JP2016025092A - 二次電池及び二次電池の設計方法 - Google Patents

二次電池及び二次電池の設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、二次電池及び二次電池の設計方法に関する。【解決手段】本発明に係る二次電池の設計方法は、ａ）分離膜を挟んで互いに対向する正極と負極が二つ以上積層された積層型二次電池の充放電の際に、積層方向への電池内の位置別の温度プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を算出する段階と、ｂ）前記位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質を選定する段階と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池及び二次電池の設計方法に関し、詳細には、安定性及び寿命が向上した二次電池及びその設計方法に関する。
電池は、一次電池と二次電池に大別することができるが、一次電池とは、非可逆的な反応を利用して電気を生産することから一度使用されてからは再使用が不可能な電池であって、一般的に多く使用する乾電池、水銀電池、ボルタ電池などがこれに属し、二次電池は、これとは異なり、可逆的な反応を利用することから使用後に充電して再使用が可能な電池であって、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニカド（Ｎｉ‐Ｃｄ）電池などがこれに属する。
一般的に、二次電池は、その内部に多数個の単位セルを含んでおり、また、一般的に、各セルの電極と連結された一対の外部端子タブ（すなわち、各単位セルの正極が連結された一つの正極、各セルの負極が連結された一つの負極として、電池一つ当たり一対が設けられて電極として機能するタブ）が外部に露出している形態に構成される。特に、韓国公開特許第２００７‐００５３６１４号のように、積層型リチウムイオン電池は、電解液に浸漬される複数の負極及び正極が分離膜を挟んで積層されると同時に、電気的に直列又は並列連結される構造を有する。このような二次電池は、一般的に、単一の負極及び正極が使用されるよりは、多数個の負極及び正極が連結されて、一つのパックとしての電池を形成する。
このように、多数個の負極及び正極が分離膜を挟んで積層される積層型二次電池は、電池を構成する多数個の膜（負極、正極、分離膜）のうちただ一つの膜のみが損傷又は劣化しても電池全体を廃棄しなければならないという限界がある。
韓国公開特許第２００７‐００５３６１４号
本発明は、電池内発熱による電池特性の劣化を防止することができる二次電池の設計方法及び二次電池を提供する。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、ａ）分離膜を挟んで正極と負極が交互積層された積層型二次電池の充放電の際に、積層方向への電池内の位置別の温度プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を算出する段階と、ｂ）位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質を選定する段階と、を含むことができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、ｂ）段階において、正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質が選定されることができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、ｂ）段階は、正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度を超える使用温度の上限値を有する物質を各正極の正極活物質として選定する段階を含むことができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、ｂ）段階は、ｂ１）位置別の温度プロファイルでの最低温度と最高温度との間の温度である少なくとも一つ以上の基準温度を設定する段階と、ｂ２）正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、基準温度を超える使用温度を有する正極活物質である低温活物質群を選定し、最高温度を超える使用温度を有する正極活物質である高温活物質群を選定する段階と、ｂ３）位置別の温度プロファイルで基準温度未満の温度領域に位置する正極の正極活物質として、低温活物質群に属する正極活物質を選定する段階と、ｂ４）位置別の温度プロファイルで基準温度以上の温度領域に位置する正極の正極活物質として、高温活物質群に属する正極活物質を選定する段階と、を含むことができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、ｂ）段階の前に、ｃ）設計される二次電池の充放電容量を設定する段階をさらに含むことができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、ｃ）段階がさらに行われる場合、ｂ）段階は、ｂ５）正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度を超える使用温度の上限値を有する物質を各正極の正極活物質の候補群として選定する段階と、ｃ６）積層された正極の並列連結の際に設計された二次電池の充放電容量を満たすように、各正極の正極活物質の候補群から各正極の正極活物質を選定する段階と、を含むことができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、二次電池は、リチウム二次電池であってもよい。
本発明は、上述の設計方法により設計された二次電池を含む。
本発明の一実施例による二次電池は、分離膜を挟んで正極と負極が交互積層された積層型二次電池において、積層方向を基準とし、中心に位置する正極の正極活物質と最外側に位置する正極の正極活物質が互いに相違することができる。
本発明の一実施例による二次電池において、二次電池は、積層方向を基準とし、少なくとも最下部に位置する正極を含む第１領域と、中心に位置する正極を含む第２領域と、最上部に位置する正極を含む第３領域とに区画されることができ、第１領域及び第３領域に位置する正極には、同一の正極活物質が設けられ、第２領域に位置する正極には、第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質と相違する正極活物質が設けられることができる。
本発明の一実施例による二次電池において、二次電池は、充放電の際に積層方向への位置別の温度プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を基準とし、位置別の温度プロファイルでの最低温度と最高温度との間の温度である少なくとも一つ以上の基準温度により、少なくとも最下部に位置する正極を含む第１領域と、中心に位置する正極を含む第２領域と、最上部に位置する正極を含む第３領域とに区画されることができる。
本発明の一実施例による二次電池において、第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質と第２領域の正極に設けられる正極活物質が互いに相違することができる。
