JP6685983B2 - 電極群、二次電池、電池パック、及び車両 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電極群、二次電池、電池パック、及び車両に関する。
二次電池は、充電と放電を繰り返して使用できるため、廃棄物の低減に役立つとともに、交流（ＡＣ）電源を取ることのできないポータブル機器や、ＡＣ電源が切断・停止した場合のバックアップ用の電源として、広く用いられている。近年、車載用途や太陽電池等のバックアップや電力平準化用途など、利用範囲の拡大が検討され、それに伴う容量、高温作動性能、安全性などの性能向上要求はますます大きくなっている。
二次電池の中でも非水電解質二次電池は、リチウムイオンの正負極間の移動により充放電を行う二次電池である。非水電解質二次電池は、電解液に有機溶媒を用いることから水溶液を用いるニッカド二次電池やニッケル水素二次電池よりも大きな電圧を得ることができる。現在、実用化されている非水電解質二次電池は、例えば、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物などの遷移金属酸化物を用いている。また、負極活物質として、例えば、カーボン系材料やチタンを含有する酸化物などを用いている。電解液としては、例えば、ＬｉＰＦ6やＬｉＢＦ4等のリチウム塩を環状カーボネートや鎖状カーボネートなどの有機溶媒に溶解した液状の非水電解質を用いている。上記正極活物質は、リチウム金属を基準として平均作動電位が３．４Ｖから３．８Ｖ程度（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）、充電時の最高到達電位が４．１Ｖから４．３Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度である。他方、上記負極活物質のうちカーボン系材料の作動電位範囲は、リチウム金属を基準として０．０５Ｖから０．５Ｖ程度（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）である。また、負極活物質としてのチタン含有複合酸化物として代表的な化合物であるチタン酸リチウム（Li4Ti5O12）の作動電位範囲は１．５５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）である。これらの正負極材料を組み合わせることにより、電池電圧としては２．２Ｖから３．８Ｖ、最高充電電圧としては２．７Ｖから４．３Ｖとなる。
チタン含有複合酸化物を負極に用いた二次電池は充放電サイクル寿命や出力性能、安全性を高めることができ、実用化されている。チタン含有複合酸化物は種々のものが提案されているが、スピネル型チタン酸リチウム（例えば、Li4Ti5O12、略称LTO）の報告が多く、これはすでに市販製品に使用されている。なお、スピネル型チタン酸リチウムの一例として、Li4Ti5O12は、充電時に到達する最低電位がリチウム金属を基準として１．０Ｖから１．４５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）、放電時に到達する最高電位が１．６Ｖから２．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）である。一方、単斜晶型二酸化チタン（ＴｉＯ2、通称TiO2(B)）やニオブチタン複合酸化物（例えば、単斜晶型Ｎｂ2ＴｉＯ7や斜方晶型ニオブチタン複合酸化物）などが存在し、スピネル型チタン酸リチウムよりも大きな容量を得ることができる。なお、単斜晶型二酸化チタンは、充電時に到達する最低電位がリチウム金属を基準として０．９Ｖから１．４５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）、放電時に到達する最高電位が１．６Ｖから２．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）である。ニオブチタン複合酸化物の一例として、単斜晶型Ｎｂ2ＴｉＯ7は、充電時に到達する最低電位がリチウム金属を基準として０．６Ｖから１．４０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）、放電時に到達する最高電位が１．８Ｖから３．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）である。
このような構成の正極と負極とを電気的に接触させてしまうと短絡が生じるため、正負極間の接触防止のために電気的絶縁性を有する材料からなり、例えば、シート状のセパレータを用いることができる。一方で、正負極の表面に各種固体電解質やアルミナ等の絶縁性粒子を含む層を設け、この層にセパレータと同様の役割をさせることが行われている。
短絡耐性が優れている二次電池を実現することができる電極群、短絡耐性が優れている二次電池および電池パック、及びこの電池パックが搭載されている車両を提供することを目的とする。
実施形態によると、電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを具備する電極群が提供される。第２電極は、電気的絶縁層を介して第１電極と第１方向に積層されている。第１電極は第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含む。複数の第１端部は第２方向への異なる位置に配置されている。
他の実施形態によると、電極群と外装部材とを具備する二次電池が提供される。この電極群は、上記の電極群である。外装部材は、電極群を収容する。
さらに他の実施形態によると、上記二次電池を具備する電池パックが提供される。
別の実施形態によると、上記電池パックが搭載されている車両が提供される。
絶縁性粒子を含む層を表面に設けた正負極を積層することによって、二次電池を構成することが行われている。こうした構成では、従来のセパレータを用いた構成と異なり、正負極を電気的に隔離する絶縁性粒子含有層の厚さが不均一になり得る。また、絶縁性粒子含有層の膜強度が低いことが懸念される。そのため、機械的な振動や二次電池への圧力により短絡が生じることで、容量が減少したり発熱したりする危険があった。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る電極群は、電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを具備する。第２電極は、第１電極と電気的絶縁層を介して第１方向に積層されている。第１電極は第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含む。複数の第１端部は第２方向への異なる位置に配置されている。
第１の実施形態に係る電極群は、電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを具備する。第２電極は、第１電極と電気的絶縁層を介して第１方向に積層されている。第１電極は第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含む。複数の第１端部は第２方向への異なる位置に配置されている。
第１電極と第２電極と（例えば、正極と負極と）を電気的に隔離する手段として固体電解質粒子やその他の電気的絶縁性粒子を含む層（以後、電気的絶縁層）を用いた二次電池では、電極構造の最小単位として第１電極と第２電極との間に電気的絶縁層が配置された電極組が構成される。二次電池の容量を大きくするために、正極と電気的絶縁層と負極とが幾度も重なり合っている構造の電極群を用いることができる。
このような電極群では、二次電池の外部から印加される圧力や電極群の膨張によって電極の端部に応力などの力が集中することに起因して、短絡が生じ得る。電極群において第１電極の端部と第２電極の端部とが電気的絶縁層を間に挟んで幾重にも積層されている部分では、外部圧力による応力などの力を逃がすことができず、電気的絶縁層の機械的強度を上回る力がかかり得る。その結果、電気的絶縁層が破損し、電気的絶縁層による第１電極と第２電極とを隔離する機能が損なわれて短絡が生じやすくなる。
実施形態に係る電極群では、上述した構成により電極の端部位置での短絡が抑制されている。具体的には、第１電極が含んでいる複数の第１端部が１以上の第２方向における異なる位置に配置されているため、電極群における一つの位置への力の集中が緩和される。これにより、電気的絶縁層の破損が抑えられ、第１電極と第２電極との短絡が抑制される。
第１の実施形態に係る電極群の一例を図１に概略的に表す。
図１は、実施形態に係る電極群の一例を表す概略断面図である。電極群１は、それぞれの厚み方向に交互に積層されている複数の第１電極１１及び複数の第２電極１２、並びに第１電極と第２電極との間に介在している複数の電気的絶縁層４を含む。また、積層方向の両端にそれぞれ電気的絶縁層４が一つずつ設けられている。別の表現をすると、電極群１が、第１電極と第２電極とが電気的絶縁層４を介して積層されている電極組を複数含み、これら複数の電極組の間に電気的絶縁層４がさらに配置されている。図１は、第１電極１１と第２電極１２と電気的絶縁層４との積層方向に沿って切断された断面図である。
ここでの説明では、第１方向とは、積層方向に平行な方向を指す。別の表現をすると、第１方向とは、第１電極１１の厚み方向、第２電極１２の厚み方向、又は電気的絶縁層４の厚み方向と平行である。また、ここでいう第２方向とは、第１方向に直交する方向のうち、第１電極１１及び第２電極１２の幅方向に平行である方向を指す。つまり、図１の縦方向（垂直方向）が第１方向に対応し、図１の横方向（水平方向）が第２方向に対応する。
図１にて表す例の電極群１では、図示する３つの第２電極１２については、第２方向の端部（以後、第２端部１２ａ）の位置が揃えられている。これに対し、図示する３つの第１電極１１のうち第１方向に向かって中間に位置する１つの第１電極１１の配置が第２方向へずれているため、これら第１電極１１の間では第２方向の端部（以後、第１端部１１ａ）の位置が揃っていない。また、何れの第１端部１１ａの第２方向への位置も、何れの第２端部１２ａの第２方向への位置と揃っていない。
このように電極群１では、第２方向における第１端部１１ａの位置が異なる第１電極１１が含まれている。つまり、電極群１では、第２方向への何れの位置においても、第１端部１１ａが幾度も重なることが避けられている。そのため、第１端部の位置で力が集中しにくく、第１電極と第２電極との短絡が生じにくい。
図１にて表す例の電極群１では、第２電極の第２端部の第２方向への位置が揃えられていた。実施形態に係る電極群はこのような態様に限られず、例えば、第２方向への第２端部の位置が異なっている形態も含む。つまり、実施形態に係る電極群は、第１電極の複数の第１端部が第２方向への異なる位置に配置されていると同時に、第２電極の複数の第２端部が第２方向への異なる位置に配置されている形態を含む。
電極群１において、一つの第１端部１１ａと他の第１端部１１ａとの第２方向への位置が異なる度合い、つまり第１端部１１ａの間での第２方向の位置のずれ幅Ｓは、第１電極１１の厚さＴに対して５×Ｔ以上であることが望ましい。なお、厚さＴの単位は、例えば、ミリメートル（ｍｍ）であり得る。また、厚さＴは、第１電極１１が電極群１における第１方向に占める距離に対応し得る。複数の第１端部１１ａの中でも、第１方向に隣接している２つの第１端部１１ａの間でずれ幅Ｓが５×Ｔ以上であることで、短絡抑制効果をより確実に発揮することができる。
電池容量を確保する観点からは、ずれ幅Ｓが５０×Ｔ以下であることが望ましい。ずれ幅Ｓが大きくなるに伴って正負極が対向している領域が少なくなり、電池容量が減少する。これ以上の大きさのずれを設けても、短絡抑制効果の向上が少なく、電池容量に対する見返り（トレードオフ）が少ない。また、実際の製造プロセス上では、電極の厚さにかかわらず、制御できる電極のサイズや幅に限界がある。そのため、ずれ幅Ｓは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましい。この範囲内のずれ幅Ｓであれば、製造時のバラツキが生じても十分に短絡抑制効果を得ることができる。
電池に含まれている電極群における電極（例えば、第１電極または第２電極）の厚さＴ及びずれ幅Ｓは、例えば、次にようにして確認することができる。
アルゴンを充填したグローブボックス中で電池を分解して電極群を取り出す。後述するとおり、電極群に液状またはゲル状の非水電解質が含まれ得る。この場合、電極群を洗浄して真空乾燥により電極群中の非水電解質を除去しても良い。引き続き、グローブボックス中において、電極群の積層方向（例えば、第１方向）に平板を用いて一定荷重（例えば１０ｇ／ｃｍ２）をかけた状態で電極群の厚さを測定する。平板を電極群に配置した状態のまま、平板と接している電極群表面から電極群厚さの１０％、５０％、９０％に相当する位置に平行に、例えば、それぞれの位置で第１方向に直交する面に沿って電極群を切断する。その結果、電極群厚さと直交する方向に４つに分割された電極群サンプルが得られる。４つの電極群サンプルを、それぞれの面内方向の中心を通る４以上の放射状の切線に沿って切断する。中心にて交差する切線の間の角度はなるべく均等にする。４つの電極群サンプルそれぞれについて、面内方向の中心から放射状の切線に沿って裁断した断面において、裁断前の中心位置の端部とは反対の端部、つまり裁断前の周辺位置に対応する端部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察する。ＳＥＭによる観察倍率は、電極サイズに応じて適宜調節すればよく、例えば、１００倍〜１０００倍とする。観察したそれぞれの視野において、各電極の厚さＴを測定する。また、それぞれの視野において、各電極の端部の位置関係を確認してずれ幅Ｓを測定する。
電極群は、例えば、一次電池および二次電池を含む電池用の電極群であり得る。
電極群の形態としては、例えば、複数の第１電極と複数の電気的絶縁層と複数の第２電極とが、第１電極−電気的絶縁層−第２電極−電気的絶縁層の順に積層されていることで電極組が複数積層された形態を挙げることができる。また、例えば、１つの第１電極と２つの電気的絶縁層と１つの第２電極とが第１電極−電気的絶縁層−第２電極−電気的絶縁層の順に積層されている帯状の電極積層体が捲回されることで第１電極と電気的絶縁層と第２電極とが幾度も重なり合っている形態もある。その他、例えば、帯状の電極積層体が九十九折にされている形態の電極群もあり得る。
第１電極は、正極および負極の何れか一方であり得る。第２電極は、正極および負極の他方であり得る。つまり、一例の電極群では、第１電極が正極で、第２電極が負極であり得る。また、他の例の電極群では、第１電極が負極で、第２電極が正極であり得る。
また、電極群は、バイポーラ型の電極を含み得る。バイポーラ型の電極は、例えば、１つの電極集電体の一方の面に正極材料の層（例えば、後述する正極活物質含有層）が形成され、その裏側にある他方の面に負極材料の層（例えば、後述する負極活物質含有層）が形成された構造を有し得る。バイポーラ型の電極を含む場合、正極材料層を第１電極とみなし、負極材料層を第２電極とみなすことができる。或いは、負極材料層を第１電極とみなし、正極材料層を第１電極とみなすことができる。
第１の実施形態に係る電極群がとり得る形態の具体的な例として、積層型の電極群の例を説明する。
電気的絶縁層と、第１電極と、第２電極とを含む電極積層体を複数さらに積み重ねて積層型の電極群を構成する場合は、例えば、それぞれ複数ある電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを積層させる際、第１電極同士の配置をずらすことができる。積層方向を第１方向とし、この第１方向に直交する平面に含まれる方向を第２方向とする。３６０°ある少なくとも１つの第２方向に沿って第１電極の配置をずらすことで、第１電極についてこの第２方向への第１端部の位置を第１電極同士の間で異ならせることができる。
或いは、第１電極として、少なくとも一方向の寸法が異なる複数の第１電極を用いることもできる。少なくとも１つの第２方向に沿った寸法が異なる複数の第１電極を用いることで、第１電極についてこの第２方向への第１端部の位置を第１電極同士の間で異ならせることができる。
第２方向に沿って配置をずらした複数の第１電極の間では、上述したずれ幅Ｓは、ずらした距離に対応し得る。第２方向への寸法が異なる複数の第１電極の間では、第２方向のずれ幅Ｓは、第２方向への寸法の差分に対応し得る。
複数の第１端部の位置は一次元的、つまり第１方向に直交する３６０°の第２方向のうち、１つの方向、又は１８０°の関係にある２つの方向において異ならせてもよい。或いは、複数の第１端部の位置は二次元的、つまり第２方向のうち１８０°未満の関係にある２つの方向、又は３つ以上の方向において異ならせてもよい。
次に、第１の実施形態に係る電極群の一つの態様である積層型の電極群の例について、図面を参照しながら説明する。
図２は、実施形態に係る電極群の積層型の態様の一例を概略的に示す断面図である。図２に示す積層型の電極群１は、複数の電気的絶縁層４と、第１電極としての複数の正極５と、第２電極としての複数の負極３とを含んでいる。また、これらが電気的絶縁層４−負極３−電気的絶縁層４−正極５の順で積層されている電極積層体が、さらに繰り返し積層されている構造を含む。つまり、積層型の電極群１は、電気的絶縁層４と、第１電極（正極５）と、第２電極（負極３）とを含む電極積層体が複数積層されている積層型電極構造体を含む。
図２の電極群１を説明するうえで、第１方向とは、複数の電極積層体の積層方向に平行な方向を指す。図２は、電極群１の第１方向に沿って切断した断面図である。ここの説明では、第２方向とは、第１方向に直交する方向のうち、正極５及び負極３の幅方向と平行である方向を指す。つまり、図２の縦方向（垂直方向）が第１方向に対応し、図２の横方向（水平方向）が第２方向に対応する。
図２に示す電極群１では、複数の負極３（第２電極）の間で、電極群１における第２方向の端部（第２端部）の位置が揃えられている。これに対し、複数の正極５（第１電極）の間では、第２方向の端部（第１端部）の位置が一部互いに異なっており、揃っていない。つまり、第１電極としての正極５には、第１端部の第２方向への位置が異なる正極５が含まれている。言い換えると、図２に図示す電極群１では、複数の正極５（第１電極）の第１端部の一部の位置が互いにずれた位置関係にある。
