(57)【要約】【課題】二次電池に関し、電極材料の種類を問わずデンドライトの析出を抑制する。【解決手段】第一電極１と、第一電極１に対向して配置され、第一電極１の対向面よりも大きな表面積を持つ第二電極２とを備える。また、第一電極１と第二電極２との間に、少なくとも金属イオンを含む電解液４を配置する。さらに、第一電極１に対する第二電極２の対向面の位置を変化させる位置変更手段７，９を備える。【選択図】図１
2013225410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と、
前記第一電極に対向して配置され、前記第一電極の対向面よりも大きな表面積を持つ第二電極と、
前記第一電極及び前記第二電極の間に配置され、少なくとも金属イオンを含む電解液と、
前記第一電極に対する前記第二電極の対向面の位置を変化させる位置変更手段と、を備えた
ことを特徴とする、二次電池。
【請求項２】
前記金属イオンの還元によるデンドライトの発生を推定する推定手段を備え、
前記位置変更手段が、前記推定手段の推定結果に基づいて前記第二電極の対向面の位置を変化させる
ことを特徴とする、請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記推定手段が、充放電状態に基づいて前記デンドライトの発生を推定する
ことを特徴とする、請求項２記載の二次電池。
【請求項４】
前記第二電極が、表面に複数の分節領域を有し、
前記各分節領域の一部が、前記第一電極に対向して配置され、
前記位置変更手段が、前記推定手段により得られた前記デンドライトの発生状態に基づいて前記分節領域毎に前記第一電極に対向する分節領域を選択する
ことを特徴とする、請求項２又は３記載の二次電池。
【請求項５】
前記位置変更手段が、前記金属イオンもしくは前記デンドライトを含む前記金属イオンの還元物を前記電解液中もしくは前記第一電極へ移動させた後に、前記第二電極の対向面の位置を変化させる
ことを特徴とする、請求項４記載の二次電池。
【請求項６】
前記第二電極に発生したデンドライトを掻き落とす除去手段を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の二次電池。
【請求項７】
前記第二電極の表層を化学的に分解する分解手段と、
前記分解手段による前記表層の分解後に前記表層を再生する再生手段と、を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記第二電極が、無端環状に形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の二次電池。
【請求項９】
前記第二電極が、端部をリールに巻き取られた帯状に形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一対の電極を有する二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機やコードレス電動工具類の駆動用電源として、様々な種類の二次電池が利用されており、アルカリ電解液を用いたアルカリ二次電池や、希硫酸の電解液を用いた鉛蓄電池などが広く知られている。近年では、大容量，高出力といった特徴を持つリチウムイオン二次電池が市場に投入され、市場規模を拡大しつつある。リチウムイオン二次電池は、ポータブル型の電機製品だけでなく、電気自動車，ハイブリッド自動車，非常用電源設備等の電源装置としても活用されている。
【０００３】
一般的なリチウムイオン二次電池では、正極にコバルト酸リチウム，ニッケル酸リチウム等のセラミックス材料が用いられ、負極に黒鉛，アモルファスカーボン等の炭素系材料が用いられる。負極の炭素系材料は層状の結晶構造を持ち、正極で電離したリチウムイオンを各層の間に保持するインターカレーション電極として機能する。このような負極を用いることにより、電極表面へのリチウム金属の析出を抑制している。
【０００４】
しかし、炭素系材料の負極を用いた場合であっても、電流密度やリチウムイオン濃度の偏りによって負極表面の一部にリチウム金属が析出し、その部位を起点としてデンドライトが成長する場合がある。これにより、電極間の短絡が発生するおそれが生じるほか、活物質の不足により電池容量が減少してしまう。
【０００５】
このような課題に対し、電極表面における活物質の利用率（活物質の電池反応への寄与率）を均一化することでデンドライトの析出を抑制する技術が提案されている。例えば特許文献１には、正極又は負極の表面に集電体を溝状に露出させた二次電池が記載されている。この技術では、活物質層が形成される電極の集電体表面にマスキングテープを放射状に貼り付けておき、活物質層の形成後にマスキングテープを剥がして集電体を露出させている。このように、デンドライトが発生しやすい部位の活物質量を減少させることで活物質の利用率を均一化することができ、金属を析出しにくくすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５１５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、活物質量の分布を変化させる従来の技術は、部位毎に異なる活物質利用率を平均化することしかできず、電極全体での活物質利用率を減少させることができない。そのため、例えば電極間に大電流を短時間で与える急速充電時には、活物質利用率が電極表面の全体で増大することになり、デンドライトの発生を抑制することができない。
【０００８】
また、従来のリチウムイオン二次電池では、負極活物質としておもに炭素系材料が使用されている。この炭素系材料の代わりに、一般的な一次電池の負極活物質である亜鉛やリチウムを使用することができれば、電極の容量密度を増大させることができ、電池の性能を向上させることが可能である。一方、これらの亜鉛やリチウムの表面には、炭素系材料の表面よりもデンドライトが発生しやすく、実用化が難しいという課題がある。
【０００９】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、電極材料の種類を問わずデンドライトの発生を抑制することができるようにした二次電池を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）ここで開示する二次電池は、第一電極と、前記第一電極に対向して配置され、前記第一電極の対向面よりも大きな表面積を持つ第二電極とを備える。また、前記第一電極及び前記第二電極の間に配置され、少なくとも金属イオンを含む電解液を備える。さらに、前記第一電極に対する前記第二電極の対向面の位置を変化させる位置変更手段を備える。
なお、前記二次電池が、前記第一電極，前記第二電極，前記電解液を内部に収容する容器を備えることが好ましい。また、前記位置変更手段は、前記第一電極及び前記第二電極のそれぞれの対向面の相対位置を変更するものであることが好ましく、前記第一電極及び前記第二電極のうちの少なくとも一方を、手動で又は自動的に駆動することが好ましい。ここで、前記第一電極側の対向面を第一対向面と呼び、前記第二電極側の対向面を第二対向面と呼べば、前記位置変更手段は、前記第一対向面又は前記第二対向面の位置を移動させるものであることが好ましい。
【００１１】
（２）また、前記金属イオンの還元によるデンドライトの発生を推定する推定手段を備えることが好ましい。この場合、前記位置変更手段が、前記推定手段の推定結果に基づいて前記第二電極の対向面の位置を変化させることが好ましい。
前記推定手段は、デンドライトの発生する可能性（例えば、まだ発生していないデンドライトが今後発生する可能性や、既に発生中のデンドライトが成長する可能性など）を推定することが好ましい。あるいは、デンドライトの発生量（例えば、将来に発生すると推定される推定発生量や、既に発生したデンドライトの実発生量など）を推定することが好ましい。