本発明の一実施例による二次電池において、第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質は、互いに独立して、リチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンを必須の構成元素として有する層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含むことができる。
本発明の一実施例による二次電池において、第２領域の正極に設けられる正極活物質は、互いに独立して、スピネル型リチウムマンガン酸化物を含むことができる。
本発明に係る二次電池の設計方法は、電池内部の位置別の温度プロファイルを基準として各正極が設計されることにより、熱による電池特性の低下を防止し、寿命を向上させることができ、過充電状態でも電池の損傷（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）を防止することができ、一般的な範疇を逸脱する使用環境でも電池の安定性及び寿命を保証することができる。
本発明に係る二次電池は、電池の中心に位置する正極の正極活物質と電池の最外側に位置する正極の正極活物質が互いに相違しており、電池内の温度不均一性による劣化を防止することができ、寿命を向上させることができ、過充電状態でも電池の損傷（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）を防止することができ、一般的な範疇を逸脱する使用環境でも電池の安定性及び寿命を保証することができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法を図示した図である。 本発明の他の実施例による二次電池の設計方法及び設計される二次電池を図示した図である。 本発明のさらに他の実施例による二次電池の設計方法を図示した図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の二次電池及び二次電池の設計方法について詳細に説明する。以下に紹介される図面は、当業者に本発明の思想を充分に伝達するために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下に提示される図面に限定されず、他の形態に具体化されてもよく、以下に提示される図面は、本発明の思想を明確にするために誇張されて図示されることがある。また、明細書の全体にわたり同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
この際、使用される技術用語及び科学用語において他の定義がない限り、この発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が、通常、理解している意味を有し、下記の説明及び添付図面において本発明の要旨を不明にし得る公知の機能及び構成に関する説明は省略する。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、ａ）分離膜を挟んで正極と負極が交互積層された積層型二次電池の充放電の際に、積層方向への電池内の位置別の温度プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を算出する段階と、ｂ）位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質を選定する段階と、を含むことができる。
積層型二次電池の外装材の表面温度と外装材内部の実際電極（負極又は正極）の温度は、互いに相違する。また、積層される電極（負極や正極）の数が増加するほどその電池内部と外装材表面との温度差が大きくなり、電極の位置に応じた温度変化もまた大きくなりうる。本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、電池内部の位置別の温度プロファイルを基準として各位置別の正極が設計されることにより、電池の面積、電極積層数などが、電池構造が自由に設計変更されても、電池の熱安定性が保証されることができるという利点がある。
また、本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、上述のように、電池内部の位置別の温度プロファイルを基準として各位置別の正極が設計されることにより、熱に脆い正極の熱による電池特性の低下を防止し、寿命を向上させることができ、過充電状態でも電池の損傷（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）を防止することができ、一般的な範疇を逸脱する使用環境でも電池の安定性及び寿命を保証することができる。
詳細には、位置別の温度プロファイルを基準として、電池内部発熱によって損傷しうる正極を選別し、このような正極に熱安定性に優れた正極活物質を使用することにより、電池使用の際に部分的な正極の損傷によって電池全体が廃棄される恐れを根本的に防止することができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、設計される二次電池は、正極‐分離膜‐負極が多数個積層された電極組立体と、電極組立体が含浸される電解質と、電極組立体及び電解質が装入されてシールされる電池ケースと、を含むことができ、電極組立体を構成する各正極は、未塗着部を介して互いに並列接続された状態であってもよく、電極組立体を構成する各負極は、未塗着部を介して互いに並列接続された状態であってもよい。また、電池ケースには、電極組立体の正極及び負極とそれぞれ連結されて、外部との電気的接続を可能とする電極端子（電池タブ）が設けられてもよい。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、電極組立体は、分離膜を挟んで正極と負極が互いに交互積層されたものであってもよく、電極組立体の最上部及び最下部それぞれには、互いに独立して、分離膜、正極又は負極が位置してもよい。電極組立体に積層される正極の数は３〜１００個、具体的には１０〜１００個であってもよく、負極の数も３〜１００個、具体的には１０〜１００個であってもよく、上述のように、電極組立体の最上部及び最下部を含み、互いに隣接して位置する正極と負極との間には分離膜が位置してもよい。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、位置別の温度プロファイルは、正極及び負極が交互積層される積層方向を基準とし、各位置での電池内の温度を意味してもよく、一変数が位置情報であり、他の変数がその位置での温度情報である二次元情報であってもよい。
詳細には、位置別の温度プロファイルは、実験又はシミュレーションを介して算出されることができ、位置別の温度プロファイルの算出の際に、電池の使用環境、電池の過充電電圧、充電電流など、電池温度に影響を及ぼしうる要素（ｆａｃｔｏｒ）は、所定の条件（電池運転環境）により制御されてもよく、このような所定条件は、当該国で規定されても、標準又は生産者によって規定された安定性テスト条件であってもよい一例として、位置別の温度プロファイルの算出の際に、ＳＯＣ０％〜１００％、４．２Ｖ以上の過充電目標電圧、０．１Ｃ以上の充電電流などの条件で位置別の温度プロファイルが算出されてもよい。
