JP2014157749A - 非水電解質電池、電池制御装置および電池制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】非水電解質電池の開放弁の開放を正確かつ迅速に検知する。
【解決手段】
実施形態の非水電解質電池によれば、外装缶及び蓋を有する外装部材と、前記外装部材に設けられる負極端子と、前期外装部材に設けられる正極端子と、前記外装部材内に配置され、正極及び負極を含む電極群と、前記負極端子と前記負極とを電気的に接続する負極リードと、前記正極端子と前記正極とを電気的に接続する正極リードと、前記外装部材に設けられる開放弁と、前記外装部材内の内部情報を取得し、取得した前記内部情報を送出する内部情報取得装置と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、非水電解質電池、電池制御装置および電池制御システムに関する。

非水電解質電池は、充放電時に副反応として発生するガスの影響等により電池内圧が上昇する。この電池内圧が予め設定された圧力に達した際に外装部材内部のガスを開放弁を用いて排出する技術が知られている。この開放弁の開放により、電池内部の圧力が低下し、電池の破損を防ぎ安全性を確保している。通常は、開放弁の開放圧力になるより前に電池電圧や、電池温度に異常が発生し、それを電池制御装置等が検知した時点で当該電池の使用が停止されるため、開放弁が開くまで内圧が上がりきる状態になることは稀である。

実開平０４−８１４５７号公報

しかしながら、電池電圧や、電池温度の異常が検出されない場合であって、予め定めた開放圧に達していないにもかかわらず開放弁が開放してしまう場合がある。このような場合には、開放弁が開いた状態で電池を使用し続けてしまうこととなる。

一方、予め定めた開放圧に達したのにもかかわらず開放弁が開放に至らず、電圧や温度の異常がなかった場合、その高圧により外装部材など他の電池内外の部品破損が懸念される。

そこで、本発明の実施形態では、電池内部で直接電池の内部情報を取得し、この取得した情報を外部へ送信する装置を設置する。監視装置（中央処理装置）は、この内部情報に基づき電池の充放電を制御する。

実施形態の非水電解質電池によれば、
外装缶及び蓋を有する外装部材と、
前記外装部材に設けられる負極端子と、
前期外装部材に設けられる正極端子と、
前記外装部材内に配置され、正極及び負極を含む電極群と、
前記負極端子と前記負極とを電気的に接続する負極リードと、
前記正極端子と前記正極とを電気的に接続する正極リードと、
前記外装部材に設けられる開放弁と、
前記外装部材内の内部情報を取得し、取得した前記内部情報を送出する内部情報取得装置と、を含む。

実施形態に係る非水電解質電池の分解斜視図。 非水電解質電池に用いられる電極群の部分展開斜視図。 実施形態に係る監視装置および内部情報処理装置のブロック図。 実施形態に係る測定値情報ＤＢ２６１に格納されたテーブルの一例を示す図 実施形態に係る電池制御情報ＤＢ２６２に格納されたテーブルの一例を示す図。 実施形態に係る電池制御装置の動作を示すフローチャート。

以下、実施の形態について、図面を参照ながら説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態によれば、外装部材と、電極群と、負極リードと、開放弁と、ガス放出部とを含む非水電解質電池が提供される。外装部材は、外装缶と、外装缶の開口部に配置される蓋とを有する。負極端子は、外装缶または蓋に設けられている。電極群は、正極及び負極を含み、かつ外装部材内に配置される。負極リードは、負極端子と負極とを電気的に接続する。開放弁は、外装缶または蓋に設けられる。ガス放出部は、ゼオライト系多孔性物質を含む。また、ガス放出部は、負極リードからの熱伝導が可能なように外装部材内に配置される。

第１の実施形態の一例を図１〜図３に示す。図１に示す電池は、密閉型の角型非水電解質電池である。非水電解質電池は、外装缶１と、蓋２と、正極外部端子３と、負極外部端子４と、電極群５とを備える。外装缶１と蓋２とから外装部材が構成されている。

外装缶１は、有底角筒形状をなし、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。

図２に示すように、偏平型の電極群５は、正極６と負極７がその間にセパレータ８を介して偏平形状に捲回されたものである。正極６は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ６ａと、少なくとも正極集電タブ６ａの部分を除いて正極集電体に形成された正極活物質含有層６ｂとを含む。一方、負極７は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ７ａと、少なくとも負極集電タブ７ａの部分を除いて負極集電体に形成された負極活物質含有層７ｂとを含む。

