CN107534142A - 非水电解质电池及电池系统 - Google Patents

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Abstract

根据1个实施方式，提供具备正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。正极包含正极活性物质层。正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。负极包含负极活性物质层。负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内。厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内。比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。

Description

非水电解质电池及电池系统
技术领域
本发明的实施方式涉及非水电解质电池及电池系统。
背景技术
在负极中使用了碳系的活性物质的非水电解质电池中存在在充放电末期时负极的劣化加速的问题。因此，在负极中使用了碳系的活性物质的非水电解质电池中，进行了使负极的电容相对于正极的电容过剩的设计。根据这样的设计，限定负极的使用范围，能够防止负极的劣化。
但是，在按照正极及负极中的任一者的电容相对于另一者变得过剩的方式设计的电池中，由于产生剩余的电容，所以从能量密度的观点考虑变得不利。
另一方面，在具备包含钛酸锂的负极的非水电解质电池中，充放电末期的负极的劣化极少。因此，在具备包含钛酸锂的负极的非水电解质电池中，没有必要为了防止负极的劣化而进行负极电容变得过剩那样的设计。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-171955号公报
专利文献2：日本特开2002-203602号公报
专利文献3：日本特开2007-87909号公报
专利文献4：日本特开2006-108113号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的是提供能够显示优异的寿命特性及优异的速率特性的非水电解质电池。
用于解决问题的方法
根据第1实施方式，提供一种非水电解质电池，其具备正极、负极和非水电解质。正极包含正极活性物质层。正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。负极包含负极活性物质层。负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内。厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内。比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。其中，p为正极的每单位面积的电容。n为负极的每单位面积的电容。Tp为正极活性物质层的厚度。Tn为负极活性物质层的厚度。Pp为正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率。Pn为负极活性物质层的每1μm厚度的负极活性物质层的空隙率。
根据第2实施方式，提供一种电池系统。该电池系统具备第1电池单元和与第1电池单元并联地连接的第2电池单元。第1电池单元包含铅蓄电池。第2电池单元包含第1实施方式的非水电解质电池。
附图说明
图1是第1实施方式的一个例子的非水电解质电池的概略缺口立体图。
图2是图1中所示的A部的概略截面图。
图3是图1中所示的非水电解质电池所具备的正极的概略俯视图。
图4是图3中所示的正极的沿着线段IV-IV的概略截面图。
图5是图1中所示的非水电解质电池所具备的负极的概略截面图。
图6是第1实施方式的非水电解质电池可以具备的电极组的另一个例子的概略截面图。
图7是第2实施方式的一个例子的电池系统的概略电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。另外，对实施方式中共同的构成标注相同的符号，并省略重复的说明。此外，各图是用于促进实施方式的说明及其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等与实际的装置有不同的地方，但它们可以通过参考以下的说明和公知的技术来适当地进行设计变更。
(第1实施方式)
根据第1实施方式，提供一种非水电解质电池，其具备正极、负极和非水电解质。正极包含正极活性物质层。正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。负极包含负极活性物质层。负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内。厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内。比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。其中，p为正极的每单位面积的电容。n为负极的每单位面积的电容。Tp为正极活性物质层的厚度。Tn为负极活性物质层的厚度。Pp为正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率。Pn为负极活性物质层的每1μm厚度的负极活性物质层的空隙率。
作为提高非水电解质电池的输出的计策，可列举出使用离子传导性优异的非水电解质。然而，本发明人们在进行研究开发的过程中发现：离子传导性优异的非水电解质容易受到氧化分解等，会成为非水电解质电池的膨胀及劣化的原因。
针对该问题，作为抑制离子传导性优异的非水电解质的氧化分解的计策，本发明人们研究了相对于负极的电容增大正极的电容、将非水电解质电池的充放电中的正极的充电率保持较低。可知：根据这样的计策，能够防止正极的电位变得过高，其结果是，能够抑制以正极的电位为原因的非水电解质的氧化分解。
通过这样的计策，能够按照与包含铅蓄电池的电池单元的工作电压适应性优异的方式来调整将电池彼此串联地连接而构成的电池单元的平均工作电压。
然而，在正极电容与负极电容的比(电容比p/n)大大超过1那样的电池中，可以变成在Li从正极的脱嵌量少的状态下反复进行充放电循环。可知：在这样的状态下反复进行充放电循环的非水电解质电池与电容比p/n为1左右的非水电解质电池相比，充放电循环后的输入输出特性降低。本发明人们进行了深入调查，结果弄清楚该问题的原因在于，在正极及负极中的电解质中过度地产生Li离子浓度的不均，由此，在电极活性物质层的厚度方向(集电体与隔膜的相向方向)上产生充电深度的分布(正极活性物质层内的Li离子浓度的不均)，其结果是，正极活性物质的晶体结构劣化进行。
进而，本发明人们发现，正极及负极活性物质层的充放电深度的不均在使用了离子传导率更高的非水电解质的非水电解质电池中变得更加显著。
鉴于这些见解，发明人们着眼于：为了在正极电容相对于负极电容较大的非水电解质电池中使离子传导率高的非水电解质充分发挥作用，取得正极及负极中的电解质中的Li离子的移动的平衡是特别重要的。进而，发明人们基于该想法进行了深入研究，结果实现了第1实施方式的非水电解质电池。
第1实施方式的非水电解质电池通过具有先前所示的构成，能够抑制正极活性物质的晶体结构劣化而显示优异的寿命特性，并且能够显示优异的速率特性。以下对其理由进行详细说明。
首先，在正极中使用了锂镍钴锰复合氧化物的第1实施方式的非水电解质电池能够显示高的能量密度。
此外，具有尖晶石型结构的钛酸锂在1.0V(vs.Li/Li+)以上的电位下能够引起锂的嵌入及脱嵌反应。因此，在负极中使用了具有尖晶石型结构的钛酸锂的非水电解质电池能够抑制伴随充放电、特别是快速充放电的金属锂的析出。因而，在负极中使用尖晶石型钛酸锂的第1实施方式的非水电解质电池能够显示优异的寿命特性及优异的快速充放电特性。
进而，第1实施方式的非水电解质电池通过正极的每单位面积的电容p相对于负极的每单位面积的电容n的电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，从而在充放电循环中能够防止正极的电位变得过高。由此，第1实施方式的非水电解质电池能够防止离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下的非水电解质的氧化分解。
进而，第1实施方式的非水电解质电池因以下的理由而能够防止在正极活性物质层中和负极活性物质层中产生充放电深度的不均。
首先，正极活性物质层的厚度Tp相对于负极活性物质层的厚度Tn的厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内意味着正极活性物质层的厚度Tp与负极活性物质层的厚度Tn的差小。在厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内的第1实施方式的非水电解质电池中，可以说从正极集电体的表面至正极活性物质层的表面(例如与隔膜相接的面)为止的距离与从负极集电体的表面至负极活性物质层的表面(例如与隔膜相接的面)为止的距离相同。
在包含在充放电中含浸到正极活性物质层中的非水电解质及含浸到负极活性物质层中的非水电解质的非水电解质电池中所包含的非水电解质整体中，可以产生正极活性物质层与负极活性物质层相向的方向上的Li离子的扩散。因而，在从集电体表面至活性物质层表面为止的距离相同的正极及负极中，Li离子的扩散距离也变得相同。
第1实施方式的非水电解质电池由于能够使正极和负极中Li离子的扩散距离相同，所以能够抑制因扩散距离的不同而产生的正极与负极之间的电解质中的Li离子浓度的不均。
其次，通过将比Pp/Pn调整至0.55以上且低于0.8的范围内，根据以下说明的理由，能够抑制电极界面附近的微观区域中的正极与负极之间的电解质中的Li离子浓度的不均。其中，Pp为正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率。此外，Pn为负极活性物质层的每1μm厚度的负极活性物质层的空隙率。各电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率通过各电极活性物质层的空隙率除以各电极活性物质层的厚度而求出。
如先前说明的那样，在电池的充放电循环中，在正极活性物质层的厚度方向及负极活性物质层的厚度方向上可以产生Li离子的扩散，但着眼于更微观的电极界面中的反应(例如，正极活性物质表面与电解质的界面中的反应、及负极活性物质表面与电解质的界面中的反应)，结果可知，正极与负极之间的Li离子浓度的不均更强地受到电极活性物质的种类和非水电解质的存在比率的影响。具体而言，如下所述。首先，尖晶石型钛酸锂与正极所包含的锂镍钴锰复合氧化物相比寿命特性更优异，容易提高比表面积。此外，界面反应电阻小，伴随Li的嵌入、脱嵌反应的过电压小。反复进行了研究的结果可知，具备包含这样的尖晶石型钛酸锂的负极活性物质层的负极在充放电时所需要的电极活性物质层的每1μm厚度的非水电解质的量与包含锂镍钴锰复合氧化物的正极相比相对更大。此外可知，在充放电时在电极活性物质层的表面附近活性物质能够利用的非水电解质的量与电极活性物质层中的空隙量存在相关。