具体的な一例として、位置別の温度プロファイルは、過充電状態での二次電池内部の位置別の温度であってもよい。すなわち、分離膜を挟んで互いに対向する正極と負極が三つ以上積層された積層型二次電池の過充電状態で、積層方向への電池内の位置別の温度プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）が算出されることができる。過充電状態は、設計される電池の定格充電電圧（Ｖ０）を基準として１１０％〜１３０％の充電が行われた状態を意味することができ、リチウム二次電池を一例として、充電電圧が４．２Ｖを超える状態を意味することができる。
位置別の温度プロファイルが算出される非限定的な一例として、積層型二次電池に積層方向に多数個の熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）を挿入して位置別の温度プロファイルが算出されるか、位置別の分離膜の損傷程度で温度プロファイルが算出されてもよい。
位置別の温度プロファイルが算出される非限定的な一例として、数学的モデリングを利用したシミュレーションを介して位置別の温度プロファイルが算出されてもよく、数学的モデリングの一例として、Ｂｕｔｌｅｒ‐Ｖｏｌｍｅｒ式を利用した電極キネティックス（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ）、物質保存式、電荷保存式、熱保存式及び熱‐電気化学カップリングなどを利用して積層型電池の数学的モデリングが可能である。
詳細には、位置別の温度プロファイルが算出される積層型二次電池は、電池ケース内に分離膜を挟んで、所定個数の正極と負極が交互積層された電極組立体を含んでもよく、電極組立体の正極、負極及び分離膜が互いに同一であり、電極組立体が電解質に含浸された状態であってもよい。すなわち、位置別の温度プロファイルが算出される積層型二次電池である基準二次電池は、設計しようとする二次電池に対応する個数の正極及び負極が積層され、設計しようとする二次電池に使用される負極、分離膜及び電解質が設けられ、正極は、通常、使用される正極活物質で同様に形成されたものであってもよく、既に定められた使用環境に置かれた電池であってもよい。この際、設計しようとする負極及び正極の積層個数、負極、分離膜及び電解質は、電池容量及び使用用途に応じて既に設定された値及び物質であってもよく、正極は電池の充放電反応が可能な如何なる物質であってもよい。
上述のように、本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、分離膜を挟んで多数個の正極及び負極が交互積層される積層型二次電池の設計方法に関するものであり、電池の充放電動作の際に積層方向への位置に応じる電池内の当該位置の温度である電池内の位置別の温度プロファイルを基準とし、二次電池、詳細には、二次電池を構成する各正極が設計されることができる。
詳細には、二次電池の動作の際に電極組立体は、電池から発生する熱が外側を介して電池外部に伝達されて放出されることにより、電池中心部は、電池外側部より温度が高い可能性がある。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、このような電池内部の温度偏差を基準とし、正極が設計されることができる。詳細には、各正極の位置での電池内部温度に基づき、位置に応じて正極に設けられる正極活物質が設計されることができる。
図１の（ａ）は、分離膜１０を挟んで対向する正極２０と負極３０が５個積層された二次電池の積層断面を図示した一例であり、図１の（ｂ）は、算出された位置別の温度プロファイルを図示した一例である。この際、図１の（ａ）のｚ方向は、正極及び負極が積層される積層方向を意味し、図１の（ｂ）は、積層方向への位置ｚに応じた位置別の電池内部温度である。
図１の一例に図示したように、積層型電池は、最下部及び最上部を介して熱が電池の外部に放出されることによって、電池（電極組立体）の中心で最も高い温度を有することになり、電池（電極組立体）の最外側（最下部及び最上部）で最も低い温度を有することになる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、図１の一例として図示したような位置別の温度プロファイルを基準とし、当該位置別の正極に使用される正極活物質が選定されることができる。すなわち、位置別の温度プロファイルを基準とし、各位置に応じた正極に使用される正極活物質が選定されることができる。
詳細には、位置別の温度プロファイルを基準とし、位置別の温度プロファイル上、互いに異なる温度を有する各正極に設けられる正極活物質が互いに相違するように選定されることができる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質が選定される際、このような選定の基準は、正極活物質の物質別の使用温度の上限値であってもよい。
詳細には、二次電池に使用可能なものとして知られた正極活物質は、非常に多様であり、正極活物質の物質自体の特性に応じて、正極活物質別に互いに相違する熱安定性を有することになる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、正極活物質の物質別の使用温度の上限値での正極活物質は、通常、二次電池の正極物質として使用される物質であってもよい。一例として、正極活物質は、リチウム‐遷移金属酸化物であってもよく、一例として、層状構造のリチウム‐金属酸化物、スピネル構造のリチウム‐金属酸化物及びオリビン構造のリチウム‐金属酸化物から選択されるリチウム‐金属酸化物又は二つ以上選択されるリチウム‐金属酸化物の固溶体が挙げられる。
具体的な一例として、層状構造のリチウム‐金属酸化物は、ＬｉＣｏＯ２に代表されるＬｉＭＯ２（Ｍは、Ｃｏ及びＮｉから選択される一つ又は二つ以上の遷移金属）；Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｂ及びＭｎから選択される一つ又は二つ以上の異種元素で置換されるか、このような異種元素の酸化物でコーティングされたＬｉＭＯ２（Ｍは、Ｃｏ及びＮｉから選択される一つ又は二つ以上の遷移金属）；又はＬｉｘＮｉａＭｎｂＣｏｃＭｄＯ２（０．９≦ｘ≦１．１の実数、０．３≦ａ≦０．５５の実数、０．３≦ｂ≦０．４の実数、０．１≦ｃ≦０．４の実数、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、Ｍは、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｅからなる群から選択される一つ以上の元素）を含んでもよい。
具体的な一例として、スピネル構造のリチウム‐金属酸化物は、ＬｉａＭｎ２−ｘＭｘＯ４（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂ及びＴｉから選択される一つ又は二つ以上の元素、１≦ａ≦１．１の実数、０≦ｘ≦０．２の実数）又はＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２を含んでもよい。