また、前記推定手段での推定の結果、デンドライトが発生したときに、第二電極の対向面の位置を適宜変化させることが好ましい。この場合、例えば、第一対向面又は第二対向面の位置を分節毎に移動させることが考えられる。あるいは、前記推定手段での推定の結果、デンドライトが発生する可能性があるときに、第二電極の対向面の位置を適宜変化させることが好ましい。この場合、第一対向面又は第二対向面の位置を連続的に、常時移動させることが考えられる。
【００１２】
（３）また、前記推定手段が、充放電状態に基づいて前記デンドライトの発生を推定することが好ましい。ここでいう充放電状態は、例えば充放電に係る電流値や電圧値，電解液の温度，充電容量などの状態が含まれる。
例えば、電流値が大きいほどデンドライトの発生可能性が高いと推定し、電流値が小さいほどデンドライトの発生可能性が低いと推定させることが好ましい。また、例えば、前記温度が高いほど前記移動速度を低下させ、前記温度が低いほど前記移動速度を上昇させることが好ましい。また、例えば、前記充電容量が大きいほど前記移動速度を低下させ、前記充電容量が小さいほど前記移動速度を上昇させることが好ましい。
【００１３】
（４）また、前記第二電極が、表面に複数の分節領域を有することが好ましい。この場合、前記各分節領域の一部が、前記第一電極に対向して配置されることが好ましい。さらに、前記位置変更手段が、前記推定手段により得られた前記デンドライトの発生状態（デンドライトが発生する可能性の大小や、発生したデンドライト量など）に基づいて前記分節領域毎に前記第一電極に対向する分節領域を選択することが好ましい。
例えば、前記デンドライトの発生状態に基づいて、前記第二電極が間欠的に駆動される。例えば、ある分節領域が前記第一電極との対向面であるときに、前記デンドライトの発生が検出された場合には、他の分節領域が前記第一電極と対向するように前記第二電極が駆動される。
【００１４】
（５）また、前記位置変更手段が、前記金属イオンもしくは前記デンドライトを含む前記金属イオンの還元物を前記電解液中もしくは前記第一電極へ移動させた後に、前記第二電極の対向面の位置を変化させることが好ましい。
つまり、対向面を移動させたときに、金属イオンもしくはデンドライトを含む金属イオンの還元物が不使用面に残らないようにすることが好ましい。不使用面に残した作用金属は、電気化学反応に活用できなくなるため、対向面を動かす前に作用金属を電解液中に脱離，電離，分解させ、あるいは第一電極へと移動させることが好ましい。
【００１５】
（６）また、前記第二電極に発生したデンドライトを掻き落とす除去手段を備えることが好ましい。
（７）また、前記第二電極の表層を分解する分解手段と、前記分解手段による前記表層の分解後に前記表層を再生する再生手段と、を備えることが好ましい。
（８）また、前記第二電極が、無端環状に形成されていることが好ましい。
（９）あるいは、前記第二電極が、端部をリールに巻き取られた帯状に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
開示の二次電池によれば、第一電極の対向面よりも第二電極の表面積を大きくし、第一電極に対する第二電極の対向面の位置を変化させることで、第二電極上で第一電極と対向する部位を変更することができる。これにより、第二電極の表面での電流密度を低下させることができ、第二電極における単位表面積当たりの活物質利用率を低下させることができる。
【００１７】
したがって、電解液中で電離した金属イオンを第二電極の表面に析出しにくくすることができ、デンドライトの発生を防止することができる。また、仮に第二電極の表面に微小なデンドライトが生じてしまったとしても、その部位を第一電極と対向しない位置に移動させることができ、デンドライトの成長を抑制することができる。さらに、第二電極にデンドライトが生じにくくなることから、電極材料や活物質の選択の幅を広げることができ、二次電池の性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係る二次電池の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）が側面及びブロック構成図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１の二次電池の負極の内周面の構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１の二次電池の制御内容を説明するためのグラフであり、（ａ）は電流値A及び充電容量Cと回転速度Vとの関係を例示するグラフ、（ｂ）は温度Tと補正係数Kとの関係を例示するグラフである。
【図４】図１の二次電池の制御手順を例示するフローチャートである。
【図５】変形例に係る二次電池の内部構造を模式的に示す断面図である。
【図６】変形例に係る二次電池の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）は負極の形状を帯状に形成したもの、（ｂ）は正極を負極の内側に配置したものである。
【図７】第二実施形態に係る二次電池の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）が側面及びブロック構成図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図７の二次電池の正極及び負極を模式的に示す斜視図である。
【図９】図７の二次電池の制御内容を説明するためのグラフであり、（ａ）は定電流条件下での充電電圧の変化を示す充電カーブ、（ｂ）は定電流条件下での放電電圧の変化を示す放電カーブである。
【図１０】図７の二次電池の制御手順を例示するフローチャートである。
【図１１】第三実施形態に係る二次電池の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）が側面及びブロック構成図、（ｂ）が（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】図１１の二次電池の正極及び負極を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照して二次電池について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
［１．第一実施形態］
［１−１．装置構成］
第一実施形態の二次電池１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、金属又は樹脂製の容器８内に正極１，負極２及び電解液４を収容したものである。これらの各要素の具体的な組成，材質は、二次電池１０の種類に応じて様々であるが、ここでは非水系の電解液４を介して正極１及び負極２間でリチウムイオンを移動させることによって充放電を行うリチウムイオン二次電池の場合を取り上げて説明する。
【００２１】
正極１（第一電極）は、正極集電体１ａの表面に正極活物質層１ｂが形成された板状の電極である。正極集電体１ａは、正極集電部１ｄを介して導線に接続される部位であり、例えば板状又は箔状の金属（銅やアルミニウム等）で形成される。
正極活物質層１ｂは、正極活物質であるリチウム複合酸化物（リチウムニッケル系複合酸化物，リチウムコバルト系複合酸化物，リチウムマンガン系複合酸化物など）を含む層状の部位である。正極活物質層１ｂには、必要に応じて導電材や結着剤（バインダ）が添加される。図１（ｂ）に示すように、正極活物質層１ｂは、板状の正極集電体１ａの両面のうち、負極２側に対向する一方の面に形成される。以下、正極活物質層１ｂの表面のうち負極２に対向する部位のことを、第一対向面１ｃと呼ぶ。
【００２２】
