(57)【要約】【課題】高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる非水電解質電池を提供すること【解決手段】１つの実施形態によると、正極6と負極7と非水電解質とを具備する非水電解質電池1が提供される。正極6は、正極活物質を含む正極層62を具備する。正極活物質はスピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含む。正極層62における正極活物質の含有量は、正極層62の重量に対して91重量％以上96重量％未満である。容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が、92％以上99％以下である。容量Ｃ1は、非水電解質電池1を1.5Vの電圧から3Vの電圧まで充電した際の充電容量である。容量Ｃ2は、非水電解質電池1を2.3Vの電圧から2.7Vの電圧まで充電した際の充電容量である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極層とを含み、前記正極層は、スピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＧａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素であり、ｘは０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内にあり、ｙは０≦ｙ≦０．０２の範囲内にあり、ｘ＋ｙは０．０３≦ｘ＋ｙ＜０．２２の範囲内にある）で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含む正極活物質を含み、前記正極層における前記正極活物質の含有量が前記正極層の重量に対して９１重量％以上９６％重量未満である正極と、
負極と、
非水電解質と
を具備し、
容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が９２％以上９９％以下であり、ここで、前記容量Ｃ1は、１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量であり、前記容量Ｃ2は、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量であることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】
前記負極が、スピネル型の結晶構造を有するチタン酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項３】
前記正極層の密度が、２．６ｇ／ｃｍ3以上３．３ｇ／ｃｍ3未満であることを特徴とする請求項２に記載の非水電解質電池。
【請求項４】
電気的に直列に接続された５個の非水電解質電池を具備し、
前記５個の非水電解質電池の各々が、請求項１に記載の非水電解質電池であることを特徴とする組電池。
【請求項５】
鉛蓄電池を含む第１の電池ユニットと、
前記第１の電池ユニットに電気的に並列に接続され且つ請求項４に記載の組電池を含む第２の電池ユニットと、
前記第２の電池ユニットを１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で充放電させるように構成されている制御回路と
を具備することを特徴とするバッテリーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、非水電解質電池、組電池及びバッテリーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費改善を目的として、例えば渋滞や信号待ちなどの停車の際にエンジンを停止させるアイドリングストップシステムの開発が行われている。アイドリングストップの頻度を上げることで、更なる燃費改善が期待できる。
【０００３】
アイドリングストップシステムを搭載した自動車では、大電流の供給を必要とするエンジンスタートの頻度が増える。また、制動時に回生エネルギーを効率的に回収するためには、大電流での充電が可能であることが必要である。そのため、アイドリングストップシステムを搭載した自動車には、大電流での充放電が可能であり且つ大きな容量を示すことができるバッテリーシステムが適している。
【０００４】
現在、アイドリングストップシステムにおいて鉛蓄電池が広く用いられているが、鉛蓄電池は、抵抗が高く、大電流での充放電が可能な容量が小さい。また、鉛蓄電池は、特に大電流での充放電を頻繁に繰り返すと、容量劣化が大きくなり、寿命特性が低下する。このため、鉛蓄電池のみからなるバッテリーシステムを搭載した自動車では、アイドリングストップ頻度を上げることが困難である。
【０００５】
一方、例えばアイドリングストップシステムにおいて用いられる電池として、非水電解質電池の研究開発が進められている。非水電解質電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、例えば、正極及び負極がセパレータを介して積層して形成された電極群、又はこのようにして形成された積層体を捲回して得られる電極群を、例えばアルミニウムやアルミニウム合金を材料として含む容器に収納し、この容器の中に、リチウムを含む電解塩を非水溶媒に溶解して調製した電解液を注入することによって作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３００２４１号
【特許文献２】特開２０１０−１５３２５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】GS Yuasa Technical Report 2004 年 12 月  第 1 巻  第 1 号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる非水電解質電池、この非水電解質電池を具備する組電池、及びこの組電池を具備するバッテリーシステム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】
【０００９】
第１の実施形態によると、正極と、負極と、非水電解質とを具備する非水電解質電池が提供される。正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極層とを含む。正極層は正極活物質を含む。正極活物質は、スピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含む。式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＧａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素であり、ｘは０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内にあり、ｙは０≦ｙ≦０．０２の範囲内にあり、０．０３≦ｘ＋ｙ＜０．２２の範囲内にある。正極層における正極活物質の含有量は、正極層の重量に対して９１重量％以上９６重量％未満である。容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が、９２％以上９９％以下である。容量Ｃ1は、非水電解質電池を１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量である。容量Ｃ2は、非水電解質電池を２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量である。
【００１０】
第２の実施形態によると、組電池が提供される。この組電池は、電気的に直列に接続された５個の非水電解質電池を具備する。５個の非水電解質電池の各々は、第１の実施形態に係る非水電解質電池である。
【００１１】
第３の実施形態によると、バッテリーシステムが提供される。バッテリーシステムは、第１の電池ユニットと、第１の電池ユニットに電気的に並列に接続された第２の電池ユニットとを具備する。第１の電池ユニットは、鉛蓄電池を含む。第２の電池ユニットは、第２の実施形態に係る組電池を含む。
【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非水電解質電池の充電曲線である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略切欠き斜視図である。
【図３】図３は、図２の非水電解質電池が具備する１つの正極の一部切欠き平面図である。
【図４】図４は、図２に示すＡ部の概略断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る非水電解質電池が具備することができる一例の電極群の概略断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る一例の組電池を具備する一例の電池パックの概略斜視図である。
【図７】図７は、図６の電池パックの電気回路を示すブロック図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る一例のバッテリーシステムの概略回路図である。
【図９】図９は、実施例８、比較例６及び比較例７の組電池の充電カーブ、並びに鉛蓄電池の組電池の充電カーブである。
【図１０】図１０は、実施例８、比較例６及び比較例７の組電池の放電カーブ、並びに鉛蓄電池の組電池の放電カーブである。
【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、正極と、負極と、非水電解質とを具備する非水電解質電池が提供される。正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極層とを含む。正極層は正極活物質を含む。正極活物質は、スピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含む。式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＧａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素であり、ｘは０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内にあり、ｙは０≦ｙ≦０．０２の範囲内にあり、０．０３≦ｘ＋ｙ＜０．２２の範囲内にある。正極層における正極活物質の含有量は、正極層の重量に対して９１重量％以上９６重量％未満である。容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が、９２％以上９９％以下である。容量Ｃ1は、非水電解質電池を１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量である。容量Ｃ2は、非水電解質電池を２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量である。
【００１５】
鉛蓄電池と並列接続可能な電池は、作動電圧が鉛蓄電池のそれと同等となることが望まれている。鉛蓄電池は、一般的に、６個の鉛蓄電池を直列に接続して構成した組電池として使用される。６直列の鉛蓄電池を含んだ組電池は、劣化状態により電圧範囲が異なるが、通常、１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で使用され得る。
【００１６】
非水電解質電池を５個直列に接続して、６直列の鉛蓄電池を含んだ組電池との優れた電圧適合性を示すことができ且つ高容量の組電池を構成するためには、１個当たり２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲で高い容量を発現できる非水電解質電池が必要となる。
【００１７】
本発明者らは、このような電池の実現を目指して研究している中で、正極活物質として３．８５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以上４．２５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以下の電位範囲に容量を持つリチウムマンガン酸化物を用い、負極活物質として１．５０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以上１．５５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以下の電位範囲に容量を持つリチウムチタン酸化物を用いて電池を作製することに着目した。
【００１８】
しかしながら、このようにして作製した非水電解質電池は、リチウムマンガン酸化物の充放電可能な容量が小さく、寿命特性が悪いため、実用化に至らないという課題がある。
【００１９】
本発明者らは、この課題を解決するために研究を続けた結果、第１の実施形態に係る非水電解質電池を実現した。
【００２０】
第１の実施形態に係る非水電解質電池は、以下に説明するように、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲において大きな容量を示すことができ且つ優れた充放電サイクル特性を示すことができる。そのため、第１の実施形態に係る非水電解質電池を５個直列に接続して構成した組電池は、６直列の鉛蓄電池を含んだ組電池の作動電圧範囲と同様の１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の作動電圧範囲において高い容量を示すことができる。このような組電池は、６直列の鉛蓄電池を含んだ組電池に並列に接続することにより、使用可能な電力量を高くすることができ、鉛蓄電池の負荷の軽減が可能となる。
【００２１】