进而可知，通过充放电的反应而嵌入及脱嵌的Li离子在电极中的电解质中移动，但此时的移动的难易性与电极活性物质层中的空隙量存在相关。
电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn为0.55以上且低于0.8的第1实施方式的非水电解质电池的正极活性物质层的表面附近的空隙量、负极活性物质的表面附近的空隙量、锂镍钴锰复合氧化物的反应性和尖晶石型钛酸锂的反应性之间的平衡优异，其结果是，能够抑制电极界面附近的微观的区域中的正极与负极之间的Li离子浓度的不均。此外，通过取得于电极的厚度方向上的迁移率的平衡，从宏观的观点出发也能够抑制Li离子浓度的不均。
即，第1实施方式的非水电解质电池从宏观及微观的任一观点考虑，均能够抑制正极与负极之间的电解质中的Li离子浓度的不均。
像这样，第1实施方式的非水电解质电池能够抑制离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下的非水电解质的氧化分解，同时能够抑制正极与负极之间的Li离子浓度的不均。它们的结果是，第1实施方式的非水电解质电池能够显示优异的寿命特性及优异的速率特性。
另一方面，如先前说明的那样，在正极与负极之间电解质中的Li离子浓度的不均会引起正极活性物质层或负极活性物质层中的电极反应的进行的差异。
由于电极反应的进行的差异，在充放电中，在正极活性物质层或负极活性物质层中的某一者中出现超过电池的普通工作范围而变成过放电状态、或过充电状态的区域。若存在这样的区域，则产生过电压，其结果是，速率特性降低。特别是在以正极的Li脱嵌量少的状态供于充放电循环的非水电解质电池中，由于电极反应的进行的差异，正极活性物质的晶体结构劣化进行。进而，在这样的非水电解质电池中，在正极界面有可能使电解液的副反应增大。若产生副反应，则有可能界面被膜生长，正极电阻增大。若正极电阻增大，则在充放电循环中对正极活性物质施加的负荷增大。其结果是，寿命特性的降低加速。
例如，在厚度的比Tp/Tn小于1的非水电解质电池中，负极活性物质层的扩散距离变得比正极活性物质层的扩散距离长，正极与负极之间的Li离子浓度的不均变大。具体而言，在负极侧的电解质中由于移动距离长，所以反应所需要的Li离子的量容易变得不足或容易变得过剩，在负极电极层中的充放电的进行中产生不均。其结果是，在这样的非水电解质电池中，例如速率特性降低。
此外，在厚度的比Tp/Tn为1以上且低于1.05的非水电解质电池中，在将空隙率的比调整为优选的范围的情况下，正极与负极之间的Li离子浓度的不均变大。为了取得Li离子浓度的平衡，需要除扩散距离以外、还附加由空隙率的比产生的迁移率的差异。
另一方面，在厚度的比Tp/Tn为1.3以上的非水电解质电池中，正极活性物质层的扩散距离与负极活性物质层的扩散距离相比会变得过长，正极与负极之间的Li离子浓度的不均变大。具体而言，在正极侧的电解质中由于移动距离长，所以反应所需要的Li离子的量容易变得不足或容易变得过剩，在正极电极层中的充放电的进行中产生不均。正极活性物质层内的电解质中的Li离子浓度的不均变大。其结果是，在这样的非水电解质电池中，正极容易变成过充电状态或过放电状态，寿命特性降低。在正极中产生过电压，速率特性降低。
此外，在电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn小于0.55的非水电解质电池中，正极活性物质层的空隙量相对地变少。在这样的非水电解质电池中，正极侧的电解质层、即正极活性物质层中所含浸的非水电解质相对少，在充放电时，在正极中Li离子的授受变得无法充分进行。因此，这样的非水电解质电池在充放电中正极活性物质层中的Li离子浓度的不均增大，速率特性和寿命特性降低。
另一方面，在电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn为0.8以上的非水电解质电池中，负极活性物质层的空隙量相对变少。在这样的非水电解质电池中，负极侧的电解质层、即负极活性物质层中所含浸的非水电解质不足，在充放电时，在负极中Li离子的授受变得无法充分进行。因此，这样的非水电解质电池在充放电中负极活性物质层中的Li离子浓度的不均增大，速率特性降低。
进而，电容比p/n低于1.4的非水电解质电池在充电状态高的状态下，无法充分地抑制正极的电位变高。另一方面，电容比p/n大于1.8的非水电解质电池无助于充放电的正极量过多，无法显示高的能量密度。
此外，非水电解质的25℃下的离子传导率低于7mS/cm的非水电解质电池无法利用非水电解质实现速率特性的提高。另一方面，非水电解质的25℃下的离子传导率超过10mS/cm的非水电解质电池调整正负极的电解质中的Li离子浓度的平衡的效果消失，由于对氧化的耐受性降低，所以寿命特性降低。
厚度的比Tp/Tn优选为1.08以上且低于1.20。厚度的比Tp/Tn在该范围内的非水电解质电池能够进一步减小正极活性物质层与负极活性物质层的Li离子的实质性的扩散距离的差异，其结果是，能够进一步减小正极与负极之间的Li离子的不均。厚度的比Tp/Tn更优选为1.1以上且低于1.15。
电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn优选为0.6以上且低于0.78。电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn在该范围内的非水电解质电池的电极活性物质层的表面附近的空隙量、负极活性物质的表面附近的空隙量、锂镍钴锰复合氧化物的反应性和尖晶石型钛酸锂的反应性之间的平衡更优异，能够进一步减小正极与负极之间的Li离子的不均。电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn更优选为0.63以上且低于0.77。
电容比p/n优选为1.4以上且1.7以下。电容比p/n在该范围内的非水电解质电池能够抑制正极电位，防止电解液的分解，同时变得容易取得正极与负极的扩散的平衡。电容比p/n更优选为1.4以上且1.6以下。电容比p/n在该范围内的非水电解质电池能够抑制因正极电容过多而导致的能量密度的降低。
非水电解质的离子传导率在25℃下优选为7mS/cm以上且9mS/cm以下。通过使用25℃下的离子传导率在该范围内的非水电解质，能够实现更优异的速率特性。非水电解质的离子传导率在25℃下更优选为7.5mS/cm以上且8.5mS/cm以下。
第1实施方式的非水电解质电池例如能够显示2.4V以下的工作电压范围。这里，工作电压范围是相对于满充电状态的电容能够显现90％以上的电容的电压范围。即，显示2.4V以下的工作电压范围的非水电解质电池即使将充电上限电压设定为2.4V，也能够将相对于满充电状态的电容的90％以上的电容进行充放电。另外，非水电解质电池的这样的满充电状态按照以下那样的步骤来定义。将非水电解质电池在保持为25℃的恒温槽内、以1C的恒电流充电至电压成为2.8V为止。接着，将该非水电解质电池的电压在该状态下在2.8V下保持3小时。之后，将非水电解质电池在开路状态下放置30分钟。接着，将非水电解质电池以1C的恒电流放电至电压成为1.4V为止。将以上说明的恒电流充电、开路状态下的放置及恒电流放电的1个循环作为1次的充放电循环。对测定对象的非水电解质电池反复进行3次该充放电循环。将第3循环的充电后的非水电解质电池作为满充电状态的非水电解质电池。
非水电解质电池的工作电压范围例如可以通过综合地调整正极活性物质的种类、负极活性物质的种类及电容比p/n来控制。例如，根据实施例中所示的几个方法，能够实现能够显示2.4V以下的工作电压范围的非水电解质电池。
特别是尖晶石型钛酸锂在除充放电末期以外的宽范围的充电状态下，伴随充电状态的变化而产生的电位的变化小。另一方面，尖晶石型钛酸锂在接近满充电状态的充电状态下，伴随着充电状态的变化，能够显示大的电位变化。因此，尖晶石型钛酸锂能够显示包含遍布宽的充电状态内的电位的平坦部分、和充电末期的伴随充电状态的电位变化陡峭的部分的充放电曲线。第1实施方式的非水电解质电池例如能够利用尖晶石型钛酸锂的这样的充放电特性而显示2.4V以下的工作电压范围。
将能够显示2.4V以下的工作电压范围的非水电解质电池彼此串联地连接而构成的电池单元能够显示比包含铅蓄电池的电池单元的更优异的电压适应性。
第1实施方式的非水电解质电池例如能够显示1.2以上且2.4V以下的工作电压范围。
接着，对第1实施方式的非水电解质电池更详细地进行说明。
第1实施方式的非水电解质电池具备正极、负极和非水电解质。
正极包含正极活性物质层。正极可以进一步包含正极集电体。正极活性物质层可以形成于正极集电体的两面或单面上。正极集电体可以包含在表面没有形成正极活性物质层的部分。该部分例如可以作为正极引线起作用。
正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。锂镍钴锰复合氧化物例如可以以组成式Li1-aNixCoyMnzO2表示。上述组成式中，0≤a≤1、x>0、y>0、z>0，x、y及z满足不等式0.1≤x/(y+z)≤1.3。
在上述组成式中，a为根据锂镍钴锰复合氧化物的充电状态可以在0≤a≤1的范围内变化的变数。
在锂镍钴锰复合氧化物的组成式Li1-aNixCoyMnzO2中，y及z分别独立地优选在0.2以上且0.45以下的范围内。优选的方式的锂镍钴锰复合氧化物能够实现高的能量密度，进而，晶体稳定的充电状态的区域广。x优选在0.4以上且0.6以下的范围内。y更优选在0.25以上且0.35以下的范围内。z更优选在0.2以上且0.35以下。
在其他的优选的方式中，在锂镍钴锰复合氧化物的上述组成式中，x、y及z满足不等式0.3≤x/(y+z)≤1.3及y≥z。
在其他的进一步优选的方式中，在锂镍钴锰复合氧化物的上述组成式中，x、y及z满足不等式0.6≤x/(y+z)≤1及y≥z。
锂镍钴锰复合氧化物在正极活性物质层中能够作为正极活性物质起作用。正极活性物质层还可以包含除锂镍钴锰复合氧化物以外的另外的正极活性物质。或者，正极活性物质层也可以不包含除锂镍钴锰复合氧化物以外的另外的活性物质。
作为另外的正极活性物质，例如可列举出锂镍复合氧化物及锂钴氧化物。
锂镍钴锰复合氧化物优选占正极活性物质层所包含的正极活性物质的80重量％～100重量％，更优选占90重量％～100重量％。
正极活性物质例如可以以粒子的形态包含于正极活性物质层中。正极活性物质的粒子的粒度分布的中心粒径优选在3.0μm以上且9.0μm以下的范围内。正极活性物质的粒子的粒度分布的中心粒径更优选在4.0μm以上且7.0μm以下的范围内。粒度分布例如可以通过激光衍射式粒度分布测定装置进行测定。
正极活性物质层可以进一步包含粘结剂和导电剂。例如，正极活性物质层也可以由锂镍钴锰复合氧化物的正极活性物质、导电剂和粘结剂构成。
正极活性物质层的空隙率优选为40％以下。若正极活性物质层的空隙率为40％以下，则在正极活性物质界面中存在电解质，可以保持正极活性物质层中的Li离子的扩散，同时活性物质粒子彼此适度地靠近，可以确保电子传导性。正极活性物质层的空隙率更优选为30％以上且35以下。
此外，正极活性物质层的密度优选为2.9g/cm3以上。若正极活性物质层的密度为2.9g/cm3以上，则活性物质粒子彼此适度地靠近，可以确保电子传导性。正极活性物质层的密度更优选为3.0g/cm3以上且3.4g/cm3以下。