負極２（第二電極）は、負極集電体２ａの表面に負極活物質層２ｂが形成された無端環状の電極である。この負極２は、図１（ｂ）に示すように側面視で円形となる環形状に形成され、環の中心を回転軸にして容器８に対して回転可能に設けられる。負極集電体２ａは、負極集電部２ｄを介して導線に接続される部位であり、帯状の金属（銅やアルミニウム等）の両端を接合して形成される。負極集電体２ａの板厚は、側面視での負極２の円形形状を維持できる程度の剛性が確保される厚みである。また、負極集電体２ａの内周面には、図２に示すように、後述するドライブギヤ７ｂと協働してラックアンドピニオン式の動力伝達構造をなすラック２ｅが形成される。
【００２３】
負極活物質層２ｂは、負極活物質である黒鉛，アモルファスカーボン等の炭素系材料を含む層状の部位であり、負極集電体２ａの表面のうちの外周側において層状に形成される。負極活物質層２ｂにも、正極活物質層１ｂと同様に、必要に応じて導電材や結着剤（バインダ）が添加される。以下、負極活物質層２ｂの表面のうち正極１に対向する部位のことを、第二対向面２ｃと呼ぶ。
【００２４】
負極活物質層２ｂの表面積は、第一対向面１ｃの面積よりも大きく形成される。つまり、負極活物質層２ｂの全表面のうちの一部である第二対向面２ｃのみが、ある瞬間に電極として機能しており、他の部位は電極として使用されずに休んでいる状態（電極として機能していない状態）となる。
【００２５】
これらの正極１及び負極２は、図１（ｂ）に示すように、電解液４中でセパレーター３を挟んで正極活物質層１ｂと負極活物質層２ｂとが対向するように配置される。電解液４は、例えば非プロトン性溶媒（非水溶媒）であり、あるいはこの溶媒中に無機リチウム塩や有機リチウム塩などのリチウム化合物（支持電解質）を溶解させたものである。
【００２６】
また、図１（ａ）に示すように、容器８の外部における正極集電部１ｄと負極集電部２ｄとの間には、充放電回路が接続される。二次電池１０は、充放電回路から与えられる充電電圧や充電電流に応じて充電され、充電後には二次電池１０内の電力が充放電回路側へと供給される。
【００２７】
セパレーター３は、正極１と負極２との接触による短絡を防止しつつ電解液４中のリチウムイオンの移動を許容する多孔質のフィルム状部材であり、例えばポリエチレン，ポリエステル，ポリプロピレンなどの樹脂製多孔質シートや不織布などである。正極１及び負極２間の距離が十分に確保される場合には、セパレーター３を省略してもよい。
【００２８】
負極２の外周近傍には、負極活物質層２ｂの表面に析出しうるデンドライトを掻き落とすためのスクレイパー５（除去手段）が設けられる。スクレイパー５は、金属や樹脂製のくさび状部材であり、その先端と負極活物質層２ｂとの間隔が所定距離（例えば、数[μm]以上）となるように容器８に対して固定される。この所定距離は、少なくとも第一対向面１ｃから第二対向面２ｃまでの距離よりも小さく設定され、本実施形態ではセパレーター３から第二対向面２ｃまでの距離よりも小さく設定される。
【００２９】
負極活物質層２ｂの表面に成長したデンドライトの析出高さが所定距離以上になると、負極２の回転時にスクレイパー５の先端がデンドライトと接触し、デンドライトがスクレイピングされる。これにより、デンドライトの析出高さが、所定距離未満に維持される。
【００３０】
また、この二次電池１０には、正極１に対する負極２の位置を変化させるための駆動装置７が内蔵される。この駆動装置７（位置変更手段）は、正極１及び負極２の対向距離をほぼ一定に保ったまま、対向面の少なくとも何れか一方を移動させることによって、電極として機能する部位を変更するものである。
【００３１】
本実施形態の駆動装置７は、負極２を移動させることによって第二対向面２ｃの位置を変更する。駆動装置７には、モーター７ａ，ドライブギヤ７ｂ及びテンショナー７ｃが設けられ、負極活物質層２ｂ上における第二対向面２ｃの位置が移動するように、負極２全体が駆動装置７によって連続的に回転駆動される。
【００３２】
ただし、負極２が連続的に回転駆動されるのは、少なくとも二次電池１０の充電時とされる。放電時には、連続的に回転駆動してもよく、必要に応じて回転駆動してもよいし、あるいは第二対向面２ｃの位置を移動させるべく、必要な回転角分だけ負極２を回転させてもよい。この場合、負極活物質層２ｂの表面のうち、リチウムイオンが挿入された部位が正極１と対向するように、電力の放電速度や放電量に応じた速度又はタイミングで負極２を動かせばよい。
【００３３】
例えば、負極活物質層２ｂの表面におけるリチウムイオンの挿入量やリチウム濃度分布を図示しない記録装置に記録しておき、それらの記録をもとに、要求電流値に対して適切な電極面を正極１と対向させる。なお、負極２を正転方向，逆転方向の双方に回転可能とすることで、迅速に電極面を配置することが可能となる。
【００３４】
モーター７ａは、図示しない動力源からの電力供給を受けてドライブギヤ７ｂを回転駆動する電動機である。モーター７ａの回転速度は、後述する制御装置９（位置変更手段）によって制御される。ドライブギヤ７ｂは、図２に示すように、負極２の内周面に形成されたラック２ｅに歯合するピニオン（歯車）であり、モーター７ａから伝達される動力を負極２側に伝達する。負極２の回転速度は、モーター７ａの回転速度に比例した速度となる。
【００３５】
テンショナー７ｃは、負極２をその内周面側（負極集電体２ａ側）から支持しつつ、負極２の環形状を維持するための張力を与えるローラーである。図１（ｂ）中に示される二つのテンショナー７ｃは、容器８に対して環状の負極２の内径を拡大又は縮小する方向に移動可能に設けられる。負極２は、ドライブギヤ７ｂ及び二つのテンショナー７ｃによって負極集電体２ａの内側を三点で支持された状態で、モーター７ａによって回転駆動される。
【００３６】
容器８の外側で正極集電部１ｄと負極集電部２ｄとを接続する充放電回路上には、電流センサー１１及び電圧センサー１２が介装される。電流センサー１１は、充放電に係る電流値Aを検出するものであり、電圧センサー１２は電圧値Bを検出するものである。また、容器８内の任意の位置には、電解液４の温度Tを検出する温度センサー１３が設けられる。これらのセンサー１１〜１３で検出された電流値A，電圧値B及び温度Tの情報は、制御装置９に伝達される。
【００３７】
制御装置９（推定手段，位置変更手段）は、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。制御装置９の信号入力側には、電流センサー１１，電圧センサー１２及び温度センサー１３が接続される。一方、信号の出力側にはモーター７ａが接続され、負極２の回転速度が制御される。図１（ａ）に示すように、制御装置９の内部には、速度演算部９ａ，補正係数演算部９ｂ及び制御部９ｃが設けられる。速度演算部９ａは金属イオンの還元によるデンドライトの発生を推定する推定手段として機能し、制御部９ｃは、正極１及び負極２の対向面の位置を変化させる位置変更手段として機能する。
【００３８】
速度演算部９ａは、電流値A及び電圧値Bに基づいて、負極２の回転速度Vを演算するものである。ここでは、例えば電流値A及び電圧値Bから推定される負極２の充電容量Cが演算される。あるいは、負極２のサイズや組成，材質などから定められる最大充電容量を予め記憶しておき、二次電池１０の使用時間や使用履歴に応じた容量低下分を最大充電容量から減算して、充電容量Cを求めてもよい。
【００３９】
速度演算部９ａは、電流値Aが大きいほど、又は充電容量Cが小さいほど、回転速度Vを大きく設定する。図３（ａ）に示すように、予め設定された電流値A，充電容量Cと回転速度Vとの対応マップや数式などに基づいて、回転速度Vを演算してもよい。ここで演算された回転速度Vの値は、制御部９ｃに伝達される。
【００４０】
なお、充電時の電流値Aが大きいほど、負極活物質層２ｂの表面におけるリチウムイオンの反応性（授受速度）が上昇し、これに応じてデンドライトの生じやすさ（デンドライトの発生の可能性）が高まる。これに対し、回転速度Vを大きく設定することで、負極活物質層２ｂの単位表面積あたりの電流量（電流密度）が低下するため、デンドライトの発生確率が低下する。
