JP2012113866A - 組電池の製造方法及び組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池が有する単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響を低減すること。
【解決手段】この組電池の製造方法は、二次電池の充放電特性を示す充放電特性曲線の傾きの絶対値が、第１の値から当該第１の値よりも大きい第２の値に変化し、さらに、当該第２の値よりも小さい第３の値に変化する領域のうち、前記絶対値が前記第２の値の領域である変曲領域を有する二次電池の単電池を複数組み合わせて組電池とするものである。単電池が正常であることが確認されたら（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、それぞれの単電池の端子間電圧を、それぞれの単電池の充放電特性曲線の変曲領域における所定の値に調整する（ステップＳ１０３）。そして、調整後におけるそれぞれの単電池を組み合わせて組電池とする（ステップＳ１０４）。
【選択図】図８

Description

本発明は、単電池を組み合わせて組電池とすることに関する。

携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯電子機器に用いられる電源、あるいは電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる電源は、繰り返し充放電して使用できる二次電池が用いられる。このような用途に対して、必要な電圧及び電流に対応するため、複数本の単電池を電気的に接続した組電池が用いられる（例えば、特許文献１）。

特開２００１−２４３９４３号公報

組電池は、組み合わされる単電池の充放電特性にばらつきが存在することにより、組電池から取り出すことができる電力は制限を受けるおそれがある。本発明は、組電池が有する単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響を低減することを目的とする。

二次電池は、電極（正極又は負極）の材料に含まれた活物質材料の種類あるいはその組み合わせによって、前記二次電池の正極と負極との間の電圧である端子間電圧と電池容量との関係を示す充放電特性曲線に、変曲領域と呼ばれる領域を有するようにすることができる。このような変曲領域を有する二次電池においては、変曲領域の前後において、充放電特性曲線の傾きの絶対値は、低い値から高い値に変化し、再び低い値になる。このように、変曲領域は、これ以外の領域と比較して充放電特性曲線の傾きの絶対値が大きくなるため、端子間電圧の変化に対して充放電容量の変化は小さくなる。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであり、二次電池の単電池（セル）を組み合わせて組電池とする際に、各単電池の端子間電圧を変曲領域の値に調整してからそれぞれの単電池を組み合わせることで、単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響（特に、組電池の電池容量が、組電池の放電が終了したときにおける電池容量の最も小さい単電池によって制限を受けること）を低減するものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を組み合わせて組電池とする際に、それぞれの前記単電池の充電状態を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整する調整手順と、前記調整後におけるそれぞれの前記単電池を組み合わせて組電池とする組み合わせ手順と、を含むことを特徴とする組電池の製造方法である。

この組電池の製造方法は、充放電特性曲線に変曲領域を有する単電池を複数用い、それぞれの単電池、すなわち、組電池の対象となる複数の単電池すべての充電状態を、それぞれの単電池の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整後、組み合わせて組電池とする。例えば、それぞれの単電池の端子間電圧又は電池容量を、それぞれの単電池の充放電特性曲線の変曲領域における所定の値に調整することにより、それぞれの単電池の充電状態を、それぞれの単電池の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整することができる。変曲領域は、これ以外の領域と比較して、単電池の端子間電圧の変化に対する電池容量の変化は小さい。このため、それぞれの単電池の端子間電圧又は電池容量を、変曲領域での所定の値に合わせた上で組電池とすることにより、組電池が有する複数の単電池間における電池容量のばらつきを低減できる。その結果、単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響（特に、組電池の電池容量が、組電池の放電が終了したときにおける電池容量の最も小さい単電池によって制限を受けること）を低減できる。

本発明の望ましい態様として、前記調整手順の前に、それぞれの前記単電池に対して充電と放電との少なくとも一方を行いながら、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線を求める予備検査手順を有することが好ましい。この手順により、単電池の充放電特性を予め把握して、変曲領域についての情報を得ることができるとともに、単電池が正常か否かも判定できる。

本発明の望ましい態様として、前記調整手順においては、それぞれの前記単電池の充電状態を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域において、それぞれの前記充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの状態に調整することが好ましい。充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときは、単電池の端子間電圧の変化に対する電池容量の変化が最も小さくなる。このため、それぞれの単電池の充電状態を、充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となったときの充電状態に調整した上で組み合わせれば、組電池の放電終了時において、組電池を構成するそれぞれの単電池の電池容量のばらつきを効果的に抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記調整手順においては、それぞれの前記単電池の端子間電圧又は電池容量を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域において、それぞれの前記充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの端子間電圧又は電池容量となるように調整することが好ましい。充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときは、単電池の端子間電圧の変化に対する電池容量の変化が最も小さくなる。このため、それぞれの単電池の端子間電圧又は電池容量を、充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの端子間電圧又は電池容量に調整した上で組み合わせれば、組電池の放電終了時において、組電池を構成するそれぞれの単電池の電池容量のばらつきを効果的に抑制できる。なお、調整手順において、それぞれの単電池の端子間電圧を、それぞれの単電池の充放電特性曲線の変曲領域における所定の値に調整すると、調整手順において、それぞれの単電池の端子間電圧のみを監視すればよいので、比較的簡単に単電池の端子間電圧を調整することができる。

本発明の望ましい態様として、前記調整手順においては、それぞれの前記単電池を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域において、当該充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの端子間電圧に対して±２０％の値、又は当該充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの電池容量に対して±２０％の値となるように調整することが好ましい。それぞれの単電池の端子間電圧又は電池容量を、上述した範囲内に調整した上で組み合わせれば、組電池の放電終了時において、組電池を構成するそれぞれの単電池の電池容量のばらつきを抑制できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線は、それぞれの前記変曲領域において所定の範囲内にあることを特徴とする組電池である。

この組電池は、変曲領域を有する単電池を複数用い、それぞれの単電池の充電状態を、それぞれの単電池の充放電特性曲線の変曲領域における充電状態に調整後、組み合わせて組電池としたものである。このようにして製造された組電池は、それぞれの単電池の充放電特性曲線が、それぞれの変曲領域において所定の範囲内にあり、また、それぞれの充放電特性曲線が交差する場合もある。変曲領域は、これ以外の領域と比較して、単電池の端子間電圧の変化に対する電池容量の変化は小さい。このため、この組電池は、複数の単電池間において、組電池が放電を終了したときにおける電池容量のばらつきが低減される。その結果、単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響（特に、組電池の電池容量が、組電池の放電が終了したときにおける電池容量の最も小さい単電池によって制限を受けること）を低減できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線を１つに重ねた場合、それぞれの前記単電池の端子間電圧のばらつき又は電池容量のばらつきは、前記変曲領域よりも、充電完了時点又は放電完了時点の方が大きくなることを特徴とする組電池である。

この組電池は、変曲領域を有する単電池を複数用い、それぞれの単電池の端子間電圧のばらつき又は電池容量のばらつきを、変曲領域よりも、充電完了時点又は放電完了時点の方が大きくしたものである。すなわち、変曲領域におけるそれぞれの単電池の端子間電圧のばらつき又は電池容量のばらつきは、充電完了時点又は放電完了時点よりも小さくなる。このため、この組電池は、複数の単電池間において、組電池が放電を終了したときにおける電池容量のばらつきが低減される。その結果、単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響（特に、組電池の電池容量が、組電池の放電が終了したときにおける電池容量の最も小さい単電池によって制限を受けること）を低減できる。

本発明の望ましい態様として、充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、それぞれの前記単電池は、それぞれの充放電特性曲線の変曲領域における傾きの絶対値が最大となるときにおける端子間電圧又は電池容量が所定の範囲内にあることが好ましい。このようにすれば、組電池の放電が終了する場合には、組電池を構成するすべての単電池間における電池容量のばらつきを抑制できる。