具体的には、正極５には、複数の第１端部のうち第１方向に隣接する２つの第１端部の間で、第２方向の位置が揃っている正極５の対が含まれていない。つまり、積層型電極構造体において繰り返し積層されている電極積層体のうち一つの電極積層体に含まれている正極５の第１端部と、その次の電極積層体に含まれている正極５の第１端部とで第２方向における位置が同じになっている部分がない。
このような構造の積層型電極構造体では、第２方向への何れの位置においても正極５と負極３とが連続して対向している部分がない。そのため、電極群１に外部から力が印加されたり電極群１が膨張したりしても何れの第１端部でも力が集中しにくく、正極５と負極３との短絡が生じにくい。
複数の正極５の一部は、第２方向への長さが互いに同じである。例えば、図２では、複数の正極５のうち図の上から２つ目に図示されている正極５2の横方向の長さＤ２と３つ目に図示されている正極５3と横方向の長さＤ３との値が同じである。また、複数の正極５の他の一部は、第２方向への長さが互いに異なる。例えば、図２では、複数の正極５のうち図の上から１つ目に図示されている正極５1の横方向の長さＤ１と２つめに図示されている正極５2の横方向の長さＤ２との値が異なる。複数の正極５は、第２方向への長さが全て異なっていてもよく、或いは、第２方向への長さが全て同じでもよい。
図３は、実施形態に係る電極群の積層型の態様の他の例を概略的に示す断面図である。図３に示す積層型の電極群１は、図２と同様に、電気的絶縁層４と、第１電極（正極５）と、第２電極（負極３）とを含む電極積層体が複数積層されている積層型電極構造体を含む。
図３は、図２と同様に、複数の電極積層体の積層方向に平行な方向である第１方向に沿って切断した断面図である。また、図３の説明においても、第２方向とは、第１方向に直交する方向のうち、正極５及び負極３の幅方向と平行である方向を指す。
図３に示す電極群１では、積層型電極構造体における正極５の複数の第１端部のうち、第１方向の両方の最遠端のそれぞれに位置する２つの第１端部の第２方向への位置は、これら２つの第１端部と第１方向に隣接する他の第１端部とは第２方向への位置が異なる。つまり、繰り返し積層されて積層型電極構造体を構成している複数の電極積層体のうち積層方向への最も外側に位置する電極積層体に含まれている正極５’では、１つ内側にある電極積層体の正極５’’とは第２方向への第１端部の位置が異なる。電極群１の積層方向の両端に設けられているこれら２つの正極５’を除く、その他の正極５及び正極５’’については、第２方向への第１端部の位置が揃っている。
電極群１に含まれている複数の正極５のうち、最も外側に配置されている正極５の第１端部に力が集中しやすい。すなわち、電極群１に含まれている複数の正極５のうち、最も外側に設けられている正極５’の第１端部の位置で短絡が生じるリスクが高い。最外層の正極５’の第１端部の第２方向への位置を、その次の正極５’’の第１端部の第２方向への位置とずらすことで、このリスクを回避できる。
電池容量を確保する観点からは、正極５と負極３とが対向している面積を多くする、即ち第１電極と第２電極とが対向している面積を多くすることが望ましい。第１電極と第２電極とが対向している面積を多くするにあたって、第２電極の第２端部のみならず、図３の電極群１と同様に第１電極の第１端部の位置が第２方向に揃い得る。
図３における電極群１では、電気的絶縁層４と第１電極（正極５）と第２電極（負極３）との積層方向（第１方向）の両端の第１電極の第１端部の位置が、一段内側の第１電極の第１端部と第２方向への位置が異なっていると同時に、積層方向の両端の第１端部以外の第１端部の第２方向への位置が揃っている。この構成により、図３の電極群１では、生じやすい両端の第１端部での短絡を効果的に抑制しつつ、電池容量を確保することができる。
図３の例では、複数の第１端部のうちの第１方向の最遠端に位置する２つの第１端部の両方について、第１方向に隣接する第１端部とは第２方向への位置が異なる形態、即ち積層方向の両端の第１端部の位置がずれている形態を示した。第１方向の最遠端の２つの第１端部のうち一方だけについて、第１方向に隣接する第１端部との第２方向への位置を異ならせた場合でも、上記した効果を得ることができる。
図２及び図３にて図示した具体例では、正極５を第１電極とみなし、負極３を第２電極とみなした。実施形態に係る電極群はこのような態様に限られず、例えば、負極３を第１電極とみなし、正極５を第２電極とみなした形態も含む。また、上記例では、第２電極（負極３）の第２端部の第２方向への位置が揃えられていた。実施形態に係る電極群はこのような態様に限られず、例えば、第２方向への第２端部の位置が異なっている形態も含む。つまり、実施形態に係る電極群は、第１電極の複数の第１端部が第２方向への異なる位置に配置されていると同時に、第２電極の複数の第２端部が第２方向への異なる位置に配置されている形態を含む。
矩形型の電極を積層した積層型の電極群では、例えば、１つの第１電極の第１端部として矩形形状の１辺のみ、２辺、３辺、又は４辺すべての位置を、他の第１電極の第１端部の位置からずらすことができる。或いは、矩形形状の角部を第１端部として、１乃至４つの角部の位置をずらすことでも短絡抑制効果が得られる。矩形形状の辺の位置をずらすことと角部の位置をずらすこととを同時に行ってもよく、或いはどちらか一方のみを実施してもよい。矩形型電極の積層型電極群では、第１端部となり得る周辺全体のうち、角部での短絡の危険性が著しく高い。そのため、矩形型電極では少なくとも角部を第１端部とみなして、位置をずらすことが好ましい。
角部のみの位置をずらす場合は、例えば、対象の電極の角に切欠きを設けることができる。切欠きは、例えば、角部分を斜めに切り取ったり、１／４円の形に丸めたりすることで行うことができる。第１端部としての角部の位置をずらすには、例えば、切欠きのない電極と切欠きを設けた電極とを用いることができる。若しくは、切欠きを設ける電極の間で切欠きの大きさや、丸める際の円弧の半径を異ならせてもよい。角部の位置をずらす場合のずれの大きさ、即ち上記したずれ幅Ｓは、例えば次のように定義できる。以下の説明では、角に隣接する辺のうち片方の辺から４５°の角度で角を始点として引いた直線と切線との交点を第１端部の位置とみなす。
矩形型電極の角部に対し実施できる切欠き加工の具体的な例を図４−図７に示す。図４−図７は、それぞれ矩形型電極の加工例を示す概略図である。
図４は、矩形型電極の角部分を斜めに切り取ることで切欠きを行った例を示す。この例では、切欠く前の電極の角を始点として一辺から４５°の角度で引いた直線Ｅと直交する切線Ｃ１に沿って角部が切り取られている。角度４５°の直線Ｅに平行な方向を第２方向とすると、切線Ｃ１に沿って切断して得られた断面は、この第１電極１１の第１端部に対応する。また、角度４５°の直線と切線との交点から角までの距離Ｓ１は、第１電極１１の第１端部の位置と切欠きを行っていない電極の第１端部の位置とのずれ幅Ｓに対応し得る。
図５は、矩形型電極の角部分を斜めに切り取ることで切欠きを行った他の例を示す。この例においても、切欠く前の電極の角を始点として一辺から４５°の角度で引いた直線Ｅと直交する切線Ｃ１に沿って角部が切り取られている。角度４５°の直線Ｅに平行な方向を第２方向とすると、切線Ｃ１に沿って得られた断面は、この第１電極１１’の第１端部に対応する。また、角度４５°の直線Ｅと切線との交点から切欠く前の角までの距離Ｓ１は、第１電極１１’の第１端部の位置と切欠きを行っていない電極の第１端部の位置とのずれ幅Ｓに対応し得る。図５には、異なる位置で切欠きを行った２つの切線Ｃ１，Ｃ２の間の距離Ｓ２を示す。この距離Ｓ２は、第１電極１１’とは切欠きの大きさが異なる第１電極１１’’との第１端部の間のずれ幅Ｓに対応し得る。
図６は、矩形型電極の角部分を円弧状に切り抜くことで切欠きを行った例を示す。切欠く前の電極の角を始点として一辺から４５°の角度で引いた直線Ｅに平行な方向を第２方向とすると、角度４５°の直線Ｅと円弧状の切線Ｃ３との交点は、第２方向における第１電極１１の第１端部の位置に対応する。また、この交点と切欠く前の角との間の距離Ｓ１は、第１電極１１の第１端部の位置と切欠きを行っていない電極の第１端部の位置とのずれ幅Ｓに対応し得る。
図７は、矩形型電極の角部分を円弧状に切り抜くことで切欠きを行った他の例を示す。この例においても、角度４５°の直線Ｅに平行な方向を第２方向とすると、角度４５°の直線と円弧状の切線Ｃ３との交点は、第１電極１１’の第１端部の位置に対応する。また、この交点と切欠く前の角との間の距離Ｓ１は、第１電極１１’の第１端部の位置と切欠きを行っていない電極の第１端部の位置とのずれ幅Ｓに対応し得る。図７には、異なる位置で切欠きを行った１つの切線Ｃ４との間の距離Ｓ２を示す。この距離Ｓ２は、第１電極１１’とは異なる半径の円弧に丸めた第１電極１１’’との第１端部の間のずれ幅Ｓに対応し得る。
図４及び図５では、矩形形状の角に対して４５°の角度で引いた直線Ｅに直交する直線状の切線Ｃ１及び切線Ｃ２に沿って切欠きを設けた例を示した。また、図６及び図７では、１／４円の形の円弧状の切線Ｃ３及び切線Ｃ４に沿って切欠きを設けた例を示した。矩形型の電極の角部に設ける切欠きの形状はこれらに限られない。上記したずれ幅Ｓを確保できればよく、様々な形状の切欠き加工を実施することができる。
図２の電極群１では、第１電極としての正極５の幅方向に沿った一次元の第２方向において、第１電極の間で第１端部の位置がずれている例を示した。各第１電極の第２方向の始点と終点との２つの第１端部について、他の第１電極の２つの第１端部とそれぞれ位置がずれていた。図２の電極群１が矩形型の電極を積層した積層型の電極であり、図２が矩形形状の何れかの辺に平行な切線に沿った断面を示すとすると、第２方向の始点と終点との２つの第１端部は、各第１電極の辺のうち断面に直交する２辺に対応する。図２が矩形形状の１つの角とそれに対向する角とをつなぐ切線に沿った断面を示すとすると、第２方向の始点と終点との２つの第１端部は、各第１電極の角部のうち２つの角に対応する。
第１の実施形態に係る電極群がとり得る形態の別の例として、捲回型の電極群の例を説明する。
電気的絶縁層と、第１電極と、第２電極とを含む電極積層体を捲回して捲回型の電極群を構成する場合は、例えば、第１電極として帯状の電極を用い、この帯状電極の幅を部分的に異ならせることができる。ここでいう帯状電極の幅は、捲回する際の捲回軸に平行な方向の幅、即ち短辺方向の幅を指す。短辺方向の幅が部分的に異なる帯状の電極を捲回することで、捲回軸に平行な方向を第２方向とみなした場合の第１端部、即ち帯状電極の長辺方向に沿う縁の第２方向への位置が異なる捲回型の電極を得ることができる。具体的には、部分的に幅が狭い帯状の電極を捲回することで、幅が狭い部分に対応する第１端部が他の部分の第１端部よりも第２方向に沿って電極群の内側に位置する電極群が得られる。
帯状の電極に短辺幅の異なる部分を設ける場合、短辺幅の異なる部分の長辺方向の長さは捲回した際の捲回１周分以上に対応することが望ましい。こうすることで、捲回後の電極群において捲回された帯状電極の１つの周とその次の周とで短辺幅を異ならせることができる。つまり、１つの周とその次の周とで第２方向への第１端部の位置をずらすことができる。
或いは、短辺幅の異なる複数の帯状電極を第１電極として用いることで、第１端部の位置をずらすこともできる。又は、同じ幅の複数の帯状電極であっても、捲回時に第１電極としての電極同士で長辺方向の縁をずらすように配置することで、第１端部の位置をずらすこともできる。
第１電極が異なる短辺幅の部分を含む帯状電極である場合は、第２方向のずれ幅Ｓは短辺幅が異なる部分同士の幅の差分に対応し得る。第１電極として異なる幅の複数の帯状電極を用いる場合は、第２方向のずれ幅Ｓは幅が異なる電極の間の幅の差分に対応し得る。第１電極として同じ幅の複数の帯状電極を用い、長辺方向の縁をずらして配置する場合は、第２方向のずれ幅Ｓは、捲回時の配置において長辺方向の縁をずらした距離に対応し得る。
次に、第１の実施形態に係る電極群の一つの態様である捲回型の電極群の一例について、図面を参照しながら説明する。
図８は、実施形態に係る捲回型の電極群が含むことのできる電極の一例を概略的に示す平面図である。図９は、実施形態に係る捲回型の態様の電極群を概略的に示す斜視図である。図１０は、図９におけるＡ部を拡大した概略断面図である。
図８には、第１電極としての正極５と第２電極としての負極３を示す。正極５は、長辺方向の一部に短辺方向の幅が狭い部分１５を含む帯状の電極である。負極３は、長辺方向全体に亘って短辺方向の幅が同じである帯状の電極である。
図９に示す電極群１は、扁平型の捲回型電極群である。電極群１は、負極３と正極５と図示しない電気的絶縁層を含む。負極３と正極５とは、それぞれ図８に示す負極３と正極５である。電極群１は、電気的絶縁層と正極５（第１電極）と負極３（第２電極）とを含む電極積層体が捲回されている捲回型電極構造体を含んでいる。捲回型電極構造体において、正極５と負極３とは電気的絶縁層により電気的に隔離されている。
なお、図９に示す扁平状型捲回型の電極群１を説明するうえで、捲回軸に平行な方向を第２方向とみなす。
図１０は、図９に示す捲回型の電極群１について第２方向を含んだ一つの平面に沿った断面の一部を示している。図１０の横方向（水平方向）が第２方向に対応する。
正極５は、図８に示すように短辺方向の幅が狭くなっている部分１５を含んでおり、この部分１５と短辺方向の幅が狭くなっていない部分とが長辺方向に沿って交互に配置されている。正極５の短辺方向は、電極群１での第２方向に対応する。正極５の長辺方向へのそれぞれの領域の長さは、例えば、図９の捲回型の電極群１においてそれぞれの領域が位置する捲回の周の周長と一致する。これにより、電極群１では、正極５の長辺方向へのそれぞれの領域が複数の周として互いに積層された形となり、これらの周のうち積層方向に隣接する２つの周の間で正極５の短辺幅が異なる。つまり、図１０に示すように、捲回型電極構造体における正極５の一つの周とその次の周とで、第２方向への第１端部の位置が異なる。より具体的には、第１電極としての正極５が異なる２つの幅の領域を含んでいるため、第２方向への第１端部が２つの位置の一方にある周と、第１端部が２つの位置の他方にある周とが交互に積層されている。
図８−図１０では、第１電極（正極５）として、長辺方向に沿って短辺幅が異なる２つの領域を含む帯状電極を用いた例を示したが、例えば、短辺幅がそれぞれ異なる３つ以上の領域を含む電極を第１電極として用いたり、短辺幅がそれぞれ異なる２つ以上の電極を第１電極として用いたりすることもできる。
また、図８−図１０にて図示した具体例では、正極５を第１電極とみなし、負極３を第２電極とみなした。実施形態に係る電極群はこのような態様に限られず、例えば、負極３を第１電極とみなし、正極５を第２電極とみなした形態も含む。また、上記例では、第２電極（負極３）の第２端部の第２方向への位置が揃えられていた。実施形態に係る電極群はこのような態様に限られず、例えば、第２方向への第２端部の位置が異なっている形態も含む。つまり、実施形態に係る電極群は、第１電極の複数の第１端部が第２方向への異なる位置に配置されていると同時に、第２電極の複数の第２端部が第２方向への異なる位置に配置されている形態を含む。
第１の実施形態に係る電極群は、さらに九十九折型の形態をとり得る。九十九折型の電極群は、例えば、捲回型の電極群において捲回されている電極積層体が、捲回される代わりに九十九折にされている電極群であり得る。
第２方向への第２端部の位置は、第２方向への第１端部の位置と比較して電極群の外側に向かって突出した位置にあることが望ましい。第１端部より外側に突出している第２端部では、第２電極に対し第１電極が対向していないため、電極群に外部から力が印加されたり電極群が膨張したりしても、第２端部に力が集中しにくい。そのため、第２端部において短絡が起こりにくい。
一方で、電極群の外側に向かって突出していない電極の端部では、対極としての他方の電極と対向することになるため、応力などの力を逃がしにくい。特に、電極群を、例えば、金属缶のような硬質な外装部材を備えた二次電池に用いた場合は、電極群の膨張時に電極群が金属缶に押し付けられ得る。この際、電極群のエッジ部分に応力が集中するため、短絡の危険が高まる。第２方向への端部位置が対極電極の端部位置と比較して電極群の外側へ向かって突出していない電極について、第２方向における複数の端部位置の少なくとも一部を互いにずらすことでこの短絡危険性を大きく抑制することが可能である。
第１の実施形態に係る電極群の好ましい態様では、第１電極全体の第２方向への長さが第２電極の第２方向への長さと比較して短い。この長さ関係により、第２方向に沿った両端において、第２電極の第２端部の位置を第１電極の第１端部の位置に対して電極群の外側に向かって突出した位置にすることができる。
積層型の電極群の場合は、例えば、第２電極として面積の大きな電極を用いることができる。例えば、矩形型の電極の縦方向あるいは横方向など一方向の長さを長くすることで、１次元における第２方向への長さを長くすることができる。矩形型電極の縦方向および横方向など二方向の長さを長くすることで、二次元における第２方向、つまり３６０°すべての第２方向への長さを長くすることができる。逆の視点から、第１電極として面積の小さな電極を用いることで、第２方向への長さを短くすることができる。また、例えば、上述したように矩形型の電極の角部を切欠いて１つ又は２つの第２方向への長さを短くすることができる。
捲回型の電極群の場合は、例えば、捲回軸に対して平行な方向の幅が大きい電極を第２電極として用いることができる。また、九十九折型の電極群の場合は、例えば、折り返される辺に対して直交する方向の幅（短辺方向の幅）が大きい電極を第２電極として用いることができる。
非水電解質二次電池では、負極でのリチウム金属析出を防止するため、負極を大きくすることが多い。リチウム金属の析出を鑑みて、負極の第２方向への長さを正極の第２方向への長さと比較して長くすることが好ましい。例えば、積層型の電極の場合は、面積が大きい負極を用い、より面積が小さい正極を用いることができる。また、例えば、捲回型の電極の場合は、捲回軸に対して平行な方向の幅が大きい負極を用い、幅がより小さい正極を用いることができる。同様に、例えば、九十九折型の電極群の場合は、例えば、折り返される辺に対して直交する方向の幅（短辺方向の幅）が大きい負極を用い、幅がより小さい正極を用いることができる。