【００４１】
また、充電容量Cが小さいほど、単位時間あたりに負極２に挿入可能なリチウムイオンの最大値（すなわち、インターカレーション反応によって負極活物質層２ｂ内に取り込むことができるリチウムイオンの数の最大値）が減少し、充電速度が低下する。これに対し、回転速度Vを大きく設定することで、単位時間のあいだに正極１の第一対向面１ｃと対向状態となる第二対向面２ｃの総面積が増大するため、単位時間あたりに負極２に挿入可能なリチウムイオンの最大値が増加し、充電速度が上昇する。
【００４２】
補正係数演算部９ｂは、温度Tに基づいて、負極２の回転速度Vの補正係数Kを演算するものである。ここでは、温度Tが高いほど補正係数Kが小さく、温度Tが低いほど補正係数Kが大きく設定される。補正係数Kの値は、例えば図３（ｂ）に示すように、予め設定された温度Tと補正係数Kとの対応マップや数式などに基づいて求めてもよい。なお、図３（ｂ）の縦軸は対数目盛であり、常温（例えば、25[℃]）のときの補正係数Kの値を基準として、温度Tが常温よりも低下するほど指数的に（急激に）補正係数Kが増加し、温度Tが常温よりも上昇するほど対数的に（穏やかに）補正係数Kが低下するような特性が与えられる。ここで演算された補正係数Kの値は、制御部９ｃに伝達される。
【００４３】
温度Tが低いほど、負極活物質層２ｂの表面近傍での反応性が低下し、充電速度が低下する。これに対し、回転速度Vを大きく設定することで、単位時間のあいだに正極１の第一対向面１ｃと対向状態となる第二対向面２ｃの総面積が増大するため、充電時にリチウムイオンが負極活物質層２ｂ内に取り込まれる確率が高まり、充電速度が上昇する。
【００４４】
制御部９ｃは、速度演算部９ａで演算された回転速度Vと補正係数演算部９ｂで演算された補正係数Kとに基づき、二次電池１０の充電時におけるモーター７ａの回転速度VMを制御するものである。モーター回転速度VMは、例えば回転速度Vと補正係数Kとの積で与えられる。なお、予め設定された回転速度V及び補正係数Kとモーター回転速度VMとの対応マップや数式などに基づいて、モーター回転速度VMを演算してもよい。また、制御部９ｃは、モーター回転速度VMに応じた制御信号をモーター７ａに伝達し、モーター７ａの実際の回転速度がモーター回転速度VMに一致するような制御を実施する。
【００４５】
［１−２．フローチャート］
制御装置９の内部では、図４に示すフローチャートが所定周期で繰り返し実施される。
ステップＡ１０では、電流センサー１１で検出された電流値Aに基づき、二次電池１０の充電又は放電がなされているか否かが判定される。例えば、電流値Aが0であるときには、充電も放電も実施されていないものと判断され、このまま本フローを終了する。一方、電流値Aが0でないときにはステップＡ２０に進む。
【００４６】
ステップＡ２０では、充電，放電のどちらが実施されているかが判定される。充放電状態は、電流値Aの符号（電流の方向）や電圧センサー１２で検出される電圧値Bの符号などに基づいて判定可能である。ここで充電中であると判定されたときには、負極２を回転駆動すべくステップＡ３０に進む。一方、放電中であると判定されたときにはステップＡ６０に進む。
【００４７】
ステップＡ３０では、速度演算部９ａにおいて負極２の充電容量Cが演算されるとともに、電流値A及び充電容量Cに基づいて、回転速度Vが演算される。また、続くステップＡ４０では、補正係数演算部９ｂにおいて、電解液４の温度Tに基づいて、補正係数Kが演算される。その後、ステップＡ５０では、回転速度Vと補正係数Kとの積がモーター回転速度VMとして演算され、これに基づいてモーター７ａが制御される。モーター７ａは、例えば二次電池１０の充電が完了するまで回転駆動される。
【００４８】
一方、ステップＡ２０からステップＡ６０に進んだときには、負極活物質層２ｂの表面のうちリチウムイオンが挿入された部位が正極１と対向するように、電力の放電速度や放電量に応じて負極２が駆動される。なお、放電速度が一定の場合には、負極２を一定速度で回転駆動することが可能である。また、負極２の回転速度が高速であれば、放電速度が一定でない場合であっても滞りなく給電することが可能である。一方、負極２の回転速度が低速の場合には、放電速度に応じて回転速度を設定すればよい。
【００４９】
［１−３．作用，効果］
（１）上記の二次電池１０では、負極活物質層２ｂの表面積が第一対向面１ｃの表面積よりも大きく設定された負極２の全体が回転駆動される。このとき、負極活物質層２ｂ上における第二対向面２ｃの位置が移動し、第一対向面１ｃと対向する負極２上の部位が変更される。これにより、負極２の表面についての電流密度を低下させることができ、負極活物質層２ｂの単位表面積あたりの活物質利用率を低下させることができる。
【００５０】
したがって、電解液４中で電離したリチウムイオンを負極２の表面に析出しにくくすることができ、デンドライトの発生を抑制することができる。また、仮に負極２の表面にデンドライトの種結晶が生じてしまったとしても、その種結晶を第二対向面２ｃの外側に移動させることができ、デンドライトの成長を抑制することができる。なお、種結晶のサイズが微小であれば、放電時に絶縁部位を残さずその全量を電解液４中に電離させることが可能である。
【００５１】
さらに、負極２にデンドライトが生じにくくなることから、電極材料や活物質の選択の幅を広げることができ、二次電池の性能を高めることができる。例えば、負極集電体２ａ及び負極活物質層２ｂとして金属リチウムを使用すれば、負極２の容量密度を高めることができる。
【００５２】
（２）また、上記の二次電池１０の負極２は無端環状に形成されているため、負極２の位置や移動方向を変化させることなく、環の中心を回転軸にして第二対向面２ｃを連続的に移動させることができる。
これにより、長時間にわたってリチウム結晶の析出を抑制することができる。さらに、充電中の負極２を停止させることなく連続的に回転駆動することにより、負極活物質層２ｂの全表面についての活物質利用率を低下させることができ、リチウム結晶の析出抑制効果を高めることができる。
【００５３】
（３）また、上記の二次電池１０の充電中には、負極２が連続的に移動する。これにより、電極設計や製造精度に起因する電流密度のばらつきを均すことができ、デンドライトの局所的な集中を阻止することができる。つまり、発生するデンドライトのサイズを小さくすることができるとともに、その微小なデンドライトを広範囲に分散させることができ、高さ方向の成長を抑制することができる。
なお、前述の通り、微小なデンドライトは放電時に電解液４中に電離するため、広く浅く生成されたデンドライトは実用上存在しないものとして扱うことができる。
【００５４】
（４）特に、上記の二次電池１０では、充電時の電流値Aが大きいほど回転速度Vが大きく設定されるため、負極活物質層２ｂの単位表面積あたりの電流量（電流密度）を低下させることができ、デンドライトの発生確率を低下させることができる。なお、負極活物質層２ｂの表面での電流密度は、単位時間のあいだに第一対向面１ｃと対向状態となる第二対向面２ｃの総面積と電流値Aとに応じたものとなる。したがって、電流値Aが変動したときに回転速度Vを調節することによって、電流密度を一定に保持するような制御を実施することも可能である。
【００５５】
（５）一般に、電解液４の温度Tが高いほど、充電時におけるリチウムイオンのインターカレーション反応が促進され、温度Tが低いほど反応性が低下する。このような温度特性を踏まえて、上記の二次電池１０では、温度Tが低いほど回転速度Vが大きく設定されるため、リチウムイオンが負極活物質層２ｂ内に取り込まれる確率や、負極活物質層２ｂ内のリチウムが電離する確率を高めることができ、充電速度や放電性能を高めることができる。
【００５６】