このような正極６、セパレータ８及び負極７は、正極集電タブ６ａが電極群の捲回軸方向にセパレータ８から突出し、かつ負極集電タブ７ａがこれとは反対方向にセパレータ８から突出するよう、正極６及び負極７の位置をずらして捲回されている。このような捲回により、電極群５は、図２に示すように、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ６ａが突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ７ａが突出している。電解液（図示しない）は、電極群５に含浸されている。

図１に示すように、正極集電タブ６ａ及び負極集電タブ７ａは、それぞれ、電極群の捲回中心付近を境にして二つの束に分けられている。導電性の挟持部材９は、略コの字状をした第１，第２の挟持部と、第１の挟持部と第２の挟持部とを電気的に接続する連結部とを有する。正負極集電タブ６ａ，７ａは、それぞれ、一方の束が第１の挟持部によって挟持され、かつ他方の束が第２の挟持部によって挟持される。

正極リード１０は、略長方形状の支持板１０ａと、支持板１０ａに開口された貫通孔１０ｂと、支持板１０ａから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部１０ｃ、１０ｄとを有する。一方、負極リード１１は、略長方形状の支持板１１ａと、支持板１１ａに開口された貫通孔１１ｂと、支持板１１ａから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部１１ｃ、１１ｄとを有する。

正極リード１０は、集電部１０ｃ、１０ｄの間に挟持部材９を挟む。集電部１０ｃは、挟持部材９の第１の挟持部に配置されている。集電部１０ｄは、第２の挟持部に配置されている。集電部１０ｃ、１０ｄと、第１，第２の挟持部と、正極集電タブ６ａとは、例えば超音波溶接によって接合される。これにより、電極群５の正極６と正極リード１０が正極集電タブ６ａを介して電気的に接続される。

負極リード１１は、集電部１１ｃ、１１ｄの間に挟持部材９を挟んでいる。集電部１１ｃは、挟持部材９の第１の挟持部に配置されている。一方、集電部１１ｄは、第２の挟持部に配置される。集電部１１ｃ、１１ｄと、第１，第２の挟持部と、負極集電タブ７ａとは、例えば超音波溶接によって接合される。これにより、電極群５の負極７と負極リード１１が負極集電タブ７ａを介して電気的に接続される。

正負極リード１０，１１および挟持部材９の材質は、特に指定しないが、正負極外部端子３，４と同じ材質にすることが望ましい。例えば、外部端子の材質がアルミニウム又はアルミニウム合金の場合は、リードの材質をアルミニウム、アルミニウム合金にすることが好ましい。また、外部端子が銅の場合は、リードの材質を銅などにすることが望ましい。

矩形板状の蓋２は、外装缶１の開口部に例えばレーザでシーム溶接される。蓋２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。蓋２と外装缶１は、同じ種類の金属から形成されることが望ましい。電解液の注液口１２は、蓋２に開口され、電解液の注液後にレーザー溶接や熱版溶着により封止蓋（図示しない）で封止される。

蓋２の外面の中央付近に開放弁１３が設けられている。開放弁１３は、蓋２の外面に設けられた矩形状の凹部１３ａと、凹部１３ａ内に設けられたＸ字状の溝部１３ｂとを有する。溝部１３ｂは、例えば、蓋２を板厚方向にプレス成型することにより形成される。開放弁１３の溝部１３ｂの形状は、図１に示すものに限らず、例えば、図３の（ａ）に示す直線状、図３の（ｂ）に示すような、直線部の両端が二股に分岐した形状にすることができる。

蓋２の外面には、開放弁１３を間に挟んだ両側に正負極外部端子３，４が配置されている。絶縁ガスケット１４は、正負極外部端子３，４と蓋２との間に配置され、正負極外部端子３，４と蓋２とを電気的に絶縁している。正極用及び負極用の内部絶縁体１５は、それぞれ、貫通孔１５ａを有し、かつ蓋２の裏面に配置されている。一方の内部絶縁体１５は、蓋２の裏面のうち正極外部端子３と対応する箇所に配置され、他方の内部絶縁体１５は、蓋２の裏面のうち負極外部端子４と対応する箇所に配置されている。絶縁ガスケット１４及び内部絶縁体１５は、いずれも、樹脂成形品であることが望ましい。