本発明の望ましい態様として、充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、それぞれの前記単電池は、それぞれの充放電特性曲線の変曲領域が開始する点又は終了する点において、端子間電圧又は電池容量が所定の範囲内にあることが好ましい。このようにしても、組電池の放電が終了する場合には、組電池を構成するすべての単電池間における電池容量のばらつきを抑制できる。

本発明の望ましい態様として、それぞれの前記単電池は、直列接続されることが好ましい。単電池を直列接続して組電池とした場合、それぞれの単電池の電流値は一定なので、それぞれの単電池の端子間電圧は、それぞれの単電池の内部抵抗によって定まる。このため、直列接続の組電池は、それぞれの単電池の端子間電圧はばらつくことになる。この組電池は、それぞれの単電池の充放電特性曲線が、それぞれの変曲領域、すなわち、充放電特性曲線の傾きの絶対値が大きい領域で合っているので、それぞれの単電池の放電終了時における電池容量のばらつきを効果的に抑制できる。その結果、組電池が有する単電池の内部抵抗が異なることによりそれぞれの単電池の端子間電圧が異なる状態で、一つの単電池が放電終了時の電圧になった場合において、組電池を構成する複数の単電池の電池容量のばらつきを抑制できるので、それぞれの単電池が有する電力を放電する能力（放電能力）を有効に利用できる。

本発明は、組電池が有する単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響を低減できる。

図１は、単電池の一部断面図である。 図２は、単電池の充放電特性曲線の一例を示す概念図である。 図３は、組電池の概念図である。 図４は、複数の単電池の充放電特性曲線を記述した例を示す概念図である。 図５は、複数の単電池を組み合わせて組電池とする際に、各単電池の端子間電圧を調整する例を説明するための概念図である。 図６は、充放電特性曲線に変曲領域を有する単電池の充放電特性曲線を示す概念図である。 図７は、図６に示すような充放電特性曲線を有する単電池を複数組み合わせて組電池とする際に、各単電池の端子間電圧を調整する例を説明するための概念図である。 図８は、本実施形態に係る組電池の製造方法の手順を示すフロー図である。 図９は、変曲領域を有する充放電特性曲線を示す概念図である。 図１０は、変曲領域における所定の端子間電圧に調整した単電池を組み合わせた組電池を示す模式図である。 図１１−１は、変曲領域において端子間電圧を調整する際の説明図である。 図１１−２は、端子間電圧が調整された単電池の変曲領域を示す図である。 図１１−３は、端子間電圧が調整された単電池の変曲領域を示す図である。 図１１−４は、端子間電圧が調整された単電池の変曲領域を示す図である。 図１２−１は、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造した組電池が有するそれぞれの単電池の充放電特性曲線を示す図である。 図１２−２は、それぞれの単電池の端子間電圧を上限端子間電圧に調整して製造した組電池が有するそれぞれの単電池の充放電特性曲線を示す図である。 図１３−１は、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造した組電池が有するそれぞれの単電池の充放電特性曲線を示す図である。 図１３−２は、それぞれの単電池の端子間電圧を上限端子間電圧に調整して製造した組電池が有するそれぞれの単電池の充放電特性曲線を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、単電池の一部断面図である。単電池という場合、正極、負極、セパレータ、電解液及び容器等の電池の構成物を含む単体の電池をいう。単電池１は、二次電池であり、複数回の充放電が可能である。本実施形態において、単電池１は、非水電解質二次電池であり、より具体的にはリチウムイオン電池である。本実施形態において、単電池１はリチウムイオン電池に限定されるものではない。

単電池１は、電極群２と、容器６と、電極押さえ７と、蓋８と、安全弁９と、正極端子１０と、封止材１１と、正極集電リード１２と、負極集電リード１３とを含む。電極群２は、正極３と、セパレータ４と、負極５とを積層した帯状物を渦巻き状に巻回した構造である。電極群２は、容器６の内部に収納される。容器６は、円筒形状の構造物であり、有底かつ底の反対側に開口部を有する。容器６は、例えば、ステンレス鋼で製造される。容器６内に配置された電極群２は、容器６の開口側が電極押さえ７によって固定される。電極押さえ７は、円筒形状の構造物であり、例えば、高分子材料で製造される。セパレータ４は、例えば不織布、ポリプロピレン微多孔フィルム、ポリエチレン微多孔フィルム、ポリエチレン−ポリプロピレン微多孔積層フィルムである。正極３の活物質及び負極５の活物質については後述する。

容器６は、内部に電解液が収納されている。容器６は、開口部に蓋８が溶接されて密閉される。蓋８の開口部には安全弁９が溶接される。正極端子１０は、封止材１１を介して蓋８に固定される。正極集電リード１２及び負極集電リード１３は、いずれも導体（例えば、銅）で製造される。電極群２が有する複数の正極３は、正極集電リード１２によって正極端子１０と電気的に接続される、電極群２が有する複数の負極５は、負極集電リード１３によって負極端子である容器６と電気的に接続される。

図２は、単電池の充放電特性曲線の一例を示す概念図である。単電池１の正極３と負極５との間の電圧、すなわち端子間電圧をＶｔとし、単位時間あたりの充放電容量の積算値である電池容量（充放電の電池容量、放電容量）をＱｃとする。図２中のＶｔｓは単電池１の充電終了時における端子間電圧（充電終了電圧）、Ｑｃｓは単電池１の充電終了時における電池容量（充電終了時容量）、Ｖｔｅは単電池１の放電終了時における端子間電圧（放電終了電圧）、Ｑｃｅは単電池１の放電終了時における電池容量（放電終了時容量）である。放電終了時容量Ｑｃｅは、放電終了電圧Ｖｔｅでの単電池１の電池容量である。

単電池１は、放電を開始すると、電池容量Ｑｃが増加するにしたがって端子間電圧Ｖｔは減少する。この場合、単電池１の端子間電圧Ｖｔを縦軸に、電池容量Ｑｃを横軸にとると、例えば、図２に示すような曲線Ｃが描かれる。曲線Ｃを、充放電特性曲線という。充放電特性曲線は、単電池１の正極３又は負極５が含む活物質の種類、単電池１の製造ばらつき、単電池１の経時変化又は複数の単電池１の配列等によって変化する。例えば、正極３又は負極５が含む活物質の種類によって、単電池１は、単数又は複数の変曲領域を有する充放電特性曲線を有したり、図２に示すような単調に減少する充放電特性曲線を有したりするようになる。

二次電池である単電池１は、充電終了電圧Ｖｔｓが大きくなると、放電終了時容量Ｑｃｅは大きくなる。すなわち、充電終了電圧Ｖｔｓが大きい程、単電池１に蓄えられる電気の量は多くなるので、放電終了時容量Ｑｃｅは大きくなる。充電終了電圧Ｖｔｓは、単電池１の安全性を考慮して上限が決められている。また、放電終了電圧Ｖｔｅは、単電池１の劣化を抑制する観点から、下限が決められている。単電池１がリチウムイオン電池である場合、充電終了電圧Ｖｔｓの上限（上限端子間電圧）であるＶｔ＿ｍａｘは４．２Ｖ程度、放電終了電圧Ｖｔｅの下限端子間電圧であるＶｔ＿ｍｉｎは３．０Ｖ程度が一般的な値である。

図３は、組電池の概念図である。組電池１００は、複数の単電池１を組み合わせて電気的に接続することによって、複合の電池としたものである。図３に示す例では、複数の単電池１を直列に接続しているが、複数の単電池１は、並列に接続されていてもよい。複数の単電池１を直列に接続した場合、組電池１００の端子間電圧（総電圧）、すなわち正極１０１と負極１０２との間の電圧は、組電池１００が有するすべての組電池１００の端子間電圧Ｖｔを総和した値になる。