第１の実施形態に係る非水電解質電池が具備する正極は、スピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含む正極層を含む。このマンガン酸リチウムは、０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内の値をとる添字ｘで表される量のアルミニウムを含有している。このマンガン酸リチウムは、アルミニウムを上記範囲内の量で含んでいることで結晶構造が安定化し、充放電に伴うリチウムイオンの吸蔵及び放出による結晶構造変化を少なくすることができる。そのおかげで、このマンガン酸リチウムを含んだ正極を具備した第１の実施形態に係る非水電解質電池は、良好な充放電サイクル特性を示すことができる。また、このマンガン酸リチウムは、アルミニウムを上記範囲内の量で含んでいることにより、結晶構造の格子定数が小さくなるため、大電流放電の際、リチウムイオンの優れた受け入れ性を示すことができる。
【００２２】
また、正極層が含むアルミニウム含有マンガン酸リチウムは、アルミニウムを含有していないマンガン酸リチウムに比べて、高い作動電圧を示すことができる。
【００２３】
そして、第１の実施形態に係る非水電解質電池の正極層は、このようなアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含んだ正極活物質を、正極層の重量に対して９１重量％以上９６重量％未満の含有量で含む。正極活物質の含有量が高い正極は、導電率が低いため、大電流放電の際の負荷が大きくなり、劣化が進行しやすい。一方、０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内の値をとる添字ｘで表される量でアルミニウムを含むマンガン酸リチウムは、先にも説明したが、大電流放電の際にリチウムイオンの優れた受け入れ性を示すことができる。そのため、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、優れた充放電サイクル特性を維持しながら、高いエネルギー密度を発揮することができる。
【００２４】
更に、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、良好な充放電サイクル特性及び高い出力特性を示すことができると共に、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲において大きな容量を示すことができる。具体的には、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が９２％以上９９％以下である。ここで、容量Ｃ1は、非水電解質電池を１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量であり、容量Ｃ2は、非水電解質電池を２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量である。
【００２５】
具体例として、図１に、第１の実施形態に係る一例の非水電解質電池の充電曲線を示す。図１では、１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量を容量Ｃ1として記載している。また、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量を容量Ｃ2として記載している。図１に示した充電曲線では、容量Ｃ2の容量Ｃ1に対する割合（すなわち、（Ｃ2×１００）／Ｃ1）が９５％であり、９２％以上９９％以下の範囲内にある。
【００２６】
このように、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が９２％以上９９％以下であるため、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲、言い換えると下限電圧と上限電圧との差が０．４Ｖである狭い電圧範囲で作動した際にも大きな容量を充放電することができる。
【００２７】
このような第１の実施形態に係る非水電解質電池を５個直列に接続して構成した組電池は、１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で大きな容量を充放電することができる。この組電池は、６直列の鉛蓄電池を含んだ組電池と同様の作動電圧範囲を示すことができるので、鉛蓄電池を含む組電池と並列接続したバッテリーシステムにおいて、鉛蓄電池の負荷を低減することができる。
【００２８】
また、先に説明したように、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、それ自体が、良好な充放電サイクル特性及び高出力特性を示すことができる。
【００２９】
したがって、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる。
【００３０】
容量Ｃ2（２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量）の容量Ｃ1（１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量）に対する割合が９２％未満である非水電解質電池の一例は、１．５Ｖの電圧から２．３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ1.5-2.3が容量Ｃ1に対して大き過ぎる非水電解質電池である。このような非水電解質電池から構成された組電池と鉛蓄電池から構成された組電池とを並列に接続して構成したバッテリーシステムは、高い容量を得ようとして放電すると、バッテリーシステム全体の電圧が、鉛蓄電池の劣化が進行する電圧まで低下し、鉛蓄電池が過放電状態となる。そのため、このようなバッテリーシステムは、高いエネルギー密度と優れた充放電サイクル特性とを両立することができない。
【００３１】
容量Ｃ2の容量Ｃ1に対する割合が９２％未満である他の例の非水電解質電池は、２．７Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ2.7-3が容量Ｃ1に対して大き過ぎる非水電解質電池である。このような非水電解質電池から構成された組電池と鉛蓄電池から構成された組電池とを並列に接続して構成したバッテリーシステムは、大きな電気量が入力されると、バッテリーシステム全体の電圧が、鉛蓄電池の劣化が進行する電圧まで上昇し、鉛蓄電池が過充電状態となる。そのため、このようなバッテリーシステムは、高いエネルギー密度と優れた充放電サイクル特性とを両立することができない。
【００３２】
容量Ｃ2の容量Ｃ1に対する割合が９２％未満である更に他の例の非水電解質電池は、容量Ｃ2が小さ過ぎる非水電解質電池であり得る。このような非水電解質電池から構成された組電池と鉛蓄電池から構成された組電池とを並列に接続して構成したバッテリーシステムは、高い容量を得ようとすれば鉛蓄電池が過放電状態となり、大きな電気量が入力されると、鉛蓄電池が過充電状態となる。そのため、このようなバッテリーシステムも、高いエネルギー密度と優れた充放電サイクル特性とを両立することができない。
【００３３】
一方、容量Ｃ2の容量Ｃ1に対する割合が９９％よりも大きい非水電解質電池は、電圧が略均一である充電状態の範囲が広過ぎる。このような非水電解質電池は、充電の際の電圧制御及び放電の際の電圧制御が困難であり、充放電の実施が難しい。例えば、このような非水電解質電池を充電に供すると、充電終止で充電を止めることが難しく、電池の劣化を抑えることができない。
【００３４】
容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合は９３％以上９７％以下であることが好ましく、９４％以上９６％以下であることがより好ましい。
【００３５】
添字ｘの値が０．０３未満である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるマンガン酸リチウムは、アルミニウムの含有量が少な過ぎるため、充放電サイクルに伴い、結晶構造が大きく変化する。そのため、このようなマンガン酸リチウムは、優れた充放電サイクル特性を実現することができない。一方、添字ｘの値が０．２２以上である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるマンガン酸リチウムは、アルミニウムの含有量が多過ぎるため、エネルギー密度が低い。そのため、このようなマンガン酸リチウムを用いて作製した非水電解質電池は、充放電可能な容量が低下する。また、マンガン酸リチウムが添字ｘの値が０．２２よりも大きくなるようにアルミニウムを含んでも、充放電サイクル特性が更に改善する効果は期待できない。
【００３６】
アルミニウム含有マンガン酸リチウムについての一般式における添字ｘの値は０．１≦ｘ＜０．２２の範囲内にあることが好ましい。添字ｘの値がこの範囲内にあると、より優れた充放電サイクル寿命特性を発揮することができる。添字ｘの値は、０．１５≦ｘ＜０．２２の範囲内にあることがより好ましい。容量の観点からは、添字ｘの値は、０．１５≦ｘ≦０．１７の範囲内にあることが好ましい。
【００３７】
正極層が含むアルミニウム含有マンガン酸リチウムは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＧａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素Ｍを更に含むことができる。
【００３８】
アルミニウム含有マンガン酸リチウムにおける金属元素Ｍの含有量は添字ｙで表され、添字ｙは０≦ｙ≦０．０２の範囲内にある。さらに、アルミニウム含有マンガン酸リチウムにおけるアルミニウムの含有量を表す添字ｘと金属元素Ｍの含有量を表す添字ｙとの和ｘ＋ｙが、０．０３≦ｘ＋ｙ＜０．２２を満たす。和ｘ＋ｙの値が０．２２以上である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるマンガン酸リチウムは、アルミニウム及び金属元素Ｍの合計の含有量が多過ぎるため、エネルギー密度が低い。和ｘ＋ｙは、０．１≦ｘ＋ｙ＜０．２２を満たすことが好ましい。和ｘ＋ｙの値がこの範囲内にあると、より優れた充放電サイクル寿命特性を発揮することができる。和ｘ＋ｙは、０．１５≦ｘ＋ｙ＜０．２２を満たすことがより好ましい。容量の観点からは、和ｘ＋ｙは、０．１５≦ｘ＋ｙ≦０．１７の範囲内にあることが好ましい。
【００３９】
正極活物質は、アルミニウム含有マンガン酸リチウム以外の他の正極活物質を含むこともできる。
【００４０】
正極層における正極活物質の含有量が正極層の重量に対して９１重量％未満である正極を具備する非水電解質電池は、充放電できる容量が少なく、高いエネルギー密度を示すことができない。一方、正極層における正極活物質の含有量が正極層の重量に対して９６重量％以上である正極は、高いエネルギー密度を実現することができるものの、導電剤の量が少なく、高抵抗となる。そのため、このような正極を具備する非水電解質電池は、充放電に伴う劣化が大きく、充放電サイクル特性に劣る。
【００４１】
正極層における正極活物質の含有量は、正極層の重量に対して、９３重量％以上９６重量％未満であることが好ましい。正極層における正極活物質の含有量がこの範囲内である場合、エネルギー密度とサイクル寿命特性とのより優れたバランスを発揮することができる。正極層における正極活物質の含有量は、正極層の重量に対して、９４重量％以上９５重量％以下であることがより好ましい。
【００４２】
なお、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、先に説明したように、１．５Ｖの電圧から３Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ1を１００％とした場合に、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧までという狭い電圧範囲における充電容量Ｃ2が９２％以上９９％以下である。一方、通常の電池の開発においては、出力及び容量を高めるために、広い電圧範囲で高い容量を示すことができるように設計を行う。そのため、優れた充放電サイクル特性及び高い出力を実現させながら、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧までという狭い電圧範囲で高い容量を得るという着想がなければ、第１の実施形態に係る非水電解質電池を実現することはできない。
【００４３】
具体的には、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、以下に示す実施例に示した方法により製造することができる。
【００４４】
次に、第１の実施形態に係る非水電解質電池をより詳細に説明する。
【００４５】
第１の実施形態に係る非水電解質電池は、正極と、負極と、非水電解質とを具備する。
【００４６】
正極は、正極集電体と、この正極集電体上に形成された正極層とを含む。
【００４７】
正極集電体としては、例えば、アルミニウム、銅などの金属箔を使用することができる。
【００４８】
正極層は、正極集電体の片面に形成されていてもよいし、正極集電体の両面に形成されていてもよい。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、この部分は例えば正極リードとして働くことができる。
【００４９】
正極層は正極活物質を含む。正極活物質は、先に説明したアルミニウム含有マンガン酸リチウムを含む。
【００５０】
先に説明したように、正極活物質は、アルミニウム含有マンガン酸リチウム以外の正極活物質を含むこともできる。すなわち、正極活物質は、第１の正極活物質としてのアルミニウム含有マンガン酸リチウムと、アルミニウム含有マンガン酸リチウム以外の第２の正極活物質を含むことができる。第２の正極活物質としては、例えば、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）及びリチウムコバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ2）を挙げることができる。正極層におけるアルミニウム含有マンガン酸リチウムの含有量は、正極層の重量に対して６０重量％以上９６重量％未満であることが好ましい。正極層におけるアルミニウム含有マンガン酸リチウムの含有量は、７０重量％以上９６重量％以下であることがより好ましい。