ただし、負極の作動電位が０．５Ｖ程度となる負極活物質を使用する場合は、負極におけるリチウム金属析出の問題が生じない。そのため、第２方向への長さをより長くする電極は負極および正極の何れでもよい。
或いは、第１電極と第２電極との間で、第２方向への長さが等しくてもよい。このような場合、例えば、第１電極の全体を第２電極に対して第２方向にずらすことで、第２方向への第１電極の第１端部の位置と第２電極の第２端部の位置とを異ならせることができる。ここで、第２方向の一端で第１端部が第２端部に対して電極群の外側に向かって突出し、第２方向の他端で第２端部が第１端部に対して電極群の外側に向かって突出し得る。電極群において、第１端部が第２端部に対して突出している側では、第２方向への異なる位置に配置されている第２端部が含まれていることが望ましい。第２端部が第１端部に対して突出している側では、第１方向への異なる位置に配置されている第１端部が含まれていることが望ましい。つまり、電極群の何れの側においても、電極群の外側に向かって突出していない電極の端部の位置をずらして、外部からの応力や電極の膨張などに起因する力の集中を抑制することが望ましい。
以下、電気的絶縁層、正極、及び負極について詳細に説明する。なお、上述したとおり、正極は、第１電極および第２電極の何れか一方であり得る。また、負極は、第１電極および第２電極の他方であり得る。
（電気的絶縁層）
電気的絶縁層は、例えば、第１電極と第２電極との間に介在し、第１電極と第２電極とを電気的に隔離する。例えば、電気的絶縁層は、正極と負極との間に設けられて正極と負極とを電気的に隔離し得る。
電気的絶縁層は、例えば、第１電極と第２電極との間に介在し、第１電極と第２電極とを電気的に隔離する。例えば、電気的絶縁層は、正極と負極との間に設けられて正極と負極とを電気的に隔離し得る。
電気的絶縁層は、絶縁性粒子を含み得る。絶縁性粒子としては、例えば、金属酸化物の固体粒子や、リチウムイオン伝導性を有する無機化合物の粒子を用いることができる。絶縁性粒子は、固体電解質の粒子であり得る。
電気的絶縁層は、さらにゲル電解質を含有し得る。絶縁性粒子とゲル電解質とは、複合体を形成し得る。
電気的絶縁層は正極および負極の一方または両方の上に形成されたものであり得る。短絡は電極端部で起きやすいため、より面積の大きい電極の表面に電気的絶縁層を形成することが望ましい。短絡防止の観点からは、正極と負極との両方の上に電気的絶縁層を形成することが望ましい。一方で、製造時の工程が増えるという観点では、一方の電極の上に電気的絶縁層を形成することが望ましい。
また、電気的絶縁層は、電極の片面または両面に形成されたものであり得る。
電気的絶縁層は、単一の層であってもよく、或いは複数の層を含んでいてもよい。
電気的絶縁層の厚さは、電気的絶縁層に含まれている絶縁性粒子の平均粒子径の２倍以上であることが好ましい。この厚さの電気的絶縁層を形成する際、厚さの均一性が得られやすい。電気的絶縁層の厚さが、含まれている絶縁性粒子の粒度分布におけるＤ９０の２倍以上であることがより好ましい。なお、Ｄ９０は、粒度分布において小粒子径側からの累積頻度が９０％となる粒子径を意味する。こうすることにより電気的絶縁層内のリチウムイオン伝導性の偏りを防止することができ、耐久性の向上につながる。
また、電気的絶縁層の厚さが、正極および負極中に含まれる粒子のうち最大の平均粒子径を有する粒子の１．５倍以上であることが望ましい。こうすることで、短絡に対する耐性がさらに高まる。なお、正極に含まれる粒子は、後述する正極活物質の粒子および導電剤の粒子を含み得る。負極に含まれる粒子は、後述する負極活物質の粒子および導電剤の粒子を含み得る。また、導電剤が、例えば、グラファイト等の鱗片状もしくは楕円状などのアスペクト比が大きい形状である場合は、正極活物質粒子もしくは負極活物質粒子の平均粒子径を基準に、電気的絶縁層の厚さを判断する。
金属酸化物の固体粒子としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粒子を挙げることができる。中でも、酸化アルミニウム（アルミナ）又は酸化ジルコニウム（ジルコニア）を用いることで、より安価かつ簡便に電気的絶縁層を形成することができる。そのほかに、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ガリウム、及び酸化ゲルマニウムなどの金属酸化物や、酸化ランタンなどのランタノイド系酸化物などを用いることもできる。
酸化アルミニウムや酸化ジルコニウムの粒子を用いる場合、純度が低くても機能を発現するものの、高純度の固体粒子が望ましい。高純度の酸化アルミニウム粒子や酸化ジルコニウム粒子を用いることにより、高温環境下にて起こりやすい電気的絶縁層と電極との界面での副反応などの問題を回避することができる。
金属酸化物の固体粒子の平均粒子径が０．１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。平均粒子径が０．１μｍ未満であると、イオン伝導経路が制限されて内部抵抗が大きくなり得る。平均粒子径が５μｍを超えると、正負極間に設けられる粒子数が少なくなり、正極と負極とが接触する可能性が高まる。
リチウムイオン伝導性を有する無機化合物の粒子としては、例えば、リチウムイオン伝導性及び耐還元性が高く、電気化学窓が広い利点があることから、ガーネット型構造の無機固体粒子を用いることが好ましい。ガーネット型構造の無機固体粒子としてＬｉ5+xＡxＬａ3-xＭ2Ｏ12（ＡはＣａ，Ｓｒ，及びＢａからなる群より選択される少なくとも１つ、ＭはＮｂ及びＴａからなる群より選択される少なくとも１つ、０≦ｘ≦０．５）、Ｌｉ3Ｍ2-xＬ2Ｏ12（ＭはＴａ及びＮｂからなる群より選択される少なくとも１つ、ＬはＺｒ、０≦ｘ≦０．５）、Ｌｉ7-3xＡｌxＬａ3Ｚｒ3Ｏ12（０≦ｘ≦０．５）、Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12が挙げられる。中でもＬｉ6.25Ａｌ0.25Ｌａ3Ｚｒ3Ｏ12やＬｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12はリチウムイオン伝導性が高く電気化学的に安定なため、放電性能とサイクル寿命性能に優れ、さらに微粒子化しても有機溶媒に対して化学的に安定な利点がある。また、欠陥ペロブスカイト型構造チタン含有酸化物（Ｌａ0.56Ｌｉ0.33ＴｉＯ3）、NASICON型化合物（Ｌｉ14Ｚｎ(ＧｅＯ4)4）、Ｌｉ−βアルミナ、LISICON型化合物（Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4）、ガラスセラミックス（Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2−Ｌｉ3ＰＯ4）などを用いることも可能である。
リチウムイオン伝導性の無機化合物の粒子を用いる場合は、リチウムイオン伝導性が室温（２５℃）で１×１０-10Ｓｃｍ-2以上であるものを用いることが好ましい。この好ましい例のリチウムイオン伝導性無機化合物の粒子は、ゲル電解質と複合化した際に、電気的絶縁層と電極との接触界面においてリチウムイオン濃度を高めることが可能となる。好ましいリチウムイオン伝導性無機化合物の平均粒子径（直径）は、０．０１μｍ以上８μｍ以下である。この範囲であるとイオン伝導性が高められる。平均粒子径は、より好ましくは０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である。８μｍよりも大きい粒子の時は、分極が生じた際に表面へのリチウムイオンの拡散が難しく、効果が得られにくい。
電気的絶縁層は、結着剤を更に含むことができる。結着剤は、絶縁性粒子間を結着させることができる。結着剤の例には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoro ethylene；ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、ポリビニルピロリドン、アクリル系バインダー、スチレン−ブタジェンゴム（styrene-butadiene rubber；ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（carboxymethyl cellulose；ＣＭＣ）、及びＣＭＣの塩が含まれる。これらの１つを結着剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。
ゲル電解質は、例えば、ゲル化剤と有機溶媒とを混合して調製した混合物にリチウム塩が溶解されているゲル状非水電解質であり得る。リチウム塩の濃度は、０．２Ｍ以上２Ｍ以下であることが好ましい。
ゲル化剤としては、例えば、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile；ＰＡＮ）、ポリエチレンオキシド（polyethylene oxide；ＰＥＯ）、ポリフッ化ビリニデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、ポリメチルメタクリレートなどの高分子材料、又はこれら高分子材料の混合物を用いることができる。
有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ethylene carbonate；ＥＣ）、プロピレンカーボネート（propylene carbonate；ＰＣ）、ジメチルカーボネート（dimethyl carbonate；ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（methyl ethyl carbonate；ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（diethyl carbonate；ＤＥＣ）、γ-ブチロラクトン（γ-butyrolactone；ＧＢＬ）、アセトニトリル（acetonitrile；ＡＮ）、酢酸エチル（ethyl acetate：ＥＡ）、トルエン、キシレン、又は酢酸メチル（methyl acetate；ＭＡ）などを用いることができる。
リチウム塩としては、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）、トリフルオロメチルスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＴＦＳＩ；ＬｉＮ(ＣＦ3ＳＯ2)2）、ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＢＥＴＩ；ＬｉＮ(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)2）などのリチウム塩を用いることができる。これらのリチウム塩の１つを単独で用いてもよく、或いは２つ以上を混合塩として用いてもよい。より良好なサイクル性能を得ることができることから、ＬｉＰＦ6やＬｉＢＦ4が望ましい。
絶縁性粒子とゲル電解質との複合体が形成されている場合は、第１電極および第２電極にもゲル電解質が浸透され得る。
電気的絶縁層は、例えば、以下の手順で形成することができる。まず、絶縁性粒子と結着剤とを、溶媒を用いて混合してスラリーを調製する。ここで、溶媒としては、例えば、水、アルコール、及びＮ−メチルピロリドン（N-methyl pyrrolidone；ＮＭＰ）等を用いることができる。このスラリーを、基材（例えば、後述する正極活物質含有層、又は負極活物質含有層）に塗布し、塗膜を乾燥させることにより形成ことができる。
絶縁性粒子とゲル電解質との複合体は、例えば、次の手順で形成することができる。先ず、上記の有機溶媒にゲル化剤およびリチウム塩を溶解させて溶液を得る。この溶液を、例えば、上記のとおり形成した電気的絶縁層に含浸させる。或いは、電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを含む電極群に溶液を含浸させる。加熱により溶液をゲル化させることで、絶縁性粒子とゲル電解質との複合体を得ることができる。
（正極）
正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、正極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、正極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。正極は、正極活物質として、１種類の化合物を単独で含んでいてもよく、或いは２種類以上の化合物を組み合わせて含んでいてもよい。酸化物及び硫化物の例には、Ｌｉ又はリチウムイオンを挿入及び脱離させることができる化合物を挙げることができる。
このような化合物としては、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4又はＬｉxＭｎＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムコバルト複合酸化物(例えばＬｉxＣｏＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜２）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えばＬｉxＦｅＰＯ4；０＜ｘ≦１、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１、ＬｉxＣｏＰＯ4；０＜ｘ≦１）、硫酸鉄（Ｆｅ2(ＳＯ4)3）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-x-yＣｏxＭｎyＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）が含まれる。
上記のうち、正極活物質としてより好ましい化合物の例には、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜２）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、リチウムリン酸鉄（例えばＬｉxＦｅＰＯ4；０＜ｘ≦１)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-x-yＣｏxＭｎyＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）が含まれる。これらの化合物を正極活物質に用いると、正極電位を高めることができる。
中でもリチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、及びリチウムマンガン複合酸化物は、リチウムの酸化還元電位に対し３．８Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上の充放電電位を有し、高い電池容量を実現できるため望ましい。
電池の電解質としてイオン液体を用いる場合、リチウムリン酸鉄、ＬｉxＶＰＯ4Ｆ（０≦ｘ≦１）、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、又はこれらの混合物を含む正極活物質を用いることが好ましい。これらの化合物はイオン液体との反応性が低いため、サイクル寿命を向上させることができる。イオン液体の詳細については、後述する。
正極活物質の一次粒径は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。一次粒径が１００ｎｍ以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒径が１μｍ以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。
正極活物質の比表面積は、０．１ｍ2／ｇ以上１０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。０．１ｍ2／ｇ以上の比表面積を有する正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵・放出サイトを十分に確保できる。１０ｍ2／ｇ以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。
結着剤は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoro ethylene；ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジェン共重合体、スチレン−ブタジェンゴム（styrene-butadiene rubber；ＳＢＲ）、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース（carboxymethyl cellulose；ＣＭＣ）、及びＣＭＣの塩が含まれる。これらの１つを結着剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維（Vapor Grown Carbon Fiber；ＶＧＣＦ）、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。炭素質物の形態は、例えば、炭素粒子、粉末、繊維状粉末などを含む。粉末、繊維状粉末等の形状が望ましい。これらの１つを導電剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。また、導電剤を省略することもできる。
正極活物質含有層において、正極活物質及び結着剤は、それぞれ、８０質量％以上９８質量％以下、及び２質量％以上２０質量％以下の割合で配合することが好ましい。
結着剤の量を２質量％以上にすることにより、十分な電極強度が得られる。また、結着剤は、絶縁体として機能し得る。そのため、結着剤の量を２０質量％以下にすると、電極に含まれる絶縁体の量が減るため、内部抵抗を減少できる。
導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤は、それぞれ、７７質量％以上９５質量％以下、２質量％以上２０質量％以下、及び３質量％以上１５質量％以下の割合で配合することが好ましい。
