JP2016033895A - 非水電解質電池及び電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】 優れた低温出力特性を有する非水電解質電池及び電池パックを提供する。
【解決手段】 実施形態によると、外装材と、前記外装材内に収納され、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなる群より選択される１つ以上の元素）で表される活物質を含む正極と、前記外装材内に前記正極と空間的に離間して収納され、チタン含有酸化物を含む負極と、前記外装材内に収容された非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、前記非水電解質電池の開回路電圧が２．１７Ｖである時の正極電位がＬｉ基準で３．７５Ｖ以上であることを特徴とする非水電解質電池が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、非水電解質電池及び電池パックに関する。
リチウムイオン電池を鉛蓄電池と併用する場合、リチウムイオン電池の作動電位を鉛蓄電池の作動電位にあわせる必要がある。正極にリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を、負極にスピネル型リチウムチタン酸化物を用いた電池は、６直列とすることで平均作動電位が約１３．５Ｖとなり、鉛蓄電池との併用が可能となる。また、リチウムチタン複合酸化物は、充放電に伴う体積変化が小さいためサイクル特性に優れている。また、リチウムチタン複合酸化物のリチウム吸蔵放出反応では、原理的にリチウム金属が析出し難いため、リチウムチタン複合酸化物を用いた電池は大電流での充放電を繰り返しても性能劣化が小さい。
特許第３８６６７４０号明細書 特開平９−１９９１７９号公報
自動車などで、リチウムイオン電池と鉛蓄電池を併用する場合、鉛蓄電池の使用電圧である１３Ｖ程度での低温出力性能が求められる。しかしながら、上記電池は、６直列に接続した電池パックを１３Ｖに調整した時の充電深度が１０〜３０％となることから、低温出力性能が低い問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、優れた低温出力特性を有する非水電解質電池及び電池パックを提供することにある。
実施形態によると、外装材と、前記外装材内に収納され、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなる群より選択される１つ以上の元素）で表される活物質を含む正極と、前記外装材内に前記正極と空間的に離間して収納され、チタン含有酸化物を含む負極と、前記外装材内に収容された非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、前記非水電解質電池の開回路電圧が２．１７Ｖである時の正極電位がＬｉ基準で３．７５Ｖ以上であることを特徴とする非水電解質電池が提供される。
第１実施形態に係る扁平型非水電解質電池を示す断面図。 図１のＡ部の拡大断面図。 第１実施形態に係る他の扁平型非水電解質電池を模式的に示す部分切欠斜視図。 図３のＢ部の拡大断面図。 第２実施形態に係る一例の電池パックを示す分解斜視図。 図３の電池パックの電気回路を示すブロック図。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る非水電解質電池を説明する。
実施形態に係る非水電解質電池は、外装材と、前記外装材内に収納され、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなる群より選択される１つ以上の元素）で表される活物質を含む正極と、前記外装材内に前記正極と空間的に離間して収納され、チタン含有酸化物を含む負極と、前記外装材内に収容された非水電解質と、を具備する非水電解質電池であって、前記非水電解質電池の開回路電圧が２．１７Ｖである時の正極電位がＬｉ基準で３．７５Ｖ以上であることを特徴とする。
前記正極をＬｉ基準で電位３．７５Ｖからカットオフ電位１．５Ｖまで放電レート０．１Ｃで放電した時の正極活物質単位重量当たりの放電容量をＱｃ、前記負極をＬｉ基準で電位１．５８Ｖからカットオフ電位２．０Ｖまで放電レート０．１Ｃで放電した時の負極活物質単位重量当たりの放電容量をＱａとした時、負極活物質重量に対する正極活物質重量比をＱａ／Ｑｃより小さくすることで、前記非水電解質電池の開回路電圧が２．１７Ｖである時の正極電位を３．７５Ｖ以上とすることができる。
第１実施形態に係る非水電解質電池１０の一例を示した図１、図２を参照してより詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る扁平型非水電解質電池１０の断面図であり、図２は図１のＡ部の拡大断面図である。なお、各図は説明のための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
扁平状の捲回電極群１は、２枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる袋状外装材２内に収納されている。扁平状の捲回電極群１は、外側から負極３、セパレータ４、正極５、セパレータ４の順で積層した積層物を渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成される。最外層の負極３は、図２に示すように負極集電体３ａの内面側の片面に負極活物質含有層３ｂを形成した構成を有する。その他の負極３は、負極集電体３ａの両面に負極活物質含有層３ｂを形成して構成されている。正極５は、正極集電体５ａの両面に正極活物質含有層５ｂを形成して構成されている。
捲回電極群１の外周端近傍において、負極端子６は最外殻の負極３の負極集電体３ａに電気的に接続され、正極端子７は内側の正極５の正極集電体５ａに電気的に接続されている。これらの負極端子６及び正極端子７は、袋状外装材２の開口部から外部に延出されている。例えば液状非水電解質は、袋状外装材２の開口部から注入されている。袋状外装材２の開口部を負極端子６及び正極端子７を挟んでヒートシールすることにより捲回電極群１及び液状非水電解質を完全密封している。
第１の実施形態に係る非水電解質電池は、前述した図１および図２に示す構成のものに限らず、例えば図３および図４に示す構成にすることができる。図３は、第１の実施形態に係る別の扁平型非水電解質電池を模式的に示す部分切欠斜視図で、図４は図３のＢ部の拡大断面図である。