【００５１】
正極層は、導電剤を更に含むことができる。正極層が含むことができる導電剤は、カーボン材料を含むことが好ましい。カーボン材料としては、例えば、アセチレンブラック、ケチェンブラック、ファーネスブラック、グラファイト、カーボンナノチューブなどを挙げることができる。正極層は、上記カーボン材料のうち１種若しくは２種以上を含むことができるし、又は他の導電剤を更に含むこともできる。
【００５２】
また、正極層は結着剤を更に含むこともできる。正極層が含むことができる結着剤は、特に限定されない。例えば、結着剤として、スラリー調製用の混合用溶媒によく分散するポリマーを用いることができる。このようなポリマーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及びポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。
【００５３】
正極層における正極活物質の含有量は、先に説明したように、正極層の重量に対して、９１重量％以上９６重量％未満である。また、正極における導電剤及び結着剤の含有量は、それぞれ正極層の重量に対し、３重量％以上６重量％以下及び１重量％以上３重量％以下であることが好ましい。導電剤及び結着剤をこの範囲内の量で含むことにより、より高い容量を実現することができると共に、正極層の剥がれによるサイクル低下を防ぐことができる。
【００５４】
正極層の密度は、２．６ｇ／ｃｍ3以上３．３ｇ／ｃｍ3未満であることが好ましい。正極層の密度がこの範囲内にあると、低抵抗で良好なサイクル特性を示すことができる。これは、この範囲内にある密度を有する正極層は、非水電解質を内部に含浸する空隙を十分に有することができると共に、導電パスを十分に保持することができるからである。正極層の密度は、２．８ｇ／ｃｍ3以上３．１ｇ／ｃｍ3未満であることがより好ましい。
【００５５】
正極は、例えば、以下の方法によって作製することができる。まず、アルミニウム含有マンガン酸リチウムと、任意の他の活物質と、任意の導電剤と、任意の結着剤とを適切な溶媒に投入して、混合物を得る。続いて、得られた混合物を撹拌機に投入する。この撹拌機において、混合物を撹拌して、スラリーを得る。かくして得られたスラリーを、上記正極集電体上に塗布し、これを乾燥させて、次いでプレスすることによって、正極を作製することができる。
【００５６】
負極は、負極集電体と、この負極集電体上に形成された負極層とを含むことができる。
【００５７】
負極集電体としては、例えば、アルミニウム、銅などの金属箔を使用することができる。
【００５８】
負極層は、負極集電体の片面に形成されていてもよいし、又は負極集電体の両面に形成されていてもよい。
【００５９】
負極集電体は、表面に負極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができ、この部分は負極リードとして働くことができる。
【００６０】
負極層は、例えば、負極活物質と、導電剤と、結着剤とを含むことができる。
【００６１】
負極層が含むことができる負極活物質は、特に限定されない。例えば、負極活物質としては、黒鉛質材料若しくは炭素質材料（例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体など）、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブなど）、軽金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金など）、チタン酸化物（例えば、スピネル型のチタン酸リチウム）などを挙げることができる。
【００６２】
負極活物質は、リチウム吸蔵及び放出電位が１．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以上であるチタン含有酸化物を含むことが好ましい。このようなチタン含有酸化物としては、例えば、スピネル型のチタン酸リチウム(例えば、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12)、単斜晶型二酸化チタン（ＴｉＯ2（Ｂ））、及びニオブチタン複合酸化物（例えば、Ｎｂ2ＴｉＯ7）が挙げられる。
【００６３】
負極活物質は、スピネル型の結晶構造を有するチタン酸リチウムを含むことがより好ましい。スピネル型チタン酸リチウムを含む負極は、リチウムの吸蔵放出に伴う体積変化が非常に小さい。そのため、スピネル型チタン酸リチウムを含む負極を具備した非水電解質電池は、更に優れた充放電サイクル特性を示すことができる。
【００６４】
負極層が含むことができる導電剤及び結着剤は、正極層が含むことができるそれらと同様のものを用いることができる。
【００６５】
負極層における各材料の含有量は、それぞれ負極層の重量に対し、負極活物質は８９重量％以上９７重量％以下、導電剤は２重量％以上８重量％以下、結着剤は１重量％以上３重量％以下であることが好ましい。各材料の含有量がこの範囲内にある負極層は、より優れた容量、ひいてはより高いエネルギー密度を示すことができる。また、負極層の各材料の含有量がこの範囲内にある負極は、導電パスを十分に形成することができると共に、負極層の剥がれを防ぐことができ、これらの結果、より優れた充放電サイクル寿命特性を提供することができる。
【００６６】
負極層の密度は、２.０ｇ／ｃｍ3以上３.０ｇ／ｃｍ3未満であることが好ましい。負極層の密度がこの範囲内にあると、低抵抗で良好なサイクル特性を示すことができる。これは、この範囲内にある密度を有する負極層は、非水電解質を内部に含浸する空隙を十分に有することができると共に、導電パスを十分に保持することができるからである。
【００６７】
負極は、例えば、以下の手順により作製することができる。まず、負極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合する。かくして得られた混合物を溶媒に投入してスラリーを調製する。このスラリーを負極集電体に塗布し、乾燥させ、次いでプレスする。かくして、負極を作製することができる。
【００６８】
正極及び負極は、正極層と負極層とを間にセパレータを介在させて対向させて、電極群を形成することができる。セパレータは、特に限定されるものではなく、例えば、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物などを用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー、セルロースなどを挙げることができる。
【００６９】
このようにして形成される電極群の構造は、特に限定されない。例えば、電極体はスタック構造を有することができる。スタック構造は、先に説明した正極及び負極を間にセパレータを挟んで積層した構造を有する。或いは、電極群は捲回構造を有することができる。捲回構造は、先に説明した正極及び負極を間にセパレータを挟んで積層し、かくして得られた積層体を渦巻状に捲回した構造である。
【００７０】
非水電解質は、例えば、電極群に含浸され得る。
【００７１】
非水電解質は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製することができる。
【００７２】
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）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフランなどを挙げることができる。１種類の非水溶媒を単独で使用してもよいし、２種以上の非水溶媒を混合して調製した混合溶媒を使用してもよい。
【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）などのリチウム塩を挙げることができる。１種類の電解質の単独で使用してもよいし、２種以上の電解質の混合物を使用してもよい。
【００７４】
電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．５ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。電解質の濃度が低過ぎると十分なイオン導電性を得ることができない場合がある。一方、電解質の濃度が高過ぎると、電解質が電解液に完全に溶解できない場合がある。
【００７５】
第１の実施形態に係る非水電解質電池は、上記電極群及び非水電解質を収納するための容器を更に具備することができる。
【００７６】
容器としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム含有ラミネートフィルム、ニッケル（Ｎｉ）めっきした鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを用いることができる。
【００７７】
また、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、上記正極リードに電気的に接続された正極集電タブ、及び、上記負極リードに電気的に接続された負極集電タブを更に具備することもできる。正極集電タブ及び負極集電タブは、上記容器の外に引き出されて、正極端子及び負極端子として働くこともできる。或いは、正極集電タブ及び負極集電タブは、正極端子及び負極端子のそれぞれに接続することもできる。
【００７８】
正極集電タブ、負極集電タブ、正極端子及び負極端子は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成することが望ましい。
【００７９】
＜充電容量の測定方法＞
次に、非水電解質電池についての、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合の算出方法を説明する。
【００８０】
まず、測定対象の非水電解質電池を準備する。準備をした非水電解質電池の電圧を、市販のテスター（例えばデジタルマルチメーター DT4281 日置電機）で測定する。
【００８１】
次に、測定対象の非水電解質電池の電圧を１．５００Ｖに調整する。具体的には、先に測定した電圧に応じて、以下の手段で調整を行う。非水電解質電池の電圧が１．４９９Ｖ未満である場合、この非水電解質電池を、２５℃の環境温度において、電池電圧が１．５００Ｖに達するまで、０．１Ａの定電流値で充電する。一方、非水電解質電池の電圧が１．５０１Ｖより高い場合、この非水電解質電池を、２５℃の環境温度において、電池電圧が１．５００Ｖに達するまで、０．１Ａの定電流値で放電する。電池電圧が１．４９９Ｖ以上から１．５０１Ｖ以下の範囲内である場合は、充電又は放電による電池電圧の調整は行わない。
【００８２】
次に、この非水電解質電池を、電池電圧が３．０Ｖに達するまで、０．１Ａの電流値で充電する。この際に充電された電気量を、測定対象の非水電解質電池の基準レート：１Ｃとする。
【００８３】
次に、基準レートを測定した非水電解質電池を、同じく２５℃の環境温度において、電池電圧が１．５Ｖになるまで０．２Ｃレートで放電する。続いて、この非水電解質電池を、同じく２５℃の環境温度において、０．２Ｃレートで電池電圧が３．０Ｖに達するまで充電する。この充電による非水電解質電池の充電容量及び電圧の変化を、充電曲線として記録する。得られた充電曲線から、１．５Ｖの電圧から３．０Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ1及び２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ2を求めることができる。得られた充電容量Ｃ1及びＣ2から、充電容量Ｃ1を１００％とした際の充電容量Ｃ2の割合を算出することができる。
【００８４】
＜正極層における正極活物質の含有量の測定方法＞
非水電解質電池に含まれている正極層における正極活物質の含有量は、以下の手順で測定することができる。
【００８５】
１．非水電解質電池の解体
まず、事前準備として、電極及び非水電解質に直接触れないように、手袋を着用する。  
次に、電池の構成要素が解体時に大気成分や水分と反応することを防ぐために、非水電解質電池をアルゴン雰囲気のグローブボックスに入れる。  
このようなグローブボックス内で、非水電解質電池を開く。例えば、正極集電タブ及び負極集電タブのそれぞれの周辺にあるヒートシール部を切断して、非水電解質電池を切り開くことができる。  
切り開いた非水電解質電池から、電極群を取り出す。取り出した電極群が正極リード及び負極リードを含む場合は、正負極を短絡させないように注意しながら、正極リード及び負極リードを切断する。  
次に、電極群を解体し、正極、負極及びセパレータに分解する。かくして得られた正極及び負極をエチルメチルカーボネートを溶媒として用いて洗浄する。  
洗浄後、正極及び負極を真空乾燥に供する。或いは、アルゴン雰囲気下での自然乾燥に供しても良い。
【００８６】
２．熱重量測定（Thermo Gravimetry：ＴＧ）
乾燥させた正極から、正極層を、例えばスパチュラを用いて剥がす。  
剥がした正極層における正極活物質含有量を、熱重量測定装置（例えば、島津製作所製ＤＴＧ−６０／６０Ｈ）を用いて、以下の手順で測定する。  
まず、測定に供するサンプル重量を測定する。次に、測定室内のエアフローを １００ｍＬ／ｍｉｎとし、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、測定温度範囲：３０〜８５０℃として、熱重量測定を実施する。結着剤（例えばポリマー材料）、導電剤（例えばカーボン材料）は、活物質に比べて燃焼温度が低く、試験開始２時間後の６００℃付近までに全て燃焼する。そして、結着剤及び導電剤がそれぞれ燃焼して生じた物質は、エアフローにより、燃焼室から排出される。そのため、試験後のサンプルの重量は、試験前のサンプルの重量に比べ、結着剤及び導電剤の重量だけ減少する。試験後のサンプル重量を試験前のサンプル重量で割ることで、正極層における活物質の含有量を、正極層の重量に対する重量割合として算出することができる。
【００８７】
＜負極層における負極活物質の含有量の測定方法＞
