(57)【要約】【課題】電池形状の変形を抑制できる電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供する。【解決手段】電池は、巻回された正極および負極を含む巻回電極体と、巻回電極体が収容された外装体とを備え、負極は、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な元素を少なくとも含む合金系負極材料を含み、巻回電極体の巻回軸方向の一端と外装体との間に、外装体の膨張を抑制するための構造体があるものある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された正極および負極を含む巻回電極体と、
上記巻回電極体が収容された外装体と
を備え、
上記負極は、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な元素を少なくとも含む合金系負極材料を含み、
上記巻回電極体の巻回軸方向の一端と上記外装体との間に、上記外装体の膨張を抑制するための構造体がある電池。
【請求項２】
上記リチウムと合金を形成可能な元素は、スズおよびケイ素のうちの少なくとも何れかである請求項１に記載の電池。
【請求項３】
上記外装体は、上記巻回電極体が収容された缶であり、
上記構造体は、上記缶の底部にある請求項１に記載の電池。
【請求項４】
上記構造体は、板状の構造体である請求項３に記載の電池。
【請求項５】
上記構造体の厚さは、０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項４に記載の電池。
【請求項６】
上記構造体は、軟化点または融点が６００℃以上である請求項４に記載の電池。
【請求項７】
上記構造体は、厚さ方向に貫通した孔を有する請求項４に記載の電池。
【請求項８】
上記巻回電極体は、中心に中空部を有し、
上記孔は、上記中空部に対面する位置にある請求項７に記載の電池。
【請求項９】
上記巻回電極体は、中心に中空部を有し、
上記構造体は、頂部に上記構造体の厚さ方向に貫通した孔を有するじょうご形の構造体であり、
上記じょうご形の構造体の頂部は、上記巻回電極体の上記中空部に入っている請求項４に記載の電池。
【請求項１０】
上記構造体は、上記缶の底部内面側に突出した突出部を有する請求項４に記載の電池。
【請求項１１】
上記構造体と上記巻回電極体との間にある絶縁材をさらに備え、
上記構造体の材料は、金属材料である請求項４に記載の電池。
【請求項１２】
上記構造体の材料は、鉄、ニッケル、銅およびステンレスのうちの何れか１種、若しくは鉄、ニッケル、銅およびステンレスのうちの少なくとも１種を含む材料、または、セラミック材料、若しくは無機材料成形体である請求項１に記載の電池。
【請求項１３】
上記構造体は、少なくとも一部が上記缶に溶着または接着して上記缶と一体化しているものである請求項１に記載の電池。
【請求項１４】
上記巻回電極体は、上記正極および上記負極の間にある上記正極および上記負極と共に巻回されたセパレータをさらに含む請求項１に記載の電池。
【請求項１５】
請求項１に記載の電池と、
上記電池を制御する制御部と、
上記電池を内包する外装を有する電池パック。
【請求項１６】
請求項１に記載の電池を有し、
上記電池から電力の供給を受ける電子機器。
【請求項１７】
請求項１に記載の電池と、
上記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
【請求項１８】
請求項１に記載の電池を有し、
上記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
【請求項１９】
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記電池の充放電制御を行う請求項１８に記載の蓄電装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。さらに詳しくは、例えば、円筒缶などの電池缶を用いた電池、並びにこれを用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの二次電池は、ノートパソコンなどのモバイバル機器の電源用電池、ハイブリッド自動車、電池自動車などの自動車用蓄電池や、太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池などとして用いられている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池では、巻回された正極および負極を有する電極体を電解液など共に円筒缶などの筒状の缶に収容した円筒型のリチウムイオン二次電池が一般的に使用されている。また、リチウムイオン二次電池では、負極活物質として、典型的には、黒鉛（グラファイト）などの炭素材料が使用されている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池のさらなる大容量化を図るため、リチウムと合金化する材料を負極活物質として用いることが提案されている。例えば、このような負極活物質として、炭素材料より理論容量が大きい、ケイ素またはスズなどのリチウムと合金を形成可能な元素を含む合金系負極材料が提案されている。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８２６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、合金系負極材料は、Ｌｉ挿入後と脱離後の体積変化が極端に大きい。このため、巻回電極体を缶に収容した電池において、負極活物質として、合金系負極材料を用いた場合には、巻回電極体の膨張や電池の内圧上昇によって缶が変形してしまうことで、電池形状が変形してしまう問題がある。
【０００７】
したがって、本技術の目的は、電池形状の変形を抑制できる電池、並びにこれを用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本技術は、巻回された正極および負極を含む巻回電極体と、巻回電極体が収容された外装体とを備え、負極は、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な元素を少なくとも含む合金系負極材料を含み、巻回電極体の巻回軸方向の一端と外装体との間に、外装体の膨張を抑制するための構造体がある電池である。
【０００９】
本技術は、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムが、上述の電池を備えるものである。
【００１０】
本技術では、巻回電極体の巻回軸方向の一端と外装体との間に、外装体の膨張を抑制するための構造体を配置することで、電池形状の変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本技術によれば、電池形状の変形を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本技術の第１の実施の形態による二次電池の構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した巻回電極体の一部を拡大して示す断面図である
【図３】図３は、構造体の構成例を示す斜視図である。
【図４】図４Ａは構造体の変形例１の斜視図である。図４Ｂは構造体の変形例１の平面図である。図４Ｃは図４ＢのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図５Ａの構造体の変形例２の平面図である。図５Ｂは構造体の変形例２の平面図である。図５Ｃは図５ＢのＢ−Ｂ線に沿った変形例２の平面図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは変形例２の孔形状の異なる構造体の平面図である。
【図７】図７Ａは構造体の変形例３の斜視図である。図７Ｂは構造体の変形例３の平面図である。図７Ｃは図７ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図８】図８Ａは構造体の変形例４の斜視図である。図８Ｂは構造体の変形例４の平面図である。図８Ｃは図８ＢのＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図９】図９は、本技術の第２の実施の形態による二次電池の構成例を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａは、本技術の第３の実施の形態による二次電池の構成を表す斜視図である。図１０Ｂは、構造体の配置を説明するための部分断面図である。図１０Ｃは、構造体の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら、本技術の第４の実施の形態による二次電池について説明する。図１１Ａは、本技術の第４の実施の形態による二次電池の構成を示す斜視図である。１１Ｂは、構造体の配置を説明するための部分断面図である。図１１Ｃは、構造体の構成を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本技術の実施の形態による電池パックの構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本技術の二次電池を用いた住宅用の蓄電システムに適用した例を示す概略図である。
【図１４】図１４は、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（二次電池の第１の例）
２．第２の実施の形態（二次電池の第２の例）
３．第３の実施の形態（二次電池の第３の例）
４．第４の実施の形態（二次電池の第４の例）
５．第５の実施の形態（二次電池を用いた電池パックの例）
６．第６の実施の形態（二次電池を用いた蓄電システムなどの例）
７．他の実施の形態（変形例）
【００１４】
１．第１の実施の形態
本技術の第１の実施形態の二次電池について説明する。まず、本技術の理解を容易にするため、本技術の技術的背景について説明する。本技術の二次電池では、合金系負極を用いたセルの缶底部に強度材などとして機能する構造体を配置することで、電池形状の変形の抑制と加熱安全性の両立ができる。例えば、二次電池の負極活物質として、膨張収縮の大きい合金系負極材料を使用すると従来のグラファイト（Ｇｒ）系では問題にならない、局所的な缶底膨れの問題が生じる。より具体的には、合金系負極材料を用いた場合には、電池の内圧が高くなることや電極体の電極幅方向の増大などにより、電池底部が局所的に膨れるなどの電池形状の変形が生じてしまう。これに対して、本技術では、従来の缶底部に使用している樹脂や不織布の絶縁シートなどの絶縁材とは別に、新たに金属部材やセラミック部材などの構造体を、電池の底部に使用することによって、電池の底部の膨れなどの電池形状の変形を抑制することができる。さらに、本技術では、電池内に大量のガスが生じた場合（例えば火中投下、加熱試験など）においても、電池底部の変形を抑制できるため、電池の開口部にある開裂弁が安定して作動し、電池側面の形状を維持することができる。また、電池の底部に配置する構造体を、突出部や貫通孔を有するものとすることで、電池の底部での目詰まりを解消することができるため、ガス抜け性も向上して電池形状の変形を抑制する効果をさらに高めることができる。以下、本技術の第１の実施の形態の二次電池の構成例の詳細について説明する。
【００１５】
（電池の構成）
本技術の第１の実施の形態による二次電池について図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本技術の第１の実施の形態による二次電池の断面構成を示す。図２は、図１に示す巻回電極体２０の一部を拡大して示す。この二次電池は、例えば、充電および放電可能な二次電池であり、例えば、負極２２の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。また、この二次電池は、イオン伝導体として電解質塩および非水溶媒を含む電解液を備えた非水電解質電池である。
【００１６】
この二次電池は、主に、中空円柱状（円筒状）の電池缶１１の内部に、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とが積層および巻回された巻回電極体２０と、一対の絶縁板などの絶縁材１２ａ、１２ｂとが収容されたものである。この中空円柱状の電池缶１１を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。なお、図１に示す例では、中空円柱状の電池缶１１を用いた例であるが、中空楕円柱状の電池缶１１であってもよく、四角柱などの中空多角柱などの角筒状などの筒状の電池缶１１であってもよい。
【００１７】
電池缶１１は、例えば、一端部が開放されると共に他端部が閉鎖された中空構造を有している。電池缶１１は、巻回電極体２０が収容される外装体である。なお、開放された一端部（素子挿入口）を開口部と称し、開口部と反対側にある他端部を底部と称し、素子挿入方向を高さ方向と称し、高さ方向に平行な部分を側面と称する。電池缶１１は、例えば、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）またはそれらの合金などにより構成されている。電池缶１１が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶の１１の表面にニッケル（Ｎｉ）などが鍍金されていてもよい。一対の開口部側の絶縁材１２ａ、底部側の絶縁材１２ｂは、巻回電極体２０を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
【００１８】