導電剤の量を３質量％以上にすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電剤の量を１５質量％以下にすることにより、電解質と接触する導電剤の割合を低くすることができる。この割合が低いと、高温保存下において、電解質の分解を低減することができる。
正極集電体としては、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属を含む金属箔、金属合金箔、薄板、メッシュ、又は金網等を用いることができる。正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、１質量％以下であることが好ましい。
また、正極集電体は、その表面に正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る。この部分は、正極端子を接続するための接続部として働くことができる。
正極は例えば次の方法により作製することができる。正極活物質と導電剤とに結着剤を加えて混練し、圧延することによりシート状の正極を作製することができる。
或いは、正極は、次の方法により作製してもよい。まず、正極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。溶媒としては、例えばトルエンやＮ−メチルピロリドン（N-methyl pyrrolidone；ＮＭＰ）等を用いることができる。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、正極活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、必要に応じてこの積層体にプレスを施す。
積層型の電極群に用いる正極を作製する場合は、例えば、矩形型の正極を作製することができる。捲回型の電極群や九十九折型の電極群に用いる正極を作製する場合は、例えば、帯状の正極を作製することができる。何れの場合も、例えば、正極集電体の少なくとも一辺においてスラリーを塗布しない部分を残すことで、正極端子に接続するための接続部を設けることができる。
（負極）
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含むことができる。負極活物質含有層は、負極集電体の片面又は両面に形成され得る。負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含むことができる。負極活物質含有層は、負極集電体の片面又は両面に形成され得る。負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
負極活物質としては、二次電池を充電したときに到達する最低電位がリチウムの酸化還元電位に対して０．６Ｖ以上１．４５Ｖ以下（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）であり、放電時に到達する最高電位がリチウムの酸化還元電位に対して１．６Ｖ以上２．５Ｖ以下（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）である化合物を用いることが望ましい。これらの条件を満たす化合物を負極活物質として用いることで、充電時の金属リチウムの析出を防止することができるため、安全性が高まる。負極活物質としてチタン含有複合酸化物を用いることがさらに望ましい。チタン含有複合酸化物を用いることにより負極全体の電子導電性を低減することができ、内部短絡に対する安全性を高められる。負極は、負極活物質として、１種類の化合物を単独で含んでいてもよく、或いは２種類以上の化合物を組み合わせて含んでいてもよい
チタン含有酸化物の例には、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7、０≦ｙ≦３）、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えば、Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12、０≦ｘ≦３）、単斜晶型二酸化チタン（ＴｉＯ2）、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物、斜方晶型チタン含有複合酸化物、及び単斜晶型ニオブチタン複合酸化物が挙げられる。
チタン含有酸化物の例には、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7、０≦ｙ≦３）、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えば、Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12、０≦ｘ≦３）、単斜晶型二酸化チタン（ＴｉＯ2）、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物、斜方晶型チタン含有複合酸化物、及び単斜晶型ニオブチタン複合酸化物が挙げられる。
上記斜方晶型チタン含有複合酸化物の例として、Ｌｉ2+aＭ(I)2-bＴｉ6-cＭ(II)dＯ14+σで表される化合物が挙げられる。ここで、Ｍ(I)は、Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｓ，Ｒｂ及びＫからなる群より選択される少なくとも１つでる。Ｍ(II)はＺｒ，Ｓｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦ａ≦６、０≦ｂ＜２、０≦ｃ＜６、０≦ｄ＜６、−０．５≦σ≦０．５である。斜方晶型チタン含有複合酸化物の具体例として、Ｌｉ2+aＮａ2Ｔｉ6Ｏ14（０≦ａ≦６）が挙げられる。
上記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、ＬｉaＴｉＭbＮｂ2+βＯ7+δで表される単斜晶構造のニオブチタン複合酸化物が挙げられる。ここで、Ｍは、Ｆｅ，Ｖ，Ｍｏ，及びＴａからなる群より選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦a≦５、０≦b≦０．３、−０．３≦β≦０．３、−０．３≦δ≦０．３である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例として、ＬｉxＮｂ2ＴｉＯ7（０≦ｘ≦５）が挙げられる。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例として、ＬｉxＴｉ1-yＭ１yＮｂ2-zＭ２zＯ7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、Ｍ１は、Ｚｒ，Ｓｉ，及びＳｎからなる群より選択される少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｖ，Ｔａ，及びＢｉからなる群より選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦ｘ≦５、０≦ｙ＜１、０≦ｚ≦２、−０．３≦δ≦０．３である。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物のさらに他の例として、Ｔｉ1-yＭ３y+zＮｂ2-zＯ7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、Ｍ３は、Ｍｇ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔａ，及びＭｏより選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦ｙ＜１、０≦ｚ≦２、−０．３≦δ≦０．３である。
上記化合物の中でも単斜晶構造のニオブチタン複合酸化物は重量当たりの容量が大きい。そのため、電池容量を高めることができるので、負極活物質としてより望ましい。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維（Vapor Grown Carbon Fiber；ＶＧＣＦ）、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。炭素質物の形態は、例えば、炭素粒子、粉末、繊維状粉末などを含む。粉末、繊維状粉末等の形状が望ましい。これらの１つを導電剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。あるいは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。
結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と負極集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoro ethylene；ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジェンゴム（styrene-butadiene rubber；ＳＢＲ）、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース（carboxymethyl cellulose；ＣＭＣ）、及びＣＭＣの塩が含まれる。これらの１つを結着剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。
活物質含有層中の活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、電極の用途に応じて適宜変更することができる。例えば、電極を二次電池の負極として用いる場合は、活物質（負極活物質）、導電剤及び結着剤を、それぞれ、６８質量％以上９６質量％以下、２質量％以上３０質量％以下及び２質量％以上３０質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を２質量％以上とすることにより、活物質含有層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を２質量％以上とすることにより、活物質含有層と集電体との結着性が十分となり、優れたサイクル性能を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ３０質量％以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
負極集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＳｉから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。負極集電体としては、これらの材料からなる箔、薄板、メッシュ、又は金網等を用いることができる。負極集電体は、５μｍ以上２０μｍ以下の厚さを有する箔であることが好ましい。このような厚さの箔である負極集電体は、負極の強度と軽量化のバランスをとることができる。
また、負極集電体は、その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る。この部分は、負極端子を接続するための接続部として働くことができる。
負極は例えば次の方法により作製することができる。負極活物質と導電剤とに結着剤を加えて混練し、圧延することによりシート状の負極を作製することができる。
或いは、負極は、次の方法により作製してもよい。まず、負極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。溶媒としては、例えば水やＮ−メチルピロリドン（N-methyl pyrrolidone；ＮＭＰ）等を用いることができる。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、負極活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、必要に応じてこの積層体にプレスを施す。
積層型の電極群に用いる負極を作製する場合は、例えば、矩形型の負極を作製することができる。捲回型の電極群や九十九折型の電極群に用いる負極を作製する場合は、例えば、帯状の負極を作製することができる。何れの場合も、例えば、負極集電体の少なくとも一辺においてスラリーを塗布しない部分を残すことで、負極端子に接続するための接続部を設けることができる。
第１の実施形態に係る電極群は、電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを具備する。第１電極と第２電極とは、電気的絶縁層を介して第１方向に積層されている。第１電極は第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含む。複数の第１端部は第２方向への異なる位置に配置されている。
上記構成を含むため、第１の実施形態に係る電極群は、短絡耐性が優れている二次電池および電池パック、並びにこの電池パックが搭載されている車両を実現することができる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態によると、電極群と外装部材とを含む二次電池が提供される。外装部材は、電極群を収容する。
第２の実施形態によると、電極群と外装部材とを含む二次電池が提供される。外装部材は、電極群を収容する。
第２の実施形態に係る二次電池は、電極群として第１の実施形態に係る電極群を含む。
二次電池は、絶縁性粒子として電気的絶縁層に含むことのできる固体電解質や絶縁性粒子と複合体を形成するゲル電解質とは別に、電解質をさらに含むことができる。電解質は、外装部材内に収容される。電解質は、電極群に保持され得る。
また、二次電池は、正極に電気的に接続された正極端子および負極に電気的に接続された負極端子を更に具備することができる。
第２の実施形態に係る二次電池は、例えばリチウム二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池を含む。
以下、外装部材、負極端子、正極端子、及び電解質について詳細に説明する。
（外装部材）
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、金属製、樹脂製、又はセラミックス製の容器を用いることができる。
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、金属製、樹脂製、又はセラミックス製の容器を用いることができる。
ラミネートフィルムの厚さは、例えば、０．５ｍｍ以下であり、好ましくは、０．２ｍｍ以下である。
ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン（polypropylene；ＰＰ）、ポリエチレン（polyethylene；ＰＥ）、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate；ＰＥＴ）等の高分子材料を含んでいる。金属層としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ステンレスなどからなる材料を用いることができる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。
ラミネートフィルムからなる容器を用いた場合は、内部ガスが発生した際、それを電池外観の変化として検出することができる。そのため、ラミネートフィルム製の外装部材を用いることが望ましい。
金属製容器の壁の厚さは、例えば、１ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以下であり、更に好ましくは、０．２ｍｍ以下である。
金属製容器は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型（薄型）、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。
（正極端子）
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し３Ｖ以上４．５Ｖ以下 の電位範囲（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むアルミニウム合金、チタニウムが挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し３Ｖ以上４．５Ｖ以下 の電位範囲（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むアルミニウム合金、チタニウムが挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
正極端子の形状は、特に限定されない。正極端子の形状は、例えば、リボン状、板状、又は棒状であってよい。
正極端子は、例えば、一端が正極に電気的に接続され、他端が外装部材の外部に引き出され得る。この正極端子を介して、正極と電池外部との間で通電させることができる。正極端子と正極とを電気的に接続する方法は特に限定されないが、例えば、正極端子を正極集電体に溶接してもよい。
（負極端子）
負極端子は、上述の負極活物質のＬｉ吸蔵放出電位において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する 材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｕ，及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、軽量かつ溶接接続性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
負極端子は、上述の負極活物質のＬｉ吸蔵放出電位において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する 材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｕ，及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、軽量かつ溶接接続性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