負極層における負極活物質の含有量は、正極活物質と同様の手順で測定することができる。
【００８８】
例えば、負極層が負極活物質としてチタン酸リチウムを含んでいた場合、熱重量測定後のサンプルの重量は、熱重量測定前のサンプルの重量よりも、結着剤及び導電剤の分のみ減少する。そのため、測定前後の重量により負極層における負極活物質の含有量を負極層に対する重量割合として算出することができる。
【００８９】
＜正極活物質及び負極活物質の組成の同定方法＞
非水電解質電池に含まれている正極活物質及び負極活物質の組成及び結晶構造は、以下の手順で同定をすることができる。
【００９０】
１．非水電解質電池の解体
非水電解質電池に含まれている正極層における正極活物質の含有量の測定の説明で述べたのと同様の手順で、非水電解質電池を解体し、正極及び負極を取り出し、それぞれ洗浄及び乾燥に供する。
【００９１】
２．誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）発光分光分析
乾燥させた正極から、正極層を、例えばスパチュラを用いて剥がす。  
剥がした正極層を酸加熱処理し、結着剤及び導電剤を取り除く。かくして得られた試料に対し、ＩＣＰ測定を実施する。
【００９２】
測定対象元素は、Ｌｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｋ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｎ及びＺｒとする。測定結果から各元素のモル分率を算出することで、正極活物質の全体の組成を同定することができる。
【００９３】
負極活物質についても、同様の測定を行うことで、組成を同定することができる。
【００９４】
３．Ｘ線回折（X-ray Diffraction：ＸＲＤ）測定
乾燥させた正極についてＸＲＤ測定を実施する。回折角（２θ）の範囲を１０°から９０°とし、０．０２°ずつＸ線回折強度を測定する。かくして、ＸＲＤ測定結果が得られる。
【００９５】
一方、ＩＣＰ分析による組成の同定結果に基づき、データベースから、活物質組成から推定される活物質の固有ピークのパターンを推定する。
【００９６】
推定したＸ線パターンと、実測のＸ線パターンとを比較することにより、正極層に含まれている正極活物質の結晶構造を同定することができる。負極活物質についても、同様の測定を行うことで、組成を同定することができる。
【００９７】
４．走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：SEM）観察、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy: EDX）及び電子エネルギー損失分光法（Electron Energy−Loss Spectroscopy： EELS）による分析
正極層が複数種類の正極活物質を含んでいる場合、上記ＸＲＤ測定によって得られる実測のＸ線パターンは、複数種類の正極活物質に由来するピークを含む。各活物質に由来するピークは、他の活物質に由来するピークと重なる場合もあれば、重ならない場合もある。ピークが重ならない場合は、上記ＸＲＤ測定及びＩＣＰ分析により、正極に含まれる各正極活物質の組成及び混合比を知ることができる。
【００９８】
一方、ピークが重なる場合は、ＳＥＭ観察、ＥＤＸ分析及びＥＥＬＳ分析により、正極に含まれる各正極活物質の組成及び混合比を決定する。具体的には、以下のとおりである。
【００９９】
まず、乾燥させた正極から、カッターなどで約２ｃｍ×２ｃｍの断片を切り出す。切り出した断片の断面に、加速電圧２〜６ｋＶで加速したアルゴンイオンを照射して、平坦な断面を得る。
【０１００】
次に、ＥＤＸ及びＥＥＬＳを付属したＳＥＭを用いて、正極断面に含まれる幾つかの活物質粒子の組成を分析する。ＥＤＸでは、Ｂ〜Ｕまでの元素の定量分析をすることができる。Ｌｉについては、ＥＥＬＳによって定量分析することができる。かくして、正極層に含まれる各正極活物質の組成を知ることができる。
【０１０１】
次いで、正極活物質の全体の組成と各正極活物質の組成とから、正極における正極活物質の混合比を知ることができる。
【０１０２】
負極層が複数種類の負極活物質を含んでいる場合も、正極活物質についての手順と同様の手順を踏むことにより、各負極活物質の組成及び混合比を知ることができる。
【０１０３】
＜正極層及び負極層の密度の測定方法＞
正極層の密度は、以下の手順で測定することができる。  
まず、先に説明した手順で非水電解質電池を解体し、解体した電池から正極を取り出す。次いで、取り出した正極の厚みを、厚み測定機を用いて計量する。次に、裁断機を用いて１ｃｍ×１ｃｍサイズに正極を打ち抜き、１ｃｍ×１ｃｍサイズの試料を得る。この試料の重量を測定する。
【０１０４】
次に、試料から、正極層を剥がす。例えば、試料をＮ−メチルピロリドンに浸漬することによって、正極層を剥がすことができる。正極層を剥がす溶媒としては、正極集電体を侵食せず且つ正極層を剥がすことができるものであれば、何を使用しても構わない。試料として残った正極集電体の試料の厚さ及び重量を測定する。
【０１０５】
次に、正極の厚みから正極集電体の厚みを減じ、正極層の厚みを算出する。また、１ｃｍ×１ｃｍサイズの試料の重量から正極集電体の試料の重量を減じ、１ｃｍ×１ｃｍのサイズの正極層の重量を算出する。次いで、１ｃｍ×１ｃｍのサイズの正極層の重量を正極層の厚みで除することにより、正極層の密度（単位：ｇ／ｃｍ3）を算出することができる。
【０１０６】
負極層の密度は、正極層の密度を得るための手順と同様の手順で得ることができる。
【０１０７】
次に、図面を参照しながら、第１の実施形態に係る非水電解質電池の例を具体的に説明する。
【０１０８】
図２は、第１の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略切欠き斜視図である。図３は、図２の非水電解質電池が具備する１つの正極の一部切欠き平面図である。図４は、図２に示すＡ部の概略断面図である。
【０１０９】
図２〜図４に示す第１の例の非水電解質電池１は、図２及び図４に示す電極群２と、図２及び図４に示す容器３と、図２及び図４に示す正極集電タブ４と、図２に示す負極集電タブ５とを具備している。
【０１１０】
図２及び図４に示す電極群２は、複数の正極６と、複数の負極７と、１枚のセパレータ８とを備える。
【０１１１】
正極６は、図３及び図４に示すように、正極集電体６１と、この正極集電体６１の両面に形成された正極層６２とを備えている。また、図３及び図４に示すように、正極集電体６１は表面に正極層６２が形成されていない部分６３を含んでおり、この部分６３は正極リードとして働く。図３に示すように、正極リード６３は、正極層６２よりも幅の狭い狭小部となっている。
【０１１２】
負極７は、図４に示すように、負極集電体７１と、この負極集電体７１の両面に形成された負極層７２とを備えている。また、図示はしていないが、負極集電体７１は表面に負極活物質含有層７２が形成されていない部分を含んでおり、この部分は負極リードとして働く。
【０１１３】
図４に示すように、セパレータ８は九十九折にされている。九十九折にされたセパレータ８の互いに対向する面によって規定される空間には、正極６又は負極７がそれぞれ配置されている。それにより、正極６と負極７とは、図４に示すように、正極層６２と負極層７２とがセパレータ８を間に介在させて対向するように積層されている。かくして、電極群２が形成されている。
【０１１４】
電極群２の正極リード６３は、図４に示すように、電極群２から延出している。これらの正極リード６３は、図４に示すように、１つにまとめられて、正極集電タブ４に接続されている。また、図示はしていないが、電極群２の負極リードも電極群２から延出している。これらの負極リードは、図示していないが、１つにまとめられて、図２に示す負極集電タブ５に接続されている。
【０１１５】
このような電極群２は、図２及び図４に示すように、容器３に収納されている。
【０１１６】
容器３は、アルミニウム箔３１とその両面に形成された樹脂フィルム３２及び３３とからなるアルミニウム含有ラミネートフィルムから形成されている。容器３を形成するアルミニウム含有ラミネートフィルムは、折り曲げ部３ｄを折り目として、樹脂フィルム３２が内側を向くように折り曲げられて、電極群２を収納している。また、容器３は、図２及び図４に示すように、その周縁部３ｂにおいて、正極集電タブ４を挟み込んでいる。同様に、容器３は、周縁部３ｃにおいて、負極集電タブ５を挟み込んでいる。それにより、正極集電タブ４及び負極集電タブ５は、容器３から、互いに反対の向きに延出している。
【０１１７】
容器３は、正極集電タブ４及び負極集電タブ５を挟み込んだ部分を除くその周縁部３ａ、３ｂ及び３ｃが、互いに対向した樹脂フィルム３２の熱融着によりヒートシールされている。
【０１１８】
また、非水電解質電池１では、正極集電タブ４と樹脂フィルム３２との接合強度を向上させるために、図４に示すように、正極集電タブ４と樹脂フィルム３２との間に絶縁フィルム９が設けられている。また、周縁部３ｂにおいて、正極集電タブ４と絶縁フィルム９とが熱融着によりヒートシールされており、樹脂フィルム３２と絶縁フィルム９とが熱融着によりヒートシールされている。同様に、図示していないが、負極集電タブ５と樹脂フィルム３２との間にも絶縁フィルム９が設けられている。また、周縁部３ｃにおいて、負極集電タブ５と絶縁フィルム９とが熱融着によりヒートシールされており、樹脂フィルム３２と絶縁フィルム９とが熱融着によりヒートシールされている。すなわち、図２〜図４に示す非水電解質電池１では、容器３の周縁部３ａ、３ｂ及び３ｃの全てが熱シールされている。
【０１１９】
容器３は、図示していない非水電解質を更に収納している。非水電解質は、電極群２に含浸されている。
【０１２０】
図２〜図４に示す非水電解質電池１では、図２に示すように、電極群２の最下層に複数の正極リード６３をまとめている。同様に、図示していないが、電極群２の最下層に複数の負極リードをまとめている。しかしながら、例えば図５に示すように、電極群２の中段付近に複数の正極リード６３及び複数の負極リード７３を、それぞれ１つにまとめて、正極集電タブ４及び負極集電タブ５のそれぞれに接続することもできる。
【０１２１】
第１の実施形態に係る非水電解質電池は、正極層が、スピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを、正極層の重量に対して９１重量％以上９６重量％未満の含有量で含む。また、容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が９２％以上９９％以下である。この非水電解質電池は、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧までの電圧範囲で高い容量を示すことができると共に、優れた充放電サイクル特性及び高エネルギー密度を示すことができる。このような非水電解質電池を用いて構成した組電池は、鉛蓄電池を含んだ電池との電圧適合性に優れる。よって、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる。
【０１２２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態によると、組電池が提供される。この組電池は、電気的に直列に接続された５個の非水電解質電池を具備する。５個の非水電解質電池の各々は、第１の実施形態に係る非水電解質電池である。
【０１２３】
第１の実施形態に係る非水電解質電池は、先に説明したように、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧までの電圧範囲で高い容量を示すことができると共に、優れた充放電サイクル特性及び高エネルギー密度を示すことができる。したがって、第１の実施形態に係る非水電解質電池を５個直列に電気的に接続して構成した第２の実施形態に係る組電池は、鉛蓄電池を含んだ組電池の作動電圧範囲と同様の１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で高い容量を示すことができ、且つ優れた充放電サイクル寿命を示すことができる。このような第２の実施形態に係る組電池を鉛蓄電池を含んだ組電池に並列に接続することにより、使用可能な電力量を高くすることができ、鉛蓄電池の負荷の軽減が可能となる。また、第１の実施形態に係る非水電解質電池の正極は、先に説明したように、大電流放電の際、リチウムイオンの優れた受け入れ性を示すことができる。したがって、第２の実施形態に係る組電池は、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる。
【０１２４】
次に、第２の実施形態に係る一例の組電池を図面を参照しながら具体的に説明する。
【０１２５】
図６は、第２の実施形態に係る一例の組電池を具備する一例の電池パックの概略斜視図である。図７は、図６の電池パックの電気回路を示すブロック図である。
【０１２６】
図６及び図７に示す電池パック２０は、複数個の単電池２１を備える。単電池２１は、正極集電タブ４及び負極集電タブ５が容器から同じ向きに延出していること以外は図２〜図４を参照しながら説明した第１の実施形態に係る一例の扁平型非水電解質電池１と同用の構造を有する。
【０１２７】
複数の単電池２１は、外部に延出した正極集電タブ４及び負極集電タブ５が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ２２で締結することにより組電池２３を構成している。これらの単電池２１は、図７に示すように電気的に直列に接続されている。すなわち、この組電池２３は、第２の実施形態に係る組電池の一例の組電池である。
【０１２８】
プリント配線基板２４は、単電池２１の正極集電タブ４及び負極集電タブ５が延出する側面に対向して配置されている。プリント配線基板２４には、図７に示すようにサーミスタ２５、保護回路２６及び外部機器への通電用端子２７が搭載されている。なお、組電池２３と対向するプリント配線基板２４の面には組電池２３の配線との不要な接続を回避するために絶縁板（図示せず）が取り付けられている。