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（Positive Temperature Coefficient：ＰＴＣ素子）１６がガスケット１７を介してかしめられており、その電池缶１１は、密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。
【００１９】
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いる。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。この安全弁機構１５では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回電極体２０との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度の上昇に応じて抵抗が増大する（電流を制限する）ことにより、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。
【００２０】
巻回電極体２０は、少なくとも巻回された正極２１および負極２２を含む電極体である。巻回電極体２０は、セパレータ２３を介して、例えば矩形状などの正極２１と矩形状などの負極２２とが、中心が中空部を有するように巻回された電極体であり、その外形は例えば円柱状である。この巻回電極体２０の中心には、必要に応じて、中空を有する棒状のセンターピン２４が挿入されていてもよい。センターピン２４は、電池内部が高温になった場合にセパレータ２３が収縮して巻回電極体２０の中空部が、埋まることを防ぐことを目的の一つとして挿入される。巻回電極体２０の中空部は、電池内部でガスが発生した場合に、ガスの排出流路として機能する。センターピン２４は、電池内部が高温になった際に、巻回電極体の中空部を維持するために配置される。巻回電極体２０では、アルミニウムなどにより構成された正極リード２５が正極２１に接続されていると共に、ニッケルなどにより構成された負極リード２６が負極２２に接続されている。正極リード２５は、安全弁機構１５に溶接などされて電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は、電池缶１１に溶接などされて電気的に接続されている。巻回電極体２０は、巻回軸方向の一端の巻回面と、巻回軸方向の他端の巻回面とを有している。巻回電極体２０の巻回軸方向の一端の巻回面は電池缶１１の底部側に配置され、巻回電極体２０の巻回軸方向の他端の巻回面は電池缶１１の開口部側に配置される。
【００２１】
（構造体）
構造体３１は、電池缶１１の底部に配置される。構造体３１は、電池缶１１の底部において、巻回電極体２０の巻回軸方向の一端の巻回面と電池缶１１の底部内面との間に配置されている。構造体３１は、図１に示すように電池缶１１の底部内面に密着した状態で配置してもよい。また、図示は省略するが、構造体３１は、電池缶１１の底部内面の上方に浮いた状態で配置してもよい。構造体３１は、電池の内圧が高くなることや、巻回電極体２０を構成する正極２１および負極２２の幅方向（すなわち巻回軸方向と同一の方向）の増大などにより、電池缶１１が膨張してしまうことなどによって電池形状が変形することを抑制するものである。特に構造体３１は、負極活物質として、合金系負極材料を用いた場合に生じる巻回電極体２０の幅方向（巻回軸方向）の膨張によって、電池缶１１の底部が局所的に膨張してしまうことを抑制するために設けられたものでもある。
【００２２】
図３を参照しながら構造体３１の構成例について説明する。図３は構造体の構成例を示す斜視図である。図３に示すように、構造体３１は、例えば、平面外形が円形であって板状の構造体である。なお、板状の構造体の平面外形は円形に限定されるものではなく、楕円形、四角形などの多角形などの種々の形状を採用することができる。
【００２３】
構造体３１は、例えば、電池缶１１の底部の強度を補強する補強材として機能することによって、電池缶１１の底部が膨張してしまうことを抑制する。なお、電池内圧の上昇に対する膨張に対してより効果が得られる点から、電池缶１１の底部内面に、溶接または接着などにより着接することによって、構造体３１と電池缶１１とを一体化させることが好ましい。また、電池缶１１の底部が補強されているため、電池内にガス発生が大量に生じた場合（例えば火中投下、加熱試験など）も、電池缶１１の底部の変形を抑制できるので、電池缶１１の開口部にある安全弁機構１５が安定して作動するため、電池の側面の形状の変形も抑制できる。なお、電池缶１１の底部の厚さを増大することにより、電池缶の底部を補強することも可能であるが、加工が困難となってしまうことや生産工程の増加など生産性が悪くなってしまうことなど問題が生じてしまうため好ましくない。
【００２４】
（構造体の厚さ）
構造体３１の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。構造体３１の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、電池缶１１の底部の補強機能が弱まる傾向にある。２．０ｍｍを超えると、電池容量減少への影響が大きくなる傾向にある。
【００２５】
（構造体の材料）
構造体３１の材料としては、金属材料、セラミック材料のような成形し焼成して得られる無機物質、樹脂材料、セラミック材料と金属材料などとの複合材料などのような無機材料成形体などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性に優れたものが好ましく、例えば、融点または軟化点が６００℃以上のものが好ましい。このような材料としては、鉄、ニッケル、銅およびステンレスのうちの何れか１種、若しくは鉄、ニッケル、銅およびステンレスのうちの少なくとも１種を含む材料、またはガラス、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、チタニア（ＴｉＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）などの金属酸化物の他、炭化物や窒化物、ホウ化物などのセラミック材料、または、無機材料成形体などが挙げられる。
【００２６】
（構造体の変形例）
構造体３１は、図３に示す例に限定されるものではない。構造体３１は、例えば、以下の変形例１〜変形例４の構成としてもよい。
【００２７】
（変形例１）
図４Ａ〜図４Ｃを参照しながら構造体の変形例１の構成例について説明する。図４Ａは構造体の変形例１の斜視図である。図４Ｂは構造体の変形例１の平面図である。図４Ｃは図４ＢのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、構造体３１は、平面外形が円形であり、構造体３１を厚さ方向に貫通する孔３１ａと、構造体３１が窪んで反対側に突出したカップ状の突出部３１ｂとが形成されたものである。
【００２８】
構造体３１に設けられた孔３１ａは、構造体３１の中心部に設けられている。この中心部の孔３１ａは、巻回電極体２０の中央にある中空部に対面する位置にあり、過充電などによって発生したガスを巻回電極体２０の中空部に導き入れるようにして、ガスを安全弁機構１５に導通する。これにより、電池の安全弁機構１５をより確実に作動するようにできる。
【００２９】
構造体３１に設けられた突出部３１ｂは、中心の孔３１ａの外周側に複数個、例えば、中心の孔３１ａの外周に沿って等間隔に設けられている。構造体３１は突出部３１ｂを有する側が電池缶１１の底部内面に対向するように、電池缶１１の底部に配置される。この際、間隔を有して設けられた複数の突出部３１ｂは、電池缶１１の底部内面に当接し、突出部３１ｂ間は電池缶１１の底部に形成された空隙となる。この空隙と構造体３１に設けられた孔３１ａは、電池缶１１の底部での目詰まりを解消し、巻回電極体２０の中空部へのガス抜け性を向上することで、電池の安全弁機構１５を安定に作動することで、電池の側面形状などの電池形状の変形をより抑制できる。
【００３０】
なお、突出部３１ｂが、電池缶１１の底部内面に当接する部分を、溶接または接着などにより着接することによって、構造体３１と電池缶１１とを一体化させてもよい。また、構造体３１の外周壁面と電池缶１１の側面とを溶接または接着などにより着接することによって、構造体３１と電池缶１１とを一体化させてもよい。
【００３１】
（変形例２）
図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら構造体の変形例２の構成例について説明する。図５Ａは構造体の変形例２の斜視図である。図５Ｂは構造体の変形例２の平面図である。図５Ｃは図５ＢのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５Ａ〜図５Ｃに示すように、この構造体３１は、平面外形が円形であり、構造体３１の厚さ方向に貫通する複数個の孔３１ａが設けられた、多孔質の板状の構造体である。構造体３１に設けられた孔３１ａは、構造体３１の中心部分に１個設けられると共に、中心の孔３１ａの外周側に複数個設けられている。この構造体３１は、突出部３１ｂが設けられていない点で、上述した図４Ａ〜図４Ｃに示す変形例１と異なる。
【００３２】
構造体３１に設けられた複数個の孔３１ａは、電池缶１１の底部での目詰まりを解消し、巻回電極体２０の中空部へのガス抜け性を向上することで、電池の安全弁機構１５をより確実に作動することで、電池形状の変形をより抑制できる。なお、孔３１ａは、円形に限定されるものではない。例えば、図６Ａ〜図６Ｃの構造体の平面図に示すように、ヘリボーン状の孔３１ａ（図６Ａ）、雲形状の孔３１ａ（図６Ｂ）などの長孔、構造体３１を碁盤抜きした角状の孔３１ａ（図６Ｃ）などであってもよい。
【００３３】
（変形例３）
図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら構造体の変形例３の構成例を示す。図７Ａは構造体の変形例３の斜視図である。図７Ｂは構造体の変形例３の平面図である。図７Ｃは図７ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図７Ａ〜図７Ｃに示すように、構造体３１は、平面外形が円形であり、構造体を厚さ方向に貫通する孔３１ａと、構造体３１が窪んで反対側に突出した放射状の突出部３１ｂとが設けられものである。
【００３４】
構造体３１に設けられた孔３１ａは、構造体３１の中心に設けられている。この中心の孔３１ａは、巻回電極体２０の中央にある中空部に対応する位置にあり、過充電などによって発生したガスを巻回電極体２０の中空部に導き入れるようにして、ガスを安全弁機構１５に導通する。これにより、安全弁機構１５を確実に作動できる。
【００３５】
構造体３１に設けられた突出部３１ｂは、中心から放射状に設けられている。構造体３１は、放射状に設けられた突出部３１ｂを有する側が電池缶１１の底部内面に対向するように、電池缶１１の底部に配置される。この際、放射状に設けられた突出部３１ｂは、電池缶１１の底部内面に当接し、突出部３１ｂ間は電池缶１１の底部に形成された空隙となる。この空隙と構造体３１に設けられた孔３１ａは、電池缶１１の底部での目詰まりを解消し、巻回電極体２０の中空部へのガス抜け性を向上することで、電池の安全弁機構１５をより安定に作動することで、電池の側面形状などの電池形状の変形をより抑制できる。なお、突出部３１ｂが、電池缶１１の底部内面に当接する部分を、溶接または接着などにより着接することによって、構造体３１と電池缶１１とを一体化させてもよい。また、構造体３１の外周部と電池缶１１の側面との接触する箇所と溶接または接着などにより着接することによって、構造体３１と電池缶１１とを一体化させてもよい。
【００３６】
（変形例４）
図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら構造体の変形例４の構成例を示す。図８Ａは構造体の変形例４の斜視図である。図８Ｂは構造体の変形例４の平面図である。図８Ｃは図８ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図８Ａ〜図８Ｃに示すように、構造体３１はじょうご形である。じょうご形の構造体３１の頂部には、構造体３１を厚さ方向に貫通する孔３１ａが設けられている。じょうご形の構造体３１の頂部は、巻回電極体２０の中心の中空部に入れることができる。また、じょうご形の構造体３１の頂部には孔３１ａが設けられている。じょうご形の構造体３１の頂部を巻回電極体２０の中心の中空部に入れると共に、その頂部に設けられた孔３１により、過充電などによって発生したガスを巻回電極体２０の中空部に導き入れるようにして、ガスを安全弁機構１５により効率よく導通できる。これにより、安全弁機構１５をより安定に作動できるため、電池の側面形状などの電池形状の変形をより抑制できる。
【００３７】
（正極）
正極２１は、例えば、一対の面を有する正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられたものである。ただし、正極活物質層２１Ｂは、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよい。
【００３８】
正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム、ニッケルまたはステンレスなどの金属材料によって構成されている。
【００３９】