負極端子の形状は、特に限定されない。負極端子の形状は、例えば、リボン状、板状、又は棒状であってよい。
負極端子は、例えば、一端が負極に電気的に接続され、他端が外装部材の外部に引き出され得る。この負極端子を介して、負極と電池外部との間で通電させることができる。負極端子と負極とを電気的に接続する方法は特に限定されないが、例えば、負極端子を負極に溶接してもよい。
（電解質）
絶縁性粒子として電気的絶縁層に含むことのできる固体電解質とは別の電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、０．５ ｍｏｌ／Ｌ以上２．５ ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。
絶縁性粒子として電気的絶縁層に含むことのできる固体電解質とは別の電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、０．５ ｍｏｌ／Ｌ以上２．５ ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。
電解質塩の例には、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）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ(ＣＦ3ＳＯ2)2）のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、ＬｉＰＦ6が最も好ましい。
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート（propylene carbonate；ＰＣ）、エチレンカーボネート（ethylene carbonate；ＥＣ）、ビニレンカーボネート（vinylene carbonate；ＶＣ）のような環状カーボネート；ジエチルカーボネート（diethyl carbonate；ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（dimethyl carbonate；ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（methyl ethyl carbonate；ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン（tetrahydrofuran；ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（2-methyl tetrahydrofuran；２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（dioxolane；ＤＯＸ）のような環状エーテル；ジメトキシエタン（dimethoxy ethane；ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（diethoxy ethane；ＤＥＥ）のような鎖状エーテル；γ-ブチロラクトン（γ-butyrolactone；ＧＢＬ）、アセトニトリル（acetonitrile；ＡＮ)、及びスルホラン（sulfolane；ＳＬ）が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。
ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile；ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（polyethylene oxide；ＰＥＯ）、又はこれらの混合物が含まれる。
或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有したイオン液体を用いてもよい。
イオン液体は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温（１５℃以上２５℃以下）で液体として存在し得る化合物を指す。イオン液体には、単体で液体として存在するイオン液体、電解質塩と混合させることで液体となるイオン液体、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられるイオン液体の融点は、２５℃以下である。また、有機物カチオンは、一般にイミダゾリウム系やピペリジニウム系などの４級アンモニウム骨格を有する。
第２の実施形態に係る二次電池の一例を図面を参照して説明する。
図１１は、第２の実施形態に係る一例の二次電池の概略断面図である。より詳細には、図１１は、後述する正負極端子が外装部材から延出されている方向に沿って切断することで得られる断面である。図１１に示す二次電池１００は、外装部材２と電極群１とを具備する。電極群１は、外装部材２内に収納されている。なお、図１１は、電極群１の第１方向に沿って切断した断面図である。
外装部材２は、２つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる袋状外装部材である。
電極群１は、図１１に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群１は、第１の実施形態に係る電極群の積層型の態様の一例である。積層型の電極群１は、負極３と正極５とをその間に電気的絶縁層４を介在させながら交互に積層した構造を有している。図１１では、電極群１の最上層および最下層、つまり第１方向の最遠端の両方に位置する負極３の外側にも電気的絶縁層４が設けられている。外装部材２の材料として、例えば、ラミネートフィルムのような電気的絶縁性を有する材質を含む材料を用いた場合は、最遠端の負極３の外側に設けられた電気的絶縁層４を省略してもよい。
電極群１は、複数の負極３を含んでいる。複数の負極３は、それぞれが、負極集電体３ａと、負極集電体３ａの両面に担持された負極活物質含有層３ｂとを備えている。各負極３の負極集電体３ａは、その一辺において何れの表面にも負極活物質含有層３ｂが担持されていない部分３ｃを含む。また、複数の部分３ｃは、帯状の負極端子６に電気的に接続されている。帯状の負極端子６の先端は、外装部材２の外部に引き出されている。
また、電極群１は、複数の正極５を含んでいる。複数の正極５は、それぞれが、正極集電体５ａと、正極集電体５ａの両面に担持された正極活物質含有層５ｂとを備えている。各正極５の正極集電体５ａは、その一辺において何れの表面にも正極活物質含有層５ｂが担持されていない部分５ｃを含む。また、正極集電体５ａにおいて正極活物質含有層５ｂが担持されていない部分５ｃは、負極集電体３ａにおける負極活物質含有層３ｂが担持されていない部分３ｃに対し電極群１の反対側に位置している。複数の部分５ｃは、帯状の正極端子７に電気的に接続されている。帯状の正極端子７の先端は、負極端子６とは反対側に位置し、外装部材２の外部に引き出されている。
図１１に示す二次電池１００を説明するうえで、正極５を第１電極とみなし、負極３を第２電極とみなす。また、ここの説明でいう第２方向とは、正極５と負極３との積層方向（第１方向）に直交する方向のうち、正極５及び負極３の幅方向と平行である方向を指す。つまり、ここの説明での第２方向とは、図１１において負極端子６と正極端子７とを結ぶ線に対し平行な方向を指し、負極端子６から正極端子７へ向かう方向と、その反対方向である正極端子７から負極端子６へと向かう方向とを含む。
図１１に示すとおり複数の負極３（第２電極）の間で、電極群１における第２方向の端部（以後、第２端部）が揃えられている。これに対し、複数の正極５（第１電極）の間では、第２方向の端部（以後、第１端部）の位置が一部互いに異なっており、揃っていない。
図１１に図示する電極群１では、複数の正極５（第１電極）の第１端部の一部の位置が互いにずれた位置関係にある。そのため、二次電池１００の外部から力が印加されたり電極群１が膨張したりしても第１端部に力が集中しにくく、第１端部において短絡が起こりにくい。
第２の実施形態に係る二次電池は、図１１に示す構成の二次電池に限らず、例えば図１２及び図１３に示す構成の電池であってもよい。
図１２は、第２の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図１３は、図１２に示す二次電池のＢ部を拡大した断面図である。
図１２及び図１３に示す二次電池１００は、図１２に示す袋状の外装部材２と、図１２及び図１３に示す捲回型の電極群１と、図示しない電解質とを具備する。電極群１は、袋状の外装部材２内に収納されている。なお、図１２及び図１３は、それぞれ電極群１の捲回軸と直交する面に沿って切断した断面図およびその部分拡大図である。
袋状の外装部材２は、２つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。
図１２に示すように、電極群１は、扁平状の捲回型電極群である。この捲回型の電極群１は、第１の実施形態に係る捲回型の態様の一例であり、例えば、図９に示した電極群１であり得る。扁平状で捲回型である電極群１は、図１３に示すように、負極３と、電気的絶縁層４と、正極５とを含む。電気的絶縁層４は、負極３と正極５との間に介在している。
負極３は、負極集電体３ａと負極活物質含有層３ｂとを含む。負極３のうち、捲回型の電極群１の最外殻に位置する部分は、図１３に示すように負極集電体３ａの内面側のみに負極活物質含有層３ｂが形成されている。負極３におけるその他の部分では、負極集電体３ａの両面に負極活物質含有層３ｂが形成されている。
正極５は、正極集電体５ａと、その両面に形成された正極活物質含有層５ｂとを含んでいる。
図１２に示すように、負極端子６及び正極端子７は、捲回型の電極群１の外周端近傍に位置している。この負極端子６は、負極集電体３ａの最外殻に位置する部分に接続されている。また、正極端子７は、正極集電体５ａの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの負極端子６及び正極端子７は、袋状の外装部材２の開口部から外部に延出されている。袋状の外装部材２の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。
第２の実施形態に係る二次電池は、図１１−図１３にて図示した具体例に限られず、電極群１は第１の実施形態に係る電極群がとり得る何れもの形態の電極群であり得る。例えば、図１１−図１３では正極５を第１電極とみなし、負極３を第２電極とみなした。実施形態に係る二次電池はこのような態様に限られず、例えば、負極３を第１電極とみなし、正極５を第２電極とみなした形態も含む。また、二次電池１００が含む電極群１は、積層型の電極群や捲回型の電極群に限られず、例えば九十九折形状の電極群であり得る。
第２の実施形態に係る二次電池は、第１の実施形態に係る電極群を含んでいる。そのため、第２の実施形態に係る二次電池は、優れた短絡耐性を示すことができる。
［第３の実施形態］
第３の実施形態によると、組電池が提供される。第３の実施形態に係る組電池は、第２の実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
第３の実施形態によると、組電池が提供される。第３の実施形態に係る組電池は、第２の実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
第３の実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。
次に、第３の実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。
図１４は、第３の実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図１４に示す組電池２００は、５つの単電池１００ａ〜１００ｅと、４つのバスバー２１と、正極側リード２２と、負極側リード２３とを具備している。５つの単電池１００ａ〜１００ｅのそれぞれは、第２の実施形態に係る二次電池である。
バスバー２１は、例えば、１つの単電池１００ａの負極端子６と、隣に位置する単電池１００ｂの正極端子７とを接続している。このようにして、５つの単電池１００は、４つのバスバー２１により直列に接続されている。すなわち、図１４の組電池２００は、５直列の組電池である。
図１４に示すように、５つの単電池１００ａ〜１００ｅのうち、左端に位置する単電池１００ａの正極端子７は、外部接続用の正極側リード２２に接続されている。また、５つの単電池１００ａ〜１００ｅうち、右端に位置する単電池１００ｅの負極端子６は、外部接続用の負極側リード２３に接続されている。
第３の実施形態に係る組電池は、第２の実施形態に係る二次電池を具備する。したがって、優れた短絡耐性を示すことができる。
［第４の実施形態］
第４の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第３の実施形態に係る組電池を具備している。この電池パックは、第３の実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第２の実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
第４の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第３の実施形態に係る組電池を具備している。この電池パックは、第３の実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第２の実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
第４の実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置（例えば、電子機器、自動車等）に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。
また、第４の実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び／又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流（自動車などの動力の回生エネルギーを含む）は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。
次に、第４の実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。
図１５は、第４の実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図１６は、図１５に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。
図１５及び図１６に示す電池パック３００は、収容容器３１と、蓋３２と、保護シート３３と、組電池２００と、プリント配線基板３４と、配線３５と、図示しない絶縁板とを備えている。
図１５に示す収容容器３１は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器３１は、保護シート３３と、組電池２００と、プリント配線基板３４と、配線３５とを収容可能に構成されている。蓋３２は、矩形型の形状を有する。蓋３２は、収容容器３１を覆うことにより、上記組電池２００等を収容する。収容容器３１及び蓋３２には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。
組電池２００は、複数の単電池１００と、正極側リード２２と、負極側リード２３と、粘着テープ２４とを備えている。
単電池１００は、例えば、図１２に示す構造を有し得る。複数の単電池１００の少なくとも１つは、第２の実施形態に係る二次電池である。複数の単電池１００は、外部に延出した負極端子６及び正極端子７が同じ向きになるように揃えて積層されている。複数の単電池１００の各々は、図１６に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池１００は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池１００を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。
粘着テープ２４は、複数の単電池１００を締結している。粘着テープ２４の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池１００を固定してもよい。この場合、組電池２００の両側面に保護シート３３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複数の単電池１００を結束させる。
正極側リード２２の一端は、単電池１００の積層体において、最下層に位置する単電池１００の正極端子７に接続されている。負極側リード２３の一端は、単電池１００の積層体において、最上層に位置する単電池１００の負極端子６に接続されている。
プリント配線基板３４は、収容容器３１の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板３４は、正極側コネクタ３４１と、負極側コネクタ３４２と、サーミスタ３４３と、保護回路３４４と、配線３４５及び３４６と、通電用の外部端子３４７と、プラス側配線３４８ａと、マイナス側配線３４８ｂとを備えている。プリント配線基板３４の一方の主面は、組電池２００において負極端子６及び正極端子７が延出する面と向き合っている。プリント配線基板３４と組電池２００との間には、図示しない絶縁板が介在している。
正極側コネクタ３４１には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、正極側リード２２の他端が挿入されることにより、正極側コネクタ３４１と正極側リード２２とは電気的に接続される。負極側コネクタ３４２には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、負極側リード２３の他端が挿入されることにより、負極側コネクタ３４２と負極側リード２３とは電気的に接続される。