【０１２９】
正極側リード２８は、組電池２３の最下層に位置する正極集電タブ４に接続され、その先端はプリント配線基板２４の正極側コネクタ２９に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード３０は、組電池２３の最上層に位置する負極集電タブ５に接続され、その先端はプリント配線基板２４の負極側コネクタ３１に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ２９及び３１は、プリント配線基板２４に形成された配線３２及び３３を通して保護回路２６に接続されている。
【０１３０】
サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検出し、その検出信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路２６と外部機器への通電用端子２７との間のプラス側配線３４ａ及びマイナス側配線３４ｂを遮断できる。所定の条件の一例とは、例えば、サーミスタ２５の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件の他の例とは、例えば、単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池２１もしくは組電池２３全体について行われる。個々の単電池２１を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池２１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図６及び図７の電池パック２０の場合、単電池２１それぞれに電圧検出のための配線３５が接続されている。これら配線３５を通して検出信号が保護回路２６に送信される。
【０１３１】
プリント配線基板２４は、組電池２３の充放電を制御するように構成された制御回路（図示しない）を更に具備することもできる。制御回路は、例えば、組電池２３を１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で充放電させるように構成されている回路であり得る。
【０１３２】
正極端子６及び負極端子５が突出する側面を除く組電池２３の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３６がそれぞれ配置されている。
【０１３３】
組電池２３は、各保護シート３６及びプリント配線基板２４と共に収納容器３７内に収納される。すなわち、収納容器３７の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート３６が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板２４が配置される。組電池２３は、保護シート３６及びプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。蓋３８は、収納容器３７の上面に取り付けられている。
【０１３４】
なお、組電池２３の固定には粘着テープ２２に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。
【０１３５】
第２の実施形態に係る組電池は、直列に電気的に接続され且つ各々が第１の実施形態に係る非水電解質電池である５個の非水電解質電池を具備する。従って、例えば、第２の実施形態に係る組電池を鉛蓄電池を含んだ組電池と並列に接続することにより、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる。
【０１３６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態によると、バッテリーシステムが提供される。バッテリーシステムは、第１の電池ユニットと、第１の電池ユニットに電気的に並列に接続された第２の電池ユニットと、制御回路とを具備する。第１の電池ユニットは、鉛蓄電池を含む。第２の電池ユニットは、第２の実施形態に係る組電池を含む。制御回路は、第２の電池ユニットを１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で充放電させるように構成されている。
【０１３７】
第１の電池ユニットは、１つ又は複数の鉛蓄電池を含むことができる。複数の鉛蓄電池を含む場合、これらの鉛蓄電池は、直列に、並列に又はこれらの組み合わせの接続形態で、電気的に接続されることができる。すなわち、第１の電池ユニットは、複数の鉛蓄電池を含む組電池でもよい。
【０１３８】
例えば、第１の電池ユニットが直列に電気的に接続された６個の鉛蓄電池から構成された組電池を含んでいる場合、第１の電池ユニットと第２の電池ユニットとは、同様の作動電圧範囲を示すことができる。このような第１の電池ユニットを含むバッテリーシステムは、例えば第１の電池ユニットと第２の電池ユニットとの電圧を適合させるための部材なしでも構成することもできる。
【０１３９】
第２の電池ユニットが含む第２の実施形態に係る組電池は、先に説明したように、鉛蓄電池を含んだ組電池の作動電圧範囲と同様の１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で高い容量を示すことができ、且つ優れた充放電サイクル寿命を示すことができる。
【０１４０】
第３の実施形態に係るバッテリーシステムが具備する制御回路は、この第２の電池ユニットを１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で充放電させるように構成されている。第２の電池ユニットは第１の電池ユニットに並列に接続されているので、制御回路は、第１の電池ユニットも１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で充放電させることができる。
【０１４１】
第３の実施形態に係るバッテリーシステムでは、鉛蓄電池を含んだ第１の電池ユニットに並列に接続された第２の電池ユニットが、バッテリーシステム全体で使用可能な電力量を高くすることができると共に、第１の電池ユニットが含んだ鉛蓄電池の負荷を軽減することができる。また、第２の実施形態に係る組電池が含む第１の実施形態に係る非水電解質電池の正極は、先に説明したように、大電流放電の際、リチウムイオンの優れた受け入れ性を示すことができる。よって、第３の実施形態に係るバッテリーシステムでは、大電流の入力を第２の電池ユニットが引き受けることができる。これらの結果、第３の実施形態に係るバッテリーシステムは、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができる。
【０１４２】
次に、第２の実施形態に係るバッテリーシステムの一例を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
【０１４３】
図８は、第２の実施形態に係るバッテリーシステムの概略回路図である。
【０１４４】
図８に示すバッテリーシステム１００は、第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０を具備する。
【０１４５】
第１の電池ユニット１１０は、複数の鉛蓄電池から構成された組電池である。第２の電池ユニット１２０は、図６及び図７を参照しながら説明した組電池２３を含んでいる。第２の電池ユニット１２０の公称電圧は、第１の電池ユニット１１０のそれと同様である。
【０１４６】
図８に示すバッテリーシステム１００では、第１の電池ユニット１１０と第２の電池ユニット１２０とが、回路開閉手段１３０を介して並列に接続されている。
【０１４７】
回路開閉手段１３０は、図示しない半導体スイッチを備える。半導体スイッチは、金属−酸化物−半導体接合電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）を含み、これを介する電子の通電及びその遮断の切り替えを行うことができる。半導体スイッチを介する電子の通電及びその遮断の切り替えは、電気制御手段（ＥＣＵ）１３１によって制御される。
【０１４８】
第１の電池ユニット１１０の端子間電圧は、図示しないセンサによりモニタされ、その情報が電子制御手段１３１へと送られる。
【０１４９】
図８に示すバッテリーシステム１００は、電気負荷１４０及びオルタネータ１５０を更に具備している。電気負荷１４０及びオルタネータ１５０は、回路開閉手段１３０を介して、第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０に並列接続されている。
【０１５０】
オルタネータ１５０は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する交流発電機である。オルタネータ１５０は、図示しない整流器に交流電流を送ることができる。この整流器は、受け取った交流電流を直流電流に変換して、この直流電流をバッテリーシステム１００に流す働きを有する。オルタネータ１５０からの送電電圧は、図示しないセンサによりモニタされ、その情報が電子制御手段１３１に送られる。
【０１５１】
図８に示すバッテリーシステムは、第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０に対する制御手段１６０を更に具備している。制御手段１６０は、例えば、第２の電池ユニット１２０の端子間電圧をモニタする手段（図示しない）を含むことができる。例えば、第２の電池ユニット１２０の端子間電圧が第１の電池ユニット１１０の使用可能電圧範囲から外れた場合、制御手段１６０は、回路開閉手段１３０に接続された電子制御手段１３１に信号を送り、半導体スイッチを「遮断」状態にして、第１の電池ユニット１１０と第２の電池ユニット１２０との間の通電を防ぐことができる。
【０１５２】
また、制御手段１６０は、第２の電池ユニット１２０を１１．５Ｖ以上１３．５Ｖ以下の電圧範囲で充放電させるように構成された制御回路（図示せず）を具備している。
【０１５３】
図８に示すバッテリーシステム１００は、例えば、自動車用バッテリーシステムである。
【０１５４】
自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム１００では、電気負荷１４０は、例えば、空調設備及び照明設備を含む。
【０１５５】
自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム１００では、オルタネータ１５０が、自動車のエンジンに機械的に接続されている。また、オルタネータ１５０は、制動系統にも接続されており、自動車の制動の際に生じるエネルギーを回生エネルギーに変換することができる。
【０１５６】
次に、自動車用バッテリーシステムであるバッテリーシステム１００における送電の例を説明する。
【０１５７】
（１）エンジン作動時
自動車のエンジンが作動している間、オルタネータ１５０が発電を行い、かくして生じた電気が、図示しない整流器により直流に変換され、電気負荷１４０に送られる。
【０１５８】
エンジンの作動中、オルタネータ１５０からの送電電圧が第１の電池ユニット１１０によって許容される範囲内にある場合、電子制御手段１３１は、半導体スイッチの状態をオルタネータ１５０と第１の電池ユニット１１０との間で「通電」状態にし、オルタネータ１５０で生じた電気を第１の電池ユニット１１０に送る。
【０１５９】
エンジンの作動中、オルタネータ１５０からの送電電圧が第１の電池ユニット１１０によって許容される範囲から外れている場合、電子制御手段１３１は、半導体スイッチの状態をオルタネータ１５０と第１の電池ユニット１１０との間で「遮断」状態にし、オルタネータ１５０からの第１の電池１１０への送電を遮断する。
【０１６０】
同様に、エンジンの作動中、オルタネータ１５０からの送電電圧が第２の電池ユニット１２０によって許容される範囲内にある場合、電子制御手段１３１は、半導体スイッチの状態をオルタネータ１５０と第２の電池ユニット１２０との間で「通電」状態にし、オルタネータ１５０で生じた電気を第２の電池ユニット１２０に送る。
【０１６１】
エンジンの作動中、オルタネータ１５０からの送電電圧が第２の電池ユニット１２０によって許容される範囲から外れている場合、電子制御手段１３１は、半導体スイッチの状態をオルタネータ１５０と第２の電池ユニット１２０との間で「遮断」状態にし、オルタネータ１５０からの第２の電池１２０への送電を遮断する。
【０１６２】
なお、エンジンの作動中、オルタネータ１５０からの送電電圧が第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０の何れにも許容される範囲内にある場合、オルタネータ１５０からの電気は、第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０の両方に流れる。この場合、第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０のうちより大電流を受け入れることができる方の電池ユニット、具体的には第２の電池ユニット１２０に優先的に流れる。それにより、第１の電池ユニット１１０への電気負荷を小さくすることができる。
【０１６３】
（２）自動車制動時
自動車が制動されると、オルタネータ１５０は、エンジン作動時よりも大きな電流を瞬間的にバッテリーシステム１００に流す。この際、電子制御手段１３１は、半導体スイッチの状態をオルタネータ１５０と第２の電池１２０との間で「通電」状態にする一方で、オルタネータ１５０と第１の電池ユニット１１０との間で「遮断」状態にする。
【０１６４】
バッテリーシステム１００では、第２の電池ユニット１２０は、急速充放電が可能な非水電解質電池１の組電池である。そのため、第２の電池ユニット１２０は、自動車の制動時にオルタネータ１５０で生じた大電流を受け入れることができる。
【０１６５】