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００４０】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（１’）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（２’）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（３’）、式（４’）もしくは式（５’）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（６’）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式（７’）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉaＣｏＯ2（ａ≒１）、ＬｉbＮｉＯ2（ｂ≒１）、Ｌｉc1Ｎｉc2Ｃｏ1-c2Ｏ2（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、ＬｉdＭｎ2Ｏ4（ｄ≒１）あるいはＬｉeＦｅＰＯ4（ｅ≒１）などがある。
【００４１】
ＬｉpＮｉ(1-q-r)ＭｎqＭ１rＯ(2-y)Ｘz・・・（１’）
（式中、Ｍ１は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）を除く２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素（Ｏ）以外の１６族元素および１７族元素のうち少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、−０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
【００４２】
ＬｉaＭ２bＰＯ4・・・（２’）
（式中、Ｍ２は、２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
【００４３】
ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ３hＯ(2-j)Ｆk・・・（３’）
（式中、Ｍ３は、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、−０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４４】
ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ４nＯ(2-p)Ｆq・・・（４’）
（式中、Ｍ４は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、−０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４５】
ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ５sＯ(2-t)Ｆu・・・（５’）
（式中、Ｍ５は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、−０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４６】
ＬｉvＭｎ2-wＭ６wＯxＦy・・・（６’）
（式中、Ｍ６は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４７】
ＬｉzＭ７ＰＯ4・・・（７’）
（式中、Ｍ７は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タングステン（Ｗ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４８】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＮｉＳ、ＭｏＳなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。
【００４９】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
【００５０】
結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムまたはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
【００５１】
導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などであってもよい。
【００５２】
（負極）
負極２２は、例えば、一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられたものである。ただし、負極活物質層２２Ｂは、負極集電体２２Ａの片面だけに設けられていてもよい。
【００５３】
負極集電体２２Ａは、例えば、銅、ニッケルまたはステンレスなどの金属材料によって構成されている。
【００５４】
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。この負極活物質層２２Ｂでは、例えば、充放電時において意図せずにリチウム金属が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くなっていることが好ましい。なお、結着剤および導電剤は、それぞれ正極で説明したものと同様のものを用いることができる。
【００５５】
上述の炭素材料の他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として有する材料が挙げられる。高いエネルギー密度が得られるからである。このような負極材料は、金属元素または半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、それらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本技術における「合金」には、２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。また、「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物、またはそれらの２種以上が共存するものがある。
【００５６】
上記した金属元素または半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）などである。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも１種が好ましく、ケイ素がより好ましい。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。
【００５７】
ケイ素およびスズのうちの少なくとも１種を有する負極材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、スズの単体、合金または化合物や、それらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
【００５８】
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ（Ｓｎ）以外の第２の構成元素として、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００５９】
スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズ（Ｓｎ）またはケイ素（Ｓｉ）に加えて、上記した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００６０】
特に、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１種を含む負極材料としては、例えば、スズ（Ｓｎ）を第１の構成元素とし、そのスズ（Ｓｎ）に加えて第２の構成元素と第３の構成元素とを含むものが好ましい。勿論、この負極材料を上記した負極材料と共に用いてもよい。第２の構成元素は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、セリウム（Ｃｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ビスマス（Ｂｉ）およびケイ素（Ｓｉ）からなる群のうちの少なくとも１種である。第３の構成元素は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）およびリン（Ｐ）からなる群のうちの少なくとも１種である。第２の元素および第３の元素を含むことにより、サイクル特性が向上するからである。
【００６１】
中でも、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）および炭素（Ｃ）を構成元素として含み、炭素（Ｃ）の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内、スズ（Ｓｎ）およびコバルト（Ｃｏ）の合計に対するコバルト（Ｃｏ）の割合（Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ））が３０質量％以上７０質量％以下の範囲内であるＳｎＣｏＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られるからである。
【００６２】
このＳｎＣｏＣ含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）またはビスマス（Ｂｉ）などが好ましく、それらの２種以上を含んでいてもよい。容量特性またはサイクル特性がさらに向上するからである。
【００６３】
なお、ＳｎＣｏＣ含有材料は、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）および炭素（Ｃ）を含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、ＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下は、スズ（Ｓｎ）などが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集または結晶化が抑制されるからである。
【００６４】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えば、Ｘ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS）が挙げられる。このＸＰＳでは、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、グラファイトであれば、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＳｎＣｏＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＳｎＣｏＣ含有材料に含まれる炭素（Ｃ）の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００６５】
なお、ＸＰＳでは、例えば、スペクトルのエネルギー軸の補正に、Ｃ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ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として得られるので、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００６６】
なお、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、上記以外のものをさらに含んでいてもよい。また、上記の負極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
【００６７】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、気相法、液相法、溶射法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの２以上を組み合わせてもよい。負極活物質層２２Ｂを気相法、液相法、溶射法若しくは焼成法、またはそれらの２種以上の方法を用いて形成する場合には、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体２２Ａの構成元素が負極活物質層２２Ｂに拡散し、あるいは負極活物質層２２Ｂの構成元素が負極集電体２２Ａに拡散し、またはそれらの構成元素が互いに拡散し合っていることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層２２Ｂの膨張および収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。
【００６８】
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法または化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長（CVD; Chemical Vapor Deposition）法またはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金または無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合して溶剤に分散させることにより塗布したのち、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。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法またはホットプレス焼成法が挙げられる。
【００６９】
（セパレータ）