積層型電極群１１は、２枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる外装部材１２内に収納されている。積層型電極群１１は、図４に示すように正極１３と負極１４とをその間にセパレータ１５を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極１３は複数枚存在し、それぞれが集電体１３ａと、集電体１３ａの両面に担持された正極活物質含有層１３ｂとを備える。負極１４は複数枚存在し、それぞれが集電体１４ａと、集電体１４ａの両面に担持された負極活物質含有層１４ｂとを備える。各負極１４の集電体１４ａは、一辺が正極１３から突出している。突出した集電体１４ａは、帯状の負極端子１６に電気的に接続されている。帯状の負極端子１６の先端は、外装部材１２から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極１３の集電体１３ａは、集電体１４ａの突出辺と反対側に位置する辺が負極１４から突出している。負極１４から突出した集電体１３ａは、帯状の正極端子１７に電気的に接続されている。帯状の正極端子１７の先端は、負極端子１６とは反対側に位置し、外装部材１２の辺から外部に引き出されている。
以下、本実施形態の非水電解質電池に用いられる負極、正極、非水電解質、セパレータ、外装部材、正極端子、負極端子について詳細に説明する。
（負極）
負極３は、集電体３ａと、この集電体３ａの片面または両面に形成され、活物質、導電剤及び結着剤を含む負極活物質含有層３ｂとを備える。
負極活物質は、チタン含有酸化物を含む。チタン含有酸化物は、スピネル型リチウムチタン複合酸化物、斜方晶β型チタン複合酸化物、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物、ラムズデライト型リチウムチタン複合酸化物、ホランダイト型リチウムチタン複合酸化物、アナターゼ型チタン複合酸化物、ルチル型チタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの酸化物を含むことが好ましい。
チタン含有酸化物としては、例えば、酸化物合成時はリチウムを含まないチタン系酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムチタン酸化物の構成元素の一部を異種元素で置換したリチウムチタン複合酸化物などを挙げることができる。リチウムチタン酸化物としては、例えば、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘは充放電により変化する値で、０≦ｘ≦３））、ラムステライド型のチタン酸リチウム（例えばＬｉ２＋ｙＴｉ３Ｏ７（ｙは充放電により変化する値で、０≦ｙ≦３）などを挙げることができる。
チタン系酸化物としては、ＴｉＯ２、ＴｉとＶ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素とを含有する金属複合酸化物などが挙げられる。例えば、ＴｉＯ２の結晶構造のひとつである単斜晶系β型構造を有するチタン複合酸化物には、ＴｉＯ２（Ｂ）と、ＴｉＯ２（Ｂ）の構成元素の一部を異種元素（例えばＬｉ）で置換したものとが含まれる。
また、負極活物質として上記の複数のチタン含有酸化物を混合して用いることもできる。例えば、スピネル型リチウムチタン複合酸化物と斜方晶β型チタン複合酸化物の混合物、またはスピネル型リチウムチタン複合酸化物と単斜晶型ニオブチタン複合酸化物との混合物を用いることができる。この時、前記スピネル型リチウムチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量に対する前記斜方晶β型チタン複合酸化物または単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量が１／３未満であると、負極をＬｉ基準で電位１．５８Ｖからカットオフ電位２．０Ｖまで放電レート０．１Ｃで放電した時の負極活物質単位重量当たりの放電容量が小さく、単位面積あたりに多くの負極活物質を塗布する必要があり、結果として電池のエネルギー密度の低下を招くため、前記スピネル型リチウムチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量に対する前記斜方晶β型チタン複合酸化物または、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量は１／３以上とすることが好ましい。
活物質は、一次粒子あるいは一次粒子が凝集した二次粒子を含む形態を有する。すなわち、活物質は、単独の一次粒子と、一次粒子が凝集したものからなる二次粒子とを含むことができる。二次粒子と単独の一次粒子を含む活物質は、一次粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ以下で、かつ二次粒子径が１μｍ以上３０μｍ以下であることが望ましい。一次粒子径及び二次粒子径を前述の範囲にすることにより、非水電解質との反応による活物質の劣化を抑制することができる。一次粒子径のより好ましい範囲は、０．５μｍ以上３μｍ以下であり、また、二次粒子径のより好ましい範囲は、１０μｍ以上２０μｍ以下である。
活物質の一次粒子径及び二次粒子径は、レーザー回折法によって測定することができる。
導電剤は、活物質の集電性能を高め、集電体との接触抵抗を抑える。導電剤の例は、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛を含む。
結着剤は、活物質と導電剤を結着させる。結着剤の例は、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を含む。
負極活物質含有層３ｂ中の活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ７０質量％以上９６質量％以下、２質量％以上２８質量％以下及び２質量％以上２８質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を２質量％以上とすることにより、負極活物質含有層３ｂの集電性能を向上させ、非水電解質電池１０の大電流特性を向上させることができる。また、結着剤の量を２質量％以上とすることにより、負極活物質含有層３ｂと集電体３ａの結着性を高め、サイクル特性を向上させることができる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ２８質量％以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
負極集電体３ａは、例えば、銅箔、アルミニウム箔またはＭｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉのような元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
負極３は、次の方法により作製することができる。
