Ｅ1が０．７より小さいということは、負極の厚みが大き過ぎる場合を含む。この場合、負極の抵抗が高くなり過ぎるだけでなく、低充電状態の負極において抵抗値のばらつきが生じる。その結果、そのような電極群を用いた非水電解質電池の入出力特性及び寿命特性が低下する。また、比Ｄ1／Ｅ1が０．７より小さいということは、正極の厚みが小さ過ぎる場合も含む。この場合、電池容量が小さくなってしまう。
【０１０８】
負極の厚みＥ1が８５μｍよりも大きい場合、負極の抵抗が高くなり、そのような電極群を用いた非水電解質電池の入出力特性が低下する。
【０１０９】
比ａ1／ｂ1は、１０以上１４以下であることが好ましく、１０以上１３以下であることがより好ましい。比Ｄ1／Ｅ1は、０．７５以上１．４以下であることが好ましく、０．９以上１．３以下であることがより好ましい。正極の厚みＤ1は、３６μｍ以上７８μｍ以下であることが好ましい。負極の厚みＥ1は、４０μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。
【０１１０】
なお、負極活物質としての炭素材料は、充放電状態とは無関係に、優れた導電性を示すことができる。そのため、負極活物質として炭素材料を用いる非水電解質電池では、電極群の平坦部分の厚みａ1、負極集電体の厚みの合計ｂ1、正極の厚みＤ1及び負極の厚みＥ1を上記の如く制御しても、低充電状態での入出力特性を向上させることはできない。
【０１１１】
第３の実施形態の電極群は、例えば、積層型の電極群でもよい。積層型の電極群は、例えば、一層又は複数層の正極、一層又は複数層の負極、及び一層又は複数層のセパレータを含む積層体を具備することができる。正極及び負極は、セパレータを間に挟んで、互いに対向することができる。
【０１１２】
第３の実施形態の１つの態様である積層型電極群によると、厚さの小さな負極層を含むことができる。そのため、この態様の積層型電極群は、単位体積当たり、より多くの層の正極及び負極を積層体に含むことができる。したがって、第３の実施形態の１つの態様の積層型電極群によると、より優れた出力特性を示すことができる非水電解質電池を実現することができる。
【０１１３】
或いは、第３の実施形態の電極群は、例えば、捲回型の電極群でもよい。
【０１１４】
ここで、第３の実施形態に係る電極群の一態様である積層型電極群における、積層体の厚みａ1、負極集電体の厚みの合計ｂ1、正極の厚みＤ1及び負極の厚みＥ1を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０１１５】
図９は、第３の実施形態に係る一例の電極群の概略斜視図である。図１０は、図９の電極群の線分Ｘ−Ｘでの概略断面図である。
【０１１６】
図９及び図１０に示す電極群１は、積層型の構造を有している。電極群１は、図１０に示すように、２層の正極２、２層の負極３、及び５層のセパレータ４を含んでいる。
【０１１７】
図９及び図１０に示す電極群１の積層体１２においては、一方の正極２は、正極集電体２１と、その両面上に形成された正極層２２とを含んでいる。他方の正極２は、正極集電体２１と、その片面上に形成された正極層２２とを含んでいる。また、一方の負極３は、負極集電体３１と、その両面上に形成された負極層３２とを含んでいる。他方の負極３は、負極集電体３１と、その片面上に形成された負極層３２とを含んでいる。図９及び１０に示す電極群１の積層体１２においては、正極層２２と負極層３２とがセパレータ４を間に挟んで対向するように、２層の正極２、２層の負極３、及び５層のセパレータ４が積層されている。また、図１０に示すように、積層体の最上層及び最下層にセパレータ４が配されている。最下層のセパレータ４は、片面のみに正極層２２が形成された正極２の正極集電体２１に接している。最上層のセパレータ４は、片面のみに負極層３２が形成された負極３の負極集電体３１に接している。
【０１１８】
図９及び図１０に示す電極群では、負極集電体の厚みｂ1は、負極集電体３１の厚みの合計である。すなわち、負極集電体３１の厚みの合計ｂ1は、図３に示す負極集電体の厚みの平均値ｂ1’に、電極群１の積層体に含まれる負極３の層数をかけたものである。図９及び図１０に示す例の電極群１においては、負極集電体３１の厚みの合計ｂ1は２ｂ1’である。