図４は、複数の単電池の充放電特性曲線を記述した例を示す概念図である。単電池ＳＣａの充放電特性曲線をＣａ、単電池ＳＣｂの充放電特性曲線をＣｂとする。この例において、単電池ＳＣｂの充電終了電圧Ｖｔｓｂ及び放電終了時容量Ｑｃｅｂは、いずれも単電池ＳＣａの充電終了電圧Ｖｔｓａ及び放電終了時容量Ｑｃｅａよりも大きい。このような単電池ＳＣａと単電池ＳＣｂとを組み合わせて組電池１００とした場合、組電池１００が有する単電池ＳＣａ、単電池ＳＣｂの放電終了電圧Ｖｔｅは、上述した理由からいずれも同じ下限値に制限される。したがって、組電池１００は、単電池ＳＣａと単電池ＳＣｂとのいずれか一方の端子間電圧Ｖｔが放電終了電圧Ｖｔｅに達したときに、放電を終了する必要がある。

図４に示す例では、単電池ＳＣａの放電終了時容量Ｑｃｅａは、単電池ＳＣｂの放電終了時容量Ｑｃｅｂよりも小さい。そして、単電池ＳＣａが放電終了電圧Ｖｔｅに到達したとき、単電池ＳＣｂは放電終了電圧Ｖｔｅに到達していない。図４に示す例において、組電池１００は、単電池ＳＣａの端子間電圧Ｖｔが放電終了電圧Ｖｔｅに到達した場合、放電を終了する。この場合、単電池ＳＣａから取り出すことのできる総電力は、図４の縦軸と横軸と充放電特性曲線Ｃａとで囲まれる領域に相当する値であり、単電池ＳＣｂから取り出すことのできる総電力は、図４の縦軸と横軸と充放電特性曲線Ｃｂと直線Ｑｃ＝Ｑｃｅａとで囲まれる領域に相当する値である。これは、単電池ＳＣｂはまだ放電できるにも関わらず、前記組電池１００は放電を停止しなければならないことを意味している。すなわち、組電池１００が放電を停止した状態において、単電池ＳＣｂは、図４の横軸と充放電特性曲線Ｃｂと直線Ｑｃ＝Ｑｃｅａとで囲まれる領域に相当する値の電力を放電できる余裕を残している。すなわち、組電池１００が放電を停止した状態において、単電池ＳＣａの充電状態と単電池ＳＣｂの充電状態とは異なっている。

複数の単電池１を組み合わせて組電池１００とする場合、同様の充放電特性を有する単電池１を異なる充電終了電圧Ｖｔｓ（すなわち異なる充電状態）として組み合わせると、放電終了時容量Ｑｃｅが最も小さい単電池１が放電終了電圧Ｖｔｅに到達したときに組電池１００の放電は停止することになる。このため、放電終了時容量Ｑｃｅに余裕のある単電池１、すなわち、組電池１００が放電を停止したときにまだ放電可能な電力を残している単電池１が存在することになる。したがって、異なる充電終了電圧Ｖｔｓの単電池１を組み合わせた組電池１００は、放電可能な電力を残している単電池１について、その放電能力を十分に利用していないといえる。

また、例えば、充電終了電圧Ｖｔｓが上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘの単電池１と、充電終了電圧Ｖｔｓが下限端子間電圧Ｖｔ＿ｍｉｎの単電池１とを組み合わせて組電池１００を製造した場合を考える。この場合、組電池１００は、上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘの単電池１が存在するため、これ以上充電することはできず、また、下限端子間電圧Ｖｔ＿ｍｉｎの単電池１が存在するため、これ以上放電することはできない。したがって、複数の単電池１を組み合わせて組電池１００を製造する場合、それぞれの単電池１を効率的に利用し、かつ確実に充放電できるようにするため、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔを適切な値とする必要がある。

図５は、複数の単電池を組み合わせて組電池とする際に、各単電池の端子間電圧を調整する例を説明するための概念図である。複数の単電池１を組み合わせて組電池１００を製造する場合、すべての単電池の端子間電圧Ｖｔを、充電終了電圧Ｖｔｓの上限（例えば、４．２Ｖ）に調整した上で、当該調整後の単電池を組み合わせる手法がある。この手法によれば、組電池１００の充電終了時（満充電時）において、組電池１００が有するそれぞれの単電池間の端子間電圧（充電終了電圧）の差が低減される。その結果、それぞれの単電池から取り出ことができる電気エネルギーを安全に平均化することができるので、組電池１００から取り出すことが可能な電力を大きくできる。

図５に示す例は、単電池ＳＣａと単電池ＳＣｂとを組み合わせて組電池１００とするものである。この例では、単電池ＳＣａと単電池ＳＣｂとは、充電終了電圧の上限（上限端子間電圧）であるＶｔ＿ｍａｘまで充電されてから組み合わされる。このため、単電池ＳＣａと単電池ＳＣｂとの充放電特性曲線Ｃａ、Ｃｂは、縦軸と交差する点、すなわち充電終了時において、充電終了電圧Ｖｔｓａ、Ｖｔｓｂが一致するようになる。このようにすれば、単電池ＳＣａの放電終了時容量Ｑｃｅａと単電池ＳＣｂの放電終了時容量Ｑｃｅｂとの差を小さくすることができる。その結果、組電池１００は、それぞれの単電池ＳＣａ、ＳＣｂの放電能力を有効に利用できるので、結果として組電池１００から取り出すことが可能な電力は大きくなる。

組電池１００から取り出すことのできる電力は、組電池１００が有するそれぞれの単電池間における、放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきにより制限を受ける。また、放電終了時容量Ｑｃｅは、単電池の内部抵抗により変化し、前記内部抵抗が高くなると小さくなる。図５に示す例において、単電池ＳＣｂ’は、充放電特性曲線Ｃｂ’を有している。単電池ＳＣｂ’は、単電池ＳＣａ及び単電池ＳＣｂと比較して、放電終了時容量Ｑｃｅｂ’は小さい。通常、組電池１００は、寿命を考慮して一つの単電池が放電終了電圧Ｖｔｅになったときに、放電を停止する。このため、単電池ＳＣｂ’と単電池ＳＣａ又は単電池ＳＣｂとを組み合わせた組電池から取り出すことが可能な電力は、単電池ＳＣａと単電池ＳＣｂとを組み合わせた組電池１００よりも小さくなる。

単電池１が、図２に示すような単調に減少する充放電特性曲線Ｃを有している場合、充電終了電圧Ｖｔｓの近傍では、充放電特性曲線Ｃの傾きの絶対値（＝｜δＶｔ／δＱｃ｜）は小さくなる。このため、充電終了電圧Ｖｔｓの近傍では、端子間電圧Ｖｔの変化に対する電池容量Ｑｃの変化量は大きくなる。複数の単電池１を組み合わせて組電池を製造する際に、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔを充電終了電圧Ｖｔｓに合わせると、複数の単電池１の間において端子間電圧Ｖｔのばらつきが小さくても、電池容量Ｑｃは大きく変化するため、放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきは大きくなる。その結果、単調に減少する充放電特性曲線Ｃを有している単電池１を複数組み合わせて組電池１００を製造すると、最も小さい放電終了時容量Ｑｃｅの単電池１が最も早く放電終了電圧Ｖｔｅになったときに組電池１００は放電を停止する。このとき、組電池１００は、まだ放電能力を有している組電池１が存在していたとしても、放電を停止することになる。このように、単調に減少する充放電特性曲線Ｃを有している単電池１を用いた組電池１００は、すべての単電池１の放電能力を有効に利用できない結果、組電池１００が蓄えている電力の利用効率を高くできない場合がある。

図６は、充放電特性曲線に変曲領域を有する単電池の充放電特性曲線を示す概念図である。図７は、図６に示すような充放電特性曲線を有する単電池を複数組み合わせて組電池とする際に、各単電池の端子間電圧を調整する例を説明するための概念図である。二次電池である単電池１は、正極３と負極５との少なくとも一方に複数の異なる活物質材料を含ませることによって、図６に示すような階段状に変化する充放電特性曲線Ｃｃを有する。この充放電特性曲線Ｃｃは、電池容量Ｑｃが大きくなるにしたがって、すなわち、単電池１の放電が進むにしたがって、大きく分けて、傾きの絶対値が第１の値Ｋ１、第２の値Ｋ２、第３の値Ｋ３と変化する。充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値は、Ｋ１＜Ｋ２、Ｋ２＞Ｋ３の関係がある。