サーミスタ３４３は、プリント配線基板３４の一方の主面に固定されている。サーミスタ３４３は、単電池１００の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路３４４に送信する。
通電用の外部端子３４７は、プリント配線基板３４の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子３４７は、電池パック３００の外部に存在する機器と電気的に接続されている。
保護回路３４４は、プリント配線基板３４の他方の主面に固定されている。保護回路３４４は、プラス側配線３４８ａを介して通電用の外部端子３４７と接続されている。保護回路３４４は、マイナス側配線３４８ｂを介して通電用の外部端子３４７と接続されている。また、保護回路３４４は、配線３４５を介して正極側コネクタ３４１に電気的に接続されている。保護回路３４４は、配線３４６を介して負極側コネクタ３４２に電気的に接続されている。更に、保護回路３４４は、複数の単電池１００の各々と配線３５を介して電気的に接続されている。
保護シート３３は、収容容器３１の長辺方向の両方の内側面と、組電池２００を介してプリント配線基板３４と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート３３は、例えば、樹脂又はゴムからなる。
保護回路３４４は、複数の単電池１００の充放電を制御する。また、保護回路３４４は、サーミスタ３４３から送信される検出信号、又は、個々の単電池１００若しくは組電池２００から送信される検出信号に基づいて、保護回路３４４と外部機器への通電用の外部端子３４７との電気的な接続を遮断する。
サーミスタ３４３から送信される検出信号としては、例えば、単電池１００の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池１００若しくは組電池２００から送信される検出信号としては、例えば、単電池１００の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池１００について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池１００に挿入する。
なお、保護回路３４４としては、電池パック３００を電源として使用する装置（例えば、電子機器、自動車等）に含まれる回路を用いてもよい。
また、この電池パック３００は、上述したように通電用の外部端子３４７を備えている。したがって、この電池パック３００は、通電用の外部端子３４７を介して、組電池２００からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池２００に入力することができる。言い換えると、電池パック３００を電源として使用する際には、組電池２００からの電流が、通電用の外部端子３４７を通して外部機器に供給される。また、電池パック３００を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子３４７を通して電池パック３００に供給される。この電池パック３００を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。
なお、電池パック３００は、複数の組電池２００を備えていてもよい。この場合、複数の組電池２００は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板３４及び配線３５は省略してもよい。この場合、正極側リード２２及び負極側リード２３を通電用の外部端子として用いてもよい。
このような電池パックは、例えば大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。
第４の実施形態に係る電池パックは、第２の実施形態に係る二次電池又は第３の実施形態に係る組電池を備えている。したがって、優れた短絡耐性を示すことができる。
［第５の実施形態］
第５の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第４の実施形態に係る電池パックを搭載している。
第５の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第４の実施形態に係る電池パックを搭載している。
第５の実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。
第５の実施形態に係る車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。
第５の実施形態に係る車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。
第５の実施形態に係る車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、電池パックは、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。
次に、第５の実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。
図１７は、第５の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図である。
図１７に示す車両４００は、車両本体４０と、第４の実施形態に係る電池パック３００とを含んでいる。図１７に示す例では、車両４００は、四輪の自動車である。
この車両４００は、複数の電池パック３００を搭載してもよい。この場合、電池パック３００は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。
図１７では、電池パック３００が車両本体４０の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック３００は、例えば、車両本体４０の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック３００は、車両４００の電源として用いることができる。また、この電池パック３００は、車両４００の動力の回生エネルギーを回収することができる。
次に、図１８を参照しながら、第５の実施形態に係る車両の実施態様について説明する。
図１８は、第５の実施形態に係る車両の一例を概略的に示した図である。図１８に示す車両４００は、電気自動車である。
図１８に示す車両４００は、車両本体４０と、車両用電源４１と、車両用電源４１の上位制御手段である車両ＥＣＵ（ＥＣＵ：Electric Control Unit；電気制御装置）４２と、外部端子（外部電源に接続するための端子）４３と、インバータ４４と、駆動モータ４５とを備えている。
車両４００は、車両用電源４１を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図１８に示す車両４００では、車両用電源４１の搭載箇所については概略的に示している。
車両用電源４１は、複数（例えば３つ）の電池パック３００ａ、３００ｂ及び３００ｃと、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）４１１と、通信バス４１２とを備えている。
３つの電池パック３００ａ、３００ｂ及び３００ｃは、電気的に直列に接続されている。電池パック３００ａは、組電池２００ａと組電池監視装置３０１ａ（例えば、ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）とを備えている。電池パック３００ｂは、組電池２００ｂと組電池監視装置３０１ｂとを備えている。電池パック３００ｃは、組電池２００ｃと組電池監視装置３０１ｃとを備えている。電池パック３００ａ、３００ｂ、及び３００ｃは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック３００と交換することができる。
組電池２００ａ〜２００ｃのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも１つは、第２の実施形態に係る二次電池である。組電池２００ａ〜２００ｃは、それぞれ、正極端子４１３及び負極端子４１４を通じて充放電を行う。
電池管理装置４１１は、車両用電源４１の保全に関する情報を集めるために、組電池監視装置３０１ａ〜３０１ｃとの間で通信を行い、車両用電源４１に含まれる組電池２００ａ〜２００ｃに含まれる単電池１００の電圧、及び温度などに関する情報を収集する。
電池管理装置４１１と組電池監視装置３０１ａ〜３０１ｃとの間には、通信バス４１２が接続されている。通信バス４１２は、１組の通信線を複数のノード（電池管理装置と１つ以上の組電池監視装置と）で共有するように構成されている。通信バス４１２は、例えばＣＡＮ（Control Area Network）規格に基づいて構成された通信バスである。
組電池監視装置３０１ａ〜３０１ｃは、電池管理装置４１１からの通信による指令に基づいて、組電池２００ａ〜２００ｃを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は１つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。
車両用電源４１は、正極端子４１３と負極端子４１４との接続を入り切りするための電磁接触器（例えば図１８に示すスイッチ装置４１５）を有することもできる。スイッチ装置４１５は、組電池２００ａ〜２００ｃへの充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ（図示せず）、及び、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ（図示せず）を含んでいる。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフされるリレー回路（図示せず）を備えている。
インバータ４４は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。インバータ４４の３相の出力端子は、駆動モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。インバータ４４は、電池管理装置４１１、あるいは車両全体の動作を制御するための車両ＥＣＵ４２からの制御信号に基づいて、出力電圧を制御する。
駆動モータ４５は、インバータ４４から供給される電力により回転する。この回転は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Ｗに伝達される。
また、図示はしていないが、車両４００は、回生ブレーキ機構を備えている。回生ブレーキ機構は、車両４００を制動した際に駆動モータ４５を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ４４に入力され、直流電流に変換される。直流電流は、車両用電源４１に入力される。
車両用電源４１の負極端子４１４には、接続ラインＬ１の一方の端子が、電池管理装置４１１内の電流検出部（図示せず）を介して接続されている。接続ラインＬ１の他方の端子は、インバータ４４の負極入力端子に接続されている。
車両用電源４１の正極端子４１３には、接続ラインＬ２の一方の端子が、スイッチ装置４１５を介して接続されている。接続ラインＬ２の他方の端子は、インバータ４４の正極入力端子に接続されている。
外部端子４３は、電池管理装置４１１に接続されている。外部端子４３は、例えば、外部電源に接続することができる。
車両ＥＣＵ４２は、運転者などの操作入力に応答して他の装置とともに電池管理装置４１１を協調制御して、車両全体の管理を行なう。電池管理装置４１１と車両ＥＣＵ４２との間では、通信線により、車両用電源４１の残容量など、車両用電源４１の保全に関するデータ転送が行われる。
第５の実施形態に係る車両は、第４の実施形態に係る電池パックを搭載している。したがって、電池パックの短絡耐性が優れていることから高い信頼性を示すことができる。
［実施例］
以下、実施例を詳細に説明する。
以下、実施例を詳細に説明する。
＜二次電池の作製＞
（実施例１）
正極活物質として粒径５μｍ（Ｄ５０値）のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2）粉末を準備した。この正極活物質９０重量％、アセチレンブラック２重量％、粒径３μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛３重量％、ポリフッ化ビニリデン５重量％を混合し、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として加えてスラリーを得た。このスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥させた後、圧延することで厚さ１００μｍの正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍに切り出した３枚をＡサイズ正極とした。幅６６ｍｍ、長さ９２ｍｍに切り出した３枚をＢサイズ正極とした。幅６５ｍｍ、長さ９２ｍｍに切り出した３枚をＣサイズ正極とした。スラリーをアルミニウム箔に塗布する際、長さ方向末端５ｍｍ部分にはスラリーを塗布せず、この部分を活物質層未担持部として残した。
（実施例１）
正極活物質として粒径５μｍ（Ｄ５０値）のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2）粉末を準備した。この正極活物質９０重量％、アセチレンブラック２重量％、粒径３μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛３重量％、ポリフッ化ビニリデン５重量％を混合し、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として加えてスラリーを得た。このスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥させた後、圧延することで厚さ１００μｍの正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍに切り出した３枚をＡサイズ正極とした。幅６６ｍｍ、長さ９２ｍｍに切り出した３枚をＢサイズ正極とした。幅６５ｍｍ、長さ９２ｍｍに切り出した３枚をＣサイズ正極とした。スラリーをアルミニウム箔に塗布する際、長さ方向末端５ｍｍ部分にはスラリーを塗布せず、この部分を活物質層未担持部として残した。
負極活物質として粒径３μｍ（Ｄ５０値）の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物（Ｎｂ2ＴｉＯ7）粉末を準備した。このニオブチタン複合酸化物粉末９０重量％、粒径５μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛５重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％をＮＭＰ溶液に加えて混合してスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さが２５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥させた後、圧延することで厚さ７８μｍの負極シートを作製した。負極シートを幅６８ｍｍ、長さ９３ｍｍに切出して負極を得た。スラリーをアルミニウム箔に塗布する際、長さ方向に平行な一端部（幅５ｍｍ）にはスラリーを塗布せず、この部分を活物質層未担持部として残した。負極は１０枚作製した。
電気的絶縁層の絶縁性粒子として、平均一次粒子径が０．１μｍのＬｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12粒子を準備した。次のようにして、電気的絶縁層として、この絶縁性粒子とゲル状非水電解質との厚さ１０μｍの複合電解質層を負極上に形成した。
先ず、ＰＶｄＦバインダーをＮＭＰ溶媒に溶解したバインダー溶液に、準備した絶縁性粒子を分散させた。得られた分散液を負極の両面に塗装用スプレーを用いて塗布した。加熱乾燥後、各正極および負極を次のとおり積層させることで、積層型電極群を構築した。
各正極および負極は、負極−Ｃサイズ正極−負極−Ａサイズ正極−負極−Ｂサイズ正極−負極−Ｃサイズ正極−負極−Ａサイズ正極−負極−Ｂサイズ正極−負極−Ｃサイズ正極−負極−Ａサイズ正極−負極−Ｂサイズ正極−負極の順に積層した。積層させる際、各正極および各負極の面内方向の中心が重なるようにした。
次いで、正極の活物質層未担持部を束ねて、正極端子としてのアルミニウム箔を溶接した。また、負極の活物質層未担持部を束ねて、負極端子としてのアルミニウム箔を溶接した。こうして電極群を構築した。
なお、構築した積層型電極群では、Ａサイズ正極とＢサイズ正極との間で幅方向（短辺方向）の両端の位置が異なっており、ずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。Ａサイズ正極とＣサイズ正極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは１ｍｍだった。Ｂサイズ正極とＣサイズ正極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。一方、すべての正極の間で、長さ方向（長辺方向）の両方の端部の位置が揃っていた。すべての負極の間では、幅方向および長さ方向の何れも両方の端部の位置が揃っていた。
別途、プロピレンカーボネート（ＰＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒（体積比１：２）を調製し、この混合溶媒にＬｉＰＦ6を１．２Ｍ溶解することで液状非水電解質を調製した。ゲル化剤としてのポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）高分子体を液状非水電解質に添加し、２重量％のＰＡＮを含んだ混合溶液を得た。