第１の電池ユニット１１０が含む鉛蓄電池は、大電流での電気エネルギーが入力されると、劣化しやすい傾向がある。しかしながら、バッテリーシステム１００では、以上のように、自動車制動時に入力される大電流は、優れた入力特性を示すことができる非水電解質電池１を含む第２の電池ユニット１２０が引き受けることができる。そのため、バッテリーシステム１００は、制動時に得られたエネルギーを効率よく回生できながらも、鉛蓄電池を含む第１の電池ユニット１１０の劣化、ひいてはバッテリーシステム１００全体の劣化を防ぐことができる。
【０１６６】
（３）エンジン停止時
エンジン停止時は、オルタネータ１５０は発電しないので、オルタネータ１５０からの送電は行われない。その代わりに、第１の電池ユニット１１０又は第２の電池ユニット１２０が、電気負荷１４０への送電を担う。この際、制御手段１６０が、電子制御手段１３１に信号を送って回路開閉手段１３０を制御して、第１の電池ユニット１１０及び第２の電池ユニット１２０のそれぞれの電圧を使用可能電圧範囲内に維持することができる。
【０１６７】
以上では、自動車用バッテリーシステムを例に挙げて説明したが、第３の実施形態に係るバッテリーシステムは、他の用途にも使用することができる。他の用途としては、例えば、フォークリフト等の動力機械が挙げられる。第３の実施形態に係るバッテリーシステムが具備する制御回路は、用途に応じて様々な形態をとることができる。
【０１６８】
第２の実施形態に係る組電池は、先に説明したように、鉛蓄電池を含んだ組電池と並列に接続することにより、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる組電池である。よって、第３の実施形態に係るバッテリーシステムは、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができる。
【０１６９】
［実施例］
以下に実施例を説明する。
【０１７０】
（実施例１）
実施例１では、以下の手順により、図２〜図４に示して説明した一例の非水電解質電池と同様の構造を有する、実施例１の非水電解質電池を作製した。
【０１７１】
［正極の作製］
正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びマグネシウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.2Ｍｇ0.01Ｏ4）の粉末を準備した。この正極活物質は、元素ＭがＭｇであり、ｘ＝０．２、ｙ＝０．０１である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表される複合酸化物である。この複合酸化物は、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4のＭｎの一部がＡｌ及びＭｇにより置換された複合酸化物ということができる。
【０１７２】
また、導電剤としてのアセチレンブラック及びグラファイトと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を準備した。
【０１７３】
次に、活物質粉末、アセチレンブラック、グラファイト及びＰＶｄＦをＮ−メチルピロリドンに添加して混合し、スラリーを調製した。添加した材料の重量比は、活物質粉末：アセチレンブラック：グラファイト：ＰＶｄＦ＝９３重量％：２重量％：２重量％：３重量％とした。
【０１７４】
次に、得られたスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した。この際、アルミニウム箔に、スラリーを塗布しない部分を残した。次に、塗膜を乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスした。最後に、スラリーを塗布しなかった部分を打ち抜いて図３に示すような正極リードとしての狭小部を成形した。かくして、密度が２．８ｇ／ｃｍ3である正極層を有する正極を作製した。
【０１７５】
[負極の作製]
負極活物質として、スピネル型チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）の粉末を準備した。また、導電剤としてのアセチレンブラック及びグラファイトと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を準備した。
【０１７６】
次に、活物質粉末、アセチレンブラック、グラファイト及びＰＶｄＦをＮ−メチルピロリドンに添加して混合し、スラリーを調製した。添加した材料の重量比は、活物質粉末：アセチレンブラック：グラファイト：ＰＶｄＦ＝８９重量％：４重量％：４重量％：３重量％とした。
【０１７７】
得られたスラリーを厚さが１１μｍであるアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した。この際、アルミニウム箔に、スラリーを塗布しない部分を残した。次に、塗膜を乾燥させた。次いで、乾燥させた塗膜をプレスした。最後に、正極と同様に、スラリーを塗布しなかった部分を打ち抜いて、負極リードとしての狭小部を成形した。かくして、密度が２．０ｇ／ｃｍ3である負極層を有する負極を作製した。
【０１７８】
［電極群の作製］
厚さが３０μｍの帯状の微多孔膜セパレータを準備した。このセパレータを九十九折にし、図４を参照しながら説明したように、正極と負極とセパレータとを積層した。この際、複数の正極リードと複数の負極リードが積層体から互いに反対方向に延出するようにした。最後に、得られた積層体に対して図示していない巻き止めテープを貼り、電極群とした。
【０１７９】
[電極群への正極集電タブ及び負極集電タブの接続]
正極集電タブと負極集電タブとをアルミニウムを用いて作製した。続いて、複数の正極の正極リードを１つにまとめて、正極集電タブに接続した。同様に、複数の負極の負極リードを１つにまとめて、負極集電タブに接続した。このようにして、正極集電タブ及び負極集電タブを、正極と負極とからの集電をそれぞれ簡便に行える様、電極群から互いに反対の向きに延出するように設置した。
【０１８０】
［容器の作製］
容器としてアルミニウム含有ラミネートフィルムを用いた。まず、アルミニウム含有ラミネートフィルムを上記電極群が納まる形状に成型した。このように成形したアルミニウム含有ラミネートフィルム内に、図２及び図４を参照しながら先に説明したように電極群を収納した。この際、図４に示すように、容器の１つの周縁部において、樹脂フィルムによって正極集電タブを挟み込んだ。同様に、容器３の他の１つの周縁部において、樹脂フィルムによって負極集電タブを挟み込んだ。正極集電タブと樹脂フィルムとの間、及び、負極集電タブと樹脂フィルムとの間には、絶縁フィルムを配した。
【０１８１】
続いて、周縁部において対向した樹脂フィルム３２を一部を残して熱融着して固定した。同時に、１つの周縁部において、樹脂フィルムとこれに対向した絶縁フィルムとを熱融着して固定し、且つ正極集電タブとこれに対向した絶縁フィルム９を熱融着して固定した。同様に、１つの周縁部において、樹脂フィルムとこれに対向した絶縁フィルムとを熱融着して固定し、且つ負極集電タブとこれに対向した絶縁フィルムとを熱融着して固定した。かくして注液前セルを作製した。
【０１８２】
［非水電解質の注液］
非水電解質には、非水溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを１：１で混合したものを用い、電解質として２ｍｏｌ／ｌの六フッ化リン酸リチウムを用いた。この非水電解質を先に説明した注液前セルに注入した。非水電解質の注液は、容器３の周縁部のうち熱融着させずに残しておいた部分を介して行った。
【０１８３】
［非水電解質電池の作製］
最後に、容器の周縁部のうち熱融着させずに残しておいた部分を熱融着させた。かくして、実施例１の非水電解質電池を作製した。
【０１８４】
［初期状態への調整］
次に、実施例１の非水電解質電池を２５℃環境下において初充電に供した。充電条件は、０．２Ｃレートで、電池電圧が２．８Ｖとなるまで行った。その後、実施例１の非水電解質電池を、環境温度５０℃にて５０時間にわたって保管することで、エージングを行った。エージング後、実施例１の非水電解質電池を、２５℃の環境温度において、電池電圧が１．５Ｖに達するまで０．２Ｃレートで放電した。ついで、この非水電解質電池を、充電率５０％まで充電し、初期状態とした。
【０１８５】
＜充電容量Ｃ1及び充電容量Ｃ2、並びに体積エネルギー密度の測定＞
初期状態に調整した実施例１の非水電解質電池を、２５℃の環境温度において、電池電圧が１．５Ｖに達するまで電流値０．１Ａで放電した。次いで、実施例１の非水電解質電池を、電池電圧が３．０Ｖに達するまで０．１Ａで充電した。この際の充電容量を基準としてＣレートを算出した。
【０１８６】
続いて、実施例１の非水電解質電池を、電池電圧が１．５Ｖに達するまで０．２Ｃレートで放電した。続いて、実施例１の非水電解質電池を、電池電圧が３．０Ｖに達するまで０．２Ｃレートで充電した。この充電による実施例１の非水電解質電池の充電容量及び電圧の変化を、充電曲線として記録した。図１は、実施例１の非水電解質電池の充電曲線である。
【０１８７】
得られた充電曲線から、１．５Ｖの電圧から３．０Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ1及び２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧まで充電した際の充電容量Ｃ2を求めた。実施例１の非水電解質電池について、充電容量Ｃ1を１００％とした際、充電容量Ｃ2の割合は９５％であった。また、得られた充電曲線から、体積エネルギー密度を求めた。実施例１の非水電解質電池の体積エネルギー密度は、１２４（Ｗｈ/ｌ）であった。
【０１８８】
＜充放電サイクル試験＞
充電容量を測定した実施例１の非水電解質電池を、以下の手順で充放電サイクル試験に供した。まず、実施例１の非水電解質電池を、２５℃温度環境において、０．２Ｃレートで１．５Ｖの電圧に到達するまで放電した。続いて、実施例１の非水電解質電池を、４０℃温度環境において、１０Ｃレートで電池電圧が２．７Ｖに達するまで充電した。次に、実施例１の非水電解質電池を、１０Ｃレートで電池電圧が１．５Ｖに達するまで放電した。この充電及び放電のセットを１回の充放電サイクルとした。この充放電サイクルを、実施例１の非水電解質電池に対して、１０００回繰り返して実施した。
【０１８９】
１０００回の充放電サイクルを行った後、実施例１の非水電解質電池を、２５℃の温度環境において、電池電圧が１．５Ｖに達するまで０．２Ｃレートで放電した。次いで、実施例１の非水電解質電池を、電池電圧が３．０Ｖに達するまで０．２Ｃレートで充電した。この際の充電容量Ｃa.c.を測定した。
【０１９０】
充電容量Ｃa.c.の先に測定した充電容量Ｃ1に対する割合を、サイクル容量維持率として算出した。実施例１の非水電解質電池についてのサイクル容量維持率は、９５％であった。
【０１９１】
（実施例２）
実施例２では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の非水電解質電池を作製した。
【０１９２】
実施例２では、正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有するアルミニウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.9Ａｌ0.1Ｏ4）の粉末を用いた。この正極活物質は、ｘ＝０．１、ｙ＝０である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表すことができる複合酸化物である。この複合酸化物は、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4のＭｎの一部がＡｌにより置換された複合酸化物ということができる。
【０１９３】
実施例２の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。実施例２の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９５％であり、エネルギー密度は１３３（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９３％であった。
【０１９４】
（実施例３）
実施例３では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の非水電解質電池を作製した。
【０１９５】
実施例３では、正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有するアルミニウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.95Ａｌ0.05Ｏ4）の粉末を用いた。この正極活物質は、ｘ＝０．０５、ｙ＝０である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表すことができる複合酸化物である。この複合酸化物は、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4のＭｎの一部がＡｌにより置換された複合酸化物ということができる。
【０１９６】
実施例３の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。実施例３の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９６％であり、エネルギー密度は１３８（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９０％であった。
【０１９７】
（実施例４）
実施例４では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の非水電解質電池を作製した。
【０１９８】
実施例４では、正極活物質として、実施例１で用いたものと同様のスピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びマグネシウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.20Ｍｇ0.01Ｏ4）の粉末と、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の粉末とを、７５重量％：２５重量％の比で混合した混合物を用いた。