充放電特性曲線Ｃｃは、第１の値Ｋ１の領域Ａ１、第３の値Ｋ３の領域Ａ３及び領域Ａ１と領域Ａ３との間の領域を有する。領域Ａ１と領域Ａ３との間の領域は、第１の値Ｋ１から第２の値Ｋ２に変化し、さらに、第３の値Ｋ３に変化する領域を有する。図６に示す例において、領域Ａ１と領域Ａ３との間の領域は、（Ｖｔ１、Ｑｃ１）から（Ｖｔ２、Ｑｃ２）までの領域である。領域Ａ１と領域Ａ３との間の領域のうち、傾きの絶対値が第２の値Ｋ２の領域を変曲領域Ａ２という。変曲領域Ａ２は、単電池１の電極（正極、負極）が複数の活物質材料を含むことにより、放電の進行にともない単電池１の電極においてイオンを放出する活物質材料が入れ替わることによって、充放電容量が変化する領域である。変曲領域Ａ２は、これ以外の領域、すなわち、領域Ａ１、領域Ａ３、領域Ａ１と変曲領域Ａ２との間の領域及び変曲領域Ａ２と領域Ａ３との間の領域と比較して、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が大きくなる。その結果、変曲領域Ａ２は、これ以外の領域と比較して、端子間電圧Ｖｔの変化に対して電池容量Ｑｃの変化は小さくなる。

本実施形態に係る組電池の製造方法は、組電池１００を構成する複数の単電池１のそれぞれの単電池１の充電状態を変曲領域Ａ２での状態に調整してから、複数の単電池１を組み合わせて組電池１００を製造する。単電池１の充電状態を変曲領域Ａ２の状態に調整する手法としては、例えば、単電池１の端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値｜δＶｔ／δＱｃ｜が、単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２における｜δＶｔ／δＱｃ｜となるように、単電池１の充電状態を調整するものがある。また、前記手法としては、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃを、それぞれの単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２における所定の値に調整するものもある。このようにして、複数の単電池１の充電状態を、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２の状態に調整した後、調整後におけるそれぞれの単電池１を組み合わせて組電池１００とする。

図７に示す例は、充放電特性曲線がＣｃｄの単電池ＳＣｄと、充放電特性曲線がＣｃｅの単電池ＳＣｅとを組み合わせる場合を示している。図７に示すように、単電池ＳＣｄの端子間電圧Ｖｔ及び単電池ＳＣｅの端子間電圧Ｖｔは、いずれも充放電特性曲線Ｃｃｄ、Ｃｃｅの変曲領域Ａ２における値Ｖｔｂに調整されてから組み合わされる。また、単電池ＳＣｄの電池容量Ｑｃ及び単電池ＳＣｅの電池容量Ｑｃは、いずれも充放電特性曲線Ｃｃｄ、Ｃｃｅの変曲領域Ａ２における値Ｑｃｂに調整されてから組み合わされてもよい。いずれの場合でも、単電池ＳＣｄ、ＳＣｅを充電（矢印ＣＨで示す方向）又は放電（矢印ＤＣで示す方向）することにより、単電池ＳＣｄ、ＳＣｅの端子間電圧ＶｔをＶｔｂに調整したり、単電池ＳＣｄ、ＳＣｅの電池容量ＱｃをＱｃｂに調整したりする。

変曲領域Ａ２は、これ以外の領域と比較して、端子間電圧Ｖｔの変化に対する電池容量Ｑｃの変化は小さくなる。このため、複数の単電池ＳＣｄ、ＳＣｅの端子間電圧Ｖｔを変曲領域Ａ２における値Ｖｔｂに調整した上で組み合わせれば、放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制できる。その結果、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造した組電池は、放電を停止したときにおいて、組電池が有するすべての単電池ＳＣｄ、ＳＣｅの放電能力を有効に利用できる。また、本実施形態に係る組電池の製造方法は、すべての単電池ＳＣｄ、ＳＣｅの放電能力を有効に利用できるので、組電池から取り出すことのできる電力の最大化を図ることができる。このように、本実施形態に係る組電池の製造方法は、電力の利用効率が高い組電池を製造できる。

単電池に変曲領域Ａ２を持たせる場合、正極は、例えば、非晶質のＶ_２Ｏ_５又はＬｉ_３Ｏ_８を活物質材料として用いることができる。また、負極は、例えば、Ｌｉ又はＬｉの合金（例えば、Ｌｉ−Ｐｂ−Ｌａ合金等）又はＬｉ−Ｃを活物質材料として用いることができる。この他にも、正極の活物質材料として、Ｌｉ_２±α［Ｍｅ］_４Ｏ_８−ｘ（０≦α＜０．４、０≦ｘ＜１．３、ＭｅはＭｎとＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＣｕからなる群から選択される少なくとも１種とを含む遷移金属元素）で表され、八面体とは異なる粒子形態を有するものを用い、負極の活物質材料として、Ｌｉ_４ＴＱ_５Ｏ_１２を用いてもよい。このように、本実施形態では、単電池の充放電特性曲線に変曲領域を持たせることができる活物質材料であれば、その種類及び混合の比率は問わない。次に、本実施形態に係る組電池の製造方法の手順をより詳細に説明する。

図８は、本実施形態に係る組電池の製造方法の手順を示すフロー図である。図９は、変曲領域を有する充放電特性曲線を示す概念図である。図１０は、変曲領域における所定の端子間電圧に調整した単電池を組み合わせた組電池を示す模式図である。図１１−１は、変曲領域において端子間電圧を調整する際の説明図である。図１１−２から図１１−４は、端子間電圧が調整された単電池の変曲領域を示す図である。本実施形態に係る組電池の製造方法により図３に示すような組電池１００を製造するにあたって、まず、ステップＳ１０１において、単電池１の充放電特性曲線は正常であるか否かが判定される。なお、図９に示すように、本実施形態に係る組電池の製造方法で用いる単電池１は、充放電特性曲線Ｃｃが変曲領域Ａ２を有するものである。

単電池１の充放電特性曲線は正常であるか否かを判定するにあたり、まず、単電池１を充電又は放電させることにより充放電特性曲線を求める。この手順が、予備検査手順である。そして、求めた充放電特性曲線に基づいて単電池１の充放電特性曲線が正常であるか否かが判定される。例えば、得られた単電池１の充放電特性曲線と、正常な充放電特性曲線とを比較して、両者の一致率が所定の値よりも低い場合には、単電池１の充放電特性曲線は正常でないと判定される。単電池１の充放電特性曲線が正常でない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２において、充放電特性曲線が正常でない単電池１は、組電池１００の対象外であるとして、組電池１００を構成する単電池としては用いられない。単電池１の充放電特性曲線が正常である場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、その単電池１を組電池１００の対象として用いる。

次に、ステップＳ１０３に進み、組電池１００の対象である複数の単電池１のそれぞれの充電状態を、それぞれの単電池１の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整する。この手順が、調整手順である。Ｎ個の単電池１を組み合わせて組電池１００とする場合、調整手順においては、それぞれの単電池１の充電状態を調整する。このように、組電池１００を構成するそれぞれの単電池１について、充電状態を変曲領域における状態とすれば、完成した組電池１００は、単電池１の充放電特性のばらつきが組電池１００に与える影響、特に、組電池１００の電池容量が、放電終了時容量Ｑｃｅの最も小さい単電池１によって制限を受けることを低減できる。