得られた電極群をラミネートフィルム製の外装シート２枚に挟み込むようにして包んだ。ラミネートフィルムとしては、アルミニウム層と樹脂層とを含む多層フィルムを用いた。２枚の外装シートの３辺を重ねて袋状になるように熱シールしたのち、ＰＡＮを含んだ混合溶液を電極群に含浸させた。混合溶液の量は、絶縁性粒子（Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12粒子）と混合溶媒（ＰＣ／ＤＥＣ混合溶媒）とゲル化剤（ＰＡＮ）との重量比が９６：３．２：０．８となるようにした。外装シートで形成した袋を熱シールして閉じることで電極群と混合溶液とを収容したのち、加熱することで混合溶液をゲル化させた。
このようにして、図２に示す構造を有する実施例１の二次電池を作製した。
（実施例２）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで９枚切出して正極を得た。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで９枚切出して正極を得た。
実施例１と同様の手順で負極シートを作製した。負極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した４枚をＡサイズ負極とし、幅６６ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＢサイズ負極とし、幅６５ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＣサイズ負極とした。
各正極および各負極の上に絶縁性粒子の分散液を塗布し、加熱乾燥した後、これら正極および負極を、Ａサイズ負極−正極−Ｂサイズ負極−正極−Ｃサイズ負極−正極−Ａサイズ負極−正極−Ｂサイズ負極−正極−Ｃサイズ負極−正極−Ａサイズ負極−正極−Ｂサイズ負極−正極−Ｃサイズ負極−正極−Ａサイズ負極の順に積層して積層型電極群を構築した。積層させる際、各正極および各負極の面内方向の中心が重なるようにした。
なお、構築した積層型電極群では、Ａサイズ負極とＢサイズ負極との間で幅方向（短辺方向）の両端の位置が異なっており、ずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。Ａサイズ負極とＣサイズ負極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは１ｍｍだった。Ｂサイズ負極とＣサイズ負極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。一方、すべての負極の間で、長さ方向（長辺方向）の両方の端部の位置が揃っていた。すべての正極の間では、幅方向および長さ方向の何れも両方の端部の位置が揃っていた。
得られた積層型電極群を用いたことを除き、実施例１と同様にして二次電池を作製した。
（実施例３）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＤサイズ正極とし、幅６６ｍｍ、長さ９１ｍｍで切り出した３枚をＥサイズ正極とし、幅６５ｍｍ、長さ９０ｍｍで切り出した３枚をＦサイズ正極とした。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＤサイズ正極とし、幅６６ｍｍ、長さ９１ｍｍで切り出した３枚をＥサイズ正極とし、幅６５ｍｍ、長さ９０ｍｍで切り出した３枚をＦサイズ正極とした。
実施例１と同様の手順で負極シートを作製した。負極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで１０枚切出して負極を得た。
各正極および各負極の上に絶縁性粒子の分散液を塗布し、加熱乾燥した後、これら正極および負極を、負極−Ｆサイズ正極−負極−Ｅサイズ正極−負極−Ｄサイズ正極−負極−Ｅサイズ正極−負極−Ｄサイズ正極−負極−Ｆサイズ正極−負極−Ｄサイズ正極−負極−Ｆサイズ正極−負極−Ｅサイズ正極−負極の順に積層して積層型電極群を構築した。積層させる際、各正極および各負極の面内方向の中心が重なるようにした。
なお、構築した積層型電極群では、Ｄサイズ正極とＥサイズ正極との間で幅方向（短辺方向）の両端の位置が異なっており、ずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。Ｄサイズ正極とＦサイズ正極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは１ｍｍだった。Ｅサイズ正極とＦサイズ正極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。
また、すべての正極の間で、Ｄサイズ正極とＥサイズ正極との間で長さ方向（長辺方向）の両端の位置が異なっており、ずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。Ｄサイズ正極とＦサイズ正極との間では、長さ方向のずれ幅Ｓは１ｍｍだった。Ｅサイズ正極とＦサイズ正極との間では、長さ方向のずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。
すべての負極の間では、幅方向および長さ方向の何れも両方の端部の位置が揃っていた。
得られた積層型電極群を用いたことを除き、実施例１と同様にして二次電池を作製した。
（実施例４）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで９枚切出した。そのうちの３枚について、距離Ｓ１’が１ｍｍとなるように、角から引いた角度４５°の直線と直交する直線を切線として、四隅に切欠きを設けた。さらに別の３枚について、距離Ｓ１’’が２ｍｍとなるように四隅に同様な切欠きを設けた。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで９枚切出した。そのうちの３枚について、距離Ｓ１’が１ｍｍとなるように、角から引いた角度４５°の直線と直交する直線を切線として、四隅に切欠きを設けた。さらに別の３枚について、距離Ｓ１’’が２ｍｍとなるように四隅に同様な切欠きを設けた。
実施例１と同様の手順で負極シートを作製した。負極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで１０枚切出して負極を得た。
各正極および各負極の上に絶縁性粒子の分散液を塗布し、加熱乾燥した後、これら正極および負極を、負極−正極（Ｓ１’’＝２ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１’＝１ｍｍ）−負極−正極（切り欠けなし）−負極−正極（Ｓ１’＝１ｍｍ）−負極−正極（切欠きなし）−負極−正極（Ｓ１’’＝２ｍｍ）−負極−正極（切欠きなし）−負極−正極（Ｓ１’＝１ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１’’＝２ｍｍ）−負極の順に積層して積層型電極群を構築した。積層させる際、各正極および各負極の面内方向の中心が重なるようにした。
なお、構築した積層型電極群では、切欠きを設けなかった正極と１ｍｍの距離Ｓ１’で切欠いた正極とで、四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは距離Ｓ１’に対応し、１ｍｍだった。切欠きを設けなかった正極と２ｍｍの距離Ｓ１’’で切欠いた正極とで、四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは距離Ｓ１’’に対応し、２ｍｍだった。１ｍｍの距離Ｓ１’で切欠いた正極と２ｍｍの距離Ｓ１’’で切欠いた正極とで、四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは距離Ｓ２に対応し、１ｍｍだった。
得られた積層型電極群を用いたことを除き、実施例１と同様にして図５に示す構造を含む二次電池を作製した。
（実施例５）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＡサイズ正極とし、幅６６ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＢサイズ正極とし、幅６５ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＣサイズ正極とした。これらの正極のすべてについて、距離Ｓ１が１ｍｍとなるように、角から引いた角度４５°の直線と直交する直線を切線として、四隅に切欠きを設けた。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＡサイズ正極とし、幅６６ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＢサイズ正極とし、幅６５ｍｍ、長さ９２ｍｍで切り出した３枚をＣサイズ正極とした。これらの正極のすべてについて、距離Ｓ１が１ｍｍとなるように、角から引いた角度４５°の直線と直交する直線を切線として、四隅に切欠きを設けた。
実施例１と同様の手順で負極シートを作製した。負極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで１０枚切出して負極を得た。
各正極および各負極の上に絶縁性粒子の分散液を塗布し、加熱乾燥した後、これら正極および負極を、負極−Ｃサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ａサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ｂサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ｃサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ａサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ｂサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ｃサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ａサイズ正極（切欠き有り）−負極−Ｂサイズ正極（切欠き有り）−負極の順に積層して積層型電極群を構築した。積層させる際、各正極および各負極の面内方向の中心が重なるようにした。
なお、構築した積層型電極群では、Ａサイズ正極とＢサイズ正極との間で幅方向（短辺方向）の両端の位置が異なっており、ずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。Ａサイズ正極とＣサイズ正極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは１ｍｍだった。Ｂサイズ正極とＣサイズ正極との間では、幅方向のずれ幅Ｓは０．５ｍｍだった。
また、Ａサイズ正極とＢサイズ正極との間では、切欠き加工をした四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは０．７ｍｍだった。Ａサイズ正極とＣサイズ正極との間では、切欠き加工をした四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは０．１４ｍｍだった。Ｂサイズ正極とＣサイズ正極との間では、切欠き加工をした四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは０．７ｍｍだった。
一方、すべての正極の間で、長さ方向（長辺方向）の両方の端部の位置が揃っていた。また、すべての負極の間では、幅方向および長さ方向の何れも両方の端部の位置が揃っていた。
得られた積層型電極群を用いたことを除き、実施例１と同様にして二次電池を作製した。
（実施例６）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで９枚切出した。そのうちの３枚について、距離Ｓ１Iが１ｍｍになるように１／４円弧形状の切欠きを四隅に設けた。さらに別の３枚について、距離Ｓ１IIが２ｍｍとなるように１／４円弧形状の切欠きを四隅に設けた。残り３枚については、距離Ｓ１IIIが３ｍｍとなるように１／４円弧形状の切欠きを四隅に設けた。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。正極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで９枚切出した。そのうちの３枚について、距離Ｓ１Iが１ｍｍになるように１／４円弧形状の切欠きを四隅に設けた。さらに別の３枚について、距離Ｓ１IIが２ｍｍとなるように１／４円弧形状の切欠きを四隅に設けた。残り３枚については、距離Ｓ１IIIが３ｍｍとなるように１／４円弧形状の切欠きを四隅に設けた。
実施例１と同様の手順で負極シートを作製した。負極シートを幅６７ｍｍ、長さ９２ｍｍで１０枚切出して負極を得た。
各正極および各負極の上に絶縁性粒子の分散液を塗布し、加熱乾燥した後、これら正極および負極を、負極−正極（Ｓ１III＝３ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１II＝２ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１I＝１ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１I＝１ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１II＝２ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１I＝１ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１III＝３ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１II＝２ｍｍ）−負極−正極（Ｓ１III＝３ｍｍ）−負極の順に積層して積層型電極群を構築した。積層させる際、各正極および各負極の面内方向の中心が重なるようにした。
なお、構築した積層型電極群では、１ｍｍの距離Ｓ１Iで切欠いた正極と２ｍｍの距離Ｓ１IIで切欠いた正極とで、四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは距離Ｓ２に対応し、１ｍｍだった。１ｍｍの距離Ｓ１Iで切欠いた正極と３ｍｍの距離Ｓ１IIIで切欠いた正極とで、四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは２ｍｍだった。２ｍｍの距離Ｓ１IIで切欠いた正極と３ｍｍの距離Ｓ１IIで切欠いた正極とで、四隅のそれぞれの端部の位置のずれ幅Ｓは距離Ｓ２に対応し、１ｍｍだった。
得られた積層型電極群を用いたことを除き、実施例１と同様にして図７に示す構造を含む二次電池を作製した。
（実施例７）
負極活物質として粒径３μｍ（Ｄ５０値）のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末を準備した。準備したチタン酸リチウム粉末９０重量％、粒径５μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛５重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％を、ＮＭＰ溶液に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを用いて厚さ１１３μｍの負極シートを作製し、実施例１と同様の寸法で１０枚の負極を切出した。
負極活物質として粒径３μｍ（Ｄ５０値）のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末を準備した。準備したチタン酸リチウム粉末９０重量％、粒径５μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛５重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％を、ＮＭＰ溶液に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを用いて厚さ１１３μｍの負極シートを作製し、実施例１と同様の寸法で１０枚の負極を切出した。
この負極を用いたこと以外は、実施例１と同様にして二次電池を作製した。
（実施例８）
負極活物質として粒径２μｍ（Ｄ５０値）の斜方晶型のチタン含有複合酸化物（Ｌｉ2Ｎａ1.5Ｔｉ5.5Ｎｂ0.5Ｏ14）粉末を準備した。この斜方晶型チタン含有複合酸化物粉末９０重量％、粒径５μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛５重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％を、ＮＭＰ溶液に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを用いて厚さ１３１μｍの負極シートを作製し、実施例１と同様の寸法で１０枚の負極を切出した。
負極活物質として粒径２μｍ（Ｄ５０値）の斜方晶型のチタン含有複合酸化物（Ｌｉ2Ｎａ1.5Ｔｉ5.5Ｎｂ0.5Ｏ14）粉末を準備した。この斜方晶型チタン含有複合酸化物粉末９０重量％、粒径５μｍ（Ｄ５０値）の人造黒鉛５重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％を、ＮＭＰ溶液に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを用いて厚さ１３１μｍの負極シートを作製し、実施例１と同様の寸法で１０枚の負極を切出した。
この負極を用いたこと以外は、実施例１と同様にして二次電池を作製した。
（比較例１）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。実施例１におけるＡサイズ正極と同じ寸法で１０枚の正極を切り出した。電極群を構築する際、これらＡサイズ正極の端部が揃うようにした。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。実施例１におけるＡサイズ正極と同じ寸法で１０枚の正極を切り出した。電極群を構築する際、これらＡサイズ正極の端部が揃うようにした。