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触に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、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などによって構成されており、これらの２種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。このセパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。
【００７０】
（電解液）
電解液は、溶媒と、電解質塩とを含む。この電解液は、イオン伝導体である電解質であり、例えば、非水溶媒に電解質塩が溶解された非水電解液である。
【００７１】
（溶媒）
溶媒としては、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、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、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、トリメチル酢酸エチル、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、３−メトキシプロピオニトリル、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、またはジメチルスルホキシドなどの非水溶媒が挙げられる。
【００７２】
例示したこれらの溶媒は、１種で用いてもよく、また２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。これらの他の溶媒の中でも、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からなる群のうちの少なくとも１種が好ましい。この場合には、炭酸エチレンまたは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、炭酸エチルメチルまたは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。
【００７３】
（電解質塩）
電解質塩としては、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種または２種以上を用いることができる。
【００７４】
リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳｉＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、または臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などが挙げられる。なお、例示したこれらの電解質塩は、適宜組み合わせて用いてもよい。
【００７５】
（電池の製造方法）
この二次電池は、例えば、以下の製造方法によって製造される。
【００７６】
（正極の製造）
まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、結着剤と、導電剤とを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤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、ドクタブレードまたはバーコータなどによって正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。
【００７７】
（負極の製造）
次に、負極２２を作製する。最初に、負極材料と、結着剤と、必要に応じて導電剤とを混合して負極合剤としたのち、これを有機溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどによって負極集電体２２Ａの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成する。
【００７８】
なお、負極２２は以下のようにして製造してもよい。最初に、電解銅箔などからなる負極集電体２２Ａを準備したのち、蒸着法などの気相法によって負極集電体２２Ａの両面に負極材料を堆積させて、複数の負極活物質粒子を形成する。こののち、必要に応じて、液相析出法などの液相法によって酸化物含有膜を形成し、または電解鍍金法などの液相法によって金属材料を形成し、または双方を形成することにより、負極活物質層２２Ｂを形成する。
【００７９】
（電池の組み立て）
二次電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接などして取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層および巻回させて巻回電極体２０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン２４を挿入する。次に、電池缶１１の開口部から構造体３１を挿入し、底部に構造体３１を配置する。なお、このとき、電池缶１１の底部内面に密着させるように配置してもよく、電池缶１１の底部内面の上方に浮かばせて配置してもよい。構造体３１を電池缶１１の底部内面に溶接または接着させることにより、密着させてもよい。
【００８０】
続いて、一対の絶縁材１２ａ、１２ｂで挟みながら巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収容すると共に、正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に溶接し、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接する。
【００８１】
続いて、上述の電解液を電池缶１１の内部に注入してセパレータ２３に含浸させる。最後に、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をガスケット１７を介してかしめることにより固定する。これにより、図１および図２に示す二次電池が完成する。
【００８２】
２．第２の実施の形態
本技術の第２の実施の形態による二次電池について説明する。図９は、本技術の第２の実施の形態による二次電池の断面構成を示す。図９に示すように、本技術の第２の実施の形態による二次電池は、電池缶１１の底部側の絶縁材１２ｂを省略した構成を有する。構造体３１は、絶縁機能を有する絶縁材料を用いることができる。絶縁材料としては、例えば、セラミック材料などを挙げることができる。構造体３１は、絶縁機能を有する共に、電池缶１１の底部の強度を補強することによって、電池缶１１の底部が膨張してしまうことを抑制する機能を有する。勿論、第２の実施の形態において、構造体３１の形状は、第１の実施の形態と同様の形状を採用できる。すなわち、図３に示すような円形板、図４〜図８に示すような上述した変形例１〜変形例４の形状を採用することができる。以上のこと以外は、第１の実施の形態と同様であり、説明の重複を避けるため、その詳細な説明を省略する。
【００８３】
３．第３の実施の形態
（二次電池の構成）
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照しながら本技術の第３の実施の形態による二次電池について説明する。図１０Ａは、本技術の第３の実施の形態による二次電池の構成を表す斜視図である。図１０Ｂは、構造体の配置を説明するための部分断面図である。図１０Ｃは、構造体の構成を示す斜視図である。
【００８４】
この二次電池は、いわゆる角型電池といわれるものであり、巻回電極体５０を、扁平な中空直方体形状の外装缶４１内に収容したものである。外装缶４１は、横断面が四角形となっているが、横断面の四角形の４つの角が丸くなっていてもよい。この二次電池は、例えば、充電および放電可能な二次電池であり、例えば、負極６２が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。また、この二次電池は、イオン伝導体として電解質塩および非水溶媒を含む電解液を備えた非水電解質電池である。
【００８５】
二次電池は、扁平な中空直方体形状の外装缶４１と、この外装缶４１内に収容される巻回電極体５０と、外装缶４１の開口部を閉じる電池蓋４２と、電池蓋４２の略中央部に設けられた電極ピン４３等によって構成されている。
【００８６】
（外装缶）
外装缶４１は、例えば、鉄（Ｆｅ）等の導電性を有する金属によって、中空で有底の角筒体として形成されている。外装缶４１は、一端部が開放されると共に他端部が閉鎖されている。なお、開放された一端部（素子挿入口）を開口部と称し、開口部と反対側にある他端部を底部と称し、素子挿入方向を高さ方向と称し、高さ方向に平行な部分を側面と称する。外装缶４１は、巻回電極体５０を収容する外装体である。この外装缶４１の内面は、例えば、ニッケルめっきを施す、導電性塗料を塗布するなどして、外装缶４１の導電性を高める構成とすることが好ましい。また、外装缶４１の外周面は、例えば、プラスチックシートや紙等によって形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗布されたりして保護されてもよい。電池蓋４２は、外装缶４１と同じく、例えば、鉄（Ｆｅ）等の導電性を有する金属により形成されている。
【００８７】
巻回電極体５０は、第１の実施の形態と同様の構成であり、正極６１および負極６２をセパレータ６３を介して積層し、長円状に細長く巻回することによって得られる。正極６１、負極６２、セパレータ６３は、第１の実施の形態の正極２１、負極２２およびセパレータ２３と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８８】
このような構成を有する巻回電極体５０には、正極集電体に接続された多数の正極端子５１と、負極集電体に接続された多数の負極端子とが設けられている。巻回電極体５０は、巻回軸方向の一端の巻回面と、巻回軸方向の他端の巻回面とを有している。巻回電極体５０の巻回軸方向の一端の巻回面は、外装缶４１の底部側に配置される。巻回電極体５０の巻回軸方向の他端の巻回面は、外装缶４１の開口部側に配置される。巻回電極体５０は、巻回軸方向と高さ方向とが同一方向となるように外装缶４１に収容されている。すべての正極端子５１および負極端子は、巻回電極体５０の巻回軸方向の他端に導出されている。そして、正極端子５１は、電極ピン４３の下端に溶接等の固着手段によって接続されている。また、負極端子は外装缶４１の内面に溶接等の固着手段によって接続されている。
【００８９】
電極ピン４３は導電性の軸部材からなり、その頭部を上端に突出させた状態で絶縁体４４によって保持されている。この絶縁体４４を介して電極ピン４３が電池蓋４２の略中央部に固定されている。絶縁体４４は絶縁性の高い材料で形成されていて、電池蓋４２の表面側に設けた貫通孔に嵌合されている。また、貫通孔４５には電極ピン４３が貫通され、その下端面に正極端子５１の先端部が固定されている。
【００９０】
このような電極ピン４３等が設けられた電池蓋４２が、外装缶４１の開口部に嵌合されており、外装缶４１と電池蓋４２との接触面が溶接等の固着手段で接合されている。これにより、外装缶４１の開口部が電池蓋４２により密封されて、気密および液密に構成されている。この電池蓋４２には、外装缶４１内の圧力が所定値以上に上昇したときに当該電池蓋４２の一部を破断させて内部圧力を外部に逃がす（放出させる）内圧開放機構４６が設けられている。
【００９１】
内圧開放機構４６は、電池蓋４２の内面において長手方向に直線的に延在された２本の第１の開口溝４６ａ（１本の第１の開口溝４６ａは図示せず）と、同じく電池蓋４２の内面において長手方向と直交する幅方向に延在されて両端が２本の第１の開口溝４６ａに連通される第２の開口溝４６ｂとから構成されている。２本の第１の開口溝４６ａは、電池蓋４２の幅方向に対向するように位置する長辺側２辺の内側近傍において電池蓋４２の長辺側外縁に沿うように互いに平行に設けられている。また、第２の開口溝４６ｂは、電極ピン４３の長手方向の一側において一方の短辺側外縁と電極ピン４３との略中央部に位置するように設けられている。
【００９２】
第１の開口溝４６ａおよび第２の開口溝４６ｂは、例えばともに断面形状が下面側に開口したＶ字形状とされている。なお、第１の開口溝４６ａおよび第２の開口溝４６ｂの形状は、この実施の形態に示すＶ字形に限定されるものではない。例えば、第１の開口溝４６ａおよび第２の開口溝４６ｂの形状をＵ字形や半円形としてもよい。
【００９３】
電解液注入口４７は、電池蓋４２を貫通するように設けられている。電解液注入口４７は、電池蓋４２と外装缶４１とをかしめた後、非水電解液を注液するために用いるものであり、非水電解液注液後は封止部材４８によって密封される。
【００９４】
図１０Ｂに示すように、外装缶４１の底部には、図１０Ｃに示す構造体３１が配置されている。構造体３１は、外装缶４１の底部において、巻回電極体５０の巻回軸方向の一端の巻回面と電池缶１１の底部内面との間に配置されている。構造体３１は、図１０Ｂに示すように電池缶４１の底部内面に密着した状態で配置してもよい。また、図示は省略するが、構造体３１は、外装缶４１の底部内面の上方に浮いた状態で配置してもよい。構造体３１の詳細は、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様である。
【００９５】
（二次電池の製造方法）
上述した二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００９６】
（正極および負極の製造方法）
正極６１および負極６２は、第１の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
【００９７】
（二次電池の組み立て）