（６）また、上記の二次電池１０では、充電容量Cが小さいほど回転速度Vが大きく設定される。これにより、単位時間あたりに負極２に挿入可能なリチウムイオンの最大量を増加させることができ、充電速度を高めることができる。例えば、経年変化によって負極２の充電容量Cが低下したとしても、その低下量が大きいほど満充電にかかる時間を短縮することができ、充電効率を維持することができる。
また、正極１側の電気化学的特性や活物質の種類とは関係なく、自由に負極２の単位表面積あたりの充電容量Cを設定することができ、二次電池１０の設計の自由度を高めることができる。
【００５７】
（７）また、上記の二次電池１０では、負極２の外周にスクレイパー５が設けられるため、仮に負極活物質層２ｂの表面にデンドライトが析出したとしても、負極２の回転とともにそのデンドライトを掻き落とすことができ、析出高さを所定距離未満に維持することができる。したがって、デンドライトによる正極１と負極２との短絡を確実に防止することができる。
【００５８】
［１−４．負極形状の変形例１］
上述の実施形態の負極２の形状を変更した変形例としての二次電池２０を図５に示す。ここでは、上述の第一実施形態と同様の要素については同一の符号を付して説明を省略する。上述の負極２が環形状を維持できる程度の剛性を持つものであるのに対し、この変形例の負極２１は、変形自在のフィルム状に形成され、ドライブギヤ７ｂの周面とテンショナー７ｃの周面とに巻回される。また、負極２１が搬送される経路上には、負極２１の表面に生じたデンドライトを除去するための除去槽２２と、負極活物質層２ｂを再生するための洗浄槽２３，再生槽２４及び乾燥ユニット２５とが介装される。
【００５９】
除去槽２２の内部には、スクレイパー５，ギャップ制御装置２６，集積トレイ２７が設けられる。スクレイパー５は、その先端と負極活物質層２ｂとの間隔が所定距離になるように、ギャップ制御装置２６を介して除去槽２２のケースに支持される。上記の所定距離は、ギャップ制御装置２６で任意に調節可能とされる。また、集積トレイ２７は、スクレイパー５によって削ぎ落とされたデンドライトの受け皿である。集積トレイ２７に集積されたデンドライト量が多いほど、電解液４中のリチウムイオンの濃度が低下したことになる。したがって、集積トレイ２７上におけるデンドライトの堆積量に基づいて、電解液４の交換，補充時期を判断することが可能である。
【００６０】
洗浄槽２３（分解手段）は、負極活物質層２ｂの表面に付着したリチウムやリチウム化合物，カーボン化合物，フッ素化合物などを化学的に分解，除去するものであり、あるいは負極活物質層２ｂ自体を化学的に分解，除去するものである。洗浄槽２３の内部には洗浄液２３ａが貯留され、洗浄液２３ａ中に負極２１が浸漬される。洗浄槽２３の内部を通過した負極活物質層２ｂの表面からは、少なくとも充放電反応に不要な物質が分解，除去される。
【００６１】
再生槽２４（再生手段）は、負極活物質層２ｂの表面に新たな負極活物質を積層して、表面のコンディションを整える化学的処理を実施するための槽である。再生槽２４の内部には再生液２４ａが貯留され、負極２１が再生液２４ａ中に浸漬される。洗浄槽２３で負極活物質層２ｂ自体が除去された場合には、再生槽２４で負極活物質層２ｂが再生される。また、乾燥ユニット２５は、負極活物質層２ｂを乾燥させて負極集電体２ａの表面に定着，固定する装置である。乾燥ユニット２５の内部には、負極２１を乾燥させる乾燥装置２５ａが設けられる。負極２１は乾燥装置２５ａの近傍を通過する際に水分を取り除かれ、負極活物質層２ｂが乾燥し、負極集電体２ａの表面に定着，固定される。
【００６２】
このように、負極２１の搬送経路上で負極活物質層２ｂを再生する装置を備えることで、デンドライトを除去したうえで負極２１の機能を回復させることができ、負極２１の耐用年数を延長することができる。したがって、二次電池２０の性能を向上させることができるとともに、長期間にわたって使用することができる。また、負極２１の表層である負極活物質層２ｂを分解して再生すれば、負極２１の性能を常に新品同様に維持することができ、充電容量Cの低下を防止することができる。
【００６３】
なお、この変形例としての二次電池２０では、スクレイパー５がギャップ制御装置２６を介して除去槽２２のケースに支持されており、スクレイパー５の先端と負極活物質層２ｂとの間隔が調節可能である。例えば、負極活物質層２ｂの表面の経年劣化（あるいは、スクレイパー５の摩耗）によりスクレイパー５の先端と負極活物質層２ｂとの間隔が拡大した場合であっても、その間隔を縮めることができる。したがって、デンドライトの析出高さの制御精度を向上させることができる。
【００６４】
また、スクレイパー５を除去槽２２の内部に設けることで、負極活物質層２ｂの表面から削ぎ落とされた金属リチウム結晶の飛散を防止することができ、電解液４の清浄性を保つことができる。さらに、集積トレイ２７に集積されたデンドライト量から、電解液４の特性を定量的に把握することができ、二次電池１０のメンテナンス性を向上させることができる。
【００６５】
［１−５．負極形状の変形例２］
上述の変形例の負極２１の形状を変更した第二の変形例としての二次電池２０を図６（ａ）に示す。ここでは、上述の第一実施形態及び変形例と同様の要素については同一の符号を付して説明を省略する。この負極２１は、環状ではなく帯状に形成されたものであり、負極２１の両端部はリールに巻き取られた状態とされる。負極２１の一端部は第一リール２８に接続され、負極２１の他端部は第二リール２９に接続される。これらのリール２８，２９はともにドライブギヤ７ｂ，７ｆによって正転，逆転方向に回転可能に設けられる。
【００６６】
負極２１の長さは、負極２の移動速度に比べて十分に長いものとする。例えば、第一リール２８側のみに巻き取られている負極２が第二リール２９側のみに巻き取られた状態となるまでに要する時間が数十〜数千時間となるように、負極２１の標準的な移動速度と負極２の長さとが設定される。また、負極２の駆動中に、全ての負極２が第一リール２８，第二リール２９の何れか一方に巻き取られたときには、ドライブギヤ７ｂ，７ｆの回転方向が逆転するように制御され、負極２が引き続き反対方向に駆動される。
【００６７】
このような制御により、環状でない形状の負極２１を用いた場合であっても、第一実施形態と同様の作用，効果を奏する二次電池２０を得ることができる。また、負極２の搬送経路上に上記の除去槽２２，洗浄槽２３，再生槽２４，乾燥ユニット２５を介装すれば、上述の変形例と同様の作用，効果を奏する二次電池２０を得ることができる。
【００６８】
［１−６．その他の変形例］
上述の実施形態では、負極活物質層２ｂの表面に析出したデンドライトを掻き落とすスクレイパー５を備えた二次電池１０を例示したが、これに加えて、負極活物質層２ｂに表面処理を施す表面処理装置１５（図１中に破線で示す）を用いてもよい。
【００６９】
例えば、負極活物質層２ｂの表層に微量のリチウムを供給することによってSEI皮膜（Solid Electrolyte Interface；負極２と電解液４との界面に生じる保護皮膜）を補修する表面処理装置１５を設けてもよい。このような表面処理装置１５を設けることで、充放電に係るリチウムイオンの負極２への充填性を向上させることができ、二次電池１０の性能を高めることができる。
【００７０】
また、上述の実施形態では、制御装置９でモーター７ａを駆動するものを例示したが、負極２を駆動する手段はこれに限定されない。例えば、車両に搭載される二次電池１０の場合には、その車両の駆動力を利用して負極２を駆動してもよいし、あるいはバネ動力や人力でドライブギヤ７ｂを回転させるような装置構成としてもよい。バネ動力を利用する場合には、モーター７ａの代わりにゼンマイなどを設ければよく、人力を利用する場合には、モーター７ａの代わりにドライブギヤ７ｂと連動するレバーハンドルなどを設ければよい。
【００７１】