具体的な一例として、オリビン構造のリチウム‐金属酸化物は、ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ）を含んでもよい。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、正極活物質の物質別の使用温度の上限値は、設計者によって既に設定された値であってもよく、物質別に、物質構造分析又は実験を利用して、熱による構造崩壊が発生する温度、又はより安定した電池設計が可能となるように構造崩壊温度から所定の温度値を減算した温度であってもよい。正極活物質別の構造崩壊発生温度は、正極活物質の具体的な物質に応じて既に知られた物性値である。すなわち、正極活物質別の構造崩壊発生温度は、実験的又は文献的に知られた値である。一例として、ＬｉＣｏＯ２の構造崩壊発生温度は１７０℃であり、ＬｉＭｎ２Ｏ４の構造崩壊発生温度は２５４℃であり、ＬｉＦｅＰＯ４の構造崩壊発生温度は２４５℃である。熱的に安定した電池を設計するために、物質別の使用温度の上限値は、当該物質の構造崩壊発生温度より２０〜５０℃低い温度であってもよい。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度を超える使用温度の上限値を有する物質が、各正極の正極活物質として選定されることができる。詳細には、位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度は各正極の正極活物質選定基準になることができる。一例として、電極組立体の最下部を基準とし、Ｎ（Ｎ＞１の自然数）番目に位置する正極の温度をＴ１としたとき、Ｎ番目に位置する正極の正極活物質は、物質別の使用温度の上限値がＴ１を超える物質から選定される一つ又は二つ以上であってもよい。
図２の一例に図示したように、本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、位置別の温度プロファイルでの最低温度と最高温度との間の温度である少なくとも一つ以上の基準温度Ｔｒを設定する段階と、正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、基準温度Ｔｒを超える使用温度を有する正極活物質である低温活物質群を選定し、最高温度Ｔｍを超える使用温度を有する正極活物質である高温活物質群を選定する段階と、位置別の温度プロファイルで基準温度Ｔｒ未満の温度領域に位置する正極の正極活物質として、低温活物質群に属する正極活物質を選定する段階と、位置別の温度プロファイルで基準温度Ｔｒ以上の温度領域に位置する正極の正極活物質として、高温活物質群に属する正極活物質を選定する段階と、を含むことができる。
図２の一例は、一つの基準温度Ｔｒが設定される場合を図示したものであり、単一の基準温度Ｔｒにより、積層体の最下部乃至基準温度Ｔｒに該当する位置までの領域である第１領域Ｒ１と、積層体の最上部乃至基準温度Ｔｒに該当する位置までの領域である第３領域Ｒ３と、基準温度Ｔｒと位置別の温度プロファイル上最高温度Ｔｍの温度領域に該当する位置である第２領域Ｒ２とが区画される場合を図示したものである。
図２の一例において、第１領域に位置する正極は、正極の図面符号とともに括弧の中に属する領域（１）を示し、第２領域に位置する正極も括弧の中に属する領域（２）を示し、第３領域に位置する正極も括弧の中に属する領域（３）を示す。
上述のように、本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、積層された正極は、基準温度Ｔｒによって領域別に区画されることができ、各領域に属する正極は、基準温度Ｔｒ及び／又は領域別温度プロファイル上、最高温度Ｔｍを基準として正極活物質が選定されることができる。
詳細には、区画される領域別に正極の正極活物質が設計されることができるが、基準温度Ｔｒを超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質が低温活物質群として選定されることができるが、低温活物質群は、基準温度Ｔｒを超える物質別の使用温度の上限値を有し、最高温度Ｔｍ以下の物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質が低温活物質群として選定されることができ、最高温度Ｔｍを超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質が高温活物質群として選定されることができる。
基準温度及び最高温度により低温活物質群と高温活物質群が選定された後、領域別の温度プロファイル上、最低温度乃至基準温度に該当する領域である第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３に属する正極２０（１）、２０（３）は、正極活物質として低温活物質群から選択される一つ又は二つ以上の物質が設けられることができる。位置別の温度プロファイル上、最高温度乃至基準温度に該当する領域である第２領域Ｒ２に属する正極２０（２）は、正極活物質として高温活物質群から選択される一つ又は二つ以上の物質が設けられることができる。
この際、同一領域に属する正極であっても、互いに相違する正極活物質を含有することができ、正極活物質が、基準温度及び最高温度を基準として物質別の使用温度の上限値に応じて領域別に選定された物質に属すればよい。
また、図２を参照して、単一の基準温度によって領域が区画され、領域別に使用されることができる活物質群が選定される例について詳述しているが、二つ以上の基準温度が設定されてもよいことは言うまでもない。
上述のように、電池の最下部乃至最上部を介して熱が電池の外部に放出されることにより、電池の中心を基準として対称的な温度プロファイルを有することができる。これにより、Ｌ（Ｌ＞１の自然数）個の互いに相違する基準温度が設定される場合、２Ｌ＋１個の領域が区画され、区画された領域は、各領域の区画の基準となる基準温度（領域を区画する二つの基準温度のうちより高い温度）を超える物質別の使用温度の上限値を有する物質が、当該領域の正極に使用される活物質群として選定されることができる。
図３の一例は、互いに相違する三つの基準温度（Ｔｒ１〜Ｔｒ３、Ｔｒ１＜Ｔｒ２＜Ｔｒ３＜Ｔｍ）が設定される場合、正極、分離膜及び負極の積層方向に、電池（詳細には、電極組立体）の各領域が区画される一例を図示したものである。詳細には、位置別の温度プロファイル上、最低温度乃至Ｔｒ１に該当する二つの領域Ｒ１、Ｒ２と、Ｔｒ１乃至Ｔｒ２に該当する二つの領域Ｒ３、Ｒ４と、Ｔｒ２乃至Ｔｒ３に該当する二つの領域Ｒ５、Ｒ６と、Ｔｒ３乃至位置別の温度プロファイル上、最高温度に該当する一領域Ｒ７とに、電池の積層領域が区画されることができ、区画される各領域に位置する正極は、上述のように、物質別の使用温度の上限値を基準として選択された正極活物質が設けられることができる。
図３の一例として詳述すると、Ｔｒ１を超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質とＴｒ２を超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質、Ｔｒ３を超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質及びＴｍを超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質が選定されることができる。この際、Ｔｍを超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質の場合、Ｒ１〜Ｒ７にすべて使用可能であり、Ｔｒ３を超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質の場合、Ｒ１〜Ｒ６にすべて使用可能であり、Ｔｒ２を超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質は、Ｒ１〜Ｒ４にすべて使用可能であり、Ｔｒ１を超える物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質は、Ｒ１〜Ｒ２に使用可能である。