正極外部端子３は、絶縁ガスケット１４、蓋２、内部絶縁体１５の貫通孔１５ａ及び正極リード１０の支持板１０ａの貫通孔１０ｂにかしめ固定されている。一方、負極外部端子４は、絶縁ガスケット１４、蓋２、内部絶縁体１５の貫通孔１５ａ及び負極リード１１の支持板１１ａの貫通孔１１ｂにかしめ固定されている。これにより、正負極外部端子３，４と蓋２は、絶縁性と気密性が確保された状態で固定され、さらに正負極外部端子３，４と正負極リード１０，１１は、電気的接続が確保された状態で固定される。

負極活物質に炭素系材料を使用するリチウムイオン二次電池の場合、正極外部端子３には、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用され、負極外部端子４には、例えば、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などの金属が使用される。また、負極活物質にチタン酸リチウムを使用する場合は、上記に加え、負極外部端子にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用してもよい。

内部情報取得部１６は、ＣＰＵ１００と、ＲＡＭ（ＲＷＭ）１１０と、通信ＩＦ１２０と、内部情報取得ＩＦ１３０と、内部情報取得部１３１と、ＲＯＭ１５０とを含む構成である。

ＣＰＵ１００は、ＲＯＭ１５０に予め書き込んだ各プログラムをＲＡＭ１１０に読み出し、算出処理を行う演算処理部（マイクロプロセッサ）である。ＣＰＵ１００は、機能に合わせて複数のＣＰＵ群（マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ）で構成することができる。またＣＰＵ内にＲＡＭ機能をもった内蔵メモリを備えていてもよい。

ＲＡＭ（ＲＷＭ）１１０は、ＣＰＵ１００がプログラムを実行するに際して使用する記憶エリアであって、ワーキングエリアとして用いられるメモリである。処理に必要なデータを一次記憶させるのに好適である。

通信ＩＦ１２０は、蓄電池装置とデータ授受を行う通信装置、通信手段である。たとえば、ルーター、アンテナがある。本実施形態では通信ＩＦ１２０と、後述する監視装置１８の通信ＩＦ２２０と無線または有線による通信を行う。

入力ＩＦ１３０は、内部情報取得部１３１と内部取得情報取得装置１６内部とを接続するインターフェースである。内部情報取得装置１３１から送られてきた入力信号を変換しＣＰＵ１００が認識可能な信号に変換する入力制御機能を有していてもよい。本ＩＦは端子等として必須の構成要素ではなく直接内部取得装置１６内の配線と接続されていてもよい。

内部情報取得部１３１は、圧力に関する情報を取得する圧力センサーである。圧力情報を取得し、入力ＩＦ１３０を介してＣＰＵ１００等へデータを送出する。

ＲＯＭ１５０は、内部情報取得プログラム１５１と、内部情報送信プログラム１５２と、を格納するプログラムメモリである。データの書き込みはできない非一次記憶媒体を用いることが好適であるが、データの読み出し、書き込みが随時できる半導体メモリ等の記憶媒体であってもよい。

内部情報取得プログラム１５１は、内部情報取得部１３１が取得した内圧や温度に関するデータをＲＡＭ１１０や他に記憶部を備えている場合には記憶部（図示しない）に記憶させ、これら測定値を取得、管理する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。

一定時間毎または、予め指定された時間毎や内部情報取得部１３１から収集するような指令が送られてきた場合に内部情報取得部１３１から格納容器内の圧力や温度に関する情報を、情報を受け取りＲＡＭ１１０等に一時、または一定期間格納する。

内部情報送信プログラム１５２は、内部情報取得部１３１が取得した内圧や温度に関する情報（データ）を通信ＩＦ１２０を介して外部へ送出させる機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。内部情報取得部１３１が情報を取得する毎に送出させてもよいし、いくつかの情報を取得する毎、一定時間毎にデータをまとめて送出させる形態であっても良い。

監視装置１８は、ＣＰＵ２００と、ＲＡＭ（ＲＷＭ）２１０と、通信ＩＦ２２０と、入力ＩＦ２３０と、表示ＩＦ２４０と、ＲＯＭ２５０と、記憶部２６０とを含む構成の電池制御装置である。その他、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置を装着するＩＦ（インターフェース）や時間をカウントするタイマを備えていてもよい。監視装置１８は、いわゆるコンピュータであり、複数の二次電池を備えたモジュール単位で情報収集、充放電管理を行うＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）、ＶＴＭ（Voltage and Temperature Monitor）、複数のモジュール全体を管理制御するするＢＭＵ（Battery Managing Unit）、ＢＣＵ(Battery Control Unit)などの機能を備えていてもよい。