【０１１９】
正極２の厚みＤ1は、図１０に示す電極群１の積層体１２における正極２の厚みの平均値である。なお、先に説明したように、正極２の厚みは、正極のうち正極集電体の両面に正極層が形成されている部分の平均値である。そのため、例えば、図１０に示す最下層の正極２は、厚みＤ1の算出には用いない。
【０１２０】
同様に、負極３の厚みＥ1は、図１０に示す電極群１の積層体１２における負極３の厚みの平均値である。なお、先に説明したように、負極３の厚みは、負極のうち負極集電体の両面に負極層が形成されている部分の平均値である。そのため、例えば、図１０に示す最上層の負極３は、厚みＥ1の算出には用いない。
【０１２１】
図９及び図１０に示す電極群１は、正極端子６及び負極端子７を更に具備している。正極端子６は、図示していないが、正極集電体２１に電気的に接続されている。同様に、負極端子７は、図示していないが、負極集電体３１に電気的に接続されている。
【０１２２】
積層型の電極群については、断面から正極、負極及びセパレータの層数を判断すること以外は、第１の実施形態において先に説明したのと同様の方法で各寸法を測定することができる。
【０１２３】
なお、第３の実施形態に係る電極群は、図９及び図１０に示すように複数層の負極を含むものに限られない。例えば、第３の実施形態に係る電極群は、一層の負極を含むこともできる。この場合、負極集電体の厚みｂ1は、一層の負極集電体の厚み［ｍｍ］である。
【０１２４】
第３の実施形態に係る電極群で用いることができる正極、負極及びセパレータは、第１の実施形態に係る捲回型電極群で用いることができるそれらと同様である。
【０１２５】
第３の実施形態に係る電極群は、積層体の厚みａ１［ｍｍ］、負極集電体の厚み又は厚みの合計ｂ１［ｍｍ］、正極の厚みＤ１［μｍ］及び負極の厚みＥ１［μｍ］が関係式（Ｉ）１０≦ａ１／ｂ１≦１６、関係式（ＩＩ）０．７≦Ｄ１／Ｅ１≦１．４及び関係式（ＩＩＩ）Ｅ１≦８５を満たす。これらの結果、第３の実施形態に係る電極群は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができる。
【０１２６】
（第４の実施形態）
第４の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第３の実施形態に係る電極群と、非水電解質とを具備する。
【０１２７】
第４の実施形態に係る非水電解質電池が具備する非水電解質は、電極群に含浸され得る。
【０１２８】
第４の実施形態に係る非水電解質電池は、外装材を更に具備することができる。外装材は、電極群及び非水電解質を収容することができる。
【０１２９】
外装材は、正極端子及び負極端子を備えることができる。正極端子は、例えば正極の正極集電タブに接続することができる。負極端子は、例えば負極の負極集電タブに接続することができる。正極集電タブは、先に説明したように正極集電体の一部であってもよいし、又は正極集電体とは別体でもよい。同様に、負極集電タブは、先に説明したように負極集電体の一部であってもよいし、又は負極集電体とは別体であってもよい。
【０１３０】
第４の実施形態に係る非水電解質電池で用いることができる非水電解質、外装材、正極端子及び負極端子は、第２の実施形態に係る非水電解質電池で用いることができるそれらと同様である。
【０１３１】
次に、図面を参照しながら、第４の実施形態に係る非水電解質電池の例を、より詳細に説明する。
【０１３２】
図１１は、第４の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略透視斜視図である。
【０１３３】
図１１に示す非水電解質電池１０は、電極群１と、図示しない非水電解質と、外装体５とを具備している。
【０１３４】
電極群１は、図９及び図１０を参照しながら説明した積層型の電極群１である。
【０１３５】
電極群１は、正極端子６及び負極端子７のそれぞれの一部が外装材５の外に引き出された状態で、外装体５に収容されている。図示していないが、非水電解質も外装材５内に収納されており、電極群１に含浸されている。