この正極を用いたこと以外は、実施例１と同様にして二次電池を作製した。
（比較例２）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。実施例１におけるＡサイズ正極と同じ寸法で１０枚の正極を切り出した。電極群を構築する際、これらＡサイズ正極の端部が揃うようにした。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。実施例１におけるＡサイズ正極と同じ寸法で１０枚の正極を切り出した。電極群を構築する際、これらＡサイズ正極の端部が揃うようにした。
この正極を用いたこと以外は、実施例７と同様にして二次電池を作製した。
（比較例３）
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。実施例１におけるＡサイズ正極と同じ寸法で１０枚の正極を切り出した。電極群を構築する際、これらＡサイズ正極の端部が揃うようにした。
実施例１と同様の手順で正極シートを作製した。実施例１におけるＡサイズ正極と同じ寸法で１０枚の正極を切り出した。電極群を構築する際、これらＡサイズ正極の端部が揃うようにした。
この正極を用いたこと以外は、実施例８と同様にして二次電池を作製した。
＜評価＞
実施例１−６及び比較例１で得られた各二次電池を２．９Ｖ及び１Ａで５時間の定電流−定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行い、満充電状態とした。実施例７−８及び比較例２−３で得られた各二次電池を２．７Ｖ及び１Ａで５時間のＣＣＣＶ充電を行い、満充電状態とした。
実施例１−６及び比較例１で得られた各二次電池を２．９Ｖ及び１Ａで５時間の定電流−定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行い、満充電状態とした。実施例７−８及び比較例２−３で得られた各二次電池を２．７Ｖ及び１Ａで５時間のＣＣＣＶ充電を行い、満充電状態とした。
充電後の各二次電池を樹脂製の平底バット内に置き、各二次電池の上に６００ｇのステンレス製板を載せた。この状態で２５℃環境下で２４時間静置させた後、各二次電池の電圧を測定した。
静置後の二次電池の電圧は、実施例１において２．８３Ｖ、実施例２において２．８１Ｖ、実施例３において２．８６Ｖ、実施例４において２．８１Ｖ、実施例５において２．８５Ｖ、実施例６において２．８２Ｖ、及び比較例１において２．７３Ｖであった。
また、静置後の二次電池の電圧は、実施例７では２．６４Ｖ、実施例８では２．６３Ｖ、比較例２では２．５９Ｖ、及び比較例３では２．５７Ｖであった。
実施例１−６及び比較例１の二次電池では、静置前の電池電圧が２．９Ｖだった。実施例１−６の二次電池と比較して、比較例１の二次電池では静置する前後の電池電圧の減少量が多かった。このことから、実施例１−６と比較して、比較例１では自己放電量が多かったことが分かる。
実施例７−８及び比較例２−３の二次電池では、静置前の電池電圧が２．７Ｖだった。実施例７−８の二次電池と比較して、比較例２−３の二次電池では静置する前後の電池電圧の減少量が多かった。このことから、実施例７−８と比較して、比較例２−３では自己放電量が多かったことが分かる。
実施例１−８と比較例１−３との比較から、実施例１−８では、短絡耐性が向上していたと判断できる。
以上説明した少なくとも１つの実施形態及び実施例によると、電気的絶縁層と第１電極と第２電極とを具備する電極群が提供される。第２電極は、電気的絶縁層を介して第１電極と第１方向に積層されている。第１電極は第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含む。複数の第１端部は第２方向への異なる位置に配置されている。この構成の電極群は、短絡耐性が優れている二次電池および電池パック、並びにこの電池パックが搭載されている車両を実現することができる。
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。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載した発明を付記する。
［１］ 電気的絶縁層と
第１電極と、
前記電気的絶縁層を介して前記第１電極と第１方向に積層されている第２電極と
を具備し、
前記第１電極は前記第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含み、複数の前記第１端部は前記第２方向への異なる位置に配置されている電極群。
［２］ 前記第２電極は、前記第２方向の第２端部を複数含み、複数の前記第２端部は前記第２方向に揃った位置に配置されている［１］に記載の電極群。
［３］ 複数の前記第１端部のうち、前記第１方向の両方の最遠端にそれぞれ位置する２つの前記第１端部の一方または両方の前記第２方向への位置は、前記第１端部の一方または両方と前記第１方向に隣接する他の前記第１端部の前記第２方向への位置と異なる［１］又は［２］に記載の電極群。
［４］ 複数の前記第１端部のうち前記第１方向に隣接する２つの前記第１端部の間で、前記第２方向の位置のずれ幅Ｓが前記第１電極の厚さＴに対して５×Ｔ以上である［１］から［３］の何れか１つに記載の電極群。
［５］ 前記電気的絶縁層と、前記第１電極と、前記第２電極とを含む電極積層体が複数積層されている積層型電極構造体を含む［１］から［４］の何れか１つに記載の電極群。
［６］ 前記電気的絶縁層と、前記第１電極と、前記第２電極とを含む電極積層体が捲回されている捲回型電極構造体を含む［１］から［４］の何れか１つに記載の電極群。
［７］ 前記第１電極は前記捲回型電極構造体において積層されている複数の周を含み、複数の前記周のうち積層方向に隣接する２つの前記周の間で前記第１電極の前記捲回型電極構造体の捲回軸方向に平行な幅が異なる［６］に記載の電極群。
［８］ 前記第１電極および前記第２電極のうち一方は、Ｌｉ 4+x Ｔｉ 5 Ｏ 12 で表され０≦ｘ≦３であるチタン酸リチウム、Ｌｉ a ＴｉＭ b Ｎｂ 2+β Ｏ 7+δ で表されＭはＦｅ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔａからなる群より選択される少なくとも１つであり、０≦a≦５、０≦b≦０．３、−０．３≦β≦０．３、−０．３≦δ≦０．３であるニオブチタン複合酸化物、及びＬｉ 2+a M(I) 2-b Ｔｉ 6-c M(II) d Ｏ 14+σ で表されＭ（I）はＳｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｓ，Ｋから選ばれる少なくとも１つであり、Ｍ（ＩＩ）はＺｒ，Ｓｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌからなる群より選択される少なくとも１つであり、０≦a≦６、０＜b＜２、０＜c＜６、０＜d＜６、−０．５≦σ≦０．５である斜方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１つを含む［１］から［７］の何れか１つに記載の電極群。
［９］ 前記電気的絶縁層は絶縁性粒子を含む、［１］から［８］の何れか１つに記載の電極群。
［１０］ 前記絶縁性粒子は、アルミナ及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも１つを含む［９］に記載の電極群。
［１１］ 前記絶縁性粒子は、リチウムイオン伝導性の無機化合物の粒子を含む［９］に記載の電極群。
［１２］ 前記電気的絶縁層はゲル電解質をさらに含む［１］から［１１］の何れか１つに記載の電極群。
［１３］ ［１］から［１２］の何れか１つに記載の電極群と、
前記電極群を収容する外装部材と
を具備する二次電池。
［１４］ ［１３］に記載の二次電池を具備する電池パック。
［１５］ 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に具備する［１４］に記載の電池パック。
［１６］ 複数の前記二次電池を具備し、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている［１４］又は［１５］に記載の電池パック。
［１７］ ［１４］から［１６］の何れか１つに記載の電池パックを搭載した車両。
［１８］ 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、［１７］に記載の車両。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載した発明を付記する。
［１］ 電気的絶縁層と
第１電極と、
前記電気的絶縁層を介して前記第１電極と第１方向に積層されている第２電極と
を具備し、
前記第１電極は前記第１方向と直交する方向のうち１以上の第２方向の第１端部を複数含み、複数の前記第１端部は前記第２方向への異なる位置に配置されている電極群。
［２］ 前記第２電極は、前記第２方向の第２端部を複数含み、複数の前記第２端部は前記第２方向に揃った位置に配置されている［１］に記載の電極群。
［３］ 複数の前記第１端部のうち、前記第１方向の両方の最遠端にそれぞれ位置する２つの前記第１端部の一方または両方の前記第２方向への位置は、前記第１端部の一方または両方と前記第１方向に隣接する他の前記第１端部の前記第２方向への位置と異なる［１］又は［２］に記載の電極群。
［４］ 複数の前記第１端部のうち前記第１方向に隣接する２つの前記第１端部の間で、前記第２方向の位置のずれ幅Ｓが前記第１電極の厚さＴに対して５×Ｔ以上である［１］から［３］の何れか１つに記載の電極群。
［５］ 前記電気的絶縁層と、前記第１電極と、前記第２電極とを含む電極積層体が複数積層されている積層型電極構造体を含む［１］から［４］の何れか１つに記載の電極群。
［６］ 前記電気的絶縁層と、前記第１電極と、前記第２電極とを含む電極積層体が捲回されている捲回型電極構造体を含む［１］から［４］の何れか１つに記載の電極群。
［７］ 前記第１電極は前記捲回型電極構造体において積層されている複数の周を含み、複数の前記周のうち積層方向に隣接する２つの前記周の間で前記第１電極の前記捲回型電極構造体の捲回軸方向に平行な幅が異なる［６］に記載の電極群。
［８］ 前記第１電極および前記第２電極のうち一方は、Ｌｉ 4+x Ｔｉ 5 Ｏ 12 で表され０≦ｘ≦３であるチタン酸リチウム、Ｌｉ a ＴｉＭ b Ｎｂ 2+β Ｏ 7+δ で表されＭはＦｅ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔａからなる群より選択される少なくとも１つであり、０≦a≦５、０≦b≦０．３、−０．３≦β≦０．３、−０．３≦δ≦０．３であるニオブチタン複合酸化物、及びＬｉ 2+a M(I) 2-b Ｔｉ 6-c M(II) d Ｏ 14+σ で表されＭ（I）はＳｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｓ，Ｋから選ばれる少なくとも１つであり、Ｍ（ＩＩ）はＺｒ，Ｓｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌからなる群より選択される少なくとも１つであり、０≦a≦６、０＜b＜２、０＜c＜６、０＜d＜６、−０．５≦σ≦０．５である斜方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１つを含む［１］から［７］の何れか１つに記載の電極群。
［９］ 前記電気的絶縁層は絶縁性粒子を含む、［１］から［８］の何れか１つに記載の電極群。
［１０］ 前記絶縁性粒子は、アルミナ及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも１つを含む［９］に記載の電極群。
［１１］ 前記絶縁性粒子は、リチウムイオン伝導性の無機化合物の粒子を含む［９］に記載の電極群。
［１２］ 前記電気的絶縁層はゲル電解質をさらに含む［１］から［１１］の何れか１つに記載の電極群。
［１３］ ［１］から［１２］の何れか１つに記載の電極群と、
前記電極群を収容する外装部材と
を具備する二次電池。
［１４］ ［１３］に記載の二次電池を具備する電池パック。
［１５］ 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に具備する［１４］に記載の電池パック。
［１６］ 複数の前記二次電池を具備し、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている［１４］又は［１５］に記載の電池パック。
［１７］ ［１４］から［１６］の何れか１つに記載の電池パックを搭載した車両。
［１８］ 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、［１７］に記載の車両。
１…電極群、２…外装部材、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、３ｃ…負極集電体の部分、４…電気的絶縁層、５…正極、５1…正極、５2…正極、５3…正極、５’…正極、５’’…正極、５ａ…正極集電体、５ｂ…正極活物質含有層、５ｃ…正極集電体の部分、６…負極端子、７…正極端子、１１…第１電極、１１ａ…第１端部、１２…第２電極、１２ａ…第２端部、２１…バスバー、２２…正極側リード、２３…負極側リード、２４…粘着テープ、３１…収容容器、３２…蓋、３３…保護シート、３４…プリント配線基板、３５…配線、４０…車両本体、４１…車両用電源、４２…電気制御装置、４３…外部端子、４４…インバータ、４５…駆動モータ、１００…二次電池、２００…組電池、２００ａ…組電池、２００ｂ…組電池、２００ｃ…組電池、３００…電池パック、３００ａ…電池パック、３００ｂ…電池パック、３００ｃ…電池パック、３０１ａ…組電池監視装置、３０１ｂ…組電池監視装置、３０１ｃ…組電池監視装置、３４１…正極側コネクタ、３４２…負極側コネクタ、３４３…サーミスタ、３４４…保護回路、３４５…配線、３４６…配線、３４７…通電用の外部端子、３４８ａ…プラス側配線、３４８ｂ…マイナス側配線、４００…車両、４１１…電池管理装置、４１２…通信バス、４１３…正極端子、４１４…負極端子、４１５…スイッチ装置、Ｌ１…接続ライン、Ｌ２…接続ライン、Ｗ…駆動輪。
Claims (14)
- 電気的絶縁層と
第１電極と、
前記電気的絶縁層を介して前記第１電極と第１方向に積層されている第２電極と
を具備する電極積層体を具備する電極群であって、
前記第１電極は前記第１方向と直交する第２方向の第１端部を複数含み、前記第１電極は帯形状を有し、前記帯形状の短辺方向は前記第２方向と平行であり、前記第１電極は前記帯形状の長辺方向に沿って交互に配置された複数の第１部分および複数の第２部分をさらに具備し、前記短辺方向への前記第１部分の第１幅は、前記短辺方向への前記第２部分の第２幅よりも狭く、前記電極群は、前記第１電極が積層された複数の周を含むように捲回軸方向を前記第２方向に平行として捲回されて捲回型電極構造体を構成しており、前記複数の周として前記第１部分と前記第２部分とが交互に積層され、複数の前記周のうち積層方向に隣接する２つの前記周の間で前記第１電極の捲回軸方向に平行な幅が異なり、それにより複数の前記第１端部は前記第２方向への異なる位置に配置されている電極群。 - 前記第２電極は、前記第２方向の第２端部を複数含み、複数の前記第２端部は前記第２方向に揃った位置に配置されている請求項１に記載の電極群。
- 複数の前記第１端部のうち前記第１方向に隣接する２つの前記第１端部の間で、前記第２方向の位置のずれ幅Ｓが前記第１電極の厚さＴに対して５×Ｔ以上である請求項１又は２に記載の電極群。
- 前記第１電極および前記第２電極のうち一方は、Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12で表され０≦ｘ≦３であるチタン酸リチウム、ＬｉaＴｉＭbＮｂ2+βＯ7+δで表されＭはＦｅ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔａからなる群より選択される少なくとも１つであり、０≦a≦５、０≦b≦０．３、−０．３≦β≦０．３、−０．３≦δ≦０．３であるニオブチタン複合酸化物、及びＬｉ2+aM(I)2-bＴｉ6-cM(II)dＯ14+σで表されＭ（I）はＳｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｓ，Ｋから選ばれる少なくとも１つであり、Ｍ（ＩＩ）はＺｒ，Ｓｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌからなる群より選択される少なくとも１つであり、０≦a≦６、０＜b＜２、０＜c＜６、０＜d＜６、−０．５≦σ≦０．５である斜方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１つを含む請求項１から３の何れか１項に記載の電極群。
- 前記電気的絶縁層は絶縁性粒子を含む、請求項１から４の何れか１項に記載の電極群。
- 前記絶縁性粒子は、アルミナ及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも１つを含む請求項５に記載の電極群。
- 前記絶縁性粒子は、リチウムイオン伝導性の無機化合物の粒子を含む請求項５に記載の電極群。
- 前記電気的絶縁層はゲル電解質をさらに含む請求項１から７の何れか１項に記載の電極群。
- 請求項１から８の何れか１項に記載の電極群と、
前記電極群を収容する外装部材と
を具備する二次電池。 - 請求項９に記載の二次電池を具備する電池パック。
- 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に具備する請求項１０に記載の電池パック。 - 複数の前記二次電池を具備し、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項１０又は１１に記載の電池パック。 - 請求項１０から１２の何れか１項に記載の電池パックを搭載した車両。
- 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、請求項１３に記載の車両。
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