ＣＰＵと、ＲＡＭ（ＲＷＭ）と、通信ＩＦと、入力ＩＦと、表示ＩＦと、ＲＯＭの機能の説明は内部情報取得装置１６と同様のため省略する。

入力部２３１は、コンピュータ装置が一般に備えている各種キーボードやボタン等の入力制御を行う入力装置、入力手段である。その他、人の発する声を認識することにより、入力信号として認識または検出する機能を備えていてもよい。本実施形態では監視装置１８の外部に設置しているが監視装置１８に組み込まれていている形態であってもよい。

表示ＩＦ２４０は、表示部２４１と監視装置１８内部とを接続するインターフェースである。ＣＰＵ２００から表示ＩＦ２４１を介して表示部６３０の表示制御がおこなわれてもよいし、グラフィックボードなど描画処理を行うＬＳＩ（ＧＰＵ）により表示制御が行われてもよい。表示制御機能として例えば、画像データを復号化するデコード機能がある。ＩＦを使用せず監視装置１８内部に直接接続される形態であってもよい。

表示部２４１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、赤色ランプなどの出力装置、出力手段である。その他、ブザーなど音を発する機能を備えていてもよい。本実施形態では監視装置１８の外部に設置しているが監視装置１８の内部に組み込まれていてもよい。

ＲＯＭ２５０は、測定値管理プログラム２５１と、電池制御プログラム２５２と、を格納するプログラムメモリである。データの書き込みはできない非一次記憶媒体を用いることが好適であるが、データの読み出し、書き込みが随時できる半導体メモリ等の記憶媒体であってもよい。その他、画像データを表示部２４１にて人が認識可能な文字や図柄を表示させる表示プログラムや、監視装置１８で演算した電池内部に関する情報や充放電制御に関する情報を通信ＩＦ６２０を介してＣＭＵ等に提供させるプログラム、を格納していても良い。

測定値管理プログラム２５１は、内部情報取得部１３１が取得した内圧や温度に関するデータを通信ＩＦ１２０および２２０を介してＲＡＭ２１０およびまたは記憶部２６０に記憶させ、これら測定値を取得、管理する機能をＣＰＵ２００に実現させる手段である。

一定時間毎または、予め指定された時間毎や内部情報取得装置１６からデータを収集するよう要求が送られてきた場合に、内部情報取得装置１６が取得した格納容器内の圧力等に関する情報を受け取り測定値情報ＤＢ２６１に一時、または一定期間格納する。例えば、図４に示すようなテーブル形式で時系列に格納されている。

電池制御プログラム２５２は、電池内部の圧力の変化率を算出し、異常を検知する機能をＣＰＵ２００に実現させる。

本プログラムを実行したＣＰＵ２００は、内部情報取得部１３１から取得した圧力と前回の圧力の差分を求め、変化率を算出する。圧力が１[ｓｅｃ]毎に取得されている場合は差分をそのまま変化率として用いることも可能である。前回のデータに限らずその前のデータと比較しても良い。

次に、電池制御情報ＤＢ２６２に格納されている圧力変化率に関する情報（基準変化率）この基準変化率と、上記算出した変化率とを比較し、基準変化率が「一定以上（ＹＥＳ）であるか未満（ＮＯ）」であるかを判定する。対比した結果、変化率が一定以上と判定された場合には、異常である旨を表示部１４１に表示する、ブザーを鳴らせるなどしてユーザー、オペレーター等へその旨通知する。一定未満であれば、変化率を算出し基準値と比較する作業をくりかえす。

記憶部２６０は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの不揮発性の記憶装置、記憶手段である。この他、不揮発性の記憶手段に限られることなく半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＲｅＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＳＳＤ）等の各種記憶媒体を利用してもよいし、これらの半導体メモリと、ＨＤＤとを組み合わせた方式を採用した記憶媒体であってもよい。本実施形態では、ＲＯＭ２５０と記憶部２６０とは別の記憶媒体のごとく記載しているが、ＲＯＭと記憶部を併せて一の記憶部、記憶手段としてもよい。

記憶部２６０は、測定値情報ＤＢ２６１と電池制御情報ＤＢ２６２を格納している。その他、ＣＰＵ１００が演算処理に必要なデータが記憶されている。

測定値情報ＤＢ２６１は、内部情報取得部１３１から取得される圧力に関する値を格納する。例えば、図４に示すようなテーブル形式で時系列に格納されている。

電池制御情報ＤＢ２６２は、電池セルの厚さに関する情報が格納されている。例えば、図５に示すようなテーブル形式で所定の値が格納されている。なお、本実施形態では厚さを一の値（１．００[Ｍｐａ／ｓｅｃ]）として記載しているが、０．９５０〜１．0５[Ｍｐａ／ｓｅｃ]など予め一定の範囲を持たせて基準範囲（基準幅）として運用してもよい。