【０１３６】
第４の実施形態に係る非水電解質電池は、図１１に示す構造に限られない。例えば、第４の実施形態に係る非水電解質電池は、図５及び図６、並びに図７及び図８にそれぞれ示す構造と同様の構造を有することもできる。
【０１３７】
第４の実施形態に係る非水電解質電池は、第３の実施形態に係る電極群を具備するので、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができ、更には優れた寿命特性を示すことができる。
【０１３８】
そして、第４の実施形態に係る非水電解質電池は、このように長寿命であり安全性に優れた非水電解質電池であるため、特に車載用電池として適している。
【０１３９】
［実施例］
以下に実施例を説明する。なお、以下の実施例及び比較例では、同じ質量の非水電解質電池を作製した。
【０１４０】
（比較例１）
比較例１では、以下に示す手順で、図５及び図６に示す非水電解質電池１０を作製した。
【０１４１】
＜正極の作製＞
正極活物質としての７５重量％のリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）粉末、正極活物質としての１８重量％のリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）粉末、導電剤としての２重量％のアセチレンブラック、導電剤としての２重量％のグラファイト、及び結着剤としての３重量％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を、溶媒としてのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に投入し混合して、スラリーを調製した。このスラリーを厚さが１５μｍであり、平均結晶粒子径が３０μｍであるアルミニウム箔からなる正極集電体２１の両面に塗布した。塗膜の目付量は、片面あたり１５０ｇ／ｍ2とした。その後、塗膜を乾燥させて正極層２２とし、この正極層２２を正極集電体２１と共にプレスした。かくして、圧延した正極２を作製した。
【０１４２】
＜負極の作製＞
負極活物質として、Ｌｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+)であるスピネル構造を有するＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12で表されるチタン酸リチウムを用意した。９１重量％のこの負極活物質、導電剤としての５重量％のグラファイト、及び結着剤としての４重量％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を、溶媒としてのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを厚さが１５μｍであり、平均結晶粒子径が３０μｍであるアルミニウム箔からなる負極集電体３１の両面に塗布した。塗膜の目付量は、片面あたり８０ｇ／ｍ2とした。その後、塗膜を乾燥させて負極層３２とし、この負極層３２を負極集電体３１と共にプレスした。かくして、圧延した負極３を作製した。
【０１４３】
＜電極群の作製＞
次いで、セルロース製の多孔質フィルムからなる、厚さが２０μｍである２枚の帯状のセパレータ４を用意した。セパレータ４は、不織布であった。
【０１４４】
上記のようにして作製した正極２、一枚のセパレータ４、上記のようにして作製した負極３及びもう一枚のセパレータ４をこの順に積層して積層体１２を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。この捲回体を約１２０℃で加熱プレスして、電極群１を作製した。得られた電極群１を、外装材５に収納し、約９５℃で８時間真空乾燥を施した。
【０１４５】
得られた電極群１は、図１に示す捲回軸ｗに平行な幅Ｗが１０８ｍｍであり、図１に示す捲回軸ｗ及び厚さａの方向に垂直な高さＨが７３．６３ｍｍであった。
【０１４６】
＜液状非水電解質の調製＞