正极活性物质层的厚度例如受到正极浆料的涂布量及正极活性物质层的密度的影响。正极活性物质层的空隙率例如受到正极活性物质的粒径、导电剂的混合比率、粘结剂的混合比率、及正极活性物质层的密度的影响。正极活性物质层的密度例如可以通过电极压制的压延条件来控制。
负极包含负极活性物质层。负极可以进一步包含负极集电体。负极活性物质层可以形成于负极集电体的两面或单面上。负极集电体可以包含在表面没有形成负极活性物质层的部分。该部分例如可以作为负极引线起作用。
负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。尖晶石型钛酸锂例如可以以组成式Li4+ lTi5O12(l根据充放电状态在0以上且3以下的范围内变化)表示，可以具有尖晶石型的晶体结构。
尖晶石型钛酸锂在负极中可以作为负极活性物质起作用。
负极活性物质例如可以以粒子的形态包含于负极活性物质层中。负极活性物质的粒子的粒度分布的中心粒径优选在0.5μm以上且2.5μm以下的范围内。负极活性物质粒子的粒度分布的中心粒径更优选在0.6μm以上且2.0μm以下的范围内。粒度分布例如可以通过激光衍射式粒度分布测定装置进行测定。
负极活性物质层可以进一步包含粘结剂和导电剂。例如，负极活性物质层也可以由尖晶石型钛酸锂的负极活性物质、导电剂和粘结剂构成。
负极活性物质层的空隙率优选为55％以下。若负极活性物质层的空隙率为55％以下，则在负极活性物质界面中存在电解质，可以保持负极活性物质层中的Li离子的扩散，同时活性物质粒子彼此适度地靠近，可以确保电子传导性。负极活性物质层的空隙率更优选为30％以上且45％以下。
此外，负极活性物质层的密度优选为1.8g/cm3以上。若负极活性物质层的密度为1.8g/cm3以上，则活性物质粒子彼此适度地靠近，可以确保电子传导性。负极活性物质层的密度更优选为1.9g/cm3以上且2.3g/cm3以下。
负极活性物质层的厚度例如受到负极浆料的涂布量及负极活性物质层的密度的影响。负极活性物质层的空隙率例如受到负极活性物质的粒径、导电剂的混合比率、粘结剂的混合比率、及负极活性物质层的密度的影响。负极活性物质层的密度例如可以通过电极压制的压延条件来控制。
正极与负极可以在正极活性物质层与负极活性物质层之间夹着隔膜并使它们对置来形成电极组。
这样操作而形成的电极组的结构没有特别限定。例如，电极组可以具有堆栈结构。堆栈结构具有在先前说明的正极及负极之间夹着隔膜并使它们层叠而成的结构。或者，电极组也可以具有卷绕结构。卷绕结构为在先前说明的正极及负极之间夹着隔膜并使它们层叠、将这样得到的层叠体卷绕成涡旋状的结构。
非水电解质例如可以以含浸于这样的电极组中的状态被保持。
第1实施方式的非水电解质电池可以进一步具备用于容纳上述电极组及非水电解质的外包装体。
此外，第1实施方式的非水电解质电池也可以进一步具备与上述正极引线电连接的正极集电极耳、及与上述负极引线电连接的负极集电极耳。正极集电极耳及负极集电极耳也可以引出到上述外包装体的外面而作为正极端子及负极端子起作用。或者，正极集电极耳及负极集电极耳也可以与正极端子及负极端子分别连接。
接着，对第1实施方式的非水电解质电池可以具备的各部件的材料详细地进行说明。
(1)正极
作为正极集电体，例如可以使用铝、铜等的金属箔。
正极活性物质层可以包含的导电剂如先前说明的那样优选包含碳材料。作为碳材料，例如可列举出乙炔黑、科琴黑、炉黑、石墨及碳纳米管等。正极活性物质层例如可以包含上述碳材料的1种或2种以上，或者也可以进一步包含其他的导电剂。
正极活性物质层可以包含的粘结剂没有特别限定。例如，作为粘结剂，可以使用在浆料调制用的混合用溶剂中充分分散的聚合物。作为这样的聚合物，例如可列举出聚偏氟乙烯、六氟丙烯及聚四氟乙烯等。
关于正极活性物质层中的正极活性物质、导电剂及粘结剂的含量，以正极活性物质层的重量为基准，分别优选为80重量％以上且98重量％以下、1重量％以上且10重量％以下及1重量％以上且10重量％以下，更优选为90重量％以上且94重量％以下、2重量％以上且8重量％以下及1重量％以上且5重量％以下。
(2)负极
作为负极集电体，例如可以使用铝、铜等的金属箔。
负极活性物质层可以包含的导电剂及粘结剂可以分别使用与正极活性物质层可以包含的它们同样的导电剂及粘结剂。
关于负极活性物质层中的负极活性物质、导电剂及粘结剂的含量，以负极活性物质层的重量为基准，分别优选为80重量％以上且98重量％以下、1重量％以上且10重量％以下及1重量％以上且10重量％以下，更优选为90重量％以上且94重量％以下、2重量％以上且8重量％以下及1重量％以上且5重量％以下。
(3)隔膜
隔膜没有特别限定。例如可以使用微多孔性的膜、织布、无纺布、它们中的相同材料或异种材料的层叠物等。作为形成隔膜的材料，例如可列举出聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚聚合物、乙烯-丁烯共聚聚合物、纤维素等，但并不限定于这些。
(4)非水电解质
非水电解质例如可以包含非水溶剂、和溶解于该非水溶剂中的电解质。
非水电解质的离子传导率例如受到非水溶剂的种类、以及电解质的种类及浓度的影响。在非水溶剂为包含2种以上的非水溶剂的混合溶剂的情况下，非水电解质的离子传导率也受到非水溶剂的混合比率的影响。以下对其理由进行说明。
溶液的比传导率一般可以说和溶液中的离子的浓度与溶液中的离子的迁移率的积大致成比例。
若增加溶剂中溶解的电解质的量，则通过解离而产生的离子的浓度增大，离子传导性增加。然而，若溶剂中溶解的电解质的浓度变得过高，则变得无法全部解离，实际的离子浓度产生损失。特别是像非水电解质电池用的非水电解质那样，认为当以1M以上的高浓度使盐溶解时，没有达到实际的离子浓度。
另一方面，伴随着电解质浓度的增加，非水电解质的粘度增加。认为若过于提高电解质的浓度，则离子的迁移率降低。若为电解质的解离充分进行的区域，则由于能够以离子浓度的增加来弥补迁移率的减少，所以可预料离子传导性的提高。然而，若电解质浓度变得过大，则离子浓度没怎么增加，仅迁移率降低，其结果是离子传导性降低。
此外，非水电解质的粘度例如也依赖于非水溶剂的种类。特别是当非水溶剂为包含2种以上的非水溶剂的混合溶剂时，非水电解质的粘度也依赖于非水溶剂的混合比率。
作为非水溶剂，例如可以使用环状碳酸酯及链状碳酸酯。
例如，碳酸亚乙酯及碳酸亚丙酯等环状碳酸酯的相对介电常数高，能够使许多Li离子从电解质解离。因此，通过使用环状碳酸酯，能够增加Li离子浓度。另一方面，碳酸亚乙酯及碳酸亚丙酯等环状碳酸酯由于可以显示高的粘度，所以使离子的迁移率降低。
与此相对，碳酸二乙酯、碳酸乙甲酯及碳酸二甲酯等链状碳酸酯与环状碳酸酯相反，相对介电常数低，粘度也低。
因此，通过使环状碳酸酯及链状碳酸酯适当混合，能够调制相对介电常数及粘度经调整的非水溶剂。
此外，非水电解质的离子传导性依赖于电解质的种类。作为电解质，例如可以使用六氟磷酸锂(LiPF6)。
进而，如先前说明的那样，根据非水溶剂中溶解的电解质的浓度，非水电解质的粘度及Li离子浓度也发生变化。
例如，在以下说明的实施例中如说明的那样调制的非水电解质能够显示在7mS/cm以上且10mS/cm以下的范围内的25℃下的离子传导率。
第1实施方式的非水电解质电池所具备的非水电解质只要是25℃下的离子传导率在7mS/cm以上且10mS/cm以下的范围内，则没有特别限定。
例如，作为非水溶剂，也可以使用除先前列举的环状及链状碳酸酯以外的非水溶剂。作为可以使用的非水溶剂，可列举出四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧杂环戊烷那样的环状醚；二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙二醇二乙基醚那样的链状醚；醋酸酯和其衍生物那样的羧酸酯、乙腈及环丁砜。
此外，作为电解质，也可以使用除六氟磷酸锂以外的电解质。作为除六氟磷酸锂以外的电解质，例如包含高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、亚磷酸氢锂(LiH2PO3)、亚磷酸氢二锂(Li2HPO3)、磷酸锂(Li2PO)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂等锂盐及它们的混合物。电解质优选包含六氟磷酸锂，六氟磷酸锂优选构成电解质的90摩尔％以上。
此外，非水电解质可以包含任意的添加剂。作为添加剂，例如可列举出碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸氟代亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸氟代甲基亚乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、碳酸丙基亚乙烯酯、碳酸丁基亚乙烯酯、碳酸二甲基亚乙烯酯、碳酸二乙基亚乙烯酯、碳酸二丙基亚乙烯酯、醋酸亚乙烯酯(VA)、丁酸亚乙烯酯、己酸亚乙烯酯、巴豆酸亚乙烯酯、儿茶酚碳酸酯、丙烷磺内酯、及丁烷磺内酯。添加剂例如可以以5％以下的浓度溶解于非水溶剂中。
(5)外包装体
作为外包装体，例如可以使用金属制容器或层压薄膜制容器，但没有特别限定。
通过使用金属制容器作为外包装体，能够实现耐冲击性及长期可靠性优异的非水电解质电池。通过使用层压薄膜制容器作为外包装体，能够实现耐腐蚀性优异的非水电解质电池，同时能够实现非水电解质电池的轻量化。
金属制容器例如可以使用壁厚在0.2mm以上且1mm以下的范围内的金属制容器。金属制容器更优选壁厚为0.3～0.8mm以下。
金属制容器优选包含选自由Fe、Ni、Cu、Sn及Al组成的组中的至少1种。金属制容器例如可以由铝或铝合金等制作。铝合金优选包含镁、锌、硅等元素的合金。当在合金中包含铁、铜、镍、铬等过渡金属时，其含量优选设定为1重量％以下。由此，能够飞跃地提高高温环境下的长期可靠性及放热性。
层压薄膜制容器例如可以使用厚度在0.1以上且2mm以下的范围内的层压薄膜制容器。层压薄膜的厚度更优选为0.2mm以下。
层压薄膜可使用包含金属层和将该金属层夹入的树脂层的多层薄膜。金属层优选包含含有选自由Fe、Ni、Cu、Sn及Al组成的组中的至少1种的金属。为了轻量化，金属层优选铝箔或铝合金箔。树脂层例如可以使用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子材料。层压薄膜可以通过热熔融粘合进行密封而成形为外包装材料的形状。
作为外包装材料的形状，可列举出扁平型(薄型)、方型、圆筒型、硬币型、纽扣型等。外包装材料可以根据用途而采取各种尺寸。例如，在第1实施方式的非水电解质电池被用于便携用电子设备的用途的情况下，外包装材料可以对照搭载的电子设备的大小而制成小型体。或者，当为两轮至四轮的汽车等上搭载的非水电解质电池时，容器可以为大型电池用容器。
(6)正极集电极耳、负极集电极耳、正极端子及负极端子
正极集电极耳、负极集电极耳、正极端子及负极端子例如优选由铝或铝合金形成。
<制造方法>
第1实施方式的非水电解质电池例如可以通过以下的步骤来制作。
首先，制作正极及负极。