接続部１７は、内部情報取得装置１６を保持する。部材としては、絶縁性の樹脂等が望ましいが、リードや電極体など電池の各構成要素の温度を直接計測する場合や、電池自体の電力を受電する場合には熱伝導性や電気伝導性の高い金属を用いてもよい。内部情報取得装置１６は、接続部１７の一端に設置された凹部に挟持され、開放弁１３と対向している。接続部１７の他端の凹部が負極リード１１の支持板１１ａを挟持している。内部情報取得装置１６は、単に接続部１７挟持されているのみでも良い、接続部１７と例えば接着剤等によって固定することも可能である。また、接続部１７は、例えばレーザー溶接、抵抗溶接によって固定することも可能である。

次に本実施形態の電池内圧測定装置の動作について図６を用いて説明する。

（ステップＳ１０１）
監視装置１８は、電池内の圧力に関する情報を内部情報取得部１３１から取得する。

（ステップＳ１０２）
監視装置１８は、上記圧力に関する情報を用いて圧力変化率を算出し、算出した圧力変化率の値と格納されている基準値となる変化率とを比較する。

例えば、図４では、１２時００分０４秒の圧力が、３．３７［ＭＰａ］で、１２時００分０５秒では、１．０２［ＭＰａ］である。この１２時００分０４秒から１２時００分０５秒の１［Ｓｅｃ］間の変化率は、絶対値をとり２．３５［ＭＰａ／Ｓｅｃ］と算出される。この変化率は、２．３５［ＭＰａ／Ｓｅｃ］を一時ＲＡＭ２１０へ格納し、電池制御情報ＤＢ２６２に格納されている基準変化率１．００［ＭＰａ／Ｓｅｃ］と比較する。

（ステップＳ１０２ＹＥＳ−Ｓ１０３）
算出した圧力変化率の値が基準変化率の値よりも大きかった場合、開放弁１３が開いたとしその旨を表示部１４１等を通じて出力する。

例えば、図４では、２．３５［ＭＰａ／Ｓｅｃ］＞１．００［ＭＰａ／Ｓｅｃ］であるため、本ステップに進むこととなる。

（ステップＳ１０２ＮＯ）
算出した圧力変化率の値が基準変化率の値よりも小さかった場合、Ｓ１０１へ戻る。この際異常がない旨を表示部１４１へ出力させても良い。

このように、本電池内圧測定方法によれば開放弁の開放を迅速かつ正確に検知できる。正確に検知することにより弁開放後の誤使用を防止することができる。また、出荷前の充放電検査により、より精度の高い不良品検出が可能となる。

以下、正極、負極、セパレータ、非水電解質等の各部材について説明する。

１）正極
この正極は、正極集電体と、前記集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、導電剤および結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。

この正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

正極活物質には、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。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、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばＬｉ_xＮｉＯ₂)、リチウムコバルト複合酸化物(Ｌｉ_xＣｏＯ₂)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物｛例えばＬｉ_ｘＮｉ_1-y-zＣｏ_yＭ_zＯ₂（ＭはＡｌ，ＣｒおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１｝、リチウムマンガンコバルト複合酸化物｛例えばＬｉ_ｘＭｎ_1-ｙ-ｚＣｏ_yＭ_zＯ₂（ＭはＡｌ，ＣｒおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１｝、リチウムマンガンニッケル複合化合物｛例えばＬｉ_ｘＭｎ_1/3Ｎｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂やＬｉ_ｘＭｎ_1/2Ｎｉ_1/2Ｏ₂などのＬｉ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｙＭ_1-2ｙＯ₂(ＭはＣｏ，Ｃｒ，ＡｌおよびＦｅよりなる群より選択される少なくとも１種類の元素、１／３≦ｙ≦１／２）｝、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えば、Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄、Ｌｉ_xＣｏＰＯ₄など）、硫酸鉄（例えばＦｅ₂（ＳＯ₄）₃）、バナジウム酸化物（例えばＶ₂Ｏ₅）などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。なお、上記に好ましい範囲の記載がないｘ、ｙ、ｚについては０以上１以下の範囲であることが好ましい。