プロピレンカーボネート（ＰＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒（体積比率３０：７０）に、電解質として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で、及び四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）を０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解することにより、液状非水電解質を調製した。
【０１４７】
＜非水電解質電池の作製＞
液状非水電解質を注入した後、完全密閉することにより、比較例１の非水電解質電池１０を作製した。
【０１４８】
なお、以上に説明した正極２のプレス、負極３のプレス及び電極群１のプレスでは、電極群１の平坦部Ｆの厚みａ、平坦部分Ｆにおける負極集電体３１の厚みの合計ｂ、正極の厚みＤ及び負極の厚みＥが以下の表１に示す値にとなるように条件を調整して圧延を行った。以下に説明する各実施例及び比較例においても、各厚みが以下の表１に示すそれぞれの値となるように、プレス条件を調整した。
【０１４９】
（比較例２）
比較例２では、以下の点以外は比較例１と同様の手順で、比較例２の非水電解質電池１０を作製した。比較例２では、正極活物質としての７５重量％のリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物粉末、正極活物質としての１８重量％のリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）粉末、導電剤としての２重量％のアセチレンブラック、導電剤としての２重量％のグラファイト、及び導電剤としての３重量％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を、溶媒としてのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーを調製した。また、正極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり１００ｇ／ｍ2とした。そして、負極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり１００ｇ／ｍ2とした。
【０１５０】
比較例２の非水電解質電池１０の電極群１は、図１に示す捲回軸ｗに平行な幅Ｗが１１１ｍｍであり、図１に示す捲回軸ｗ及び厚さａの方向に垂直な高さＨが９５．６６ｍｍであった。
【０１５１】
（実施例１）
実施例１では、正極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり６０ｇ／ｍ2としたことと、負極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり３５ｇ／ｍ2としたことと以外は比較例１と同様の手順で、実施例１の非水電解質電池１０を作製した。
【０１５２】
実施例１の非水電解質電池１０の電極群１は、図１に示す捲回軸ｗに平行な幅Ｗが１１１ｍｍであり、図１に示す捲回軸ｗ及び厚さａの方向に垂直な高さＨが９５．１０ｍｍであった。
【０１５３】
（実施例２）
実施例２では、正極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり６０ｇ／ｍ2としたことと、負極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり４０ｇ／ｍ2としたことと以外は比較例１と同様の手順で、実施例２の非水電解質電池１０を作製した。
【０１５４】
実施例２の非水電解質電池１０の電極群１は、図１に示す捲回軸ｗに平行な幅Ｗが１０８ｍｍであり、図１に示す捲回軸ｗ及び厚さａの方向に垂直な高さＨが７３．５８ｍｍであった。
【０１５５】
（実施例３）
実施例３では、正極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり５０ｇ／ｍ2としたことと、負極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり４０ｇ／ｍ2としたことと以外は比較例２と同様の手順で、実施例３の非水電解質電池１０を作製した。