第１の実施の形態と同様にして、正極６１と負極６２と、セパレータ６３と順に積層および巻回し、長円状に細長く巻回された巻回電極体５０を作製する。外装缶４１の開口部から構造体３１を挿入し、底部に構造体３１を配置する。なお、このとき、外装缶４１の底部内面に密着させるように配置してもよく、外装缶４１の底部内面の上方に浮かばせて配置してもよい。構造体３１を電池缶１１の底部内面に溶接または接着させることにより、密着させてもよい。続いて、巻回電極体５０を例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）等の金属よりなる外装缶４１内に収容する。
【００９８】
そして、電池蓋４２に設けられた電極ピン４３と、巻回電極体５０から導出された正極端子５１とを接続した後、電池蓋３２にて封口し、例えば減圧下において電解液注入口４７から非水電解液を注入して封止部材４８にて封止する。以上によって、この二次電池を得ることができる。
【００９９】
４．第４の実施の形態
図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら、本技術の第４の実施の形態による二次電池について説明する。図１１Ａは、本技術の第４の実施の形態による二次電池の構成を示す斜視図である。１１Ｂは、構造体の配置を説明するための部分断面図である。図１１Ｃは、構造体の構成を示す斜視図である。
【０１００】
本技術の二次電池は、主に、フィルム状の外装部材７１の内部に、正極リード７３および負極リード７４が取り付けられた巻回電極体７０が収容されたものである。このフィルム状の外装部材７１を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。この二次電池は、例えば、充電および放電可能な二次電池であり、例えば、負極８２が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。また、この二次電池は、イオン伝導体として電解質塩および非水溶媒を含む電解液を備えた非水電解質電池である。
【０１０１】
正極リード７３および負極リード７４は、例えば、外装部材７１の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード７３は、例えば、アルミニウム等の金属材料によって構成されており、負極リード７４は、例えば、銅、ニッケルまたはステンレス等の金属材料によって構成されている。これらの金属材料は、例えば、薄板状または網目状になっている。なお、この二次電池では、リードが導出される側をトップ部、トップ部と反対側にある他端部を底部と称する。
【０１０２】
外装部材７１は、巻回電極体７０が収容される外装体である。外装部材７１は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムがこの順に貼り合わされたアルミラミネートフィルム等のように、金属箔からなる金属層の両面に樹脂層を設けた構成とされている。外装部材７１の一般的な構成は、例えば、外側樹脂層／金属層／内側樹脂層の積層構造を有する。例えば、外装部材７１は、例えば、内側樹脂層が巻回電極体７０と対向するように、２枚の矩形型のアルミラミネートフィルムの外縁部同士が融着または接着剤によって互いに接着された構造を有している。外側樹脂層および内側樹脂層は、それぞれ複数層で構成されてもよい。
【０１０３】
金属層を構成する金属材料としては、耐透湿性のバリア膜としての機能を備えていれば良く、アルミニウム（Ａｌ）箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔およびメッキを施した鉄（Ｆｅ）箔等を使用することができる。なかでも、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることが好ましい。特に、加工性の点から、例えば焼きなまし処理済みのアルミニウム（ＪＩＳ  Ａ８０２１Ｐ−Ｏ）、（ＪＩＳ  Ａ８０７９Ｐ−Ｏ）または（ＪＩＳ  Ａ１Ｎ３０−Ｏ）等を用いるのが好ましい。
【０１０４】
金属層の厚みは、３０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。３０μｍ未満の場合、材料強度に劣ってしまう。また、１５０μｍを超えた場合、加工が著しく困難になるとともに、ラミネートフィルムの厚さが増してしまい、二次電池の体積効率の低下につながってしまう。
【０１０５】
内側樹脂層は、熱で溶けて互いに融着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。
【０１０６】
外側樹脂層としては、外観の美しさや強靱さ、柔軟性等からポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、ナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である。
【０１０７】
外装部材７１と正極リード７３および負極リード７４との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム７２が挿入されている。この密着フィルム７２は、正極リード７３および負極リード７４に対して密着性を有する材料によって構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂が挙げられる。
【０１０８】
なお、外装部材７１は、上記した積層構造を有するアルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムによって構成されていてもよいし、ポリプロピレン等の高分子フィルムまたは金属フィルムによって構成されていてもよい。
【０１０９】
巻回電極体７０は、セパレータ８３および電解質を介して正極８１と負極８２とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープによって保護されている。巻回電極体７０は巻回軸方向の一端の巻回面と、巻回軸方向の他端の巻回面とを有する。巻回電極体７０の巻回軸方向の一端の巻回面は、外装部材７１の底部の側に配置される。巻回電極体７０の巻回軸方向の他端の巻回面は、外装部材７１のトップ側に配置される
【０１１０】
図１１Ｂに示すように、二次電池の底部には、図１１Ｃに示す構造体３１が配置されている。構造体３１は、外装部材７１の底部において、巻回電極体７０の巻回軸方向の一端の巻回面と外装部材７１の底部内面との間に配置されている。構造体３１は、図１１Ｃに示すように外装部材７１の底部内面に密着した状態で配置してもよい。また、図示は省略するが、構造体３１は、外装部材７１の底部内面の上方に浮いた状態で配置してもよい。構造体３１の詳細は、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様である。
【０１１１】
正極８１は、例えば、正極集電体の両面に正極活物質層が設けられたものである。負極８２は、例えば、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられたものであり、その負極活物質層が正極活物質層対向するように配置されている。正極集電体、正極活物質層、負極集電体、負極活物質層およびセパレータ８３の構成は、夫々第１の実施の形態の正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成と同様である。
【０１１２】
電解質は、上述した第１の実施の形態と同様の電解液と、それを保持する高分子化合物とを含んでいる。電解質は、例えば、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に漏液が防止されるので好ましい。
【０１１３】
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、またはポリカーボネート等が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンまたはポリエチレンオキサイドが好ましい。電気化学的に安定だからである。
【０１１４】
（電池の製造方法）
この二次電池は、例えば、以下の３種類の製造方法（第１〜第３の製造方法）によって製造される。
【０１１５】
（第１の製造方法）
第１の製造方法では、最初に、例えば、上記した第１の実施の形態の正極２１および負極２２の作製手順と同様の手順により、正極集電体の両面に正極活物質層を形成して正極８１を作製する。また、負極集電体の両面に負極活物質層を形成して負極８２を作製する。
【０１１６】
続いて、第１の実施の形態と同様の電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製して正極８１および負極８２に塗布したのち、溶剤を揮発させてゲル状の電解質を形成する。続いて、正極集電体に正極リード７３を取り付けると共に、負極集電体に負極リード７４を取り付ける。
【０１１７】
続いて、ゲル状の電解質が形成された正極８１と負極８２とをセパレータ８３を介して積層させてから長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープを接着させて巻回電極体７０を作製する。最後に、例えば、外装部材７１の間に巻回電極体７０および構造体３１を挟み込んだのち、その外装部材の外縁部を熱融着等で接着させて巻回電極体７０を封入する。この際、正極リード７３および負極リード７４と外装部材７１との間に、密着フィルム７２を挿入する。これにより、図１１Ａに示す二次電池が完成する。
【０１１８】
（第２の製造方法）
第２の製造方法では、最初に、正極８１に正極リード７３を取り付けると共に、負極８２に負極リード７４を取り付ける。続いて、セパレータ８３を介して正極８１と負極８２とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープを接着させて、巻回電極体７０の前駆体である巻回体を作製する。
【０１１９】
続いて、２枚のフィルム状の外装部材７１の間に巻回体および構造体３１を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着等で接着させて、袋状の外装部材７１の内部に巻回体を収容する。続いて、第１の実施の形態と同様の電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤等の他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材４０の内部に注入したのち、その外装部材４０の開口部を熱融着等で密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質を形成する。これにより、図１１Ａに示す二次電池が完成する。
【０１２０】
（第３の製造方法）
第３の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ８３を用いることを除き、上記した第２の製造方法と同様に、巻回体を形成し、この巻回体および構造体３１を袋状の外装部材７１の内部に収容する。
【０１２１】
このセパレータ８３に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体または多元共重合体等が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体等である。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の１種または２種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。
【０１２２】
続いて、第１の実施の形態と同様の電解液を調製して、外装部材７１の内部に注入したのち、その外装部材７１の開口部を熱融着等で密封する。最後に、外装部材７１に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ８３を正極８１および負極８２に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質が形成されるため、図１１Ａに示す二次電池が完成する。
【０１２３】
５．第５の実施の形態
（電池パックの例）
図１２は、本技術の二次電池を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池３０１、外装、充電制御スイッチ３０２ａと、放電制御スイッチ３０３ａ、を備えるスイッチ部３０４、電流検出抵抗３０７、温度検出素子３０８、制御部３１０を備えている。
【０１２４】
また、電池パックは、正極端子３２１および負極端子３２２を備え、充電時には正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
【０１２５】
組電池３０１は、複数の二次電池３０１ａを直列および／または並列に接続してなる。この二次電池３０１ａは本技術の二次電池である。なお、図１２では、６つの二次電池３０１ａが、２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された場合が例として示されているが、その他、ｎ並列ｍ直列（ｎ，ｍは整数）のように、どのような接続方法でもよい。
【０１２６】
スイッチ部３０４は、充電制御スイッチ３０２ａおよびダイオード３０２ｂ、ならびに放電制御スイッチ３０３ａおよびダイオード３０３ｂを備え、制御部３１０によって制御される。ダイオード３０２ｂは、正極端子３２１から組電池３０１の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子３２２から組電池３０１の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード３０３ｂは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。尚、例では＋側にスイッチ部を設けているが、−側に設けても良い。