正极例如可以通过以下的方法来制作。首先，将正极活性物质、导电剂和粘结剂投入到适合的溶剂中，得到混合物。接着，将所得到的混合物投入到搅拌机中。在该搅拌机中，将混合物进行搅拌，得到浆料。将这样得到的浆料涂布到上述正极集电体上，使其干燥，接着进行压制。这样操作，能够制作正极。
负极例如可以通过以下的步骤来制作。首先，将负极活性物质、导电剂和粘结剂混合。将这样得到的混合物投入到溶剂中而调制浆料。将该浆料涂布到负极集电体上，使其干燥，接着进行压制。这样操作，能够制作负极。
其中，正极的每单位面积的电容p、以及正极活性物质层的厚度Tp及空隙率例如较大受到正极活性物质的种类、正极活性物质层中的导电剂和/或粘结剂的混合比率、浆料的涂布量及压制条件等各种要因的影响。同样地，负极的每单位面积的电容n、以及负极活性物质层的厚度Tn及空隙率也与正极的这些同样地较大受到例如负极活性物质的种类、负极活性物质层中的导电剂和/或粘结剂的混合比率、浆料的涂布量、及压制条件等的影响。
因此，当使用包含锂镍钴锰氧化物的正极和包含尖晶石型钛酸锂的负极来制作非水电解质电池时，仅单纯地按照正极与负极的电容比p/n成为1.4以上且1.8以下的范围内的方式设计，由于因先前举例的各种要因产生的影响，无法实现除了上述电容比p/n以外还满足在1.03以上且低于1.15的范围内的厚度的比Tp/Tn及在0.6以上且低于0.8的范围内的空隙率的比Pp/Pn的非水电解质电池。
第1实施方式的非水电解质电池例如如以下的实施例中说明的那样，可以通过将正极的制造条件及负极的制造条件组合调整来制造。
接着，使用这样得到的正极及负极和隔膜来制作电极组。接着，将所制作的电极组容纳到外包装体中。接着，将外包装体保留一部分而进行密封。接着，通过外包装体的没有密封而保留的部分，向外包装体内加入非水电解质。由此，使非水电解质含浸到电极组中。最后，通过将非水电解质的注入孔进行密封，能够得到非水电解质电池。
<各测定方法>
接着，对关于非水电解质电池的电容比p/n、电极活性物质层的厚度、及电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率的算出方法进行说明。
首先，准备检查对象的非水电解质电池。对象的非水电解质电池设为具有额定电容的80％以上的电容的电池。电池的电容维持率通过以下的方法来判断。首先，将电池充电至标称充电终止电压为止。充电的电流值设为由额定电容求出的相当于1C速率的电流值。在达到标称充电终止电压后，将该电压保持3小时。在充电及电压保持后，将电池以1C的速率放电至标称放电终止电压为止。将上述的充放电总计进行3个循环，记录追加第3个循环得到的放电电容。将所得到的放电电容相对于额定电容的比率定义为电容维持率。
接着，为了防止电池的构成要素在解体时与大气成分或水分发生反应，例如将电池放入氩气气氛的手套箱内那样的不活泼气体气氛内。接着，在这样的手套箱内，将非水电解质电池打开。例如，在层压型的非水电解质电池的情况下，将处于正极集电极耳及负极集电极耳各自的周边的热封部切断，能够将非水电解质电池切开。从切开的非水电解质电池中将电极组取出。当所取出的电极组包含正极引线及负极引线时，在注意防止正极与负极短路的同时将正极引线及负极引线切断。
接着，将取出的电极组解体，分解成正极、负极及隔膜。之后，测定正极的重量。之后，将正极切取成例如3cm四方等，得到正极试样。电池的充电状态可以是任一状态。
接着，测定所切取的正极试样的重量。测定后，以所切取的正极试样作为工作电极，制作在对电极、参比电极中使用了锂金属箔的2极式或3极式的电化学测定单电池。将所制作的电化学测定单电池充电至充电终止电位为4.3V(vs.Li/Li+)为止。之后，将该电压保持3小时。此时的电流值设为所切取的正极试样的重量相对于从电池中取出的正极的重量的比率乘以电池的额定电容而得到的值。在充电及电压保持后，以与充电相同的电流值将放电进行至放电终止电位成为3.0V(vs.Li/Li+)为止。将上述的充放电总计进行3个循环，记录追加第3个循环得到的放电电容。通过将这里记录的放电电容除以正极试样的面积，能够算出正极的每单位面积的电容p。
接着，将正极试样从电化学测定单电池中取出，以溶剂进行洗涤。作为溶剂，可以使用链状碳酸酯(碳酸二甲酯、碳酸乙甲酯、碳酸二乙酯等)或乙腈。洗涤后，在保持不活泼气体气氛的状态下设为真空状态，使正极试样干燥。正极试样的干燥例如可以在50℃的真空下进行10小时。
接着，测定干燥后的正极试样的厚度。厚度的测定可以使用千分尺、千分表之类的设备，也可以使用激光显微镜或扫描型电子显微镜等由电极截面观察图像算出。
接着，在正极试样中，将正极活性物质层从正极集电体剥取。此时，按照正极集电体的表面露出的方式剥取。接着，通过与先前同样的方法测定将正极活性物质层剥取而残留的正极集电体的厚度。
将由如以上那样操作而得到的电极厚度减去正极集电体的厚度而得到的值作为正极活性物质层的厚度Tp。此外，当使用显微镜类来进行电极截面观察时，也可以在该阶段直接求出正极活性物质层和正极集电体的厚度。另外，当在正极集电体的两面上形成有正极活性物质层时，将2个正极活性物质层的厚度的合计作为正极活性物质层的厚度Tp。
接着，测定从正极集电体剥取的正极活性物质层样品的重量。将称量的样品导入到细孔分布测定装置内，测定空孔率。细孔分布测定装置例如使用岛津制作所公司制ASAP2020，作为吸附气体使用氮气。
这样，通过将所得到的空隙率除以正极活性物质层的厚度Tp，可以得到正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率Pp。
通过与以上同样的步骤，使用通过先前说明的步骤从非水电解质电池中取出的负极，能够测定负极的每单位面积的电容n、负极活性物质层的厚度Tn、及负极活性物质层的每1μm厚度的空隙率Pn。另外，当测定负极的每单位面积的电容n时，将充电终止电位设为1.0V(vs.Li/Li+)，将放电终止电位设为2.5V(vs.Li/Li+)。
通过将如以上那样操作而得到的正极的每单位面积的电容p除以负极的每单位面积的电容n，能够算出电容比p/n。
接着，对非水电解质电池所具备的非水电解质的离子传导率的测定方法进行说明。
首先，通过先前说明的步骤，准备检查对象的非水电解质电池，将其解体。接着，从解体的电池中提取非水电解质。当非水电解质被充分含浸于电极组中时，也可以使用离心分离等方法来提取电解液。这些作业在除去了水分及氧的环境中进行。优选填充有氩气的手套箱内等。
对所得到的非水电解质，使用市售的传导率计(例如东亚DKK株式会社制、电导率计CM-42X)等测定离子传导率。
另外，通过传导率计，对测定对象的溶液中的离子的电导率进行测定。因此，以传导率计测定的传导率可以换读作离子传导率。
此外，当非水电解质少、无法设置市售的传导率计的探针时，空出一定的间隔而配置电极面积已知的金属板，使用惠斯通电桥等来测定离子传导率。
接着，参照图1～图5，对第1实施方式的非水电解质电池的例子更详细地进行说明。
图1是第1实施方式的一个例子的非水电解质电池的概略缺口立体图。图2是图1中所示的A部的概略截面图。图3是图1中所示的非水电解质电池所具备的正极的概略俯视图。图4是图3中所示的正极的沿着线段IV-IV的概略截面图。图5是图1中所示的非水电解质电池所具备的负极的概略截面图。
图1～图5中所示的第1例的非水电解质电池1具备图1及图2中所示的电极组2、图1及图2中所示的容器3、图1及图2中所示的正极集电极耳4和图1中所示的负极集电极耳5。
图1及图2中所示的电极组2具备多个正极6、多个负极7和1张隔膜8。
正极6如图2～图4中所示的那样，具备正极集电体61、和形成于该正极集电体61的两面上的正极活性物质层62。此外，如图2及图3中所示的那样，正极集电体61包含在表面没有形成正极活性物质层62的部分63，该部分63作为正极引线起作用。如图3中所示的那样，正极引线63成为宽度比正极活性物质层62窄的窄小部。此外，2个正极活性物质层62如图4中所示的那样，分别具有同样的厚度Tp1及Tp2。正极6的正极活性物质层62的厚度Tp以和(Tp1+Tp2)表示。
负极7如图2及图5中所示的那样，具备负极集电体71、和形成于该负极集电体71的两面上的负极活性物质层72。此外，虽然未图示，但负极集电体71包含在表面没有形成负极活性物质层72的部分，该部分作为负极引线起作用。此外，2个负极活性物质层72如图5中所示的那样，分别具有同样的厚度Tn1及Tn2。负极7的负极活性物质层的厚度Tn以和(Tn1+Tn2)表示。
如图2中所示的那样，隔膜8被折叠。在由折叠的隔膜8的彼此相向的面而规定的空间中，分别配置有正极6或负极7。由此，正极6与负极7如图2中所示的那样，按照正极活性物质层62和负极活性物质层72将隔膜8夹在中间而相向的方式层叠。这样，形成了电极组2。
电极组2的正极引线63如图2中所示的那样，从电极组2伸出。这些正极引线63如图2中所示的那样，汇集成1个，与正极集电极耳4连接。此外，虽然未图示，但电极组2的负极引线也从电极组2伸出。这些负极引线虽然未图示，但汇集成1个，与图1中所示的负极集电极耳5连接。
这样的电极组2如图1及图2中所示的那样，被容纳于容器3中。
容器3以由铝箔31和形成于其两面上的树脂薄膜32及33构成的含铝层压薄膜形成。形成容器3的含铝层压薄膜以弯折部3d作为折痕，按照树脂薄膜32朝向内侧的方式弯折而容纳电极组2。此外，容器3如图1及图2中所示的那样，在其周缘部3b中，将正极集电极耳4夹入。同样地，容器3在周缘部3c中将负极集电极耳5夹入。由此，正极集电极耳4及负极集电极耳5从容器3沿彼此相反的方向伸出。
容器3的除将正极集电极耳4及负极集电极耳5夹入的部分以外的其周缘部3a、3b及3c通过彼此相向的树脂薄膜32的热熔融粘合而被热封。
此外，在非水电解质电池1中，为了提高正极集电极耳4与树脂薄膜32的接合强度，如图2中所示的那样，在正极集电极耳4与树脂薄膜32之间设置有绝缘薄膜9。此外，在周缘部3b中，正极集电极耳4与绝缘薄膜9通过热熔融粘合而被热封，树脂薄膜32与绝缘薄膜9通过热熔融粘合而被热封。同样地，虽然未图示，但在负极集电极耳5与树脂薄膜32之间也设置有绝缘薄膜9。此外，在周缘部3c中，负极集电极耳5与绝缘薄膜9通过热熔融粘合而被热封，树脂薄膜32与绝缘薄膜9通过热熔融粘合而被热封。即，在图1～图3中所示的非水电解质电池1中，容器3的周缘部3a、3b及3c的全部被热封。
容器3进一步容纳有未图示的非水电解质。非水电解质被含浸于电极组2中。
在图1～图5中所示的非水电解质电池1中，如图2中所示的那样，将多个正极引线63汇集在电极组2的最下层。同样地，虽然未图示，但将多个负极引线汇集在电极组2的最下层。然而，例如可以如图4中所示的那样，在电极组2的中段附近将多个正极引线63及多个负极引线73分别汇集成1个，分别连接于正极集电极耳4及负极集电极耳5上。
若根据以上说明的第1实施方式，可以提供具备正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。正极的正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物的正极活性物质。负极的负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。该非水电解质电池的电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内，空隙率的比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。由于这些，第1实施方式的非水电解质电池能够抑制非水电解质的氧化分解，同时能够防止在正极与负极之间产生Li浓度的不均。其结果是，第1实施方式的非水电解质电池能够显示优异的循环寿命和优异的速率特性。