【０１５６】
実施例３の非水電解質電池１０の電極群１は、図１に示す捲回軸ｗに平行な幅Ｗが１１１ｍｍであり、図１に示す捲回軸ｗ及び厚さａの方向に垂直な高さＨが９５．０３ｍｍであった。
【０１５７】
（実施例４）
実施例４では、正極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり８０ｇ／ｍ2としたことと、負極スラリーの塗膜の目付量を片面あたり７５ｇ／ｍ2としたことと以外は比較例２と同様の手順で、実施例４の非水電解質電池１０を作製した。
【０１５８】
実施例４の非水電解質電池１０の電極群１は、図１に示す捲回軸ｗに平行な幅Ｗが１１１ｍｍであり、図１に示す捲回軸ｗ及び厚さａの方向に垂直な高さＨが９５．２７ｍｍであった。
【０１５９】
（低ＳＯＣでの出力試験）
実施例１〜４並びに比較例１及び２の非水電解質電池１０に対して、以下の手順で、低ＳＯＣ（低充電状態）での出力試験を行った。
【０１６０】
まず、電池を２５℃環境下にてＳＯＣ２０％に調整した。次いで、このＳＯＣ２０％の電池を、２５℃の環境下で、１Ｃの電流値で１．８Ｖまで放電試験を行った。放電の最中、１０秒間放電した際の電圧を測定した。ここで、２５℃環境下で１．０Ａの定電流で電池電圧が２．８Ｖになるまで充電し、その後２．８Ｖの定電圧で１時間充電した後、１．０Ａの定電流で電池電圧が１．８Ｖになるまで放電した際の放電容量（Ａｈ）を１時間で割った電流値を１Ｃ（Ａ）と決めた。
【０１６１】
次に、電池１０を２５℃環境下でＳＯＣ２０％に再度調整した。次いで、この電池１０に対して、先とは異なる電流値で実施した以外は先と同様の放電試験を行った。放電の最中、１０秒間放電した際の電圧を測定した。
【０１６２】
更に、放電試験における電流値を変更した以外は先と同様の手順を３回繰り返した。ここで、最大の電流値は、放電時間が２０秒以上となる電流値とした。
【０１６３】
以上のようにして、ＳＯＣ２０％の電池に対して、２５℃の環境下で異なる５つの基準電流値での放電試験を行った。
【０１６４】
次に、各試験における電流値をｘ座標とし、各試験における１０秒後の電圧値をｙ座標として、各試験の結果をプロットした。これらのプロットに対して線形近似を行い、線形関数を求めた。求めた線形関数の傾きをセルの抵抗値Ｔ［Ω］とし、切片をＳＯＣ２０％での０ＣＶ（開回路電圧）Ｖ0［Ｖ］とした。
【０１６５】
次に、上記のようにして得られたセルの抵抗値Ｔ及びＳＯＣ２０％での開回路電圧Ｖ0を式：（Ｖ0−１．８）／Ｔに代入し、ＳＯＣ２０％での最大放電電流値Ｍ［Ａ］を算出した。
【０１６６】
かくして得られた各電池１０の最大放電電流値Ｍを、下限電圧である１．８Ｖと掛け合わせた。かくして得られた積を低ＳＯＣでの最大出力［Ｗ］とした。この最大出力を各電池１０の重量で除することにより、低ＳＯＣでの単位重量当たりの出力Ｐ［Ｗ／ｋｇ］を算出した。
【０１６７】
各電池１０の低ＳＯＣでの単位重量当たりの出力Ｐ［Ｗ／ｋｇ］を、比較例１についての値を１とした相対値として、以下の表１に示す。
【０１６８】
［電極群の平坦部分の厚みａ、負極集電体の厚みの合計ｂ、正極の厚みＤ、及び負極の厚みＥの測定］
先に説明した方法に従って、電極群１の平坦部分Ｆの厚みａ、負極集電体３１の厚みの合計ｂ、正極２の厚みＤ、及び負極３の厚みＥを測定した。その結果を以下の表１にまとめる。なお、以下の表１には、「ａ／ｂ」の値及び「Ｄ／Ｅ」の値も合わせて記載している。
【０１６９】
【表１】
2016039387.tif 000003
【０１７０】
［結果］
表１から明らかなように、実施例１〜４の電池１０は、比較例１及び２の電池１０よりも低充電状態での出力特性に優れていた。
【０１７１】