【０１２７】
充電制御スイッチ３０２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチのＯＦＦ後は、ダイオード３０２ｂを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
【０１２８】
放電制御スイッチ３０３ａは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に放電電流が流れないように制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａのＯＦＦ後は、ダイオード３０３ｂを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にＯＦＦされて、組電池３０１の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
【０１２９】
温度検出素子３０８は例えばサーミスタであり、組電池３０１の近傍に設けられ、３０１組電池３０１の温度を測定して測定温度を制御部３１０に供給する。電圧検出部３１１は、組電池３０１およびそれを構成する各二次電池３０１ａの電圧を測定し、この測定電圧をＡ／Ｄ変換して、制御部３１０に供給する。電流測定部３１３は、電流検出抵抗３０７を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部３１０に供給する。
【０１３０】
スイッチ制御部３１４は、電圧検出部３１１および電流測定部３１３から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部３０４の充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａを制御する。スイッチ制御部３１４は、二次電池３０１ａのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部３０４に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。
【０１３１】
ここで、例えば、二次電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【０１３２】
充放電スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを使用できる。この場合ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードがダイオード３０２ｂおよび３０３ｂとして機能する。充放電スイッチとして、Ｐチャンネル型ＦＥＴを使用した場合は、スイッチ制御部３１４は、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａのそれぞれのゲートに対して、制御信号ＤＯおよびＣＯをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａはＰチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号ＣＯおよびＤＯをローレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＮ状態とする。
【０１３３】
そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号ＣＯおよびＤＯをハイレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ｂをＯＦＦ状態とする。
【０１３４】
メモリ３１７は、ＲＡＭやＲＯＭからなり例えば不揮発性メモリであるＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）などからなる。メモリ３１７では、制御部３１０で演算された数値や、製造工程の段階で測定された各二次電池３０１ａの初期状態における電池の内部抵抗値などが予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。（また、二次電池３０１ａの満充電容量を記憶させておくことで、制御部３１０とともに例えば残容量を算出することができる。
【０１３５】
温度検出部３１８では、温度検出素子３０８を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行う。
【０１３６】
６．第６の実施の形態
上述した二次電池およびこれを用いた電池パック、バッテリユニットおよびバッテリモジュールは、例えば電子機器や電動車両、蓄電装置などの機器に搭載又は電力を供給するために使用することができる。
【０１３７】
電子機器として、例えばノート型パソコン、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられる。
【０１３８】
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などが挙げられ、これらの駆動用電源又は補助用電源として用いられる。
【０１３９】
蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用又は発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。
【０１４０】
以下では、上述した適用例のうち、上述した本技術の二次電池を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。
【０１４１】
この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第１の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第２の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第３の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
【０１４２】
さらに、第４の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第５の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第６の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、蓄電システムについて説明する。
【０１４３】
（６−１）応用例としての住宅における蓄電システム
本技術の二次電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１３を参照して説明する。例えば住宅４０１用の蓄電システム４００においては、火力発電４０２ａ、原子力発電４０２ｂ、水力発電４０２ｃなどの集中型電力系統４０２から電力網４０９、情報網４１２、スマートメータ４０７、パワーハブ４０８などを介し、電力が蓄電装置４０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置４０４などの独立電源から電力が蓄電装置４０３に供給される。蓄電装置４０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置４０３を使用して、住宅４０１で使用する電力が給電される。住宅４０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【０１４４】
住宅４０１には、発電装置４０４、電力消費装置４０５、蓄電装置４０３、各装置を制御する制御装置４１０、スマートメータ４０７、各種情報を取得するセンサ４１１が設けられている。各装置は、電力網４０９および情報網４１２によって接続されている。発電装置４０４として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置４０５および／または蓄電装置４０３に供給される。電力消費装置４０５は、冷蔵庫４０５ａ、空調装置４０５ｂ、テレビジョン受信機４０５ｃ、風呂４０５ｄなどである。さらに、電力消費装置４０５には、電動車両４０６が含まれる。電動車両４０６は、電気自動車４０６ａ、ハイブリッドカー４０６ｂ、電気バイク４０６ｃである。
【０１４５】
蓄電装置４０３に対して、本技術の二次電池が適用される。本技術の二次電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ４０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網４０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
【０１４６】
各種のセンサ４１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ４１１により取得された情報は、制御装置４１０に送信される。センサ４１１からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置４０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置４１０は、住宅４０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。
【０１４７】
パワーハブ４０８によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置４１０と接続される情報網４１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver-Transceiver：非同期シリアル通信用送受信回路）などの通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）またはＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【０１４８】
制御装置４１０は、外部のサーバ４１３と接続されている。このサーバ４１３は、住宅４０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ４１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機など）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などに、表示されても良い。
【０１４９】
各部を制御する制御装置４１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置４１０は、蓄電装置４０３、家庭内発電装置４０４、電力消費装置４０５、各種のセンサ４１１、サーバ４１３と情報網４１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていても良い。
【０１５０】
以上のように、電力が火力４０２ａ、原子力４０２ｂ、水力４０２ｃなどの集中型電力系統４０２のみならず、家庭内発電装置４０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置４０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置４０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置４０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置４０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置４０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【０１５１】
なお、この例では、制御装置４１０が蓄電装置４０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ４０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム４００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【０１５２】
（６−２）応用例としての車両における蓄電システム
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１４を参照して説明する。図１４に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【０１５３】
このハイブリッド車両５００には、エンジン５０１、発電機５０２、電力駆動力変換装置５０３、駆動輪５０４ａ、駆動輪５０４ｂ、車輪５０５ａ、車輪５０５ｂ、バッテリー５０８、車両制御装置５０９、各種センサ５１０、充電口５１１が搭載されている。バッテリー５０８に対して、上述した本技術の二次電池が適用される。
【０１５４】
ハイブリッド車両５００は、電力駆動力変換装置５０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置５０３の一例は、モータである。バッテリー５０８の電力によって電力駆動力変換装置５０３が作動し、この電力駆動力変換装置５０３の回転力が駆動輪５０４ａ、５０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置５０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ５１０は、車両制御装置５０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ５１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