(第2实施方式)
根据第2实施方式，提供电池系统。该电池系统具备第1电池单元、和与第1电池单元并联地连接的第2电池单元。第1电池单元包含铅蓄电池。第2电池单元包含第1实施方式的非水电解质电池。
第1实施方式的非水电解质电池如先前说明的那样，能够显示优异的速率特性。此外，包含铅蓄电池的第1电池单元和包含第1实施方式的非水电解质电池的第2电池单元彼此以并联的方式连接。因此，当在第2实施方式的电池系统中流过大电流时，包含第1实施方式的非水电解质电池的第2电池单元能够接受大电流的大部分。由此，能够降低对包含铅蓄电池的第1电池单元施加的负荷，结果是能够防止第1电池单元的劣化。进而，第1实施方式的非水电解质电池还能够显示优异的循环寿命特性。其结果是，第2实施方式的电池系统能够显示优异的循环寿命特性及优异的速率特性。
接着，对第2实施方式的电池系统更详细地进行说明。
第1电池单元可以包含1个或多个铅蓄电池。当包含多个铅蓄电池时，这些铅蓄电池可以以串联、并联或它们的组合的连接形态彼此被电连接。即，第1电池单元也可以是包含多个铅蓄电池的组电池。
第2电池单元具备第1实施方式的非水电解质电池。第2电池单元可以具备1个或多个非水电解质电池。当具备多个非水电解质电池时，只要其中的至少1个为第1实施方式的非水电解质电池即可。当包含多个非水电解质电池时，这些非水电解质电池可以以串联、并联或它们的组合的连接形态彼此被电连接。即，第2电池单元也可以是包含多个非水电解质电池的组电池。
第1实施方式的非水电解质电池例如如先前说明的那样，能够显示2.4V以下的工作电压范围。进而，第1实施方式的非水电解质电池中的能够显示2.4V以下的工作电压范围的非水电解质电池能够显示与铅蓄电池的优异的电压适应性。
因此，第2实施方式的电池系统中的包含于第2电池单元中的非水电解质电池能够显示2.4V以下的工作电压范围的电池系统即使无例如用于使第1电池单元与第2电池单元的电压适应的部件也可以构成。
接着，参照附图对第2实施方式的电池系统的一个例子进行具体说明。
图7是第2实施方式的电池系统的概略电路图。
图7中所示的电池系统100具备第1电池单元110及第2电池单元120。
第1电池单元110为由多个铅蓄电池构成的组电池。第2电池单元120为由参照图1～图5说明的多个非水电解质电池1构成的组电池。在第2电池单元120中，多个非水电解质电池1彼此以串联的方式连接。第2电池单元120的标称电压与第1电池单元110的标称电压相同。
在图7中所示的电池系统100中，第1电池单元110与第2电池单元120介由电路开闭机构130而以并联的方式连接。
电路开闭机构130具备未图示的半导体开关。半导体开关包含金属-氧化物-半导体接合场效应晶体管(MOS-FET)，能够介由其而进行电子的通电及其切断的切换。介由半导体开关的电子的通电及其切断的切换通过电控制机构(ECU)131来控制。
第1电池单元110的端子间电压通过未图示的传感器而被监视，其信息被发送至电子控制机构131。
图7中所示的电池系统100进一步具备电负荷140及交流发电机150。电负荷140及交流发电机150介由电路开闭机构130与第1电池单元110及第2电池单元120并联连接。
交流发电机150为将机械能转换成电能的交流发电机。交流发电机150能够对未图示的整流器发送交流电流。该整流器具有将接收的交流电流转换成直流电流、并将该直流电流流向电池系统100的作用。来自交流发电机150的送电电压通过未图示的传感器而被监视，其信息被发送至电子控制机构131。
图7中所示的电池系统进一步具备用于保护第1电池单元110及第2电池单元120的保护控制机构160。保护控制机构160例如可以包含监视第2电池单元120的端子间电压的机构(未图示)。例如，当第2电池单元120的端子间电压脱离第1电池单元110的能够使用的电压范围时，保护控制机构160能够对与电路开闭机构130连接的电子控制机构131发送信号，使半导体开关处于“切断”状态，防止第1电池单元110与第2电池单元120之间的通电。
图7中所示的电池系统100例如为汽车用电池系统。
在作为汽车用电池系统的电池系统100中，电负荷140例如包含空调设备及照明设备。
在作为汽车用电池系统的电池系统100中，交流发电机150与汽车的发动机以机械方式连接。此外，交流发电机150也与制动系统连接，能够将在汽车的制动时产生的能量转换成再生能量。
接着，对作为汽车用电池系统的电池系统100中的送电的例子进行说明。
(1)发动机工作时
在汽车的发动机工作的期间，交流发电机150进行发电，这样产生的电通过未图示的整流器转换成直流，被发送至电负荷140。
在发动机的工作中，当来自交流发电机150的送电电压在被第1电池单元110允许的范围内时，电子控制机构131将半导体开关的状态在交流发电机150与第1电池单元110之间设为“通电”状态，将由交流发电机150产生的电发送至第1电池单元110。
在发动机的工作中，当来自交流发电机150的送电电压脱离被第1电池单元110允许的范围时，电子控制机构131将半导体开关的状态在交流发电机150与第1电池单元110之间设为“切断”状态，将从交流发电机150向第1电池110的送电切断。
同样地，在发动机的工作中，当来自交流发电机150的送电电压在被第2电池单元120允许的范围内时，电子控制机构131将半导体开关的状态在交流发电机150与第2电池单元120之间设为“通电”状态，将由交流发电机150产生的电发送至第2电池单元120。
在发动机的工作中，当来自交流发电机150的送电电压脱离被第2电池单元120允许的范围时，电子控制机构131将半导体开关的状态在交流发电机150与第2电池单元120之间设为“切断”状态，将从交流发电机150向第2电池120的送电切断。
另外，在发动机的工作中，当来自交流发电机150的送电电压在被第1电池单元110及第2电池单元120中的任一者均允许的范围内时，来自交流发电机150的电在第1电池单元110及第2电池单元120这两者中流动。这种情况下，优先在第1电池单元110及第2电池单元120中的电阻较低的电池单元、具体而言第2电池单元120中流动。由此，能够减小对第1电池单元110的电负荷。
(2)汽车制动时
若汽车被制动，则交流发电机150将比发动机工作时大的电流瞬间流向电池系统100。此时，电子控制机构131将半导体开关的状态在交流发电机150与第2电池120之间设为“通电”状态，另一方面，在交流发电机150与第1电池单元110之间设为“切断”状态。
在电池系统100中，第2电池单元120为能够快速充放电的非水电解质电池1的组电池。因此，第2电池单元120能够接受在汽车的制动时由交流发电机150产生的大电流。
第1电池单元110所包含的铅蓄电池若被输入大电流下的电能，则存在容易劣化的倾向。然而，在电池系统100中，如以上那样，包含能够显示优异的输入特性的非水电解质电池1的第2电池单元120能够承受在汽车制动时输入的大电流。因此，电池系统100能够将在制动时得到的能量高效地再生，同时能够防止包含铅蓄电池的第1电池单元110的劣化、进而防止电池系统100整体的劣化。
(3)发动机停止时
在发动机停止时，由于交流发电机150不进行发电，所以不进行从交流发电机150的送电。代替上述送电，第1电池单元110或第2电池单元120承担向电负荷140的送电。此时，保护控制机构160能够对电子控制机构131发送信号而控制电路开闭机构130，将第1电池单元110及第2电池单元120各自的电压维持在能够使用的电压范围内。
第2实施方式的电池系统具备包含第1实施方式的非水电解质电池第2电池单元。因此，第2实施方式的电池系统能够显示优异的循环寿命和优异的速率特性。
(实施例)
以下对实施例进行说明。
[实施例1]
实施例1中，通过以下的步骤，制作具有与图1～图5中所示的非水电解质电池1同样的结构的实施例1的非水电解质电池。
[正极的制作]
作为正极活性物质，准备锂镍钴锰复合氧化物(LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2)的粉末。正极活性物质的粒度分布的中心粒径为6.0μm。此外，作为导电剂，准备乙炔黑和石墨。此外，作为粘结剂，准备聚偏氟乙烯(PVdF)。将准备的锂镍钴锰复合氧化物粉末、乙炔黑、石墨及PVdF以87重量％：5.0重量％：3.0重量％：5.0重量％的重量比添加到N-甲基吡咯烷酮中并混合。这样调制了正极浆料。
接着，将搅拌后得到的正极浆料用涂装装置涂布到厚度为15μm的铝箔的两面上。此时，在铝箔中保留没有涂布浆料的部分。接着，使所得到的涂膜干燥。接着，将干燥后的涂膜利用辊压机按照正极厚度成为47μm且正极活性物质层的密度成为3.0g/cm3的方式进行压延。最后，将没有涂布浆料的部分冲裁而成形图3中所示那样的作为正极引线的窄小部。这样制作了多个正极。
[负极的制作]
作为负极活性物质，准备尖晶石型的钛酸锂(Li4Ti5O12)的粉末。负极活性物质的粒度分布的中心粒径为1.0μm。此外，作为导电剂，准备乙炔黑和石墨。此外，作为粘结剂，准备聚偏氟乙烯(PVdF)。将所准备的钛酸锂、乙炔黑、石墨及PVdF以91重量％：3.0重量％：3.0重量％：3.0重量％的重量比添加到N-甲基吡咯烷酮中并混合。这样调制了负极浆料。
接着，将搅拌后得到的负极浆料用涂装装置涂布于厚度为15μm的铝箔的两面上。此时，在铝箔中保留没有涂布浆料的部分。接着，使所得到的涂膜干燥。接着，将干燥后的涂膜利用辊压机按照负极厚度成为44μm且负极活性物质层的密度成为2.1g/cm3的方式进行压延。最后，将没有涂布浆料的部分冲裁而成形作为负极引线的窄小部。这样制作了多个负极。
所制作的正极的正极活性物质层的厚度Tp相对于负极活性物质层的厚度Tn的比Tp/Tn为1.11。
[电极组的制作]
首先，准备厚度为30μm的带状的微多孔膜隔膜。接着，将该隔膜进行折叠。接着，如先前参照图2说明的那样，在由折叠的隔膜的彼此相向的面而规定的空间中，按照正极与负极夹着隔膜而对置的方式，插入正极及负极。此时，多个正极引线和多个负极引线从层叠体沿彼此相反的方向伸出。最后，对所得到的层叠体粘贴未图示的收卷带，制成电极组。按照电极组的放电电容成为0.5Ah的方式，调整电极面积及层叠数。
[电极组上的正极集电极耳及负极集电极耳的连接]
使用铝制作正极集电极耳和负极集电极耳。接着，将多个正极的正极引线汇集成1个，连接于正极集电极耳上。同样地，将多个负极的负极引线汇集成1个，连接于负极集电极耳上。这样操作，将正极集电极耳及负极集电极耳按照从电极组沿彼此相反的方向伸出的方式设置，使得可以分别简便地进行从正极和负极的集电。
[容器的制作]
作为容器，使用含铝层压薄膜。所使用的含铝层压薄膜具有与图2中所示的容器3同样的结构。具体而言，所使用的含铝层压薄膜由铝箔和将该铝箔夹入的2张树脂薄膜构成。
将该含铝层压薄膜成型为容纳上述电极组的形状。在这样成形的含铝层压薄膜内，如先前参照图1及图2说明的那样容纳电极组。此时，如图2中所示的那样，在容器的1个周缘部中，在彼此相向的树脂薄膜之间夹入正极集电极耳。同样地，在容器的另一个周缘部中，在彼此相向的树脂薄膜之间夹入负极集电极耳。在正极集电极耳与树脂薄膜之间、及负极集电极耳与树脂薄膜之间，分别配置绝缘薄膜。