実施例１〜４の非水電解質電池１０は、低充電状態での出力特性に優れているので、低充電状態の負極３の抵抗が低いことが分かる。そのおかげで、実施例１〜４の非水電解質電池１０は、低充電状態において、出力特性だけでなく、入力特性にも優れる。また、実施例１〜４の非水電解質電池は、低充電状態での出力が優れているので、低充電状態での負極３における抵抗が平準化していることが分かる。そのため、実施例１〜４の非水電解質電池１０は、充放電に伴う負極集電体３１への負荷を小さくすることができ、負極集電体３１の劣化を防ぐことができる。これらのおかげで、実施例１〜４の非水電解質電池１０は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができると共に、優れた寿命特性を示すことができる。
【０１７２】
一方、比較例１は、Ｅの値が８５μｍよりも大きかった。そのため、比較例１の電池１０では、負極３の抵抗が高くなり過ぎ、その結果、低充電状態での出力が低くなったと考えられる。また、比較例１は、ａ／ｂの値が１６よりも大きかった。そのため、比較例１の電池１０では、低充電状態での負極３の抵抗が高くなり、これが低充電状態での出力が低くなった更なる理由であると考えられる。
【０１７３】
比較例２は、ａ／ｂの値が１６よりも大きかった。そのため、比較例２の電池では、低充電状態での負極３の抵抗が高くなり、その結果、低充電状態での出力が低くなったと考えられる。また、比較例２では、Ｄ／Ｅの値が１．４よりも大きかった。これは、比較例２の電池１０における正極２の厚みが大き過ぎたことが原因であると考えられる。比較例２の電池１０では、正極２の厚みが大き過ぎたため、正極２の抵抗が高くなり、その結果、出力が下がったと考えられる。
【０１７４】
（比較例３）
比較例３では、以下に示す手順で、非水電解質電池を作成した。
【０１７５】
まず、比較例１と同様の手順により作製した正極を、正極塗工部の幅が６７ｍｍ、高さが８７ｍｍ、集電部の幅が２２ｍｍ、高さが１０ｍｍとなるように電極を打ち抜いた。また、比較例１と同様の手順により作製した負極を、負極塗工部の幅が６８ｍｍ、高さが８８ｍｍ、集電部の幅が２２ｍｍ、高さが１０ｍｍとなるように電極を打ち抜いた。かくして、複数の正極及び複数の負極を作製した。
【０１７６】
次に、比較例１で用いたのと同様の複数のセパレータを準備した。これらを、セパレータ、負極、セパレータ、正極、セパレータ、及び負極の順に積層させて、比較例３の積層体を含む電極群を作製した。積層体１２の寸法は、６７ｍｍ×９７ｍｍ×２．７ｍｍであった。
【０１７７】
このようにして作製した比較例３の電極群を用いたこと以外は比較例１と同様の手順で、比較例３の非水電解質電池を作製した。
【０１７８】
（実施例５）
実施例５では、以下に示す手順で、非水電解質電池を作成した。
【０１７９】
まず、実施例１と同様の手順で作製した正極を、正極塗工部の幅が６７ｍｍ、高さが８７ｍｍ、集電部の幅が２２ｍｍ、高さが１０ｍｍとなるように電極を打ち抜いた。また、実施例１と同様の手順により作製した負極を、負極塗工部の幅が６８ｍｍ、高さが８８ｍｍ、集電部の幅が２２ｍｍ、高さが１０ｍｍとなるように電極を打ち抜いた。かくして、複数の正極及び複数の負極を作製した。
【０１８０】
次に、実施例１で用いたのと同様の複数のセパレータを準備した。次に、これらを、セパレータ、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層させて、実施例５の積層体を含む電極群を作製した。積層体の寸法は、６７ｍｍ×９７ｍｍ×１．４ｍｍであった。
【０１８１】
このようにして作製した実施例５の電極群を用いたこと以外は比較例１と同様の手順で、実施例５の非水電解質電池を作製した。
【０１８２】
（低ＳＯＣでの出力試験）
実施例５及び比較例３の非水電解質電池に対して、実施例１〜４並びに比較例１及び２と同様の手順で、低ＳＯＣ（低充電状態）での出力試験を行った。その結果を以下の表２に示す。
【０１８３】
［積層体の厚みａ１、負極集電体の厚みの合計ｂ１、正極の厚みＤ１、及び負極の厚みＥ１の測定］
先に説明した方法に従って、電極群１の積層体１２の厚みａ１、負極集電体３１の厚みの合計ｂ１、正極２の厚みＤ１、及び負極３の厚みＥ１を測定した。その結果を以下の表２にまとめる。なお、以下の表２には、「ａ１／ｂ１」の値及び「Ｄ１／Ｅ１」の値も合わせて記載している。