上述のように、より高い物質別の使用温度の上限値を有する正極活物質の場合、一つ以上の領域に共通して使用されることができるが、各領域に位置する正極に設けられる正極活物質は、経済的、環境的の面、需給容易性の面とともに、電池の容量を考慮して選定されることができる。すなわち、基準温度による領域の区画及び物質別の使用温度の上限値による各区画別の使用可能な正極活物質が選定された後、各領域に位置する正極に使用される正極活物質は、上述の熱的条件（基準温度による領域区画及び当該領域を区画する基準温度のうちより高い基準温度を超える物質別の使用温度の上限値）を満たす物質のうち、費用、環境、製造の容易性、原料需給の容易性及び電池容量を考慮して選定（二次選定）されることができる。このうち、電池容量が二次選定の最も重要な基準として作用することができる。
本発明の一実施例による設計方法において、設計される二次電池の充放電容量を設定する段階がさらに行われてもよく、位置別の温度プロファイルとともに設定された充放電容量に応じて各正極の正極活物質が選定されることができる。
詳細には、正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、前記位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度を超える使用温度の上限値を有する物質を各正極の正極活物質の候補群として選定する段階と、積層された正極の並列連結の際に設計された二次電池の充放電容量を満たすように、各正極の正極活物質の候補群から各正極の正極活物質を選定する段階と、を含むことができる。
二次電池に使用可能なものと知られた正極活物質は、非常に多様であり、各正極活物質は、物質自体の特性に応じて、理論的又は実験的限界容量を有することになる。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、正極活物質の候補群から正極活物質を選定する段階において、正極活物質の物質別の容量は、設計者によって既に設定された値であってもよく、実験的又は文献的に知られた各正極活物質の容量に設定されてもよい。
上述のように、本発明の一実施例による二次電池の設計方法は、位置別の温度プロファイルに応じて各位置の正極に使用されることができる正極活物質の候補群が選定され、設定された電池の容量を満たすように各正極活物質の候補群から各正極に使用される正極活物質が選定されることができる。
これにより、熱による電池特性の低下を防止し、寿命を向上させ、電池の損傷（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）を防止し、電池の安定性及び寿命を保証にし、且つ、用途に適するように自由な電池容量の設計が可能な利点がある。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、設計対象である二次電池は、リチウム二次電池であってもよい。リチウム二次電池は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池であってもよい。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、電池の物理的形態上、設計される二次電池は、ゼリーロール型電極組立体を有する二次電池であってもよく、ゼリーロール型電極組立体及び電解質がパウチにシールされたパウチ型二次電池であってもよい。
本発明の一実施例による二次電池の設計方法において、二次電池の設計の際、設計の基本情報として使用される位置別の温度プロファイル、正極活物質の物質別の使用温度の上限値、正極活物質の物質別の充放電容量、設計しようとする電池の充放電容量、位置別の温度プロファイルを基準とした基準温度などは、通常の入力装置を介して設計者によって入力されて通常のメモリー装置に格納されていてもよい。メモリー装置と連動し、上述の設計方法によって各正極に設けられる正極活物質を選定するプログラムが、通常のマイクロプロセッサーを介して駆動される設計部により設計（物質の選定などを含む）が行われることができる。
また、正極活物質の物質別の使用温度の上限値のように、正極活物質の物質別のコスト及び／又は正極活物質の物質別の容量など、正極の物質選定に追加的に使用されることができる追加基準情報がメモリー装置にともに格納されて、正極活物質の物質別の使用温度の上限値によって位置別の正極の使用可能な正極活物質が一次選定された後、追加基準情報によって二次選定が行われることができる。この際、上述のように、二次選定の基準は、設計される電池容量であってもよく、電池容量とともに費用（二次電池の製造コスト）が二次選定の基準であってもよい。
これとは独立して、設計部は、各位置別の正極に対して、正極活物質として選定された物質をディスプレイ装置やプリンターのような通常の出力部を介して出力することができる。設計者は、このような出力結果に基づき、電池製造費用、原料（活物質）の需給容易性、原料（活物質）が環境的影響、設計される電池容量などを考慮して、各位置別の正極に正極活物質として使用することができる物質のうち、最終的に使用する正極活物質を選択することができる。しかし、これは、設計者が設計装置で算出された結果で各正極の正極活物質として選定された物質が多数個存在したときに、算出された結果内で、費用、環境に及ぼす影響などを考慮して、より好ましい場合を選択するだけであって、当該正極の正極活物質として選定された如何なる物質でも当該正極の正極活物質として使用されることができることは言うまでもない。
本発明は、上述の設計方法により設計された二次電池を含む。
本発明の一実施例による二次電池は、分離膜を挟んで正極と負極が交互積層された積層型二次電池であり、積層方向を基準とし、中心に位置する正極の正極活物質と最外側に位置する正極の正極活物質が互いに相違してもよい。
積層型二次電池の充放電の際に内部発熱が発生することがあり、発生する熱のヒートシンク（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）が電池の表面であることから、電池中心領域は電池外側領域より相対的に高い温度を有することができる。たとえ、電池発熱による電池特性の低下を考慮するとしても、単に電池ケース付近の温度を測定する温度センサーによって電池の温度が考慮されていることによって、単に電池容量及び電池表面温度のみを考慮して二次電池を製造する場合、相対的に温度の高い電池中心で正極活物質の劣化が発生し、全体的な電池の特性が低下することがある。
しかし、本発明の一実施例による二次電池は、電池中心に位置する正極の正極活物質と電池最外側に位置する正極の正極活物質が互いに相違しており、電池内の温度不均一性による劣化を防止することができ、寿命を向上させることができ、過充電状態でも電池の損傷（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）を防止することができ、一般的な範疇を逸脱する使用環境でも電池の安定性及び寿命を保証することができる。