接着，在3个周缘部中将相向的树脂薄膜使一部分作为开口部保留后进行热熔融粘合而固定。同时，在夹入有正极集电极耳的周缘部中，将树脂薄膜和与其相向的绝缘薄膜进行热熔融粘合而固定，并且将正极集电极耳和与其相向的绝缘薄膜进行热熔融粘合而固定。同样地，在夹入有负极集电极耳的周缘部中，将树脂薄膜和与其相向的绝缘薄膜进行热熔融粘合而固定，并且将负极集电极耳和与其相向的绝缘薄膜进行热熔融粘合而固定。这样制作了注液前单电池。
[非水电解质的注液]
将碳酸亚乙酯和碳酸乙甲酯以体积比3：7混合，调制了非水溶剂。在该非水溶剂中以1摩尔/l的浓度溶解六氟磷酸锂作为电解质。这样调制了非水电解质。所调制的非水电解质的25℃下的离子传导率为7.58mS/cm。
将该非水电解质注入到先前说明的注液前单电池中。非水电解质的注液介由容器的周缘部中的没有被热熔融粘合而保留的开口部来进行。
[非水电解质电池的制作]
在容器的周缘部中的没有被热熔融粘合而保留的开口部中，使彼此相向的树脂薄膜彼此热熔融粘合。这样得到实施例1的非水电解质电池。
[评价]
对如以上那样操作而制作的实施例1的非水电解质电池，通过以下的步骤评价充放电循环前后的电阻值、速率特性及充放电循环特性。
(充放电循环前的电阻值的测定)
将实施例1的非水电解质电池在保持为25℃的恒温槽内，以0.5A的恒电流充电至电压成为2.4V为止。接着，将该非水电解质电池的电压以该状态在2.4V下保持3小时。之后，将实施例1的非水电解质电池以开路状态放置30分钟。接着，将实施例1的非水电解质电池以0.5A的恒电流放电至电压成为1.4V为止。将以上说明的恒电流充电、开路状态下的放置及恒电流放电的1个循环作为1次的充放电循环。对实施例1的非水电解质电池，反复进行3次该充放电循环。将第3循环的放电时得到的电容作为基准电容。实施例1的非水电解质电池的基准电容为0.5Ah。
之后，将实施例1的非水电解质电池相对于基准电容充电至充电率为50％。之后，将实施例1的非水电解质电池在25℃环境下放电。这里的放电以10C速率实施10秒钟。
如以下那样操作而测定此时的电阻。首先，将电流施加前的电压设为V0。另一方面，将放电10秒时的电压设为V10。将电压V0及电压V10各自的值、以及相当于10C速率的电流值I10C的值分别代入下述式(1)的V0、V10及I10C中，算出10秒电阻R10sec。
R10sec＝|V10-V0|/I10C (1)
将这样操作而算出的10秒电阻值R10sec作为循环前的电阻值Rs。Rs为30mΩ。
(速率特性试验)
将实施例1的非水电解质电池在保持为25℃的恒温槽内，以0.5A的恒电流充电至电压成为2.4V为止。接着，将该非水电解质电池的电压以该状态在2.4V下保持3小时。之后，将该非水电解质电池以开路状态放置30分钟。接着，将该非水电解质电池以5.0A的恒电流放电至电压成为1.4V为止。将该放电中的放电电容除以基准电容而得到的值作为速率电容维持率。
(充放电循环特性试验)
对实施例1的非水电解质电池，在45℃的环境下将充放电循环反复进行500次。具体而言，通过以下的步骤进行充放电循环试验。首先，将实施例1的非水电解质电池以2.5A的恒电流充电至电压成为2.4V为止。接着，将实施例1的非水电解质电池以将电压保持为2.4V的状态供于恒电压充电，在电流值达到0.25A的时刻停止充电。接着，将实施例1的非水电解质电池以开路状态放置10分钟。接着，将实施例1的非水电解质电池以2.5A的恒电流供于放电至电压成为1.4V为止。将以上说明的恒电流充电、恒电压充电、开路下的放置、及恒电流充电的1个循环作为1次的充放电循环。对实施例1的非水电解质电池，反复进行500次该充放电循环。
在进行500次的充放电循环后，将实施例1的非水电解质电池通过以下的步骤供于3次的追加充放电循环。首先，将实施例1的非水电解质电池在保持为25℃的恒温槽内、以0.5A的恒电流充电至电压成为2.4V为止。接着，将该非水电解质电池的电压以该状态在2.4V下保持3小时。之后，将实施例1的非水电解质电池以开路状态放置30分钟。接着，将实施例1的非水电解质电池以0.5A的恒电流放电至电压成为1.4V为止。将以上说明的恒电流充电、恒电压保持、开路下的放置、及恒电流放电的1个循环作为1次的追加充放电循环。将该追加充放电循环反复进行3次。将第3次的追加充放电循环中的放电时得到的电容相对于基准电容的比作为循环电容维持率。实施例1的非水电解质电池的循环电容维持率为95％。
(充放电循环后的电阻值的测定)
将评价了充放电循环特性的实施例1的非水电解质电池按照成为第3次的追加充放电循环中的放电时得到的放电电容的50％的方式进行充电。通过与充放电循环前的电阻值的测定同样的步骤，使用上述式(1)算出该状态的实施例1的非水电解质电池的10秒电阻R10sec。将这样操作而算出的10秒电阻值R10sec作为循环后的电阻值Rf。
(电阻上升率T的算出)
将实施例1的非水电解质电池的循环前的电阻值Rs的值和循环后的电阻值Rf的值分别代入下述式(2)中的Rs和Rf中，算出循环前后的电阻上升率T。
T＝(Rf-Rs)/Rs (2)
[正极的电容及空隙率的测定]
对电阻上升率测定后的实施例1的非水电解质电池，通过以下的步骤，测定正极电容。关于非水电解质电池的解体方法的详细情况，如下所述。
首先，将实施例1的非水电解质电池放入氩气氛的手套箱中。接着，将该非水电解质电池解体。从解体的非水电解质电池中取出电极组。从取出的电极组中取出正极及负极。
接着，测定取出的正极的重量。接着，由正极切取2cm×2cm的大小的切片，作为正极试样。测定该正极试样的重量。接着，在玻璃单电池内，配置该正极试样作为工作电极，在对电极中配置锂金属。在这些电极间配置厚度为30μm的带状的微多孔膜隔膜。作为非水电解质，调制作为非水溶剂使用了将碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯以1：1混合而得到的溶剂、作为电解质使用了1摩尔/l的六氟磷酸锂的非水电解液。将该非水电解液注入先前的玻璃单电池内，制作了烧杯单电池。
该烧杯单电池以0.3mA的恒电流充电至作为工作电极的正极试样的电位成为4.3V(vs.Li/Li+)为止。之后，将该烧杯单电池的电压在4.3V下保持3小时。接着，将烧杯单电池以开路状态放置30分钟。接着，将烧杯单电池以0.3mA的恒电流放电至正极试样的电位成为3.5V(vs.Li/Li+)为止。记录此时的放电电容作为正极试样的电容。将该电容除以电极面积4cm2而得到的值作为正极的每单位面积的电容p。
在电容测定后，将烧杯单电池解体，将正极试样取出。使用该正极试样，按照先前说明的步骤，进行正极活性物质层的空隙率的测定。实施例1的非水电解质电池的正极活性物质层的空隙率为32％。
[负极的电容及空隙率的测定]
测定从通过上述步骤解体的非水电解质电池中取出的负极的重量。由该负极切取2cm×2cm的大小的切片，作为负极试样。测定该负极试样的重量。接着，使用该负极试样，通过与关于正极的烧杯单电池的制作同样的步骤，制作关于负极的烧杯单电池。
将该烧杯单电池以0.3mA的恒电流充电至作为工作电极的负极试样的电位成为1.0V(vs.Li/Li+)为止。之后，将该烧杯单电池的电压在1.0V下保持3小时。接着，将烧杯单电池以开路状态放置30分钟。接着，将烧杯单电池以0.3mA的恒电流放电至负极试样的电位成为2.5V(vs.Li/Li+)为止。记录此时的放电电容作为负极试样的电容。将该电容除以电极面积4cm2而得到的值作为负极的每单位面积的电容n。
在电容测定后，将烧杯单电池解体，将负极试样取出。使用该负极试样按照先前说明的步骤，进行负极活性物质层的空隙率的测定。实施例1的非水电解质电池的负极活性物质层的空隙率为38％。
(电容比p/n及空隙率的比Pp/Pn的算出)
通过将如先前那样操作而测定的正极的每单位面积的电容p除以同样如先前那样操作而测定的负极的每单位面积的电容，算出电容比p/n。实施例1的非水电解质电池的电容比p/n为1.4。
此外，通过将正极活性物质层的空隙率除以正极活性物质层的厚度Tp，算出正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率Pp。同样地，通过将负极活性物质层的空隙率除以负极活性物质层的厚度Tn，算出负极活性物质层的每1μm厚度的负极活性物质的空隙率Pn。使用这样算出的各电极活性物质层的每1μm厚度的空隙率，算出空隙率的比Pp/Pn。实施例1的非水电解质电池的空隙率的比Pp/Pn为0.762。
[实施例2]
实施例2中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例2的非水电解质电池。
首先，实施例2中，按照压延后的正极的厚度成为50μm且正极活性物质层的密度成为3.0g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例2中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，实施例2中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的实施例2的非水电解质电池。
[实施例3]
实施例3中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例3的非水电解质电池。
首先，实施例3中，按照压延后的正极的厚度成为54μm且正极活性物质层的密度成为2.9g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例3中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，实施例3中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的实施例3的非水电解质电池。
[实施例4]
实施例4中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例4的非水电解质电池。
首先，实施例4中，按照压延后的正极的厚度成为63μm且正极活性物质层的密度成为2.7g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例4中，按照压延后的负极的厚度成为53μm且负极活性物质层的密度成为1.8g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，实施例4中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的实施例4的非水电解质电池。
[实施例5]
实施例5中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例5的非水电解质电池。
首先，实施例5中，按照压延后的正极的厚度成为51μm且正极活性物质层的密度成为2.9g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例5中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