より好ましい正極活物質は、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、リチウムマンガンニッケル複合化合物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これらの正極活物質によると、高い電池電圧が得られる。

導電剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛、コークス等一種類または複数種を利用する。

結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。

正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。

正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔から形成されることが望ましい。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。

平均結晶粒径が５０μｍ以下であることにより、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。

平均結晶粒径は次のようにして求められる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、１ｍｍ×１ｍｍ内に存在する結晶粒の数ｎを求める。このｎを用いてＳ＝１ｘ１０⁶／ｎ（μｍ²）から平均結晶粒子面積Ｓを求める。得られたＳの値から下記（Ａ）式により平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。

ｄ＝２（Ｓ／π）^1/2 （Ａ）
アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子から複雑な影響を受けて変化する。結晶粒径は、集電体の製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調製することが可能である。

アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１質量％以下にすることが好ましい。

２）負極
この負極は、集電体と、この集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極活物質含有層とを有する。この負極は、例えば粉末状の負極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物（スラリー）を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

集電体は、例えば、銅箔、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を用いることができる。集電体を構成するアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以下の平均結晶粒径を有することが望ましい。平均結晶粒径は、前述した方法で求めることができる。アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の平均結晶粒径を５０μｍ以下にすることによって、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができる。このため、プレス時の圧力を高めて負極活物質含有層を高密度化して負極容量を増大させることが可能になる。また、高温環境下（４０℃以上）における過放電サイクルでの集電体の溶解・腐食劣化を防ぐことができる。このため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。

アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子から複雑な影響を受けて変化する。

結晶粒径は、集電体の製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調製することが可能である。

アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下であることが望ましい。アルミニウム箔は９９質量％以上の純度を有することが好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金であることが好ましい。合金成分として含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は１質量％以下にすることが好ましい。

また、集電体にアルミニウム箔を用いる場合、接続部１７の熱伝導性材料としてアルミニウムが好ましいが、集電体に銅箔を用いる場合はニッケルの方が溶接が容易であるため、好ましい。

負極活物質として、例えば、リチウムチタン複合酸化物が挙げられる。リチウムチタン複合酸化物は、例えば、Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）で表されるスピネル型チタン酸リチウム、ラムステライド型Ｌｉ_2+xＴｉ₃Ｏ₇（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つの元素）を挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相が共存もしくはアモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造の金属複合酸化物は、サイクル性能を大幅に向上させることができる。これらの金属複合酸化物は、充電によりリチウムが挿入されることでリチウムチタン複合酸化物に変化する。リチウムチタン複合酸化物のうち、スピネル型チタン酸リチウムがサイクル特性に優れ、好ましい。

その他の負極活物質は、例えば、炭素質物または金属化合物が挙げられる。

炭素質物は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。より好ましい炭素質物は、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。炭素質物は、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔ｄ₀₀₂が０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。

金属化合物は、金属硫化物、金属窒化物を用いることができる。金属硫化物は、例えばＴｉＳ₂のような硫化チタン、例えばＭｏＳ₂のような硫化モリブデン、例えばＦｅＳ、ＦｅＳ₂、Ｌｉ_xＦｅＳ₂のような硫化鉄を用いることができる。金属窒化物は、例えばリチウムコバルト窒化物（例えばＬｉ_sＣｏ_tＮ、０＜ｓ＜４，０＜ｔ＜０．５）を用いることができる。

結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。

負極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、負極活物質７３〜９６重量％、導電剤２〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。

３）セパレータ
セパレータは、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、ポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。セパレータの材料は１種類であってもよく、或いは、２種類以上を組合せて用いてもよい。

４）非水電解質
この非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩を含む。また、非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。

電解質塩としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ（ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム；通称ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃（通称ＬｉＴＦＳ）、Ｌｉ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂Ｎ（ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム；通称ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＳｂＦ₆、ビスオキサラトホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ₂Ｏ₄）₂（通称ＬｉＢＯＢ））、ジフルオロ（トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロ−メチルプロピオナト（２−）−０，０）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₂（ＯＣＯＯＣ（ＣＦ₃）₂）（通称ＬｉＢＦ₂（ＨＨＩＢ）））等のリチウム塩が挙げられる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。特にＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄が好ましい。