【０１９９】
実施例４の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。実施例４の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９３％であり、エネルギー密度は１３７（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９５％であった。
【０２００】
（実施例５）
実施例５では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例５の非水電解質電池を作製した。
【０２０１】
実施例５では、正極活物質として、実施例１で用いたものと同様のスピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びマグネシウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.20Ｍｇ0.01Ｏ4）の粉末と、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）の粉末とを、７５重量％：２５重量％の比で混合した混合物を用いた。
【０２０２】
実施例５の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。実施例５の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９２％であり、エネルギー密度は１４２（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９０％であった。
【０２０３】
（実施例６）
実施例６では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例６の非水電解質電池を作製した。
【０２０４】
実施例６では、正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びコバルト含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.2Ｃｏ0.01Ｏ4）の粉末を準備した。この正極活物質は、元素ＭがＣｏであり、ｘ＝０．２、ｙ＝０．０１である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表される複合酸化物である。この複合酸化物は、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4のＭｎの一部がＡｌ及びＣｏにより置換された複合酸化物ということができる。
【０２０５】
実施例６の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。実施例６の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９５％であり、エネルギー密度は１２３（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９４％であった。
【０２０６】
（実施例７）
実施例７では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例７の非水電解質電池を作製した。
【０２０７】
実施例７では、正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びチタン含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.2Ｔｉ0.01Ｏ4）の粉末を準備した。この正極活物質は、元素ＭがＴｉであり、ｘ＝０．２、ｙ＝０．０１である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表される複合酸化物である。この複合酸化物は、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4のＭｎの一部がＡｌ及びＴｉにより置換された複合酸化物ということができる。
【０２０８】
実施例７の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。実施例７の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９５％であり、エネルギー密度は１２４（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９３％であった。
【０２０９】
（比較例１）
比較例１では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の非水電解質電池を作製した。
【０２１０】
比較例１では、正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びマグネシウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.7Ａｌ0.3Ｍｇ0.1Ｏ4）の粉末を準備した。この正極活物質は、元素ＭがＭｇであり、ｘ＝０．３、ｙ＝０．１である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表される複合酸化物である。この複合酸化物は、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4のＭｎの一部がＡｌ及びＭｇにより置換された複合酸化物ということができる。
【０２１１】
比較例１の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。比較例１の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９５％であり、エネルギー密度は９９（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９６％であった。
【０２１２】
（比較例２）
比較例２では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の非水電解質電池を作製した。
【０２１３】
比較例２では、正極活物質として、実施例１で用いたものと同様のスピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びマグネシウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.20Ｍｇ0.01Ｏ4）の粉末と、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の粉末とを、５０重量％：５０重量％の比で混合した混合物を用いた。
【０２１４】
比較例２の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。比較例２の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は７５％であり、エネルギー密度は１４０（Ｗｈ/ｌ）であり、容量維持率は８９％であった。
【０２１５】
（比較例３）
比較例３では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、比較例３の非水電解質電池を作製した。
【０２１６】
比較例３では、正極活物質として、実施例１で用いたものと同様のスピネル型の結晶構造を有するアルミニウム及びマグネシウム含有マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.20Ｍｇ0.01Ｏ4）の粉末と、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）の粉末とを、５０重量％：５０重量％の比で混合した混合物を用いた。
【０２１７】
比較例３の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。比較例３の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は３６％であり、エネルギー密度は１４６（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は８５％であった。
【０２１８】
（比較例４）
比較例４では、正極を作製するためのスラリーの調製方法を変更したこと以外は実施例１と同様にして、比較例４の非水電解質電池を作製した。
【０２１９】
比較例４では、活物質（ＬｉＭｎ1.79Ａｌ0.2Ｍｇ0.01Ｏ4）の粉末８０重量％と、アセチレンブラック８重量％と、グラファイト８重量％と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％とを、Ｎ−メチルピロリドンに添加し、これらを混合して、正極を作製するためのスラリーを調製した。
【０２２０】
比較例４の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。比較例４の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９５％であり、エネルギー密度は５７（Ｗｈ/ｌ）であり、サイクル容量維持率は９４％であった。
【０２２１】
（比較例５）
比較例５では、用いた正極活物質を変更したこと以外は実施例１と同様にして、比較例５の非水電解質電池を作製した。
【０２２２】
比較例５では、正極活物質として、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4を用いた。この正極活物質は、ｘ＝０、ｙ＝０である一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表される複合酸化物である。
【０２２３】
比較例５の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行った試験と同様の試験に供した。比較例５の非水電解質電池について、充電容量Ｃ2の充電容量Ｃ1に対する割合は９７％であり、エネルギー密度は１４２（Ｗｈ/ｌ）であり、１０００サイクル後の充電容量は３６％であった。
【０２２４】
以下の表１及び表２に、実施例１〜７、並びに比較例１〜５の非水電解質電池の作製条件と特性結果をまとめて示す。なお、以下の表１において、「ＬＭＯ」はスピネル型の結晶構造を有するアルミニウム含有マンガン酸リチウム（金属元素Ｍを含むものも含む）を示しており、「ＬＣＯ」はコバルト酸リチウムを示しており、「ＮＣＭ」はリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を示している。
【０２２５】
【表１】
2017204452.tif 000003
【０２２６】
【表２】
2017204452.tif 000004
【０２２７】
表２に示した結果から、実施例１〜７の非水電解質電池は、それぞれ、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲で充電できる充電容量Ｃ2が、１．５Ｖ以上３Ｖ以下の電圧範囲で充電できる充電容量Ｃ1を１００％とした場合に、９２％以上９９％以下の範囲内にあったことが分かる。また、実施例１〜７の非水電解質電池は、それぞれ、１２０（Ｗｈ／ｌ）以上という高いエネルギー密度を示すことができ、且つ１０００サイクル経過後も９０％以上の容量を維持することができたことが分かる。すなわち、実施例１〜７の非水電解質電池は、それぞれ、高エネルギー密度及び優れた寿命特性を示すことができたことに加え、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲で大きな容量を充電できたことが分かる。
【０２２８】
これは、実施例１〜７の非水電解質電池のそれぞれにおいて、正極活物質のマンガン酸リチウムにおけるＡｌの含有量についての添字ｘの値が０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内にあることにより構造が安定化したこと及び正極層における正極活物質の含有量が９１重量％以上９６重量％未満であるおかげで、充放電サイクルにおける劣化が低減されたこと、並びに正極活物質のマンガン酸リチウムにおけるＡｌの含有量についての添字ｘの値が０．０３≦ｘ＜０．２２の範囲内にあり、元素Ｍの含有量についての添字ｙの値が０≦ｙ≦０．０２の範囲内にあり、且つ添字ｘ及びｙの値の和が０．０３≦ｘ＋ｙ＜０．２２の範囲内にあるおかげで、マンガン酸リチウムの高いエネルギー密度が担保できたことが原因の少なくとも一部にあると考えられる。
【０２２９】
このような実施例１〜７の非水電解質電池のそれぞれを５個直列に接続して組電池を構成し、この組電池を鉛蓄電池に並列に接続することで、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる。以下に、実施例１の非水電解質電池を用いた具体例を、実施例８として示す。
【０２３０】
一方、比較例１の非水電解電池は、エネルギー密度が、９９（Ｗｈ／ｌ）であり、実施例１〜７の非水電解質電池のそれぞれのエネルギー密度より著しく低かった。これは、比較例１では、マンガン酸リチウムのアルミニウム含有量が多過ぎた結果であると考えられる。また、表１及び表２から、アルミニウムの含有量を表す添字ｘの値を０．３と多くした比較例１の非水電解質電池はサイクル容量維持率は９６％であり、この値は、実施例１〜７の非水電解質電池のそれとあまり差が無いことが分かる。つまり、添字ｘの値は０．２２未満とすることが望ましいことが分かる。
【０２３１】