进而，实施例5中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的实施例5的非水电解质电池。
[实施例6]
实施例6中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例6的非水电解质电池。
首先，实施例6中，按照压延后的正极的厚度成为51μm且正极活性物质层的密度成为2.8g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例6中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，实施例6中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的非水电解质电池。
[实施例7]
实施例7中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例7的非水电解质电池。
首先，实施例7中，按照压延后的正极的厚度成为53μm且正极活性物质层的密度成为2.8g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例7中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，实施例7中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的实施例7的非水电解质电池。
[实施例8]
实施例8中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例8的非水电解质电池。
首先，实施例8中，按照压延后的正极的厚度成为48μm且正极活性物质层的密度成为3.2g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，实施例8中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.2g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，实施例8中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的实施例8的非水电解质电池。
[实施例9]
实施例9中，除了使用通过以下的步骤调制的非水电解质来代替实施例1中使用的非水电解质以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例9的非水电解质电池。
首先，将碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯和碳酸二甲酯以体积比3：3：4混合而调制了非水溶剂。接着，在该非水溶剂中以1摩尔/l的浓度溶解六氟磷酸锂作为电解质，得到非水电解质。所调制的非水电解质的25℃下的离子传导率为8.12mS/cm。
[实施例10]
实施例10中，除了使用通过以下的步骤调制的非水电解质来代替实施例1中使用的非水电解质以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例10的非水电解质电池。
首先，将碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯以体积比3：7混合而调制了非水溶剂。接着，在该非水溶剂中以1摩尔/l的浓度溶解六氟磷酸锂作为电解质，得到非水电解质。所调制的非水电解质的25℃下的离子传导率为8.69mS/cm。
[实施例11]
实施例11中，除了如以下说明的那样制作了正极以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例11的非水电解质电池。
首先，实施例11中，作为正极活性物质，准备锂镍钴锰复合氧化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)的粉末。此外，与实施例1同样地准备作为导电剂的乙炔黑及石墨、和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVdF)。将所准备的锂镍钴锰复合氧化物粉末、乙炔黑、石墨及PVdF以87重量％：5.0重量％：3.0重量％：5.0重量％的重量比添加到N-甲基吡咯烷酮中并混合。这样调制了正极浆料。
接着，将搅拌后得到的正极浆料用涂装装置涂布于厚度为15μm的铝箔的两面上。此时，在铝箔中保留没有涂布浆料的部分。接着，使所得到的涂膜干燥。接着，将干燥后的涂膜利用辊压机按照正极的厚度成为46μm且正极活性物质层的密度成为3.0g/cm3的方式进行压延。最后，将没有涂布浆料的部分冲裁而成形图3中所示那样的作为正极引线的窄小部。这样，制作了多个正极。
[实施例12]
实施例12中，除了如以下说明的那样制作了正极以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了实施例12的非水电解质电池。
首先，实施例12中，作为正极活性物质，准备锂镍钴锰复合氧化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)的粉末。正极活性物质的粒度分布的中心粒径为6.0μm。此外，与实施例1同样地准备作为导电剂的乙炔黑及石墨、和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVdF)。将所准备的锂镍钴锰复合氧化物粉末、乙炔黑、石墨及PVdF以87重量％：5.0重量％：3.0重量％：5.0重量％的重量比添加到N-甲基吡咯烷酮中并混合。这样调制了正极浆料。
接着，将搅拌后得到的正极浆料以涂装装置涂布于厚度为15μm的铝箔的两面上。此时，在铝箔中保留没有涂布浆料的部分。接着，使所得到的涂膜干燥。接着，将干燥后的涂膜利用辊压机按照正极的厚度成为50μm且正极活性物质层的密度成为3.0g/cm3的方式进行压延。最后，将没有涂布浆料的部分冲裁而成形图3中所示那样的作为正极引线的窄小部。这样，制作了多个正极。
[比较例1]
比较例1中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例1的非水电解质电池。
首先，比较例1中，按照压延后的正极的厚度成为34μm且正极活性物质层的密度成为3.4g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，比较例1中，按照压延后的负极的厚度成为50μm且负极活性物质层的密度成为1.8g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，比较例1中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的比较例1的非水电解质电池。
[比较例2]
比较例2中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例2的非水电解质电池。
首先，比较例2中，按照压延后的正极的厚度成为43μm且正极活性物质层的密度成为2.6g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，比较例2中，按照压延后的负极的厚度成为42μm且负极活性物质层的密度成为2.3g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，比较例2中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的比较例2的非水电解质电池。
[比较例3]
比较例3中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例3的非水电解质电池。
首先，比较例3中，按照压延后的正极的厚度成为50μm且正极活性物质层的密度成为3.4g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，比较例3中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，比较例3中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的比较例3的非水电解质电池。
[比较例4]
比较例4中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例4的非水电解质电池。
首先，比较例4中，按照压延后的正极的厚度成为56μm且正极活性物质层的密度成为3.0g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，比较例4中，按照压延后的负极的厚度成为44μm且负极活性物质层的密度成为2.1g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，比较例4中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的比较例4的非水电解质电池。
[比较例5]
比较例5中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例5的非水电解质电池。
首先，比较例5中，按照压延后的正极的厚度成为46μm且正极活性物质层的密度成为3.3g/cm3的方式，分别变更正极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个正极。
此外，比较例5中，按照压延后的负极的厚度成为46μm且负极活性物质层的密度成为2.0g/cm3的方式，分别变更负极浆料的涂布量及用辊压机的压延条件，除此以外与实施例1同样地操作，制作了多个负极。
进而，比较例5中，调节所使用的正极的片数、所使用的负极的片数、正极活性物质层的面积、及负极活性物质层的面积，制作了显示与实施例1的非水电解质电池同样的电容的比较例5的非水电解质电池。
[比较例6]
比较例6中，除了使用通过以下的步骤调制的非水电解质来代替实施例1中使用的非水电解质以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例6的非水电解质电池。
首先，将碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯以体积比3：7混合而调制了非水溶剂。接着，在该非水溶剂中以1摩尔/l的浓度溶解六氟磷酸锂作为电解质，得到非水电解质。所调制的非水电解质的25℃下的离子传导率为6.69mS/cm。
[比较例7]
比较例7中，除了如以下说明的那样制作了正极以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例7的非水电解质电池。