単電池１の充電状態を変曲領域Ａ２における状態とする場合、単電池１は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値Ｋ２が、充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２における所定の値に調整される。充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値Ｋ２は、単電池１の端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値｜δＶｔ／δＱｃ｜である。また、単電池１の充電状態を変曲領域Ａ２における状態とする場合、単電池１の端子間電圧Ｖｔが、充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２における所定の値に調整されてもよい。さらに、単電池１は、端子間電圧Ｖｔの代わりに電池容量Ｑｃが、充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２における所定の値に調整されてもよい。

変曲領域Ａ２は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値Ｋが変曲領域Ａ２以外の領域よりも大きくなる。このため、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔを、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２における所定の値に調整した上で組み合わせることにより、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制できる。その結果、組電池１００は、自身が有する単電池１を効率的に利用できるようになるので、組電池１００からは、より多くの電力を取り出すことができるようになる。

図９を参照して、変曲領域Ａ２の範囲を説明する。本実施形態において、単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２は、第１の値Ｋ１又は第３の値Ｋ３を基準として規定することができる。例えば、変曲領域Ａ２は、充放電特性曲線Ｃｃにおいて、傾きの絶対値が第１の値Ｋ１又は第３の値Ｋ３の２倍以上、より具体的にはＫ１とＫ３とを比較して、大きい方の２倍以上となる領域とする。第１の値Ｋ１又は第３の値Ｋ３を基準として変曲領域Ａ２を規定する場合、第１の領域Ａ１又は第３の領域Ａ３における任意の複数点（例えば、５点）の平均値とする。

上述したように、変曲領域Ａ２を有する充放電特性曲線Ｃｃは、第１の領域Ａ１から変曲領域Ａ２を経て第３の領域Ａ３へ至る間で階段状に変化する、特徴的な形状を有する。このため、第１の領域Ａ１及び第３の領域Ａ３は、充放電特性曲線Ｃｃが階段状に変化する部分において、傾きが大きい部分の両側における、相対的に傾きの小さい領域として識別される。なお、第３の領域Ａ３は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が増加し始めるまで、すなわち、充放電特性曲線Ｃｃの端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで二階微分した値の符号が正になるまでの領域である。

また、変曲領域Ａ２は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値｜δＶｔ／δＱｃ｜の最大値Ｋ２ｍａｘ（＝｜δＶｔ／δＱｃ｜＿ｍａｘ）を用いて規定してもよい。この場合、例えば、変曲領域Ａ２は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値、すなわち、単電池１の端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値｜δＶｔ／δＱｃ｜が、Ｋ２ｍａｘの５０％以上である領域とする。このように、変曲領域Ａ２は、第１の値Ｋ１又は第３の値Ｋ３を基準とするか、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値の最大値Ｋ２ｍａｘを基準とするか、いずれかによって規定すればよい。特に、後者は、第１の値Ｋ１又は第３の値Ｋ３が変動するような場合に有利である。

本実施形態の調整手順において、単電池１は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値、すなわち、単電池１の端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値｜δＶｔ／δＱｃ｜が最大となるときの状態に調整されることが好ましい。図９に示す例では、単電池１の充電状態は、充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２において、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大値Ｋ２ｍａｘとなるときの状態に調整される。例えば、上述した予備検査手順で求めた調整対象の単電池１の充放電特性曲線Ｃｃから、調整対象の単電池１の端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値の最大値｜δＶｔ／δＱｃ｜＿ｍａｘを求めておく。そして、調整対象の単電池１の端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値｜δＶｔ／δＱｃ｜を求めながら、調整対象の単電池１を充電又は放電させ、｜δＶｔ／δＱｃ｜が｜δＶｔ／δＱｃ｜＿ｍａｘとなったときに充電又は放電を停止する。このようにすることで、単電池１の状態を、単電池１の充放電特性曲線の変曲領域において、充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの状態に調整することができる。

なお、同じ種類の複数の単電池１を組み合わせて組電池１００を製造する場合、それぞれの単電池１の充放電特性は同一であると仮定して、一つの単電池１の｜δＶｔ／δＱｃ｜＿ｍａｘを求め、これを他の単電池１に対して適用してもよい。このようにすれば、充電状態が変曲領域Ａ２における状態に調整されるすべての単電池に対して｜δＶｔ／δＱｃ｜＿ｍａｘを求める必要はないので、組電池１００を製造する手間を低減できる。

また、単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃを変曲領域Ａ２における所定の値に調整する場合、端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃは、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大となるときの端子間電圧又は電池容量に調整されることが好ましい。充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値は、端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値である。すなわち、単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃは、充放電特性曲線Ｃｃの端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで二階微分した値の符号が正から負又は負から正に変わるとき、すなわち、前記二階微分した値が０となるときにおける端子間電圧又は電池容量に調整される。

図９に示す例では、単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃは、｜δＶｔ／δＱｃ｜＝Ｋ２ｍａｘのときの端子間電圧Ｖｔｂ又は電池容量Ｑｃｂに調整される。この場合、例えば、上述した予備検査手順で求めた調整対象の単電池１の充放電特性曲線Ｃｃから、調整対象の単電池１の｜δＶｔ／δＱｃ｜＿ｍａｘに対応する端子間電圧Ｖｔｂ又は電池容量Ｑｃｂを求めておく。そして、調整対象の単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃを監視しながら調整対象の単電池１を充電又は放電させ、端子間電圧Ｖｔ又は電池容量ＱｃがＶｔｂ又はＱｃｂとなったときに充電又は放電を停止する。このようにすることで、単電池１の状態を、単電池１の充放電特性曲線の変曲領域において、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大となるときの状態に調整することができる。

なお、同じ種類の複数の単電池１を組み合わせて組電池１００を製造する場合、それぞれの単電池１の充放電特性は同一であると仮定して、一つの単電池１の端子間電圧Ｖｔｂ又は電池容量Ｑｃｂを求め、これを他の単電池１に対して適用してもよい。このようにすれば、充電状態が変曲領域Ａ２における状態に調整されるすべての単電池に対して端子間電圧Ｖｔｂ又は電池容量Ｑｃｂを求める必要はないので、組電池１００を製造する手間を低減できる。

充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大となるときは、単電池１の端子間電圧Ｖｔの変化に対する電池容量Ｑｃの変化が最も小さくなる。このため、ステップＳ１０３において、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃを、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大となるときの端子間電圧Ｖｔｂ又は電池容量Ｑｃｂに調整した上で組み合わせれば、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制する効果は大きくなる。

それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔは、それぞれの単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２において、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大（Ｋ２ｍａｘ）となるときの端子間電圧Ｖｔｂに対して、±５％の値に調整されていればよい。すなわち、図１１−１に示すように、変曲領域Ａ２における所定の値は、０．９５×Ｖｔｂ以上１．０５×Ｖｔｂ以下の範囲であればよい。それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔを、前記範囲内に調整した上で組み合わせれば、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制できる。なお、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔは、それぞれの単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２において、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大（Ｋ２ｍａｘ）となるときの端子間電圧Ｖｔｂに対して、±３％の値に調整されていることがより好ましい。このようにすれば、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきをさらに抑制できる。

また、それぞれの単電池１の電池容量Ｑｃは、それぞれの単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２において、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大（Ｋ２ｍａｘ）となるときの電池容量Ｑｃｂに対して、±８％の値に調整されていればよい。すなわち、図１１−１に示すように、変曲領域Ａ２における所定の値は、０．９２×Ｑｃｂ以上１．０８×Ｑｃｂ以下の範囲であればよい。それぞれの単電池１の電池容量Ｑｃを、前記範囲内に調整した上で組み合わせれば、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制できる。なお、それぞれの単電池１の電池容量Ｑｃは、それぞれの単電池１の充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２において、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が最大（Ｋ２ｍａｘ）となるときの電池容量Ｑｃｂに対して、±５％の値に調整されることがより好ましい。このようにすれば、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきをさらに抑制できる。