比較例２の非水電解質電池は、エネルギー密度が１４０（Ｗｈ／ｌ）と高かった。これは、正極活物質の重量の５０％がＬｉＣＯ2であったからであると考えられる。しかしながら、比較例２の非水電解質電池は、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲で充電できる容量Ｃ2の割合が７５％しかなかった。以下の比較例６において詳細に説明するが、この非水電解質電池を５直列して構成した組電池を鉛蓄電池と並列に接続して構成したバッテリーシステムは、鉛蓄電池への負担が大きくなる。
【０２３２】
比較例３の非水電解質電池は、エネルギー密度は１４６（Ｗｈ／ｌ）と高かった。これは、正極活物質の重量の５０％がＬｉＮｉＣｏＭｎＯ2であったからであると考えられる。しかしながら、比較例３の非水電解質電池は、２．３Ｖ以上２．７Ｖ以下の電圧範囲で充電できる容量Ｃ2の割合が３６％の充電容量しかなかった。以下の比較例７において詳細に説明するが、この非水電解質電池を５直列して構成した組電池を鉛蓄電池と並列に接続して構成したバッテリーシステムは、鉛蓄電池への負担が大きくなる。
【０２３３】
比較例４の非水電解質電池は、正極層における正極活物質の含有量が正極層の重量に対して８０％と低かったため、エネルギー密度が５７（Ｗｈ／ｌ）と低かった。
【０２３４】
比較例５の非水電解質電池は、正極活物質として、アルミニウム又は元素Ｍを含んでいないマンガン酸リチウムＬｉＭｎ2Ｏ4（一般式ＬｉＭｎ2-xＡｌxＭｙＯ4において、添字ｘ及びｙの値が共に０である）を正極活物質として用いた。比較例５の非水電解質電池では、充放電サイクルを繰り返し行ったことにより、正極活物質の結晶構造が変化し、その結果、１０００サイクル後の容量が初期容量の３６％まで低下してしまったと考えられる。
【０２３５】
（実施例８）
実施例８では、以下の手順で実施例８の組電池を作製した。
【０２３６】
まず、実施例１と同様の手順で、それぞれが実施例１の非水電解質電池と同様である５個の非水電解質電池を作製した。作製した５個の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行ったのと同様の手順で、初期状態に調整した。
【０２３７】
次に、５個の非水電解質電池を電気的に直列に接続した。かくして、実施例８の組電池を作製した。
【０２３８】
（比較例６）
比較例６では、以下の手順で比較例６の組電池を作製した。
【０２３９】
まず、比較例２と同様の手順で、それぞれが比較例２の非水電解質電池と同様である５個の非水電解質電池を作製した。作製した５個の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行ったのと同様の手順で、初期状態に調整した。
【０２４０】
次に、５個の非水電解質電池を電気的に直列に接続した。かくして、比較例６の組電池を作製した。
【０２４１】
（比較例７）
比較例７では、以下の手順で比較例７の組電池を作製した。
【０２４２】
まず、比較例３と同様の手順で、それぞれが比較例３の非水電解質電池と同様である５個の非水電解質電池を作製した。作製した５個の非水電解質電池を、実施例１の非水電解質電池に対して行ったのと同様の手順で、初期状態に調整した。
【０２４３】
次に、５個の非水電解質電池を電気的に直列に接続した。かくして、比較例７の組電池を作製した。
【０２４４】
＜０．５Ｃ充電試験及び０．５Ｃ放電試験＞
実施例８、比較例６及び比較例７のそれぞれの組電池を、以下の手順に従う充電試験及び放電試験に供した。また、以下に示すように、鉛蓄電池を準備し、この鉛蓄電池も同様に充電試験及び放電試験に供した。これらの充放電試験は、２５℃の温度環境において行った。
【０２４５】
（１）鉛蓄電池の準備
公称容量が７０Ａｈである鉛蓄電池を準備した。
【０２４６】
準備した鉛蓄電池を、１．０Ａの電流値で、電圧が１１．５Ｖに達するまで放電した。電圧が１１．５Ｖに達したら、放電を停止した。
【０２４７】
（２）組電池の試験前処理
実施例８、比較例６及び比較例７のそれぞれの組電池を、１．０Ａの電流値で、電圧が１１．５Ｖに達するまで放電した。電圧が１１．５Ｖに達したら、放電を停止した。
【０２４８】
（３）０．５Ｃレート充電試験（７０．０Ａを１Ｃとした）
次いで、実施例８の組電池を、電流値３５．０Ａで、電圧が１３．５Ｖに達するまで定電流（Constant Current：ＣＣ）充電した。電圧が１３．５Ｖに到達してから、実施例８の組電池を、電流値が１．０Ａに減衰するまで定電圧（Constant Voltage：ＣＶ）充電した。上記ＣＣ充電及びＣＶ充電で得られた充電曲線を、図９に符号（１）を付した曲線として示す。
【０２４９】
また、比較例６及び比較例７の組電池、並びに鉛蓄電池を、実施例８の組電池に対して行ったのと同様のＣＣ充電及びＣＶ充電に供した。比較例６及び比較例７の組電池、並びに鉛蓄電池の上記ＣＣ充電及びＣＶ充電で得られた充電曲線を、図９に、符号（２）、（３）及び（４）を付した曲線としてそれぞれ示す。
【０２５０】
（４）０．５Ｃレート放電試験（７０．０Ａを１Ｃとした）
充電試験後の実施例８の組電池を、電流値３５．０Ａで電圧が１１．５Ｖに達するまで定電流（Constant Current：ＣＣ）放電した。電圧が、１１．５Ｖに到達したら、放電を停止した。このＣＣ放電で得られた放電曲線を、図１０に符号（１）を付した曲線として示す。
【０２５１】
また、充電試験後の比較例６及び比較例７の組電池、並びに鉛蓄電池を、実施例８の組電池に対して行ったのと同様のＣＣ放電に供した。比較例６及び比較例７の組電池、並びに鉛蓄電池の上記ＣＣ放電で得られた放電曲線を、図１０に、符号（２）、（３）及び（４）を付した曲線としてそれぞれ示す。
【０２５２】
なお、先に説明したように、この放電試験では、実施例８、比較例６及び７の組電池と同様に、０．５Ｃレート充電試験後の状態、すなわち電圧が１３．５Ｖである鉛蓄電池を用いた。しかしながら、図１０では、鉛蓄電池の放電曲線（４）が１２．４Ｖの電圧から始まっている。これは、鉛蓄電池は、抵抗が大きいため、１３．５Ｖの電圧から０．５ＣでＣＣ放電すると直ちに電圧降下（ＩＲドロップ）が起きて、１２．４Ｖまで電圧が落ち、それから放電が始まったからである。一方、実施例８、比較例６及び７のそれぞれの組電池は、抵抗が非常に小さいため、電圧降下の影響を確認できなかった。そのため、実施例８、比較例６及び７のそれぞれの組電池の充電曲線（１）〜（３）のそれぞれは、各組電池の充電直前の電圧と同様の電圧である１３．５Ｖ付近から始まっている。
【０２５３】
＜エネルギー密度及び容量割合の確認＞
０．５Ｃでの充放電試験後の実施例８の組電池を、２５℃の環境温度において、電池電圧が１５．０Ｖに達するまで０．２Ｃレートで充電した。ここで、１Ｃレートとしては、実施例１の非水電解質電池の容量測定で得られた充電容量を基準としてＣレートを算出した電流値を用いた。次に、実施例８の組電池を、２５℃の環境温度において、組電池の電圧が７．５Ｖに達するまで０．２Ｃレートで放電した。
【０２５４】
次に、実施例８の組電池を、組電池の電圧が１５．０Ｖに達するまで０．２Ｃレートで充電した。この際の充電曲線を記録した。
【０２５５】
記録した充電曲線から、電圧を７．５Ｖから１５．０Ｖまで変化させた際の充電容量Ｃm1を積算により算出した。この充電容量Ｃm1を初期充電容量とした。また、記録した充電曲線から、電圧を１１．５Ｖから１３．５Ｖまで変化させた際の充電容量Ｃm2を積算により算出した。これらの結果に基づいて、実施例８の組電池のエネルギー密度及び充電容量Ｃm2の初期充電容量Ｃm1に対する割合を算出した。
【０２５６】
実施例８の組電池のエネルギー密度は、１１２Ｗｈ／ｌであった。実施例８の組電池の充電容量Ｃm2の充電容量Ｃm1に対する割合は、９３％であった。
【０２５７】
同様の試験を、比較例６及び７の組電池に対しても行った。比較例６の組電池のエネルギー密度は、１２２Ｗｈ／ｌであった。比較例６の組電池の充電容量Ｃm2の充電容量Ｃm1に対する割合は、７３％であった。比較例６の組電池のエネルギー密度は、１３０Ｗｈ／ｌであった。比較例６の組電池の充電容量Ｃm2の充電容量Ｃm1に対する割合は、３５％であった。
【０２５８】
＜充放電サイクル試験＞
エネルギー密度及び容量割合の測定を行った後の実施例８の組電池を、４０℃の温度環境においた。この環境下で、実施例８の組電池を、組電池の電圧が１３．５Ｖに達するまで１０Ｃレートで充電した。次いで、実施例８の組電池を、組電池の電圧が７．５Ｖに達するまで１０Ｃレートで放電した。
【０２５９】
この充電及び放電のセットを１回の充放電サイクルとした。この充放電サイクルを、実施例８の組電池に対して、１０００回繰り返して実施した。
【０２６０】
１０００回の充放電サイクルを行った後、実施例８の組電池を、２５℃の温度環境において、組電池の電圧が１５．０Ｖに達するまで０．２Ｃレートで充電した。この際の充電容量Ｃm3を測定した。
【０２６１】
この充電容量Ｃm3の先に測定した初期充電容量Ｃm1に対する割合を、サイクル容量維持率として算出した。実施例８の組電池のサイクル容量維持率は、９５％であった。
【０２６２】
同様の充放電サイクル試験を、比較例６及び７の組電池に対しても行った。比較例６の組電池のサイクル容量維持率は９０％であった。比較例７の組電池のサイクル容量維持率は８６％であった。
【０２６３】
［考察］
図９から明らかなように、鉛蓄電池は、１２．４Ｖ付近の電圧から充電が開始された。一方、実施例８の組電池は、１２．４Ｖよりも低い電圧で充電が開始された。また、図９から明らかなように、実施例８の組電池の充電曲線（１）は、充電作動電圧が鉛蓄電池のそれよりも低い部分が大きい。このような充電曲線（１）を示すことができる実施例８の組電池を鉛蓄電池と並列に接続して構成したバッテリーシステムでは、充電の際に、鉛蓄電池への負荷を低減することができる。
【０２６４】
他方、図９から明らかなように、比較例６の組電池の充電曲線（２）及び比較例７の組電池の充電曲線（３）の各々は、充電作動電圧が鉛蓄電池のそれよりも低い部分を含んでいない。そのため、比較例６及び７の組電池のそれぞれを鉛蓄電池と並列に接続して構成したバッテリーシステムでは、充電の際に鉛蓄電池への負荷を低減する効果が小さい。
【０２６５】
また、先にも説明したが、図１０から明らかなように、鉛蓄電池は、１２．４Ｖ付近の電圧から放電が開始された。実施例８の組電池は、図１０から明らかなように、鉛蓄電池が放電開始となる電圧よりも高い電圧領域において、大きな放電容量を示すことができる。このような実施例８の組電池を鉛蓄電池に並列に接続して構成したバッテリーシステムでは、放電の際にも、鉛蓄電池への負荷を低減することができる。比較例６及び７の組電池も、鉛蓄電池が放電開始となる電圧よりも高い電圧領域において放電をすることができるが、その領域における放電容量は実施例８の組電池のそれよりも小さい。
【０２６６】
つまり、実施例８の組電池は、比較例６及び７のそれぞれの組電池よりも、充電及び放電の何れに際しても、鉛蓄電池をアシストする効果が高い。
【０２６７】
更に、以下の表３に、鉛蓄電池単独、鉛蓄電池と実施例８、比較例６及び７のそれぞれの組電池とを並列に接続して構成したバッテリーシステムについての、充電電力量及び放電電力量を示す。これらの電力量は、先に説明した０．５Ｃレート充電試験及び０．５Ｃレート放電試験の結果から見積もった値である。
【０２６８】
【表３】
2017204452.tif 000005
【０２６９】
表３から明らかなように、実施例８の組電池は、鉛蓄電池に電気的に並列に接続することで、比較例６及び７の組電池よりも、充電電力量及び放電電力量が大きなバッテリーシステムを提供することができる。
【０２７０】
また、比較例６及び７の組電池を用いて作製したバッテリーシステムでは、実施例８の組電池を用いて作製したバッテリーシステムと同様の充電電力量及び放電電力量を得るために作動電圧範囲を広くすると、鉛蓄電池の劣化が進んでしまうことが予想される。
【０２７１】
そして、先に説明した充放電サイクル試験の結果から明らかなように、実施例８の組電池は、比較例６及び７の組電池よりも、優れた寿命特性を示すことができる。
【０２７２】
以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る非水電解質電池では、正極層が、スピネル型の結晶構造を有し且つ一般式ＬｉＭｎ2-x-yＡｌxＭyＯ4で表されるアルミニウム含有マンガン酸リチウムを、正極層の重量に対して９１重量％以上９６重量％未満の含有量で含む。また、容量Ｃ1に対する容量Ｃ2の割合が９２％以上９９％以下である。この非水電解質電池は、２．３Ｖの電圧から２．７Ｖの電圧までの電圧範囲で高い容量を示すことができると共に、優れた充放電サイクル特性及び高エネルギー密度を示すことができる。このような非水電解質電池を用いて構成した組電池は、鉛蓄電池を含んだ電池との電圧適合性に優れる。よって、第１の実施形態に係る非水電解質電池は、高いエネルギー密度及び優れた充放電サイクル特性を示すことができるバッテリーシステムを実現することができる。
【０２７３】
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】
【０２７４】
１…非水電解質電池、２…電極群、３…容器、３１…アルミニウム箔、３２及び３３…樹脂フィルム、４…正極集電タブ、４１…正極端子、５…負極集電タブ、５１…負極端子、６…正極、６１…正極集電体、６２…正極層、６３…正極リード、７…負極、７１…負極集電体、７２…負極層、８…セパレータ、９…絶縁フィルム、２０…電池パック、２１…単電池、２２…粘着テープ、２３…組電池、２４…プリント配線基板、２６…保護回路、２７…外部機器への通電用端子、２８…正極側リード、２９…正極側コネクタ、３０…負極側リード、３１…負極側コネクタ、３２及び３３…配線、３４ａ…プラス側配線、３４ｂ…マイナス側配線、３５…電圧検出のための配線、３６…保護シート、３７…収納容器、３８…蓋、１００…バッテリーシステム、１１０…第１の電池ユニット、１２０…第２の電池ユニット、１３０…回路開閉手段、１３１…電気制御手段（ＥＣＵ）、１４０…電気負荷、１５０…オルタネータ、１６０…制御手段。
【図１】
2017204452.tif 000006
【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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