また、上述の実施形態では、負極２の外側に正極１を配置するとともに、負極２の内側にモーター７ａ，ドライブギヤ７ｂ及びテンショナー７ｃ等を配置したものを例示したが、正極１，負極２，駆動装置７の具体的な配設位置はこれに限定されない。例えば図６（ｂ）に示すように、負極２の外側に駆動装置７を配置してもよいし、負極２の内側に正極１を配置してもよい。
【００７２】
また、上述の実施形態では、充電中に負極２を回転駆動するものを例示したが、放電中にも負極２を回転駆動することができる。この場合、負極２の回転速度Vが大きいほど、負極活物質層２ｂから電離するリチウム量が周方向に均一となり、放電反応を安定化させることができる。なお、充電時においても、負極２の回転速度Vを大きくするほど、負極活物質層２ｂ内に挿入されるリチウムの濃度分布が周方向に均一となり、充電反応を安定化させることができる。したがって、回転速度Vは、最大電流状態でもリチウムイオンのインターカレーション反応が平準化される程度に十分速い速度とすることが考えられる。
【００７３】
また、上述の実施形態では、二次電池１０がリチウムイオン二次電池である場合について説明したが、電池の種類はこれに限定されない。例えば、負極２に金属リチウムを用いたリチウム金属二次電池や、亜鉛系二次電池などに上述の実施形態と同様の構造，構成を適用することができる。少なくとも、デンドライトが電極に析出する可能性がある電池であれば、上述の実施形態と同様の構造，構成を適用することで、上述の実施形態と同様の作用，効果を奏するものとなる。
【００７４】
また、上述の実施形態では、負極２の全体が回転駆動されるものを例示したが、少なくとも負極２の負極活物質層２ｂが移動するものであればよい。例えば、負極集電体２ａに対して負極活物質層２ｂを摺動自在に設けた場合には、負極活物質層２ｂのみを移動させてもよい。
【００７５】
また、上述の実施形態では、負極２の負極活物質層２ｂの表面積が第一対向面１ｃの面積よりも大きく形成されるとともに、負極２の第二対向面２ｃを移動させるものを例示したが、これに代えて、正極１の第一対向面１ｃを移動させる構成としてもよい。例えば、正極１と負極２との距離が一定となるように、正極１が負極２の外周を周回移動する構造とすることが考えられる。少なくとも、第一対向面１ｃと第二対向面２ｃとの相対位置が変化する構成であれば、上述の実施形態と同様の作用，効果を奏するものとなる。
【００７６】
なお、面積が大きく形成されるのは、デンドライトが発生する側の極であることが好ましい。例えば、正極１にデンドライトが発生しやすい二次電池の場合には、正極１の正極活物質層１ｂの表面積を第二対向面２ｃの面積よりも大きく形成することが好ましい。
【００７７】
［２．第二実施形態］
［２−１．装置構成］
第二実施形態の二次電池３０を図７（ａ），（ｂ），図８に示す。上述の第一実施形態と同様の要素については同一の符号を付して説明を省略する。この二次電池３０の負極３１は、上述の変形例に係る負極２１と同様に、変形自在のフィルム状（帯状）に形成される。負極３１の両端部はリールに巻き取られた状態とされており、負極３１の一端部は第一リール３２に接続され、負極３１の他端部は第二リール３３に接続される。第一リール３２はドライブギヤ７ｂに対して係合し、第二リール３３は容器８に固定された軸７ｄに対して係合する。
【００７８】
なお、第一リール３２，第二リール３３のそれぞれをドライブギヤ７ｂ，軸７ｄに対して着脱自在とすれば、負極３１の交換が可能となる。この場合、図７（ｂ）中に破線で示すように、負極３１，第一リール３２，第二リール３３を単一のカートリッジ３５に内蔵させることで、二次電池３０への組み込みが容易となり、手軽に負極３１を交換することが可能となる。
【００７９】
第一実施形態の二次電池１０が負極２を連続的に動かすものであるのに対し、第二実施形態の二次電池３０は、負極３１の性能が低下したと判断されたときに負極３１を動かし、電極として機能する部位を変更するものである。負極３１を移動させる方向は、帯状の負極３１の延在方向とする。すなわち、負極３１が第一リール３２側に巻き取られる正方向と、第二リール３３側に巻き取られる逆方向との両方向に移動させてもよいし、何れか一方向のみに移動させてもよい。
【００８０】
負極３１には、負極集電体３１ａとその表面に形成された負極活物質層３１ｂとが備えられる。負極集電体３１ａは、負極集電部２ｄを介して導線に接続される部位であり、例えば合成繊維や樹脂などで裏面を補強された帯状の金属箔で形成される。また、負極活物質層３１ｂは、負極集電体３１ａの正極１と対向する側（表面）に形成される。
【００８１】
以下、第一実施形態と同様に、負極３１と対向する正極側の対向面のことを第一対向面１ｃと呼び、正極１に対向する負極側の対向面のことを第二対向面３１ｃと呼ぶ。負極活物質層３１ｂの表面積は、第一対向面１ｃの表面積よりも大きく形成される。また、負極活物質層３１ｂ上の領域を第一対向面１ｃと同一の大きさ毎に区分けして、それぞれの領域のことをセクター（分節領域）と呼ぶ。
【００８２】
各セクターは、負極３１の延在方向に隣接するセクターと隙間なく配置されるものとする。図８中にセクターの境界線を破線で示す。セクターは、負極３１の位置が固定された状態で、正極１との間でリチウムイオンの授受が行われうる領域に相当する。
【００８３】
本実施形態の負極３１は、第一対向面１ｃに対向する部位がセクター毎に切り換えられるように駆動される。負極３１の駆動装置７としては、図７（ａ），（ｂ）に示すように、モーター７ａ，ドライブギヤ７ｂ，軸７ｄ及び一対のプーリー７ｅが設けられ、モーター７ａの動作が制御装置３４で制御される。なお、プーリー７ｅは、二次電池３０の容器８に対して回動自在に支持された定滑車であり、その外周に負極３１が巻き掛けられる。一対のプーリー７ｅは、正極１と負極３１との対向距離をほぼ一定に保つように機能する。
【００８４】
また、負極３１の外周近傍には、負極活物質層２ｂの表面に析出しうるデンドライトを掻き落とすためのスクレイパー５（除去手段）が設けられる。図７（ｂ）中には、正方向に移動する負極３１の表面からデンドライトを除去するスクレイパー５と、逆方向に移動する負極３１の表面からデンドライトを除去するスクレイパー５とが示されている。
【００８５】
制御装置３４（推定手段，位置変更手段）は、例えば第一実施形態の制御装置９と同様のLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。制御装置３４の信号入力側には、電流センサー１１，電圧センサー１２及び温度センサー１３が接続される。一方、信号の出力側にはモーター７ａが接続され、負極３１の回転速度が制御される。図７（ａ）に示すように、制御装置３４の内部には、切り換え条件判定部３４ａ及び切り換え制御部３４ｂが設けられる。切り換え条件判定部３４ａは金属イオンの還元によるデンドライトの発生を推定する推定手段として機能し、切り換え制御部３４ｂは、正極１及び負極３１の対向面の位置を変化させる位置変更手段として機能する。
【００８６】
切り換え条件判定部３４ａは、センサー１１〜１３で検出された電流値A，電圧値B及び温度Tなどに基づき、負極３１を移動させるタイミングを判定するものである。ここでは、例えば以下のような条件が成立するか否かが判定される。何れかの条件が成立したときには、デンドライトが析出した可能性がある（又は、デンドライトの発生量，析出量が規定量以上となった可能性がある）ものと判断される。切り換え条件判定部３４ａでの判定結果は、切り換え制御部３４ｂに伝達される。
【００８７】
Ａ．前回、負極３１を移動させたときから所定時間が経過した
Ｂ．充電容量Cが所定容量を下回った
Ｃ．内部抵抗値Rが所定値以上になった
Ｄ．所定電流以上の充電電流が入力された
Ｅ．所定温度以下の状態で充電が開始された
Ｆ．充放電カーブに異常が発見された
【００８８】