電解質塩濃度は、１．５Ｍ以上、３Ｍ以下の範囲内とすることが好ましい。これにより、高負荷電流を流した場合の性能を向上することができる。

非水溶媒としては、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２−ＭｅＨＦ）、１，３−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル（ＡＮ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネイト（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネイト（ＭＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等が挙げられる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。

また、この非水電解質に添加剤を添加してもよい。添加剤としては、特に限定されるものではないが、ビニレンカーボネイト（ＶＣ）、ビニレンアセテート（ＶＡ）、ビニレンブチレート、ビニレンヘキサネート、ビニレンクロトネート、カテコールカーボネート、プロパンスルトン等が挙げられる。添加剤の濃度は、非水電解質１００重量％に対して０．１重量％以上、３重量％以下の範囲が好ましい。さらに好ましい範囲は、０．５重量％以上、１重量％以下である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、非水電解質電池を含む電池パックが提供される。非水電解質電池には、第１の実施形態に係る非水電解質電池が使用される。電池パックに含まれる非水電解質電池（単電池）の数は、１個または複数にすることができる。複数の単電池を備える場合、各単電池は電気的に直列もしくは並列に接続されている。

電池パックに含まれる複数の単電池は、互いに電気的に直列に接続され、組電池を構成する。正極側リードは、組電池の正極端子に接続され、その先端は正極側コネクタに挿入されて電気的に接続されている。負極側リードは、組電池の負極端子に接続され、その先端は負極側コネクタに挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタは、配線を通して保護回路に接続される。

電池パックの態様は用途により適宜変更される。電池パックの用途としては、大電流特性でのサイクル特性が望まれるものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、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、アシスト自転車等の車載用、太陽光発電、風力発電、潮流発電、地熱発電などの電力貯蔵装置や非常用電源装置などの定置用が挙げられる。

このように、本電池内圧測定方法によれば開放弁の開放を迅速かつ正確に検知できる。正確に検知することにより弁開放後の誤使用を防止することができる。また、出荷前の充放電検査により、より精度の高い不良品検出が可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態によれば、電池制御プログラム２５２を実行するＣＰＵは、電池内部の圧力の変化率を算出し、圧力変化が増加傾向から減少傾向または、圧力変化が増加傾向から一定（略ゼロ）に変化した場合に開放弁１３の開放がなされたと判断する。

図４を参照すると、１２時００分００秒―１２時００分０１秒の変化率から１２時００分０３秒―１２時００分０４秒までは変化率は増加傾向となる。一方１２時００分０４秒―１２時００分０５秒の変化率は減少傾向に代わる。この変化を検出し弁開放を検知する。

または、一方１２時００分０４秒―１２時００分０５秒の変化率はマイナスである。次の１２時００分０５秒―１２時００分０６秒の変化率は０でありこの変化を検出し弁開放を検知する。変化率が０の場合のみではなく０から５［ＭＰａ／Ｓｅｃ］の間を一定（変化率が０）とみなす範囲として判定を行ってもよい。

このように、本非水電解質電池、電池制御装置、電池制御システムを用いることにより圧力の変化率に着目し正確かつ迅速に開放弁１３の開放を検知し、製品出荷前のおいては欠陥検出精度向上、出荷後においても使用上の安全性確保を実現することができる。

以上、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、種々の略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、外装缶１及び蓋２を金属から形成したが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、 テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体などの樹脂から形成することも可能である。また、外装缶１の形状は、角型に限らず、例えば、円筒型等にすることができるし、ラミネートタイプの外装部材であっても良い。また、内部情報取得装置１６内には磁気記憶ドライブや、自己電力供給の小型電池を備えていても良いし、内部の正極リード１０および負極リード１１と接続し電力を充電する電力充電部や受電電圧変換部を備えていても良い。また、外部から電力を充電する無線給電装置を備えていても良い。

また、内部情報取得装置１６と負極リード１１とを接続部１７によって接続したが、これに限らず、例えば、内部情報取得装置１６を負極リード１１の支持板１１ａ上に直接配置することもできる。また、内部情報取得装置１６の形状は、矩形ペレット状に限らず、例えば、円形ペレット、多角形ペレット等にすることができる。

また、内部情報取得部１３１は圧力情報を取得していたが、これに代えてまたは同時に温度情報を取得する温度センサーを備えていてもよい。内部で温度を測定することからより精度の高い温度の測定が可能となる。また、開放弁が開いた際には急激な圧力変化により温度も通常時に比べ大きく変化するため、これをもって開放弁の開放を検知しても良い。