まず、負極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、負極集電体３ａの片面又は両面に塗布し、乾燥し、その後、プレスを施すことにより負極活物質含有層３ｂを形成して作製される。或いは、負極３は、負極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成して負極活物質含有層３ｂとし、これを負極集電体３ａ上に形成することにより作製されてもよい。
（正極）
正極５は、正極集電体５ａ及び正極活物質含有層５ｂを含む。正極活物質含有層５ｂは、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む。正極活物質含有層５ｂは、正極集電体５ａの片面または両面に形成される。 正極活物質は、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなる元素を１つ以上含む）で表される酸化物を含む。
導電剤は、活物質の集電性能を高め、集電体との接触抵抗を抑える。導電剤の例は、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素質物を含む。
結着剤は、活物質と導電剤を結着させる。結着剤の例は、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）、フッ素系ゴムを含む。
正極活物質含有層５ｂ中の活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ８０質量％以上９５質量％以下、３質量％以上１８質量％以下及び２質量％以上１７質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、３質量％以上の量にすることにより上述した効果を発揮することができる。導電剤は、１８質量％以下の量にすることにより高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤は、２質量％以上の量にすることにより十分な正極強度が得られる。結着剤は、１７質量％以下の量にすることにより、正極中の絶縁材料である結着剤の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
正極集電体５ａは、例えばアルミニウム箔、またはＭｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉのような元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
正極５は、例えば次の方法により作製することができる。
まず、正極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを正極集電体５ａの片面又は両面に塗布し、乾燥して、その後プレスを施すことにより正極活物質含有層５ｂを形成して作製される。或いは、正極５は、正極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成して正極活物質含有層５ｂとし、これを正極集電体５ａ上に形成することにより作製されてもよい。
（非水電解質）
非水電解質は、例えば電解質を非水溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、または液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質を用いることができる。
液状非水電解質は、電解質を０．５Ｍ以上２．５Ｍ以下の濃度で非水溶媒に溶解することが好ましい。
電解質の例は、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２］のリチウム塩、またはこれらの混合物を含む。電解質は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、ＬｉＰＦ６が最も好ましい。
非水溶媒の例は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート；ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）のような環状エーテル；ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジエトエタン（ＤＥＥ）のような鎖状エーテル；またはγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）を含む。これらの非水溶媒は、単独または混合溶媒の形態で用いることができる。
高分子材料の例は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）を含む。
好ましい非水溶媒は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）からなる群のうち、少なくとも２つ以上を混合した混合溶媒、またはγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を含む混合溶媒である。これらの混合溶媒を用いることにより、高温特性の優れた非水電解質電池を得ることができる。
（セパレータ）
セパレータ４は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、もしくはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
（外装部材）
外装部材２は、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器が用いられる。
ラミネートフィルムとしては、樹脂フィルム間に金属層を介在した多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムには、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。ラミネートフィルムは、肉厚が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素のような元素を含むことが好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は１００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。金属製容器は、肉厚が０．５ｍｍ以下であることが好ましく、肉厚が０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
電池の形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等が挙げられる。なお、無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。