【０１５５】
エンジン５０１の回転力は発電機５０２に伝えられ、その回転力によって発電機５０２により生成された電力をバッテリー５０８に蓄積することが可能である。
【０１５６】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両５００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置５０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置５０３により生成された回生電力がバッテリー５０８に蓄積される。
【０１５７】
バッテリー５０８は、ハイブリッド車両５００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口５１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【０１５８】
図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
【０１５９】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
【実施例】
【０１６０】
本技術の具体的な実施例について詳細に説明するが、本技術はこれに限定されるものではない。
【０１６１】
＜実施例１−１＞
上記実施の形態で説明した図１および図２に対応する二次電池を作製した。まず、炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ3）とを、Ｌｉ2ＣＯ3：ＣｏＣＯ3＝０．５：１（モル比）の割合で混合し、空気中において９００℃で５時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2）を得た。
【０１６２】
次に、このリチウム・コバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤であるグラファイト６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調整した。続いて、この正極合剤を溶剤である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、厚さ１５μｍのアルミニウム合金箔よりなる正極集電体両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して厚さ１６０μｍの正極活物質層を形成し正極を作製した。続いて、正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リードを溶接により取り付けた。正極幅は５７．５ｍｍに調整した。
【０１６３】
次に、負極を作製した。具体的には、電解銅箔からなる負極集電体の両面に、電子ビーム蒸着法により例えば４原子数％の酸素を含む非晶質のケイ素薄膜を６μｍの厚さとなるように蒸着したのち、アルゴン雰囲気中において２５０℃の温度下で１２時間に亘る熱処理を行うことで負極活物質層形成した。ここでは、電解銅箔として、１５μｍの厚さを有すると共に、表面粗度がＲａ（算術平均粗さ）値で３．５μｍのものを用いた。さらに、正極活物質層未塗布部に対向した領域における負極集電体の一端に、ニッケル製の負極リードを溶接により取り付けた。負極幅は５８．５ｍｍに調整した。
【０１６４】
続いて、厚さ２０μｍの微孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータを用意し、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層して積層体を形成したのち、この積層体を巻回して加圧成形することにより円筒形状の電池素子を作製した。その後、その巻回中心にセンターピン２４を挿入した。次に、板状の構造体を電池缶の底面上に配置した後、一対の絶縁材で挟みながら巻回電極体を円筒缶の内部に収容すると共に、正極リードの先端部を安全弁機構に溶接し、負極リードの先端部を電池缶に溶接する。絶縁材としては、厚さ０．２ｍｍ、Φ（直径）１７．３ｍｍのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製円板型不織布を用いた。板状の構造体としては、Φ（直径）１７ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍのＦｅ製の円板を用いた。なお、Ｆｅ製の円板の表面には、厚さ３μｍでＮｉメッキを施している。
【０１６５】
続いて、電解液を電池缶の内部に注入してセパレータに含浸させた。最後に、電池缶の開口端部に電池蓋、安全弁機構および熱感抵抗素子をガスケットを介してかしめることにより固定した。電解液には、エチレンカーボネート４０質量％とジエチルカーボネート６０質量％とを混合した溶媒に、リチウム塩であるＬｉＰＦ6を１．０ｍｏｌ／ｄｍ3となるように溶解させたものを用いた。以上により、実施例１−１の円筒型二次電池（１８６５０型）を作製した。
【０１６６】
＜実施例１−２＞
構造体として、厚さ０．０５ｍｍのＦｅ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１６７】
＜実施例１−３＞
構造体として、厚さ０．１ｍｍのＦｅ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１６８】
＜実施例１−４＞
構造体として、厚さ１ｍｍのＦｅ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１６９】
＜実施例１−５＞
構造体として、厚さ２ｍｍのＦｅ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７０】
＜実施例１−６＞
構造体として、厚さ１ｍｍのＮｉ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７１】
＜実施例１−７＞
構造体として、厚さ１ｍｍｍのＣｕ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７２】
＜実施例１−８＞
構造体として、厚さ１ｍｍのステンレス（ＪＩＳ規格に規定されるＳＵＳ３１６）製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７３】
＜実施例１−９＞
構造体として、厚さ１ｍｍの硼珪酸ガラス製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７４】
＜実施例１−１０＞
膨張抑制材として、厚さ１ｍｍのアルミナ製の円板（Φ１７ｍｍ）を用いた点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７５】
＜実施例１−１１＞
負極を以下のように作製した点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７６】
（負極の作製）
（蒸着Ｓｎ：蒸着法で形成したＳｎ負極）
算術平均粗さＲａが３．５μｍの電解銅箔よりなる厚み１５μｍの負極集電体上に電子ビーム真空蒸着法によりＳｎよりなる層が厚み６μｍになるよう蒸着したのち、真空中において２００℃の温度下で１０時間に亘る熱処理を行うことで負極活物質層形成した。得られた負極をＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy；Ｘ線光電子分光法）およびＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy；オージェ電子分光法）により分析したところ、負極活物質層が、負極集電体との界面の少なくとも一部において負極集電体と合金化していることが確認された。
【０１７７】
＜実施例１−１２＞
負極を以下のように作製した点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１７８】
（負極の作製）
（塗布Ｓｉ負極：塗布法で形成したＳｉ負極））
純度９９％以上のケイ素粒子（メジアン径：４〜５μｍ）を負極活物質粒子とした。続いて、負極活物質粒子と負極結着剤の前駆体とを９４：６の乾燥重量比で混合したのち、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）で希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。この場合には、ポリアミック酸の溶媒としてＮＭＰおよびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を用いた。続いて、コーティング装置で負極集電体の両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この負極集電体としては、圧延銅箔（厚さ＝１５μｍ、十点平均粗さＲｚ＜０．５μｍ）を用いた。最後に、結着性を高めるために塗膜を熱プレスしたのち、真空雰囲気中で４００℃×１時間焼成した。これにより、負極結着剤（ポリイミド）が形成されたため、負極活物質粒子および負極結着剤を含む負極活物質層が形成された。
【０１７９】
＜実施例１−１３＞
負極を以下のように作製した点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１８０】
（負極の作製）
（塗布Ｓｎ：塗布法で形成したＳｎ負極）
粉末状の各原材料を乾式混合した後、直径９ｍｍの鋼玉約４００ｇを伊藤製作所社製の遊星ボールミルの反応容器中にセットした。原料である元素Ｍ（＝コバルト、スズ）と元素Ｒ（＝炭素）の混合比Ｍ：Ｒ＝８：２（質量比）とし、全体の投入粉末量を１００ｇとした。秤量した粉末を反応容器中にセットした後、反応容器中をアルゴン雰囲気に置換し、回転速度を毎分２５０回転にセットした。運転時間は１０分運転、１０分休止を繰り返して、運転時間の合計が２０時間になるようにした。メカニカルアロイング反応終了後、反応容器を室温まで冷却して合成された粉末を取り出し、２００メッシュのふるいを通して粗粉を取り除き、負極活物質（合金系材料）を得た。
【０１８１】
次に、上述の負極材料８３質量％と黒鉛５質量％を混合して活物質とし、これに導電剤２質量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０質量％を混合し、ｎ−メチルピロリドンを溶媒としてスラリー状にした。銅箔集電体上にこれを塗布、乾燥して負極とした。
【０１８２】
＜比較例１−１＞
構造体を用いなかった。負極を以下のように作製した。以上の点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０１８３】
（負極の作製）
（グラファイト負極）
負極活物質として黒鉛粉末９０質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）１０質量部とを混合して負極合剤を調製した。この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて負極合剤スラリーを作製した後、負極合剤スラリーを厚み１５μｍの帯状銅箔よりなる負極集電体の両面に均一に塗布し、さらに、これを加熱プレス成型することにより、負極活物質層を形成した。続いて、負極集電体の一端にニッケル製の負極リードを取り付けた。
【０１８４】
＜比較例１−２＞
構造体を用いなかった点以外は、実施例１−１と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０１８５】
＜比較例１−３＞
構造体を用いなかった点以外は、実施例１−１１と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０１８６】
＜比較例１−４＞
構造体を用いなかった点以外は、実施例１−１２と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０１８７】
＜比較例１−５＞
構造体を用いなかった点以外は、実施例１−１３と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０１８８】
（評価）
（セルの高さ変化）
作製した円筒型二次電池について、以下のようにセル高さ変化を測定した。まず、作製後、充電前の円筒型二次電池の高さ（セル高さ）を測定し、これを基準高さとした。次に、作製した円筒型の二次電池を、充電電圧４．２Ｖ、充電電流０．５ＣのＣＣＣＶ（Constant Current/Constant Voltage；定電流／定電圧)、５時間終止の条件で充電した。次に、充電後の円筒型二次電池のセル高さを測定し、基準高さからの変化量を求めた。なお、１Ｃは、電池の理論容量を１時間で充放電する電流量である。セル高さ変化の測定は、各実施例、各比較例について、１０サンプルずつ行い、これらの平均値を求めて評価対象とした。
【０１８９】
実施例１−１〜実施例１−１３および比較例１−１〜比較例１−５についての測定結果を表１に示す。
【０１９０】
【表１】
2013134861.tif 000003
【０１９１】