条件Ａは、セクターの使用期間に基づくものである。条件Ａの「所定時間」は、例えば数ヶ月，数年といった比較的長い時間にしてもよい。あるいは、電流値Aや電圧値B，温度Tなどに基づき、予め設定された制御マップや演算式から所定時間の長さを設定してもよい。例えば、電流値A，電圧値Bが高いほど、デンドライトが析出しやすくなるものと考えて、所定時間を短くしてもよい。同様に、温度Tが低温であるほど、デンドライトが析出しやすくなるものと考えて、所定時間を短くしてもよい。
【００８９】
条件Ｂは、単位時間あたりに負極３１に挿入可能なリチウムイオンの最大値に基づくものであり、条件Ｃは、二次電池３０の内部抵抗値Rに基づくものである。充電容量Cは、例えば充電時に電流センサー１１で検出された電流値Aと電圧センサー１２で検出された電圧値Bとから推定される。同様に、内部抵抗値Rは充放電時の電流値A及び電圧値Bから推定される。また、条件Ｄは、充電時の電流値Aが所定電流以上であるときに成立するものであり、条件Ｅは温度センサー１３で検出された温度Tが所定温度以下のときに成立するものである。
【００９０】
条件Ｆは、二次電池３０の充放電特性に基づくものである。例えば、図９（ａ）に実線で示すように、二次電池３０の定電流条件下での充電時の電圧変動カーブ〔電圧値Bと時間（又は充電容量C）との関係を示す曲線〕を予め記憶しておき、実際の電圧値Bを定電流条件下での値に換算したものが電圧変動カーブから大きく外れた挙動を示したときに、異常が発生したと判断する。なお、デンドライトの析出量が増加するに連れて充電容量Cが低下するため、図９（ａ）中に破線で示すように、充電時間が延長される。したがって、電圧変動カーブの上昇の遅れが大きくなったときに、異常が発生したと判断することができる。
【００９１】
あるいは、図９（ｂ）に実線で示すように、二次電池３０の定電流条件下での放電時の電圧変動カーブを予め記憶しておき、実際の電圧値Bを定電流条件下での値に換算したものが電圧変動カーブから大きく外れた挙動を示したときに、異常が発生したと判断してもよい。この場合、図９（ｂ）中の実線の電圧変動カーブを中心とした斜線領域を設定し、放電時の電圧変動カーブが斜線領域内で変動している間は正常であると判断し、カーブの形状が斜線領域を超えた場合に、異常が発生したと判断することが考えられる。あるいは、図９（ｂ）中に一点鎖線で示すように、電圧変動カーブが急激な電圧降下を伴う場合に、異常が発生したと判断してもよい。
【００９２】
切り換え制御部３４ｂは、切り換え条件判定部３４ａで上記の条件Ａ〜Ｆの少なくとも何れか一つが成立したときにモーター７ａを駆動して、使用するセクターを切り換えるものである。ただし、条件が成立した時点で使用しているセクターの負極活物質層３１ｂ内にリチウムが残存している場合には、そのリチウムがほぼ完全に脱離，電離するのを待ってからセクターを切り換えるものとする。つまり、実際にセクターが切り換えられるタイミングは、使用中のセクターからほぼ完全に放電させた後となる。
【００９３】
このことから、次に使用されるセクターの負極活物質層３１ｂ内にリチウムが挿入されていない場合には、二次電池３０を継続的に使用することができない。したがって、二次電池３０の充電開始時にセクターの切り換えを実施するか否かを判断し、その判断がなされた後に充電を開始する制御構成とすることが好ましい。
【００９４】
例えば、電流センサー１１で検出された電流値Aに基づいて充電の開始を判断し、充電が開始されたと判定されたときに、セクターの切り換えを判定する診断モードへと移行する。診断モードでは、使用中のセクターにデンドライトが発生した可能性があるか（あるいは析出量が規定量以上となった可能性があるか）を判定し、その可能性がある場合にはセクターを切り換える制御を実施してから充電を開始する。また、デンドライトが発生した可能性がない場合には、セクターを切り換えずに充電を開始する。
【００９５】
一方、次に使用されるセクターの負極活物質層３１ｂ内にリチウムが挿入されている場合には、二次電池３０の通常使用中（放電中）であっても、セクターの切り換えに係るわずかなタイムラグを除けば、二次電池３０を継続的に使用する（放電させる）ことが可能である。例えば、前述のカードリッジ式の負極３１を用いる場合には、予め負極活物質層３１ｂの内部にリチウムを挿入しておけばよい。
【００９６】
［２−２．フローチャート］
図１０は、制御装置３４の内部で実施される制御手順を例示するフローチャートであり、二次電池３０の充電開始時の診断モードで実施される。
ステップＢ１０では、切り換え条件判定部３４ａで条件Ａが成立するか否かが判定される。前回、負極３１を移動させたときから所定時間が経過している場合には、デンドライトが析出した可能性があるものと判断されてステップＢ７０に進み、この条件が成立しない場合にはステップＢ２０に進む。
【００９７】
ステップＢ２０では、条件Ｂが成立するか否かが判定される。ここで負極３１の充電容量Cが所定容量を下回っている場合には、デンドライトが析出した可能性があるものと判断されてステップＢ７０に進み、この条件が成立しない場合にはステップＢ３０に進む。
以下同様に、ステップＢ３０，Ｂ４０，Ｂ５０，Ｂ６０では、条件Ｃ，条件Ｄ，条件Ｅ，条件Ｆが成立するか否かが判定され、それぞれの条件成立時にはステップＢ７０に進む。一方、条件Ａ〜Ｆの何れも成立しない場合には、デンドライトが析出した可能性がないものと判断されて、診断モードが終了する。この場合、セクターが切り換えられることなく充電が開始される。
【００９８】
一方、ステップＢ７０では、切り換え制御部３４ｂにおいて、その時点で使用しているセクターを完全に放電させる制御が実施される。そのセクター内の残存電力は、電流センサー１１で検出される電流値Aや電圧センサー１２で検出される電圧値Bから推定される。ここで残存電力が所定電力以下になると、制御がステップＢ８０に進む。
ステップＢ８０では、モーター７ａを駆動する制御信号が切り換え制御部３４ｂから出力され、使用するセクターが切り換えられる。これにより、未使用のセクターが負極３１側の電極として機能するため、二次電池３０が新品と同様の性能を発揮することになる。
【００９９】
［２−３．作用，効果］
（１）上記の二次電池３０では、負極活物質層３１ｂ上の領域が第一対向面１ｃと同一の大きさのセクターに区分けされ、第一対向面１ｃに対向する部位がセクター毎に切り換えられる。このように、負極３１の第二対向面３１ｃをセクター毎に移動させることにより、負極活物質層３１ｂの単位表面積あたりの活物質利用率を低下させることができ、デンドライトの発生を抑制することができる。また、デンドライトが全く生じていない未使用のセクターを使用し続けることができ、二次電池３０の性能を高めることができる。
【０１００】
（２）また、上記のセクターの切り換えは、使用中のセクターにデンドライトが発生した可能性があると判定された場合に実施される。既に使用されたセクターは、その後使用されることはない。したがって、仮に移動前のセクター上にデンドライトが発生していたとしても、それ以上のデンドライトの成長を防止することができる。また、デンドライトが発生した可能性がない場合にはセクターを移動させる制御が実施されないため、モーター７ａの駆動に係るエネルギーを節約することができる。
【０１０１】
（３）また、上記の二次電池３０の負極３１は、両端部が第一リール３２，第二リール３３に巻き取られた帯状に形成されている。これにより、第一対向面１ｃに対向する部位以外の部分を第一リール３２，第二リール３３に巻き取った状態でコンパクトに纏めることができる。つまり、第一リール３２，第二リール３３が占有する体積に比して負極３１の負極活物質層３１ｂの表面積を格段に増大させることができ、負極３１や二次電池３０の小型化が容易となる。また、負極３１，第一リール３２，第二リール３３を単一のカートリッジ３５に内蔵させれば、そのカートリッジ３５を交換するだけで新たな負極３１を使用することができ、二次電池３０のメンテナンス性を向上させることができる。
【０１０２】