（正極端子）
正極端子７は、リチウムイオン金属に対する電位が３．０Ｖ以上４．５Ｖ以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子７は、正極集電体５ａとの接触抵抗を低減するために、正極集電体５ａと同様の材料から形成されることが好ましい。
（負極端子）
負極端子６は、リチウムイオン金属に対する電位が０．４Ｖ以上３．０Ｖ以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、又は、Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｓｉのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子６は、負極集電体３ｂとの接触抵抗を低減するために、負極集電体３ｂと同様の材料から形成されることが好ましい。
（第２実施形態）
次に、実施形態に係る電池パックを詳細に説明する。
第２実施形態に係る電池パックは、第１実施形態に係る非水電解質電池（即ち、単電池）を一以上有する。電池パックに複数の単電池が含まれる場合、各単電池は、電気的に直列、並列、或いは、直列と並列に接続して配置される。
鉛蓄電池を含むシステムに実施形態に係る電池パックを用いる場合、上記第１実施形態に係る非水電解質電池を６ｎまたは５ｎ（ｎは１以上）直列に接続することが好ましい。
図３及び図４を参照して電池パック２０を具体的に説明する。図５に示す電池パック２０では、単電池２１には、図１あるいは図３に示す扁平型非水電解質二次電池を使用することができる。
複数の単電池２１は、外部に延出した負極端子６及び正極端子７が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ２２で締結することにより組電池２３を構成している。これらの単電池２１は、図６に示すように互いに電気的に直列に接続されている。
プリント配線基板２４は、負極端子６及び正極端子７が延出する単電池２１側面と対向して配置されている。プリント配線基板２４には、図６に示すようにサーミスタ２５、保護回路２６及び外部機器への通電用端子２７が搭載されている。なお、組電池２３と対向する保護回路基板２６の面には組電池２３の配線と不要な接続を回避するために絶縁板（図示せず）が取り付けられている。
正極側リード２８は、組電池２３の最下層に位置する正極端子７に接続され、その先端はプリント配線基板２４の正極側コネクタ２９に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード３０は、組電池２３の最上層に位置する負極端子６に接続され、その先端はプリント配線基板２４の負極側コネクタ３１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２９、３１は、プリント配線基板２４に形成された配線３２、３３を通して保護回路２６に接続されている。
サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検出し、その検出信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路２６と外部機器への通電用端子２７との間のプラス側配線３４ａ及びマイナス側配線３４ｂを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ２５の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池２１もしくは単電池２１全体について行われる。個々の単電池２１を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池２１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図５及び図６の場合、単電池２１それぞれに電圧検出のための配線３５を接続し、これら配線３５を通して検出信号が保護回路２６に送信される。
正極端子７及び負極端子６が突出する側面を除く組電池２３の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３６がそれぞれ配置されている。
組電池２３は、各保護シート３６及びプリント配線基板２４と共に収納容器３７内に収納される。すなわち、収納容器３７の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート３６が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板２４が配置される。組電池２３は、保護シート３６及びプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。蓋３８は、収納容器３７の上面に取り付けられている。
なお、組電池２３の固定には粘着テープ２２に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。
図５、図６では単電池２１を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても、または直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。組み上がった電池パックをさらに直列、並列に接続することもできる。
以上記載した本実施形態によれば、上記第１実施形態における優れた充放電サイクル性能を有する非水電解質電池を備えることにより、優れた充放電サイクル性能を有する電池パックを提供することができる。
なお、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が挙げられる。特に、高温特性の優れた非水電解質電池を用いた電池パックは車載用に好適に用いられる。
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものでない。
（実施例１）
＜正極の作製＞
正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２）粉末９０質量％を用いた。導電剤として、アセチレンブラック３質量％及びグラファイト３質量％を用いた。結着剤として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４質量％を用いた。以上の成分をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、正極を得た。
＜負極の作製＞