この際、電池（電極組立体）の最下部乃至最上部を介して熱が放出されることによって、正極乃至負極の積層方向を基準とした電池内の位置別の温度プロファイルは、電池（電極組立体）中心を基準として互いに対称をなすことができる。
本発明の一実施例による二次電池は、積層方向を基準とし、少なくとも最下部に位置する正極を含む第１領域と、中心に位置する正極を含む第２領域と、最上部に位置する正極を含む第３領域とに区画されることができ、前記第１領域及び第３領域に位置する正極には、同一の正極活物質が設けられてもよく、前記第２領域に位置する正極には、前記第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質と相違する正極活物質が設けられてもよい。
少なくとも第１領域〜第３領域に区画される本発明の一実施例による二次電池についてより詳細に説明すると、第１領域〜第３領域の領域は、充放電の際に積層方向への位置別の温度プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を基準として区画されることができ、詳細には、位置別の温度プロファイルでの最低温度と最高温度との間の温度である少なくとも一つ以上の基準温度によって領域が区画されることができる。
より詳細には、上述の電池内の位置別の温度の不均一性及び対称型の位置別の温度プロファイルを考慮して、電池（電極組立体）は、少なくとも最下部に位置する正極を含む第１領域と、中心に位置する正極を含む第２領域と、最上部に位置する正極を含む第３領域とに区画されることができ、第１領域及び第３領域は、位置別の温度プロファイルで最低温度と基準温度との間の温度を有する電池（電極組立体）領域であってもよく、第２領域は、基準温度と位置別の温度プロファイルでの最高温度との間の温度を有する電池（電極組立体）領域であってもよい。
すなわち、本発明の一実施例による二次電池は、電池内の温度不均一性による特性低下を防止するために、互いに異なる正極活物質が設けられる領域に分けられることができ、区画された領域を基準として少なくとも二つの領域に位置する正極の正極活物質が互いに相違してもよい。詳細には、電池の充放電の際に、位置別の温度プロファイルを基準として設計された二次電池であってもよく、位置別の温度プロファイルが電池中心で最も高い温度を有し、電池中心から遠くなるほど温度が低くなる対称的な温度変化を有することにより、電池が、少なくても、上述の第１領域と、第２領域と、第３領域とに区画されることができ、第２領域に位置する正極は、第１領域及び第３領域に位置する正極とは互いに相違する正極活物質を含むことができる。より詳細には、電池の中心に位置する正極を含む第２領域には、正極活物質の熱的劣化（熱的構造崩壊など）を防止することができる正極活物質を含有する正極が設けられることができる。
領域区画の基準となる位置別の温度プロファイルは、実験又はシミュレーションを介して算出されることができ、位置別の温度プロファイルの算出の際に、電池の使用環境、電池の（過）充電電圧、充電電流など、電池温度に影響を及ぼしうる要素（ｆａｃｔｏｒ）は、所定条件（電池運転環境）で制御されることができ、このような所定条件は、当該国で規定されても、標準又は生産者によって規定された安定性テスト条件であってもよく、過充電状態のような極限の状況に該当する条件であってもよい
本発明の一実施例による二次電池は、リチウム二次電池であってもよく、リチウム二次電池は、リチウムイオン二次電池又はリチウムポリマー二次電池を含んでもよい。
リチウム二次電池を基準とした、第１領域及び第３領域は、位置別の温度プロファイル上、最低温度乃至基準温度に該当する領域であってもよく、第２領域は、基準温度乃至最高温度に該当する領域であってもよい。
本発明の一実施例による二次電池において、第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質は、互いに独立して、リチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンを必須の構成元素として有する層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含んでもよい。
本発明の一実施例による二次電池において、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、下記化学式１を満たす物質であってもよい。
（化学式１）
ＬｉｘＮｉａＭｎｂＣｏｃＭｄＯ２
化学式１中、ｘは０．９〜１．１の実数であり、ａは０．３〜０．５５の実数であり、ｂは０．３〜０．４の実数であり、ｃは０．１〜０．４の実数であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１であり、前記ＭはＭｇ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｅからなる群から選択される一つ以上の元素である。
化学式１の物質は、Ｎｉ‐Ｍｎ‐Ｃｏの３元系をベースとするリチウム二次電池用正極活物質であり、高容量電池の具現を可能とする高容量物質の一つである。しかし、様々な正極活物質のうち、熱安定性が相対的に低下することにより、設計される電池の容量を具現するとともに電池の熱的劣化を防止し、寿命を向上させるために、第１領域及び第３領域に化学式１の物質を含有する正極が設けられることができる。この際、化学式１の物質を含む正極が設けられる領域（第１領域及び第３領域）の基準となる基準温度は１３０〜１５０℃であってもよく、このような基準温度未満の領域に属する第１領域及び第３領域には、正極活物質として、化学式１の物質を含有する正極が設けられることができる。
本発明の一実施例による二次電池において、第２領域の正極に設けられる正極活物質は、互いに独立して、スピネル型リチウムマンガン酸化物を含有してもよい。
本発明の一実施例による二次電池において、スピネル型リチウムマンガン酸化物は、下記化学式２を満たす物質であってもよい。
（化学式２）
ＬｉｙＭｎ２−ｅＭｅＯ４
化学式２中、ｙは１〜１．１の実数であり、ｅは０〜０．２の実数であり、ＭはＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂ及びＴｉからなる群から選択される一つ以上の元素である。
化学式２の物質は、リチウム二次電池用正極活物質として、様々な正極活物質のうち、熱安定性に相対的に優れた物質であり、ＬｉＭｎ２Ｏ４を一例として詳述すると、構造崩壊温度が２５４℃と非常に高い熱安定性を有する物質である。
本発明の一実施例による二次電池において、第３領域に位置する正極は、正極活物質として、スピネル型リチウムマンガン酸化物、詳細には、化学式２を満たすスピネル型リチウムマンガン酸化物を含有してもよい。
本発明の一実施例による二次電池は、分離膜を挟んで互いに対向する正極及び負極が交互積層された電極組立体と、電極組立体が含浸される電解質と、電極組立体と電解質をシールする電池ケースと、を含むことができる。
電極組立体の各正極は、互いに直列、並列又は直並列に連結されることができ、各負極もまた、直列、並列又は直並列に連結されることができる。この際、正極は、集電体及び集電体上正極活物質を含む正極活物質層を含むことができ、正極は、集電体上正極活物質層が形成されていない未塗着部を含むことができる。負極もまた、集電体及び集電体上負極活物質を含有する負極活物質層を含むことができ、負極活物質層が形成されていない未塗着部を含むことができる。電極組立体の各正極又は各負極の間の電気的連結は、このような未塗着部を介して行われることができる。