表１に示すように、実施例１−１〜実施例１−１０では、円筒缶の底部に円板を配置した構成としたため、同様の負極材料を用いて、円筒缶の底部に円板を配置していない構成とした比較例１−２よりも、セル高さ変化が小さかった。また、実施例１−１１では、円筒缶の底部に円板を配置した構成としたため、同様の負極材料を用いて、円筒缶の底部に円板を配置していない比較例１−３よりも、セル高さ変化が小さかった。また、実施例１−１２では、円筒缶の底部に円板を配置したため、同様の負極材料を用いて、円筒缶の底部に円板を配置していない比較例１−４よりも、セル高さ変化が小さかった。実施例１−１３では、円筒缶の底部に円板を配置したため、同様の負極材料を用いて、円筒缶の底部に円板を配置していない比較例１−５よりも、セル高さ変化が小さかった。また、負極材料にグラファイトを用いた比較例１−１では、セル高さ変化はなかった。以上から、円筒缶の底部に円板を配置した構成とすることにより、電池の高さ方向の膨張抑制効果が確認できた。また、厚さは０．０５ｍｍ以上で、電池の高さ方向の膨張抑制効果がより大きいことが確認できた。また、負極材料としてグラファイトを用いた構成では、電池の高さ方向の膨張がないことから、電池の高さ方向の膨張は、負極材料としてＳｉまたはＳｎなどのいわゆる合金系負極活物質を用いた場合に生じる問題であることが確認できた。
【０１９２】
＜実施例２−１＞〜＜実施例２−１０＞
実施例１−１〜実施例１−１０のそれぞれと同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１９３】
＜実施例２−１１＞
ポリエーテルエーテルケトン製の円板を用いた点以外は、実施例２−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１９４】
＜実施例２−１２＞
高耐熱ポリイミド製の円板を用いた点以外は、実施例２−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０１９５】
＜比較例２−１＞
比較例１−２と同様にして、比較例２−１の円筒型二次電池を作製した。
【０１９６】
＜比較例２−２＞
比較例１−２と同様にして、比較例２−２の円筒型二次電池を作製した。
【０１９７】
（評価）
作製した円筒型二次電池について、以下の評価を行った。
【０１９８】
（バーナー試験）
以下のバーナー試験を行うことで、電池側面の損傷抑制効果を評価した。まず、作製した円筒型二次電池を、充電電圧４．２Ｖ、充電電流０．５ＣのＣＣＣＶ（Constant Current/Constant Voltage）（定電流／定電圧)、５時間終止の条件で充電した。その後、充電状態の二次電池の中央部をガスバーナー炎をセルの燃焼終了するまで実施する試験を実施した。燃焼終了時までに電池の電池缶側面部の亀裂や裂けなどの損傷の有無を目視確認した。バーナー試験を、各実施例、各比較例について、１００サンプルずつ行い、損傷があったものの数を比較することにより、電池側面の損傷抑制効果を評価した。
【０１９９】
実施例２−１〜実施例２−１２および比較例２−１〜比較例２−２についての試験結果を表２に示す。
【０２００】
【表２】
2013134861.tif 000004
【０２０１】
表２に示すように、実施例２−２〜実施例２−１０では、安全弁機構が安定して作動して、電池側面の損傷抑制効果があった。一方、実施例２−１では、厚さが０．０５ｍｍより小さいため、電池の底部の補強機能が弱いため、電池側面の損傷抑制効果が小さかった。実施例２−１１〜実施例２−１２によれば、融点や軟化点が６００℃よりも低いポリエーテルエーテルケトンや高耐熱ポリイミドでは、バーナー試験中に、溶融または軟化してしまい、電池の底部のガス流路を妨げてしまうため、安全弁機構が安定して作動せず、電池側面の損傷抑制効果が小さかった。
【０２０２】
＜実施例３−１＞
実施例２−３と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０２０３】
＜実施例３−２＞
Φ１．５ｍｍの貫通穴を設けたＦｅ製の円板を用いた点以外は、実施例３−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０２０４】
＜実施例３−３＞
じょうご型形状のＦｅ製の円板を用いた点以外は、実施例３−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０２０５】
＜実施例３−４＞
緻密質（密度３．９０ｇ／ｃｍ3）のアルミナ製の円板を用いた点以外は、実施例３−１と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０２０６】
＜実施例３−５＞
多孔質（かさ密度１．５７ｇ／ｃｍ3）のアルミナ製の円板を用いた点以外は、実施例３−５と同様にして、円筒型二次電池を作製した。
【０２０７】
（評価）
作製した円筒型二次電池について、上述した「セル高さ変化の測定」、「バーナー試験」を行った。測定結果を表３に示す。
【０２０８】
【表３】
2013134861.tif 000005
【０２０９】
表３に示すように、孔が設けられた円板を用いた実施例３−２や実施例３−５では、膨張抑制効果および損傷抑制効果がより優れていた。じょうご型形状の円板を用いた実施例３−３では、損傷抑制効果がより優れていた。
【０２１０】
＜実施例４−１＞
実施例１−３と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０２１１】
＜実施例４−２＞
実施例４−１と同様のＦｅ製の円板を円筒缶の底部内面に溶接して密着させた点以外は、実施例４−１と同様にして、円筒型の二次電池を作製した。
【０２１２】
（評価）
作製した円筒型の二次電池について、上述した「セル高さ変化の測定」を行った。測定結果を表４に示す。
【０２１３】
【表４】
2013134861.tif 000006
【０２１４】
表４に示すように、円板を円筒缶の底部内面に溶接して密着させた実施例４−２では、セル高さ変化が円板を円筒缶の底部内面に溶接して密着させない実施例４−１より小さかった。すなわち、円板を円筒缶の底部内面に溶接して密着させた方が、電池缶の高さ方向の膨張抑制効果がより優れていた。
【０２１５】
７．他の実施の形態
本技術は、上述した本技術の実施の形態に限定されるものでは無く、本技術の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどを用いてもよい。
【０２１６】
また、本技術の二次電池では、一対の正極および負極当たり完全充電状態における開回路電圧（すなわち電池電圧）が、４．２０Ｖ以下でもよいが、４．２０Ｖよりも高く、好ましくは４．２５Ｖ以上、より好ましくは４．２５Ｖ以上４．５０Ｖ以下の範囲内になるように設計されていてもよい。電池電圧を４．２０Ｖより高くすることにより、完全充電時における開回路電圧が４．２０Ｖの電池よりも、同じ正極活物質であっても、単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整されている。これにより高いエネルギー密度が得られるようになっている。
【０２１７】
上述の実施の形態では、電極体は、正極および負極と、正極および負極との間に正極と負極との短絡を防止するセパレータとを含むものであるが、セパレータの代わりに、ゲル状電解質や固体電解質などのイオン伝導体を用いてもよい。また、電極体は、セパレータと共に、電解液により高分子化合物が膨潤されたゲル状電解質や固体電解質などのイオン伝導体を含んでいてもよい。さらに、二次電池に限定されず、一次電池にも適用可能である。
【０２１８】
上述の第３の実施の形態では、巻回電極体が巻回軸方向と高さ方向とが同一方向となるように外装缶に収容された角型の二次電池について説明したが、巻回電極体が巻回軸方向と高さ方向とが垂直となるように外装缶に収容された角型の二次電池についても本技術は適用可能である。この場合、例えば、構造体は、外装缶の内側面と、巻回電極体の軸方向の一端および他端の巻回面の少なくとも一方との間に配置される。
【０２１９】
本技術は、以下の構成をとることもできる。
［１］
巻回された正極および負極を含む巻回電極体と、
上記巻回電極体が収容された外装体と
を備え、
上記負極は、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な元素を少なくとも含む合金系負極材料を含み、
上記巻回電極体の巻回軸方向の一端と上記外装体との間に、上記外装体の膨張を抑制するための構造体がある電池。
［２］
上記リチウムと合金を形成可能な元素は、スズおよびケイ素のうちの少なくとも何れかである［１］に記載の電池。
［３］
上記外装体は、上記巻回電極体が収容された缶であり、
上記構造体は、上記缶の底部にある［１］〜［２］の何れかに記載の電池。
［４］
上記構造体は、板状の構造体である［３］に記載の電池。
［５］
上記構造体の厚さは、０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である［４］に記載の電池。
［６］
上記構造体は、軟化点または融点が６００℃以上である［４］〜［５］の何れかに記載の電池。
［７］
上記構造体は、厚さ方向に貫通した孔を有する［４］〜［６］の何れかに記載の電池。
［８］
上記巻回電極体は、中心に中空部を有し、
上記孔は、上記中空部に対面する位置にある［７］に記載の電池。
［９］
上記巻回電極体は、中心に中空部を有し、
上記構造体は、頂部に上記構造体の厚さ方向に貫通した孔を有するじょうご形の構造体であり、
上記じょうご形の構造体の頂部は、上記巻回電極体の上記中空部に入っている請求項［４］〜［８］の何れかに記載の電池。
［１０］
上記構造体は、上記缶の底部内面側に突出した突出部を有する［４］〜［９］の何れかに記載の電池。
［１１］
上記構造体と上記巻回電極体との間にある絶縁材をさらに備え、
上記構造体の材料は、金属材料である［４］〜［１０］の何れかに記載の電池。
［１２］
上記構造体の材料は、鉄、ニッケル、銅およびステンレスのうちの何れか１種、若しくは鉄、ニッケル、銅およびステンレスのうちの少なくとも１種を含む材料、または、セラミック材料、若しくは無機材料成形体である［１］〜［１１］の何れかに記載の電池。
［１３］
上記構造体は、少なくとも一部が上記缶に溶着または接着して上記缶と一体化しているものである［１］〜［１２］の何れかに記載の電池。
［１４］
上記巻回電極体は、上記正極および上記負極の間にある上記正極および上記負極と共に巻回されたセパレータをさらに含む［１］〜［１２］の何れかに記載の電池。
［１５］
［１］に記載の電池と、
上記電池を制御する制御部と、
上記電池を内包する外装を有する電池パック。
［１６］
［１］に記載の電池を有し、
上記電池から電力の供給を受ける電子機器。
［１７］
［１］に記載の電池と、
上記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
［１８］
［１］に記載の電池を有し、
上記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
［１９］
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え
上記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、上記電池の充放電制御を行う［１８］に記載の蓄電装置。
［２０］
［１］に記載の電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から上記非水電解質電池に電力が供給される電力システム。
【符号の説明】
【０２２０】
１１・・・電池缶、１２，１３・・・絶縁材、１４・・・電池蓋、１５Ａ・・・ディスク板、１５・・・安全弁機構、１６・・・熱感抵抗素子、１７・・・ガスケット、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、２４・・・センターピン、２５・・・正極リード、２６・・・負極リード、２７・・・ガスケット、３１・・・構造体、３１ａ・・・孔、３１ｂ・・・突出部、４１・・・外装缶、４２・・・電池蓋、４３・・・電極ピン、４４・・・絶縁体、４５・・・貫通孔、４６・・・内圧開放機構、４７・・・電解液注入口、５０・・・巻回電極体、６１・・・正極、６２・・・負極、６３・・・セパレータ、７０・・・巻回電極体、７１・・・外装部材、７２・・・密着フィルム、７３・・・正極リード、７４・・・負極リード、８１・・・正極、８２・・・負極、８３・・・セパレータ、３０１・・・組電池、３０１ａ・・・二次電池、３０２・・・充電制御スイッチ、３０２ａ・・・充電制御スイッチ、３０２ｂ・・・ダイオード、３０３ａ・・・放電制御スイッチ、３０３ｂ・・・ダイオード、３０４・・・スイッチ部、３０７・・・電流検出抵抗、３０８・・・温度検出素子、３１０・・・制御部、３１１・・・電圧検出部、３１３・・・電流測定部、３１４・・・スイッチ制御部、３１７・・・メモリ、３１８・・・温度検出部、３２１・・・正極端子、３２２・・・負極端子、４００・・・蓄電システム、４０１・・・住宅、４０２・・・集中型電力系統、４０２ａ・・・火力発電、４０２ｂ・・・原子力発電、４０２ｃ・・・水力発電、４０３・・・蓄電装置、４０４・・・発電装置、４０５・・・電力消費装置、４０５ａ・・・冷蔵庫、４０５ｂ・・・空調装置、４０５ｃ・・・テレビジョン受信機、４０５ｄ・・・風呂、４０６・・・電動車両、４０６ａ・・・電気自動車、４０６ｂ・・・ハイブリッドカー、４０６ｃ・・・電気バイク、４０７・・・スマートメータ、４０８・・・パワーハブ、４０９・・・電力網、４１０・・・制御装置、４１１・・・センサ、４１２・・・情報網、４１３・・・サーバ、５００・・・ハイブリッド車両、５０１・・・エンジン、５０２・・・発電機、５０３・・・電力駆動力変換装置、５０４ａ・・・駆動輪、５０４ｂ・・・駆動輪、５０５ａ・・・車輪、５０５ｂ・・・車輪、５０８・・・バッテリー、５０９・・・車両制御装置、５１０・・・各種センサ、５１１・・・充電口
【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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【図１３】
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【図１４】
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