（４）また、上記の二次電池３０では、条件Ａ〜条件Ｆの少なくとも何れか一つが成立したときに、セクターを移動させる制御が実施されるため、デンドライトの成長を確実に防止することができる。また、負極３１の使用時間だけでなく、充電容量Cや内部抵抗値R，電流値A，温度T，電圧値Bの変動カーブといった多様な観点からデンドライトの発生の可能性を検証することで、判定精度を向上させることができる。
【０１０３】
（５）さらに、上記の二次電池３０では、条件Ａ〜条件Ｆの何れかが成立した時点で使用しているセクターの負極活物質層３１ｂ内にリチウムが残存している場合には、そのリチウムがほぼ完全に電離するのを待ってからセクターが切り換えられる。このような遅延処理を介入させることで、電解液４中のリチウムイオン濃度を維持することができ、二次電池３０の性能を確保することができる。
【０１０４】
［２−４．変形例］
上述の第二実施形態では、両端部がリール３２，３３に巻き取られた帯状の負極３１を用いたものを例示したが、負極３１の形状はこれに限定されない。例えば、第一実施形態と同様に無端環状のものを用いることができる。この場合、図５に示すように、電極の搬送経路上に除去槽２２，洗浄槽２３，再生槽２４，乾燥ユニット２５などを設けることで、使用済みのセクターを再生することができ、セクターの切り換えを恒久的に繰り返すことができる。また、負極３１の交換が不要となり、二次電池３０のランニングコストを削減することができる。
【０１０５】
また、上述の第二実施形態では、制御装置３４でモーター７ａの動作を制御することによって負極活物質層３１ｂ上での第二対向面３１ｃの位置を移動させるものを例示したが、第一実施形態の変形例と同様に、負極３１を駆動する手段として車両の駆動力やバネ動力，人力を利用してもよい。
【０１０６】
［３．第三実施形態］
［３−１．装置構成］
第一実施形態では、充電時に負極２が回転駆動されるものを説明し、第二実施形態では、デンドライトが発生した可能性がある場合に第二対向面３１ｃが移動するものを説明した。一方、第三実施形態の二次電池４０は、これらの両方の要素を取り入れたものである。第三実施形態の二次電池４０を図１１に示す。上述の第一実施形態，第二実施形態と同様の要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
二次電池４０の負極４１は、負極集電体４１ａの表面に負極活物質層４１ｂが形成された無端環状の電極である。負極４１は、第一実施形態の負極２と同様に、側面視で円形となる環形状に形成され、環の中心を回転軸にして容器８に対して回転可能に設けられる。一方、負極４１は、第一実施形態の負極２よりも幅が広く形成されており、かつ、負極４１に対向する正極１の幅よりも幅広とされている。
【０１０８】
また、負極活物質層４１ｂの表面には、複数本のトラックが帯状に区分けされる。これらのトラックは、負極４１の延在方向に沿って配置される。図１２中にトラックの境界線を破線で示す。トラックは、正極１の位置が固定された状態で負極４１が回転駆動されたときに、正極１との間でリチウムイオンの授受が行われうる領域に相当する。第二実施形態のセクターが負極３１の延在方向に隣接するものであるのに対し、第三実施形態のトラックは、負極４１の延在方向に対する垂直方向に隣接するように配置される。
【０１０９】
また、この二次電池４０には、負極４１を回転駆動するための駆動装置７と、正極１を移動させるための第二駆動装置４２とが設けられる。以下、第一実施形態と同様に、負極４１と対向する正極側の対向面のことを第一対向面１ｃと呼び、正極１に対向する負極側の対向面のことを第二対向面４１ｃと呼ぶ。
【０１１０】
駆動装置７は、負極活物質層４１ｂ上における第二対向面４１ｃの位置が、負極４１の延在方向に沿って移動するように負極４１を駆動する。つまり、駆動装置７が負極４１を移動させる方向は、図１２中のＸ方向である。一方、第二駆動装置４２は、正極活物質層１ｂ上における第一対向面１ｃの位置がトラックの隣接方向に移動するように正極１を駆動する。つまり、第二駆動装置４２が正極１を移動させる方向は、図１２中のＹ方向である。これらの駆動装置７及び第二駆動装置４２の動作は、制御装置４３によって制御される。
【０１１１】
制御装置４３は、例えば第一実施形態の制御装置９と同様のLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。制御装置４３の信号入力側には、電流センサー１１，電圧センサー１２及び温度センサー１３が接続される。一方、信号の出力側にはモーター７ａ及び第二駆動装置４２が接続され、負極４１の回転速度Vと正極１の移動のタイミングとが制御される。図１１に示すように、制御装置４３の内部には、速度演算部４３ａ，補正係数演算部４３ｂ，制御部４３ｃ，切り換え条件判定部４３ｄ及び切り換え制御部４３ｅが設けられる。
【０１１２】
速度演算部４３ａ，補正係数演算部４３ｂはそれぞれ、第一実施形態の速度演算部９ａ，補正係数演算部９ｂに対応するものであり、負極４１の回転速度V，補正係数Kを演算する。また、制御部４３ｃは、第一実施形態の制御部９ｃに対応するものであり、演算された回転速度V及び補正係数Kに基づいて、二次電池４０の充電時におけるモーター７ａの回転速度VMを制御する。
【０１１３】
切り換え条件判定部４３ｄは、第二実施形態の切り換え条件判定部３４ａに対応し、センサー１１〜１３で検出された電流値A，電圧値B及び温度Tなどに基づき、正極１を移動させるタイミングを判定するものである。ここでは、例えば上記の条件Ａ〜Ｆが成立するか否かが判定される。なお、第二実施形態では、使用中のセクターにデンドライトが析出した可能性があるか否かが判定されるのに対して、第三実施形態では、使用中のトラックにデンドライトが析出した可能性があるか否かが判定される。
【０１１４】
切り換え制御部４３ｅは、第二実施形態の切り換え制御部３４ｂに対応し、切り換え条件判定部４３ｄで上記の条件Ａ〜Ｆの少なくとも何れか一つが成立したときに第二駆動装置４２を駆動して、使用するトラックを変更するものである。トラックの切り換えタイミングは、使用しているトラックの負極活物質層４１ｂ内に残存するリチウムがほぼ完全に電離した後とされる。
【０１１５】
［３−２．作用，効果］
上記の二次電池４０では、充電時に負極４１全体が回転駆動され、何れかのトラック内で第二対向面４１ｃの位置がＸ方向に向かって連続的に移動する。これにより、第一実施形態の二次電池１０と同様に、負極４１の表面についての電流密度を低下させることができ、負極活物質層４１ｂの単位表面積あたりの活物質利用率を低下させることができる。このように、第三実施形態の二次電池４０は、第一実施形態の二次電池１０と同様の効果を奏するものとなる。
【０１１６】
一方、使用中のトラック内にデンドライトが発生した可能性があると判定された場合には、正極１がＹ方向に向かってスライド移動し、第一対向面１ｃに相対するトラック（すなわち、第二対向面４１ｃの存在するトラック）が切り換えられる。これにより、負極活物質層４１ｂの単位表面積あたりの活物質利用率を低下させることができ、デンドライトの発生を抑制することができるとともに、未使用のトラックを使用し続けることができる。このように、第三実施形態の二次電池４０は、第二実施形態の二次電池３０と同様の効果をも奏するものとなる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  正極（第一電極）
２，２１，３１，４１  負極（第二電極）
５  スクレイパー（除去手段）
７  駆動装置（位置変更手段）
９，３４，４３  制御装置（推定手段，位置変更手段）
１０，２０，３０，４０  二次電池
２２  除去槽（除去手段）
２３  洗浄槽（除去手段）
２４  再生槽（再生手段）
【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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