電極組立体各正極及び／又は各負極の集電体は、多孔性伝導体であってもよく、より詳細には、集電体は、伝導性物質のフォーム（ｆｏａｍ）、箔（ｆｉｌｍ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）、フェルト（ｆｅｌｔ）又は多孔性箔（ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｆｉｌｍ）であってもよい。より詳細には、集電体は、伝導度に優れ、電池の充放電の際に化学的に安定したグラファイト、グラフェン、チタン、銅、プラチナ、アルミニウム、ニッケル、銀、金、又はカーボンナノチューブを含む伝導性物質であってもよく、このような伝導性物質のフォーム（ｆｏａｍ）、箔（ｆｉｌｍ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）、フェルト（ｆｅｌｔ）又は多孔性（ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ）箔の形態であってもよく、互いに相違する伝導性物質でコーティング又は積層された複合体であってもよい。
電極組立体の各負極の負極活物質は、二次電池の負極に通常使用される活物質であれば使用可能である。リチウム二次電池の一例として、負極活物質は、リチウムインターカレーション可能な物質であればよい。リチウム二次電池を基準とした、非限定的な一例として、負極活物質は、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラファイト、シリコン、Ｓｎ合金、Ｓｉ合金、Ｓｎ酸化物、Ｓｉ酸化物及びリチウム‐チタン酸化物から選択される一つ以上の物質であってもよい。
電極組立体において、互いに隣接する正極と負極との間に位置する分離膜は、正極と負極の積層方向に応じて位置別に互いに相違するか同一であってもよく、通常の二次電池において負極と正極の短絡を防止するために、通常使用される分離膜であればよい。リチウム二次電池を基準とした、非限定的な一例として、分離膜は、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリオレフィン系から選択される一つ以上の物質であってもよく、微多孔膜構造であってもよい。また、過電流防止機能、電解質維持機能、物理的強さの向上のために、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜、不織布などの多数個の有機膜が積層された積層構造を有することができる。
上述の電極組立体は、通常のゼリーロール型電極組立体の製造方法により製造されることができるが、一例として、分離膜の一面に互いに交互に離隔配置される多数個の正極と負極がローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）されて形成されることができる。しかし、本発明が上述の電極組立体の製造方法によって限定されることができないことは言うまでもない。
電極組立体が含浸される電解質は、通常の二次電池において、電池の充電及び放電に関るイオンをスムーズに伝導させる通常の水系又は非水係電解質であればよい。リチウム二次電池を基準とした、非限定的な一例として、電解質は、非水係電解質であってもよく、非水係電解質は、非水係溶媒及びリチウム塩を含むことができる。非限定的な一例として、電解質に含有されるリチウム塩は、リチウムカチオン及びＮＯ３ −、Ｎ（ＣＮ）２ −、ＢＦ４ −、ＣｌＯ４ −、ＰＦ６ −、（ＣＦ３）２ＰＦ４ −、（ＣＦ３）３ＰＦ３ −、（ＣＦ３）４ＰＦ２ −、（ＣＦ３）５ＰＦ、（ＣＦ３）６Ｐ−、ＣＦ３ＳＯ３ −、ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＦ３）２ＣＯ−、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＣＨ−、（ＳＦ５）３Ｃ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ３ −、ＣＦ３ＣＯ２ −、ＣＨ３ＣＯ２ −、ＳＣＮ−、及び（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−から選択される一つ以上のアニオンを提供する塩であってもよい。電解質の溶媒は、エチレンカーボネート（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、プロピレンカーボネート、１，２‐ブチレンカーボネート、２，３‐ブチレンカーボネート、１，２‐ペンチレンカーボネート、２，３‐ペンチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ（２，２，２‐トリフルオロエチル）カーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、２，２，２‐トリフルオロエチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、２，２，２‐トリフルオロエチルプロピルカーボネート、メチルホルメート（ｍｅｔｈｙｌ ｆｏｒｍａｔｅ）、エチルホルメート、プロピルホルメート、ブチルホルメート、ジメチルエーテル（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、メチルアセテート（ｍｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート（ｅｔｈｙｌ ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）、プロピルプロピオネート、ブチルプロピオネート、メチルブチレート（ｍｅｔｈｙｌ ｂｕｔｙｒａｔｅ）、エチルブチレート、プロピルブチレート、ブチルブチレート、γ‐ブチロラクトン（γ‐ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、２‐メチル‐γ‐ブチロラクトン、３‐メチル‐γ‐ブチロラクトン、４‐メチル‐γ‐ブチロラクトン、γ‐チオブチロラクトン、γ‐エチル‐γ‐ブチロラクトン、β‐メチル‐γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトン（γ‐ｖａｌｅｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、σ‐バレロラクトン、γ‐カプロラクトン（γ‐ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、ε‐カプロラクトン、β‐プロピオラクトン（β‐ｐｒｏｐｉｏｌａｃｔｏｎｅ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、２‐メチルテトラヒドロフラン、３‐メチルテトラヒドロフラン、トリメチルホスフェート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、トリエチルホスフェート、トリス（２‐クロロエチル）ホスフェート、トリス（２，２，２‐トリフルオロエチル）ホスフェート、トリプロピルホスフェート、トリイソプロピルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリヘキシルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリトリルホスフェート、メチルエチレンホスフェート、エチルエチレンホスフェート、ジメチルスルホン（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｎｅ）、エチルメチルスルホン、メチルトリフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、メチルペンタフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、ジ（トリフルオロメチル）スルホン、ジ（ペンタフルオロエチル）スルホン、トリフルオロメチルペンタフルオロエチルスルホン、トリフルオロメチルノナフルオロブチルスルホン、ペンタフルオロエチルノナフルオロブチルスルホン、スルホラン（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）、３‐メチルスルホラン、２‐メチルスルホラン、３‐エチルスルホラン及び２‐エチルスルホラン群から選択される一つ以上の溶媒を有することができる。
この際、分離膜は、二次電池において負極と正極の短絡を防止するために二次電池で通常使用される分離膜を含むことができ、電解質を支持する役割を行うことができることは言うまでもない。分離膜の一例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィンを含む微多孔膜が挙げられ、過電流防止機能、電解質維持機能、物理的強さの向上のために多数個のポリエチレン膜、ポリプロピレン膜、不織布などの有機膜が積層された積層構造を有することができる。
以上、本発明では、特定の事項と限定された実施例及び図面によって説明しているが、これは、本発明をより全般的且つ容易に理解するために提供されたものであって、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の思想は、上述の実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、本特許請求の範囲と均等又は等価的な変形があるすべてのものなどは、本発明思想の範疇に属すると言える。

Claims (14)

  1. ａ）分離膜を挟んで正極と負極が交互積層された積層型二次電池の充放電の際に、積層方向への電池内の位置別の温度プロファイルを算出する段階と、
    ｂ）前記位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質を選定する段階と、を含む、二次電池の設計方法。
  2. 前記ｂ）段階において、正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、前記位置別の温度プロファイルに応じて、当該位置別の正極に使用される正極活物質が選定される、請求項１に記載の二次電池の設計方法。
  3. 前記ｂ）段階は、
    正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、前記位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度を超える使用温度の上限値を有する物質を各正極の正極活物質として選定する段階を含む、請求項１に記載の二次電池の設計方法。
  4. 前記ｂ）段階は、
    ｂ１）前記位置別の温度プロファイルでの最低温度と最高温度との間の温度である少なくとも一つ以上の基準温度を設定する段階と、
    ｂ２）正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、基準温度を超える使用温度を有する正極活物質である低温活物質群を選定し、前記最高温度を超える使用温度を有する正極活物質である高温活物質群を選定する段階と、
    ｂ３）前記位置別の温度プロファイルで前記基準温度未満の温度領域に位置する正極の正極活物質として、前記低温活物質群に属する正極活物質を選定する段階と、
    ｂ４）前記位置別の温度プロファイルで前記基準温度以上の温度領域に位置する正極の正極活物質として、前記高温活物質群に属する正極活物質を選定する段階と、を含む、請求項１に記載の二次電池の設計方法。
  5. ｂ）段階の前に、ｃ）設計される二次電池の充放電容量を設定する段階をさらに含む、請求項１に記載の二次電池の設計方法。
  6. ｂ）段階は、
    ｂ５）正極活物質の物質別の使用温度の上限値を基準とし、前記位置別の温度プロファイル上、各正極位置での温度を超える使用温度の上限値を有する物質を各正極の正極活物質の候補群として選定する段階と、
    ｃ６）積層された正極の並列連結の際に設計された二次電池の充放電容量を満たすように、各正極の正極活物質の候補群から各正極の正極活物質を選定する段階と、を含む、請求項５に記載の二次電池の設計方法。
  7. 前記二次電池は、リチウム二次電池である、請求項１から６のいずれか１項に記載の二次電池の設計方法。
  8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の設計方法により設計された、二次電池。
  9. 分離膜を挟んで正極と負極が交互積層された積層型二次電池であって、
    積層方向を基準とし、中心に位置する正極の正極活物質と最外側に位置する正極の正極活物質が互いに相違する、二次電池。
  10. 積層方向を基準とし、少なくとも最下部に位置する正極を含む第１領域と、中心に位置する正極を含む第２領域と、最上部に位置する正極を含む第３領域とに区画され、
    前記第１領域及び第３領域に位置する正極には、同一の正極活物質が設けられ、
    前記第２領域に位置する正極には、第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質と相違する正極活物質が設けられる、請求項９に記載の二次電池。
  11. 充放電の際に積層方向への位置別の温度プロファイルを基準とし、位置別の温度プロファイルでの最低温度と最高温度との間の温度である少なくとも一つ以上の基準温度により、少なくとも最下部に位置する正極を含む第１領域と、中心に位置する正極を含む第２領域と、最上部に位置する正極を含む第３領域とに区画される、請求項９に記載の二次電池。
  12. 前記第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質と第２領域の正極に設けられる正極活物質が互いに相違する、請求項１１に記載の二次電池。
  13. 前記第１領域及び第３領域の正極に設けられる正極活物質は、互いに独立して、リチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンを必須の構成元素として有する層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含む、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の二次電池。
  14. 第２領域の正極に設けられる正極活物質は、互いに独立して、スピネル型リチウムマンガン酸化物を含む、請求項１３に記載の二次電池。
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