単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃを調整する場合、端子間電圧Ｖｔ及び電池容量Ｑｃを測定しながら、｜δＶｔ／δＱｃ｜、すなわち、端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで一階微分した値の絶対値を計算し、｜δＶｔ／δＱｃ｜が最大となるまで単電池１を充放電する。この場合、端子間電圧Ｖｔを電池容量Ｑｃで二階微分した値の絶対値が０になるまで、単電池１を充放電してもよい。また、ステップＳ１０１で単電池１の充放電特性曲線を求め、得られた充放電特性曲線から｜δＶｔ／δＱｃ｜が最大となるときの端子間電圧Ｖｔｂ又は電池容量Ｑｃｂの値を求め、単電池１の端子間電圧ＶｔがＶｔｂ又はＱｃｂになるまで単電池１を充放電してもよい。最後の方法は、ステップＳ１０３で単電池１の端子間電圧Ｖｔを調整するにあたって、単電池１の端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃのみを測定すればよいので、比較的簡易に端子間電圧Ｖｔを必要な値に調整できる。

調整手順においては、それぞれの単電池１の充電状態を、それぞれの単電池１の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整すればよい。したがって、組電池１００を構成する複数の単電池１は、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２が開始する点ＳＰ１又は終了する点ＳＰ２（図９参照）における充電状態に調整されてもよい。このようにしても、組電池１００を構成するそれぞれの単電池１は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が大きい変曲領域Ａ２における充電状態とされた後に組み合わされるので、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを効果的に抑制できる。なお、本実施形態において、変曲領域Ａ２が開始する点ＳＰ１と終了する点ＳＰ２とは、それぞれ、単電池１が放電する場合の変曲領域Ａ２が開始する点と終了する点とをいう。また、組電池１００を構成する複数の単電池１は、充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２が開始する点ＳＰ１と終了する点ＳＰ２との間の所定の点における充電状態に調整されてもよい。この場合にも、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを効果的に抑制できる。

単電池１の充放電状態が調整されたら、ステップＳ１０４へ進み、調整後の単電池１が直列に組み合わされて、組電池１００となる。本実施形態に係る組電池の製造方法は、組電池１００を構成するそれぞれの充電状態を、傾きの絶対値が大きい変曲領域における状態とした上で組み合わせ、組電池１００を製造する。このような方法によって完成した組電池１００は、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを低減できる。その結果、単電池１の充放電特性のばらつきが組電池１００に与える影響、特に、組電池１００の電池容量が、放電終了時容量Ｑｃｅの最も小さい単電池１によって制限を受けることを低減できる。

図１０は、６個の単電池１を直列に接続して組電池１００とした例を示している。この場合、組電池１００の端子間電圧Ｖｔｓ＿Ｃは、ステップＳ１０３の調整後におけるそれぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔｂを総和した値になる。単電池１を直列接続して組電池１００とした場合、それぞれの単電池１の電流値は一定なので、それぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔは、それぞれの単電池１の内部抵抗によって定まる。このため、直列接続の組電池１００は、それぞれの単電池１の端子間電圧はばらつくことになる。

本実施形態に係る組電池の製造方法により製造した組電池１００は、それぞれの単電池１の充電状態を、充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２の状態としている。すなわち、組電池１００を構成するそれぞれの単電池１は、充放電特性曲線Ｃｃの傾きの絶対値が大きい変曲領域Ａ２における充電状態とされた後に組み合わされるので、それぞれの単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを効果的に抑制できる。その結果、組電池１００が有する単電池１の内部抵抗が異なることによりそれぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔが異なる状態で、一つの単電池１が放電終了電圧Ｖｔｅになった場合において、組電池１００を構成する複数の単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制できるので、それぞれの単電池１が有する放電能力を有効に利用できる。

次に、ステップＳ１０５へ進み、組電池１００の充放電は正常か否かが判定される。例えば、組電池１００を充放電することにより組電池１００の充放電特性曲線を得て、得られた充放電特性曲線に基づき、組電池１００の充放電が正常であるか否かが判定される。組電池１００の充放電が正常である場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、組電池１００が完成する。組電池１００の充放電が正常でない場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、単電池１同士の接続、単電池１の充放電が正常か否か及び単電池１同士を組み合わせる際における端子間電圧Ｖｔの調整等がチェックされる（ステップＳ１０６）。

本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池１００は、組電池１００に対して充放電することによって、それぞれの単電池１の充放電特性曲線を求めると、それぞれの単電池１の充放電特性曲線は、それぞれの変曲領域において所定の範囲内にある。より具体的には、図１１−２に示すように、組電池１００を構成する複数の単電池１のすべては、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける傾きの絶対値が最大Ｋ２ｍａｘａ、Ｋ２ｍａｘｂとなるときにおける端子間電圧Ｖｔｂａ、Ｖｔｂｂ又は電池容量Ｑｃｂａ、Ｑｃｂｂが所定の範囲ΔＶｔｂ、ΔＱｃｂ内にある。なお、この例では、２個の単電池１について説明しているが、組電池１００の対象となっているすべての単電池１について、それぞれの充放電特性曲線が、それぞれの変曲領域において所定の範囲内になる（以下の例でも同様）。

変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂは、これ以外の領域と比較して、単電池１の端子間電圧Ｖｔの変化に対する電池容量Ｑｃの変化は小さい。このため、組電池１００は、複数の単電池１間における放電終了時容量Ｑｃのばらつきが低減される。その結果、単電池１の充放電特性のばらつきが組電池１００に与える影響、特に、組電池１００の電池容量が、放電終了時容量Ｑｃｅの最も小さい単電池１によって制限を受けることを低減できる。なお、図１１−２は、組電池１００を構成する複数の単電池１のうち二つを例として抽出し、それらの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２を記述したものである。実際は、組電池１００の対象となっているすべての単電池１について、それぞれの充放電特性曲線が、それぞれの変曲領域において所定の範囲内になる。

所定の範囲ΔＶｔｂは、例えば、充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける傾きの絶対値が最大Ｋ２ｍａｘａ、Ｋ２ｍａｘｂとなるときにおける端子間電圧Ｖｔｂａ、Ｖｔｂｂの標準偏差σｖが０．１５以内の範囲とすることができる。また、所定の範囲ΔＶｔｂは、例えば、組電池１００を構成するそれぞれの単電池１の端子間電圧Ｖｔｂａ、Ｖｔｂｂを平均することにより得られた平均値の±５％以内、すなわち、０．９５倍以上１．０５倍以下の範囲としてもよい。

同様に、所定の範囲ΔＱｃｂは、例えば、充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける傾きの絶対値が最大Ｋ２ｍａｘａ、Ｋ２ｍａｘｂとなるときにおける電池容量Ｑｃｂａ、Ｑｃｂｂの標準偏差σＱが０．１以内の範囲とすることができる。また、所定の範囲ΔＱｃｂは、例えば、組電池１００を構成するそれぞれの単電池１の電池容量Ｑｃｂａ、Ｑｃｂｂを平均して得られた平均値±１０％以内、すなわち、の０．９倍以上１．１倍以下の範囲としてもよい。

上述したように、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池１００は、それぞれ、すなわちすべての単電池１の充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２は、それぞれの変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂにおいて所定の範囲内にある。この場合、図１１−３に示すように、それぞれの単電池１の充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２は、それぞれの変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂで交差する場合もある。より具体的には、充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２は、それぞれの変曲領域Ａ２ａ、Ａ２ｂにおいて、充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の傾きの絶対値が最大（Ｋ２ｍａｘａ、Ｋ２ｍａｘｂ）となる部分又はその近傍で一致又は交差するようになる。

調整手順において、単電池１の充電状態を、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃの変曲領域Ａ２が開始する点ＳＰ１又は終了する点ＳＰ２（図９参照）における充電状態に調整した場合、それぞれの単電池１は、次のようになる。すなわち、図１１−４に示すように、それぞれの単電池１は、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域が開始する点ＳＰ１又は終了する点ＳＰ２において、端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃが所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃ内にある。この場合の所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃは、上述した所定の範囲ΔＶｔｂ、ΔＱｃｂと同様である。