また、電池制御プログラム２５２を実行したＣＰＵ２００は、内部情報取得部１３１から取得した圧力と前回の圧力の差分を求め、変化率を算出しているが、一回前のデータに限らず２回前以前のデータを用いて変化率を算出する形式であっても良いし、基準変化率との比較において「以上（ＹＥＳ）、未満（ＮＯ）」に代えて、「より大きい（ＹＥＳ）、以下（ＮＯ）」であってもよい。

また、図６のＳ１０２において圧力の変化率を算出する際に絶対値を利用して計算したが、絶対値を取らずに予め変化率はマイナスになることを見越して基準変化率を−（−）１．００［ＭＰａ／Ｓｅｃ］として計算しても良い。電池内部の圧力が急激に上昇することは生じにくく、基準変化率開放弁が開いたことにより内圧が上昇することはないためこのような計算方法を採用することができる。

また、本実施形態において監視装置１８と内部情報取得装置は無線にて接続されていたが、リチウム空気電池、固体電解質電池などを用いる場合に、有線で接続されていても良い。空気が電池の内部と外部を行き来する孔、または開口部が設置されるためこの孔または開口部に有線の通信線を通して利用することができる。固体電解質電池の場合は電解液の漏れ等の心配が少ないため、内部と外部を通る孔を設置し易く同様に有線が利用し易い。

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。

１…外装缶、２…蓋、３…正極外部端子、４…負極外部端子、５…電極群、６…正極、６ａ…正極集電タブ、６ｂ…正極活物質含有層、７…負極、７ａ…負極集電タブ、７ｂ…負極活物質含有層、８…セパレータ、９…挟持部材、１０…正極リード、１１…負極リード、１３…開放弁、１４…絶縁ガスケット、１５…内部絶縁体、１６…内部情報取得部、１７…接続部、２１…単電池、２２…組電池、２９…保護回路

Claims (11)

1. 外装缶及び蓋を有する外装部材と、
   前記外装部材に設けられる負極端子と、
   前期外装部材に設けられる正極端子と、
   前記外装部材内に配置され、正極及び負極を含む電極群と、
   前記負極端子と前記負極とを電気的に接続する負極リードと、
   前記正極端子と前記正極とを電気的に接続する正極リードと、
   前記外装部材に設けられる開放弁と、
   前記外装部材内の内部情報を取得し、取得した前記内部情報を前記外装部材の外部へ送出する内部情報取得装置と、
   を含む非水電解質電池。
2. 前記内部情報取得装置は、
   前記負極リードおよび前記正極リードと電気的に接続され、前記電極群から電力を受電する請求項１記載の非水電解質電池。
3. 絶縁材料で構成され、前記負極リードおよびまたは前記正極リードと接続することにより前記内部情報取得装置の位置決めを行う接続部と、をさらに備えた請求項１記載の非水電解質電池。
4. 前記内部情報取得装置は、
   前記負極リードまたは前記正極リードと金属を介して接続され、前記負極リードまたは前記正極リードの温度を測定する請求項１記載の非水電解質電池。
5. 前記内部情報は、少なくとも圧力情報、温度情報のうちいずれか一つを含む
   請求項１記載の非水電解質電池。
6. 前記内部情報取得装置は、
   前記開放弁近傍に配置される請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の非水電解質電池。
7. 前記負極は、
   リチウムチタン複合酸化物を含むことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の非水電解質電池。
8. 圧力情報を取得する通信インターフェースと、演算処理部と、を備えた電池制御装置に、
   前記１乃至７いずれか１項記載の非水電解質電池から送られてくる圧力情報を取得する取得手段と、
   前記圧力情報をもとに圧力の変化率を算出する変化率算出手段と、
   前記変化率算出手段により算出された圧力の変化率と予め定められた基準変化率とを比較する変化率比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果、前記圧力の変化率が基準変化率以上の場合に前記開放弁が開放したと判断する弁開放検知手段と、
   を備えた電池制御装置。
9. 前記弁開放検知手段は、
   圧力変化率がプラスからマイナスへ変化した場合に弁開放がなされたと判断する
   請求項８に記載した電池制御装置。
10. 前記弁開放検知手段は、
    圧力変化率がプラスまたはマイナスから一定範囲内へ変化した場合に弁開放がなされたと判断する請求項８に記載した電池制御装置。
11. 請求項１乃至７いずれか１項記載の非水電解質電池と
    請求項８乃至１０いずれか１項記載の電池制御装置と
    を含む電池制御システム。

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