首先，比较例7中，作为正极活性物质，准备锂镍钴铝复合氧化物(LiNi0.8Co0.15Mn0.05O2)的粉末。此外，与实施例1同样地准备作为导电剂的乙炔黑及石墨、和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVdF)。将所准备的锂镍钴铝复合氧化物粉末、乙炔黑、石墨及PVdF以87重量％：5.0重量％：3.0重量％：5.0重量％的重量比添加到N-甲基吡咯烷酮中并混合。这样调制了正极浆料。
接着，将搅拌后得到的正极浆料用涂装装置涂布于厚度为15μm的铝箔的两面上。此时，在铝箔中保留没有涂布浆料的部分。接着，使所得到的涂膜干燥。接着，将干燥后的涂膜利用辊压机按照正极的厚度成为46μm且正极活性物质层的密度成为3.0g/cm3的方式进行压延。最后，将没有涂布浆料的部分冲裁而成形图3中所示那样的作为正极引线的窄小部。这样，制作了多个正极。
[比较例8]
比较例8中，除了以下这点以外，通过与实施例1同样的步骤，制作了比较例8的非水电解质电池。
首先，比较例8中，作为负极活性物质，使用石墨。此外，比较例8中，作为导电助剂使用炭黑，作为粘结剂使用聚偏氟乙烯(PVdF)。比较例8中，将石墨、炭黑及PVdF以90重量％：5重量％：5重量％的重量比添加到N-甲基吡咯烷酮中并混合。这样，调制了负极浆料。
接着，将搅拌后得到的负极浆料用涂装装置涂布于厚度为10μm的铜箔的两面上。接着，使所得到的涂膜干燥。接着，将干燥后的涂膜利用辊压机进行压延。最后，将没有涂布浆料的部分冲裁而成形窄小部。这样，制作了多个负极。
此外，在正极及负极的制作时，按照正极与负极的电容比p/n成为1.5的方式，调整正极浆料及负极浆料的涂布量、以及正极活性物质层及负极活性物质层的密度。另外，在负极的电容测定时，将负极的充电终止电位设为0.1V(vs.Li/Li+)，将放电终止电位设为1.5V(vs.Li/Li+)，进行电容确认。
[评价及测定]
对实施例2～12的非水电解质电池及比较例1～7的非水电解质电池，通过与对实施例1的非水电解质电池进行的同样的步骤，进行测定及评价。另外，在关于比较例8的非水电解质电池的速率特性试验及充放电循环特性试验中，将充电终止电压设为3.9V、将放电终止电压设为3.0V而进行。
实施例2～12的非水电解质电池的循环电容维持率为90％以上。
此外，对各非水电解质电池进行3次的充放电循环而求出基准电容。之后，将充电终止电压设为2.8V，进行3次的充放电循环，求出满充电电容。对各非水电解质电池求出基准电容相对于满充电电容的比例C2.4V。其结果是，实施例1～实施例12的非水电解质电池的比例C2.4V为90％以上。
将关于实施例1～12及比较例1～7的非水电解质电池的各测定及评价的结果一并示于以下的表1～表3中。另外，在表3中，将关于各非水电解质电池的速率特性、初期电阻、循环后的电阻及电阻上升率的结果以设比较例1的非水电解质电池的上述各项评价结果为“1.00”的相对值表示。
表1
表2
表3
由以上所示的结果可知，实施例1～12的非水电解质电池与比较例1～8的非水电解质电池相比能够显示更优异的寿命特性及更优异的速率特性。
实施例1～4中，将电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内进行变更。这些实施例1～4的非水电解质电池彼此同样地显示了优异的寿命特性及优异的速率特性。另一方面，在比较例1及2中，电容p/n为1.0。在比较例1及2的非水电解质电池中，认为在充电时正极电位升得过高。
在实施例2、实施例5及实施例6中，将关于活性物质层的平均厚度的空隙率的比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内进行变更。此外，在实施例2、实施例7及实施例8中，将活性物质层的厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内进行变更。这些实施例2、实施例5～8的非水电解质电池彼此同样地显示了优异的寿命特性及优异的速率特性。
另一方面，在比较例1～3中，关于活性物质层的平均厚度的空隙率的比Pp/Pn脱离0.55以上且低于0.8的范围。此外，在比较例1～2及比较例4～5中，活性物质层的厚度的比Tp/Tn脱离1.05以上且低于1.3的范围。认为其结果是，在比较例1～5的非水电解质电池中，在充放电循环中，正极活性物质层和/或负极活性物质层中的Li离子浓度的分布产生大的不均。
在实施例1、实施例9及实施例10中，分别使用25℃下的离子传导性在7mS/cm以上且10mS/cm以下的范围内互不相同的非水电解质。这些实施例1、实施例9及实施例10的非水电解质电池彼此同样地显示了优异的寿命特性及优异的速率特性。
另一方面，使用了25℃下的离子传导性为6.69mS/cm的非水电解质的比较例6的非水电解质电池由于非水电解质的离子传导性低，所以速率特性及寿命特性不足。寿命特性不足的结果意味着，仅将活性物质层的厚度的比Tp/Tn调整为1.05以上且低于1.3的范围内、将空隙率的比Pp/Pn调整为0.55以上且低于0.8的范围内的情况下，若不使非水电解质的离子传导性为7mS/cm以上，则非水电解质中的Li离子浓度的不均增加。
在实施例1、实施例11及实施例12中，在正极中，使用具有互不相同的组成的锂镍钴锰复合氧化物。这些实施例1、实施例11及实施例12的非水电解质电池彼此同样地显示了优异的寿命特性及优异的速率特性。
另一方面，在比较例7中，在正极中，没有使用锂镍钴锰复合氧化物。比较例7的非水电解质电池由于正极活性物质不同，所以用于取得锂离子浓度的平衡的厚度及空隙率的比不恰当，速率特性及寿命特性不足。
进而，在比较例8中，为了使电容比p/n为1.4以上且1.8以下的范围内，调整了正极及负极的制造条件，但无法得到活性物质层的厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内且活性物质层的每1μm厚度的空隙率的比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内非水电解质电池。此外，比较例8的非水电解质电池如由表3表明的那样，与实施例1～12的非水电解质电池相比，速率特性及寿命特性差。
此外，如表3中所示的那样，实施例1～实施例12的非水电解质电池的比例C2.4V为90％以上。即，实施例1～实施例12的非水电解质电池能够显示2.4V以下的工作电压范围。将这样的非水电解质电池彼此串联地连接而构成的电池单元能够显示与包含铅蓄电池的电池单元的优异的电压适应性。
此外，比较例3～比较例6的非水电解质电池尽管比例C2.4V为90％以上，但速率特性及循环特性也比实施例差。在这样的电池中，即使与包含铅电池的电池单元的电压适应性优异，电池自身的特性也不优异。
根据以上说明的至少1个实施例及实施方式，提供具备正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。正极的正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物的正极活性物质。负极的负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。该非水电解质电池的电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内，空隙率的比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。由于这些，该非水电解质电池能够抑制非水电解质的氧化分解，同时能够防止在正极与负极之间产生Li浓度的不均。其结果是，该非水电解质电池能够显示优异的循环寿命和优异的速率特性。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，其意图并非限定发明的范围。这些新型的实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
符号的说明
1非水电解质电池、2电极组、3容器、31铝箔、32及33树脂薄膜、4正极集电极耳、5负极集电极耳、6正极、61正极集电体、62正极活性物质层、63正极引线、7负极、71负极集电体、72负极活性物质层、73负极引线、8隔膜、9绝缘薄膜、100电池系统、110第1电池单元、120第2电池单元、130电路开闭机构、131电控制机构(ECU)、140电负荷、150交流发电机、160保护控制机构。

Claims (10)

1.一种非水电解质电池，其特征在于，其具备：
包含含有锂镍钴锰复合氧化物的正极活性物质层的正极、
包含含有尖晶石型钛酸锂的负极活性物质层的负极、和
离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下的非水电解质，
电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，其中，p为所述正极的每单位面积的电容，n为所述负极的每单位面积的电容，
厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内，其中，Tp为所述正极活性物质层的厚度，Tn为所述负极活性物质层的厚度，
比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内，其中，Pp为所述正极活性物质层的每1μm厚度的所述正极活性物质层的空隙率，Pn为所述负极活性物质层的每1μm厚度的所述负极活性物质层的空隙率。
2.根据权利要求1所述的非水电解质电池，其特征在于，所述锂镍钴锰复合氧化物以组成式Li1-aNixCoyMnzO2表示，式中，0≤a≤1、x>0、y>0、z>0，x、y及z满足不等式0.1≤x/(y+z)≤1.3。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质电池，其特征在于，所述正极活性物质层的空隙率为40％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的非水电解质电池，其特征在于，所述正极活性物质层的密度为2.9g/cm3以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的非水电解质电池，其特征在于，所述非水电解质包含链状碳酸酯。
6.根据权利要求5所述的非水电解质电池，其特征在于，所述链状碳酸酯包含碳酸乙甲酯和/或碳酸二甲酯。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的非水电解质电池，其特征在于，所述非水电解质包含碳酸亚丙酯。
8.根据权利要求2所述的非水电解质电池，其特征在于，在关于所述锂镍钴锰复合氧化物的所述组成式中，x、y及z满足不等式0.3≤x/(y+z)≤1.3及y≥z。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的非水电解质电池，其特征在于，进一步具备容纳了所述正极、所述负极及所述非水电解质的外包装体，
所述外包装体为壁厚在0.2mm以上且1mm以下的范围内的金属制容器。
10.一种电池系统，其具备：
包含铅蓄电池的第1电池单元、和
与所述第1电池单元并联地连接且包含权利要求1～9中任一项所述的非水电解质电池的第2电池单元。
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