すなわち、調整手順において、単電池１の充電状態を、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域Ａ２が開始する点ＳＰ１から終了する点ＳＰ２までの所定の点における充電状態に調整した場合、それぞれの単電池１は、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域が開始する点ＳＰ１から終了する点ＳＰ２までの所定の点において、端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃが所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃ内にある。この場合、所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃは、上述した所定の範囲ΔＶｔｂ、ΔＱｃｂと同様である。

また、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池１００は、充放電によって、それぞれの単電池１の充放電特性曲線を求めると、それぞれの単電池１の充放電特性曲線は、それぞれの変曲領域において所定の範囲内にある。そして、前記充放電特性曲線の変曲領域におけるばらつきは、変曲領域以外の領域（前述の領域Ａ１、Ａ３）におけるばらつきよりも大きくなる。

上述したように、組電池１００を構成する複数の単電池１のそれぞれは、調整手順において、単電池１の充電状態を、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の、変曲領域Ａ２が開始する点ＳＰ１から終了する点ＳＰ２までの所定の点における充電状態に調整される。この場合、それぞれの単電池１は、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域が開始する点ＳＰ１から終了する点ＳＰ２までの所定の点において、端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃが所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃ内にある。同時に、それぞれの単電池１は、領域Ａ１又は領域Ａ３の所定の点（例えば、充電完了時点、あるいは放電完了時点）における端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃのばらつきが、変曲領域Ａ２におけるばらつきよりも大きくなる。

また、それぞれの単電池１は、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２の変曲領域が開始する点ＳＰ１から終了する点ＳＰ２までの所定の点において、端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃが所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃ内にある。同時に、それぞれの単電池１は、放電終了時近傍における端子間電圧Ｖｔ又は電池容量Ｑｃのばらつきが、変曲領域におけるばらつきよりも大きくなる。この場合の所定の範囲ΔＶｔ、ΔＱｃも、上述した所定の範囲ΔＶｔｂ、ΔＱｃｂと同様である。

このように、組電池１００を構成するそれぞれの単電池１は、変曲領域を中心として、放電が進む（電池容量Ｑｃが大きくなる）又は充電が進む（端子間電圧Ｖｔが大きくなる）にしたがって、端子間電圧Ｖｔのばらつき又は電池容量Ｑｃのばらつきは大きくなる。そして、変曲領域内のいずれかの点において、前記ばらつきは最も小さくなる。したがって、それぞれの単電池１の充放電特性曲線を１つに重ねた場合（この例では１つの図に重ねている）には、図７に示すように、領域Ａ１から領域Ａ２の方向（または領域Ａ３から領域Ａ１の方向）に向かって端子間電圧Ｖｔの範囲又は電池容量Ｑｃの範囲が狭くなる（収束する）傾向を有する。

このような端子間電圧Ｖｔのばらつき又は電池容量Ｑｃのばらつきの傾向は、組電池１００を構成する単電池１の充放電特性（充放電状態）にばらつきが存在するために生ずる。すなわち、このばらつきは、単電池１の製造時のばらつきに起因する電池容量のばらつきが存在すること、あるいは製造時における電池容量Ｑｃのばらつきの有無に関わらず、組電池１００を構成する組電池１のそれぞれの充放電ばらつきに起因する端子間電圧Ｖｔのばらつき等が存在すること等が原因で生じる。組電池１００を構成する単電池１の充放電特性（充放電状態）のばらつきが小さい場合、上述した傾向は少なくなり、組電池１００の充電終了時点から放電完了時点までの間で、端子間電圧Ｖｔのばらつき又は電池容量Ｑｃのばらつきも小さくなる。しかし、この場合も、組電池１００は、充電完了時点又は放電完了時点におけるそれぞれの単電池の端子間電圧Ｖｔ及び電池容量Ｑｃのばらつきは、変曲領域におけるばらつきよりも大きくなる。

組電池１００に対して充放電することによって得られたそれぞれの単電池１のうちそれぞれ、すなわちすべての充放電特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２が上述したようなものであれば、組電池１００を構成する単電池１の放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきを抑制できる。その結果、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池１００は、自身が有する単電池１の放電能力を有効に利用できるので、組電池１００が蓄えている電力の利用効率を高くすることができる。

本実施形態では、組電池１００を製造するにあたって、組電池１００の対象となっている複数の単電池１のそれぞれ、すなわちすべての充電状態を、それぞれの単電池１の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整すればよい。このようにすれば、組電池１００の放電が終了する場合、すなわち、組電池１００を構成する一つの単電池１が放電終了電圧Ｖｔｅになった場合に、組電池１００を構成するすべての単電池１間における放電終了時容量Ｑｃｅのばらつきをさらに抑制できる。そして、組電池１００が蓄えている電力の利用効率をさらに高くすることができる。

図１２−１、図１３−１は、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造した組電池が有するそれぞれの単電池の充放電特性曲線を示す図である。図１２−２、図１３−２は、それぞれの単電池の端子間電圧を上限端子間電圧に調整して製造した組電池が有するそれぞれの単電池の充放電特性曲線を示す図である。図１２−１から図１３−２の単電池は、正極及び負極の活物質材料にいずれも同じものを用いている。図１２−１と図１３−１とは、正極に含まれる活物質材料の混合比率を変更することにより、充放電特性曲線を変更したものである。図１２−２と図１３−２とについても、図１２−１と図１３−１との関係と同様である。

図１２−１から図１３−２に示す例においては、３種類の単電池Ｓｃａ、Ｓｃｂ、Ｓｃｃを組み合わせて組電池を製造する。実線で示す充放電特性曲線Ｃｃａは単電池Ｓｃａのものであり、一点鎖線で示す充放電特性曲線Ｃｃｂは単電池Ｓｃｂのものであり、破線で示す充放電特性曲線Ｃｃｃは単電池Ｓｃｃのものである。単電池Ｓｃｃは、単電池Ｓｃａよりも放電終了時容量Ｑｃｅが大きく、単電池Ｓｃｂは、単電池Ｓｃａよりも放電終了時容量Ｑｃｅが小さい。このように、単電池Ｓｃａ、Ｓｃｂ、Ｓｃｃは、充放電特性にばらつきが存在し、放電終了時容量Ｑｃｅが異なっている。

図１２−１、図１３−１に示すように、本実施形態に係る組電池の製造方法は、それぞれの充放電特性曲線Ｃｃａ、Ｃｃｂ、Ｃｃｃの変曲領域で単電池１の端子間電圧Ｖｔを調整する。本実施形態に係る組電池の製造方法は、それぞれの単電池Ｓｃａ、Ｓｃｂ、Ｓｃｃの端子間電圧を上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整した場合と比較して、最も放電終了時容量Ｑｃｅが小さい単電池Ｓｃｂの放電終了時容量Ｑｃｅを大きくできる。このように、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池は、それぞれの単電池の端子間電圧を上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整した場合と比較して、放電終了時容量Ｑｃｅにばらつきのある単電池を用いた場合でも、最も放電終了時容量Ｑｃｅが小さい単電池Ｓｃｂの放電終了時容量Ｑｃｅを大きくできる。

また、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池の総電池容量は、それぞれの単電池の端子間電圧を上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整した場合と比較して、図１２−１に示す例では０．６％、図１３−１に示す例では２．９７％向上している。なお、この結果は、図１２−１、図１２−２に示す例においては、組電池の端子間電圧を１２．６Ｖから９Ｖの範囲で使用し、図１３−１、図１３−２に示す例においては、組電池の端子間電圧を１２Ｖから９．６Ｖの範囲で使用した結果である。このように、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池は、すべての単電池１をより効率的に利用して、より多くの電力を取り出すことができるといえる。