【０１８４】
【表２】
2016039387.tif 000004
【０１８５】
［結果］
表２から明らかなように、実施例５の非水電解質電池は、比較例３の非水電解質電池よりも低充電状態での出力特性に優れていた。つまり、実施例５と比較例３との関係は、実施例１〜４と、比較例１及び２との間の関係と同様であった。
【０１８６】
実施例５の非水電解質電池は、低充電状態での出力特性に優れているので、低充電状態の負極の抵抗が低いことが分かる。そのおかげで、実施例５の非水電解質電池は、低充電状態において、出力特性だけでなく、入力特性にも優れる。また、実施例５の非水電解質電池は、低充電状態での出力が優れているので、低充電状態での負極における抵抗が平準化していることが分かる。そのため、実施例５の非水電解質電池は、充放電に伴う負極集電体への負荷を小さくすることができ、負極集電体の劣化を防ぐことができる。これらのおかげで、実施例５の非水電解質電池は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができると共に、優れた寿命特性を示すことができる。
【０１８７】
一方、比較例３は、Ｅ1の値が８５μｍよりも大きかった。そのため、比較例３の電池では、負極の抵抗が高くなり過ぎ、その結果、低充電状態での出力が低くなったと考えられる。また、比較例３は、ａ1／ｂ1の値が１６よりも大きかった。そのため、比較例１の電池では、低充電状態での負極の抵抗が高くなり、これが低充電状態での出力が低くなった更なる理由であると考えられる。
【０１８８】
以上述べた少なくとも１つの実施形態又は実施例によると、捲回型電極群が提供される。この電極群は、電極群の平坦部分の厚みａ［ｍｍ］、平坦部分の負極集電体の厚みの合計ｂ［ｍｍ］、正極の厚みＤ［μｍ］及び負極の厚みＥ［μｍ］が関係式（１）１０≦ａ／ｂ≦１６、関係式（２）０．７≦Ｄ／Ｅ≦１．４及び関係式（３）Ｅ≦８５を満たす。これらの結果、この捲回型電極群は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができる。
【０１８９】
また、以上に述べた少なくとも１つの実施形態又は実施例によると、電極群が提供される。この電極群は、積層体の厚みａ１［ｍｍ］、負極集電体の厚み又は厚みの合計ｂ１［ｍｍ］、正極の厚みＤ１［μｍ］及び負極の厚みＥ１［μｍ］が関係式（Ｉ）１０≦ａ１／ｂ１≦１６、関係式（ＩＩ）０．７≦Ｄ１／Ｅ１≦１．４及び関係式（ＩＩＩ）Ｅ１≦８５を満たす。これらの結果、この電極群は、低充電状態で優れた入出力特性を示すことができる。
【０１９０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１９１】
１…電極群、１１…絶縁テープ、１２…積層体、２…正極、２１…正極集電体、２２…正極層、２３…正極集電タブ、３…負極、３１…負極集電体、３２…負極層、３３…負極集電タブ、４…セパレータ、５…外装材、５ａ…蓋体、５ｂ…注液口、６…正極端子、６１…正極リード、７…負極端子、７１…負極リード、８…ガラス材、１０…非水電解質電池。
【図１】
2016039387.tif 000005
【図２】
2016039387.tif 000006
【図３】
2016039387.tif 000007
【図４】
2016039387.tif 000008
【図５】
2016039387.tif 000009
【図６】
2016039387.tif 000010
【図７】
2016039387.tif 000011
【図８】
2016039387.tif 000012
【図９】
2016039387.tif 000013
【図１０】
2016039387.tif 000014
【図１１】
2016039387.tif 000015
【国際調査報告】
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2016039387.tif 000017
2016039387.tif 000018
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