また、標準電圧３．５Ｖ、公称の総充放電容量が１０Ａｈ±１０％の３つの単電池、すなわち、総電池容量が９Ａｈ、１０Ａｈ、１１Ａｈの３つのセルを組み合わせて組電池を製造した場合、それぞれの単電池の端子間電圧を上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整して組電池を製造した場合は、総電池容量は約７．８２２Ａｈとなる。これに対して、本実施形態に係る組電池の製造方法によって組電池を製造した場合は、総電池容量は約８．０５４Ａｈとなる。このように、本実施形態に係る組電池の製造方法は、電池容量にばらつきのある単電池を用いた場合でも、より多くの電力を取り出すことが可能な組電池を製造できる。

それぞれの単電池Ｓｃａ、Ｓｃｂ、Ｓｃｃの端子間電圧Ｖｔを調整する際の誤差が、目標値に対して±５０ｍＶ存在するとする。本実施形態に係る組電池の製造方法により単電池の端子間電圧Ｖｔを変曲領域における所定の値Ｖｔｂに調整して組電池を製造した場合、所定の値の範囲は、Ｖｔｂ（３．５Ｖ）±５０ｍＶとなる。図１２−１に示す例において、単電池の電圧が所定の値Ｖｔｂで１００ｍＶ（５０ｍＶ×２）変化した場合、電池容量Ｑｃは、０．０２５ｍＡｈ／ｇ（グラムあたりにおける電池容量）である。

それぞれの単電池の端子間電圧Ｖｔを上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整して組電池を製造した場合、上限端子間電圧の範囲は、Ｖｔ＿ｍａｘ（４．２Ｖ）±５０ｍＶとなる。図１２−２に示す例において、単電池の電圧が上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘで１００ｍＶ（５０ｍＶ×２）変化した場合、電池容量Ｑｃは、０．０６４ｍＡｈ／ｇ変化する。これらの結果から、本実施形態に係る組電池の製造方法は、端子間電圧Ｖｔに誤差が存在した場合における電池容量の誤差を、それぞれの単電池の端子間電圧Ｖｔを上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整する場合と比較して、３９％（０．０２５／０．０６４×１００）に低減できる。

図１３−１に示す例において、本実施形態に係る組電池の製造方法によると、単電池の電圧が所定の値Ｖｔｂで１００ｍＶ（５０ｍＶ×２）変化した場合、電池容量Ｑｃは、０．０３４ｍＡｈ／ｇ変化する。図１３−２に示す例において、それぞれの単電池の端子間電圧Ｖｔを上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整すると、単電池の電圧が上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘで１００ｍＶ（５０ｍＶ×２）変化した場合、電池容量Ｑｃは、０．０９３ｍＡｈ／ｇ変化する。これらの結果から、本実施形態に係る組電池の製造方法は、端子間電圧Ｖｔに誤差が存在する場合における電池容量の誤差を、それぞれの単電池の端子間電圧Ｖｔを上限端子間電圧Ｖｔ＿ｍａｘに調整する場合と比較して、３７％（０．０３４／０．０９３×１００）に低減できる。

このように、本実施形態に係る組電池の製造方法は、端子間電圧Ｖｔに誤差が存在する場合における電池容量の誤差を低減できるので、図１２−１及び図１３−１に示すように、単電池Ｓｃａ、Ｓｃｂ、Ｓｃｃの放電終了時容量ＱｃｅのばらつきΔＱｃｅを低減できる。その結果、本実施形態に係る組電池の製造方法は、組電池が有する単電池の放電特性にばらつきが存在しても、放電終了時容量ＱｃｅのばらつきΔＱｃｅを抑制できる。このため、本実施形態に係る組電池の製造方法は、充放電特性のばらつきが存在する単電池を組み合わせても、組電池からより多くの電力を取り出すことができる。また、本実施形態に係る組電池の製造方法は、充放電特性のばらつきの大きい単電池を組み合わせても、組電池の性能を確保しやすい。このため、充放電特性のばらつきが大きいため、これまでは組み合わせられなかった単電池の組み合わせも可能になる。また、本実施形態に係る組電池の製造方法は、単電池の充放電特性のばらつきがある程度存在しても、組電池として使用できる。その結果、本実施形態に係る組電池の製造方法は、単電池及び組電池としての歩留まりを改善でき、生産性を向上させることができる。

本実施形態において、組電池が有する単電池は、複数の変曲領域を有していてもよい。この場合、単電池から取り出すことのできる電池容量及び安全性等を考慮して、それぞれの単電池の状態（端子間電圧又は電池容量）を、いずれかの変曲領域の状態に合わせる。また、それぞれの単電池が並列に接続されて組電池が製造されてもよい。さらに、正極に複数の活物質材料を含ませて単電池に変曲領域を持たせてもよいし、負極に複数の活物質材料を含ませて単電池に変曲領域を持たせてもよいし、正極及び負極の両方に複数の活物質材料を含ませて単電池に変曲領域を持たせてもよい。

また、本実施の形態では、図１に示すように、円筒形状の容器６と、正極３とセパレータ４と負極５とを積層した帯状物を渦巻き状に巻回した電極群２とを有する単電池１を複数組み合わせて組電池１００としていたが、単電池１の容器の形状及び電極群の構造はこれに限らない。例えば、正極とセパレータと負極とを平板状に積層させた電極群を、アルミニウムフィルム等でラミネートした構造を有する直方体形状の単電池を複数組み合わせて組電池としてもよい。

また、本実施形態に係る組電池の製造方法によって製造された組電池を、さらに複数組み合わせて組電池としてもよい。この場合も、それぞれの組電池において、複数の単電池間における電池容量のばらつきを低減できる。このため、それぞれの組電池においても単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響（特に、組電池の電池容量が、組電池の放電が終了したときにおける電池容量の最も小さい単電池によって制限を受けること）を低減できる。

以上のように、本発明に係る組電池の製造方法及び組電池は、複数の単電池を組み合わせる際に、単電池の充放電特性のばらつきが組電池に与える影響を低減することに有用である。

１ 単電池
２ 電極群
３、１０１ 正極
４ セパレータ
５、１０２ 負極
６ 容器
７ 電極押さえ
８ 蓋
９ 安全弁
１０ 正極端子
１１ 封止材
１２ 正極集電リード
１３ 負極集電リード
１００ 組電池

Claims (7)

1. 充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を組み合わせて組電池とする際に、
   それぞれの前記単電池の充電状態を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域における状態に調整する調整手順と、
   前記調整後におけるそれぞれの前記単電池を組み合わせて組電池とする組み合わせ手順と、
   を含むことを特徴とする組電池の製造方法。
2. 前記調整手順においては、
   それぞれの前記単電池の充電状態を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域において、それぞれの前記充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの状態に調整する
   請求項１に記載の組電池の製造方法。
3. 前記調整手順においては、
   それぞれの前記単電池の端子間電圧又は電池容量を、それぞれの前記単電池の充放電特性曲線の変曲領域において、それぞれの前記充放電特性曲線の傾きの絶対値が最大となるときの端子間電圧又は電池容量となるように調整する
   請求項１又は２に記載の組電池の製造方法。
4. 充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、
   それぞれの前記単電池の充放電特性曲線は、それぞれの前記変曲領域において所定の範囲内にあることを特徴とする組電池。
5. 充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、
   それぞれの前記単電池の充放電特性曲線を１つに重ねた場合、それぞれの前記単電池の端子間電圧のばらつき又は電池容量のばらつきは、前記変曲領域よりも、充電完了時点又は放電完了時点の方が大きくなることを特徴とする組電池。
6. 充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、
   それぞれの前記単電池は、それぞれの充放電特性曲線の変曲領域における傾きの絶対値が最大となるときにおける端子間電圧又は電池容量が所定の範囲内にある請求項５又は６に記載の組電池。
7. 充放電特性を示す充放電特性曲線に変曲領域を有する複数の単電池を有し、
   それぞれの前記単電池は、それぞれの充放電特性曲線の変曲領域が開始する点又は終了する点において、端子間電圧又は電池容量が所定の範囲内にある請求項５又は６に記載の組電池。

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