負極活物質として、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物（Ｎｂ２ＴｉＯ７）粉末９０質量％を用いた。導電剤としてグラファイトを７質量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を３質量％用いた。これらの成分と、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とを混合し、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極を得た。負極活物質重量に対する正極活物質重量は１．４とした。
＜電極群の作製＞
セパレータとして、厚さ２５μｍのセルロース製の不織布を用いた。
正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順で積層し、積層体を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。これを８０℃で加熱プレスすることにより偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、ナイロン層／アルミニウム層／ポリエチレン層の３層構造を有し、厚さが０．１ｍｍであるラミネートフィルムからなるパックに収納し、８０℃で１６時間、真空中で乾燥した。
＜液状非水電解質の調製＞
プロピレンカーボネート（ＰＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（体積比率１：２）に、電解質としてＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌ溶解し、非水電解液を得た。
電極群を収納したラミネートフィルムパック内に非水電解液を注入した後、パックをヒートシールにより完全密閉した。これにより、非水電解液電池が得られた。
正極活物質、負極活物質、負極活物質重量に対する正極活物質重量、セル開回路電圧２．１７Ｖの時の正極電位を表１に示した。
（実施例２〜１６、比較例１〜１０）
正極活物質、負極活物質、負極活物質重量に対する正極活物質重量、セル開回路電圧２．１７Ｖの時の正極電位を表１に示したとおりに変更した以外は、実施例１と同様に非水電解質電池を作製した。
表１に、実施例１〜１６及び比較例１〜１０に係る非水電解質電池の開回路電圧２．１７Ｖにおける０℃−１０Ｃ直流抵抗を示す。実施例１〜１６の電池の開回路電圧２．１７Ｖにおける０℃−１０Ｃ直流抵抗は比較例１〜１０の直流抵抗に比べて低い値を示した。これは、負極活物質にチタン含有酸化物を用い、かつ、セル開回路電圧２．１７Ｖの時の正極電位が３．７５Ｖ以上となるように負極活物質重量に対する正極活物質重量を選択することで、セル開回路電圧２．１７Ｖ以下における正極容量が増大し、出力性能が向上することがわかる。
Figure 2016033895
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
１、１１…電極群、２、１２…外装部材、３、１４…負極、３ａ、１４ａ…負極集電体、３ｂ、１４ｂ…負極活物質含有層、４、１５…セパレータ、５、１３…正極、、５ａ、１３ａ…正極集電体、５ｂ、１３ｂ…正極活物質含有層、６、１６…負極端子、７、１７…正極端子、、１０…非水電解質電池、２０…電池パック、２１…単電池、、２２…粘着テープ、２３…組電池、２４…プリント配線基板、２５…サーミスタ、２６…保護回路、２７…通電用端子、２８…正極側リード、２９…正極側コネクタ、３０…負極側リード、３１…負極側コネクタ、３２及び３３…配線、３４ａ…プラス側配線、３４ｂ…マイナス側配線、３５…電圧検出のための配線、３６…保護シート、３７…収納容器、３８…蓋。

Claims (9)

  1. 外装材と、
    前記外装材内に収納され、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなる群より選択される１つ以上の元素）で表される活物質を含む正極と、
    前記外装材内に前記正極と空間的に離間して収納され、チタン含有酸化物を含む負極と、
    前記外装材内に収容された非水電解質と
    を具備する非水電解質電池であって、
    前記非水電解質電池の開回路電圧が２．１７Ｖである時の正極電位がＬｉ基準で３．７５Ｖ以上であることを特徴とする非水電解質電池。
  2. 前記チタン含有酸化物は、スピネル型リチウムチタン複合酸化物、斜方晶β型チタン複合酸化物、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物、ラムズデライト型リチウムチタン複合酸化物、ホランダイト型リチウムチタン複合酸化物、アナターゼ型チタン複合酸化物、ルチル型チタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
  3. 前記正極をＬｉ基準で電位３．７５Ｖからカットオフ電位１．５Ｖまで放電レート０．１Ｃで放電した時の正極活物質単位重量当たりの放電容量をＱｃ、前記負極をＬｉ基準で電位１．５８Ｖからカットオフ電位２．０Ｖまで放電レート０．１Ｃで放電した時の負極活物質単位重量当たりの放電容量をＱａとした時、負極活物質重量に対する正極活物質重量比がＱａ／Ｑｃより小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質電池。
  4. 前記チタン含有酸化物は、スピネル型リチウムチタン複合酸化物と斜方晶β型チタン複合酸化物を少なくとも含み、前記スピネル型リチウムチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量に対する前記斜方晶β型チタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量が１／３以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非水電解質電池。
  5. 前記チタン含有酸化物は、スピネル型リチウムチタン複合酸化物と単斜晶型ニオブチタン複合酸化物を少なくとも含み、前記スピネル型リチウムチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量に対する前記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の負極単位面積あたりの重量が１／３以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非水電解質電池。
  6. 前記外装材は、ラミネートフィルムから形成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の非水電解質電池。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非水電解質電池を一以上備えることを特徴とする電池パック。
  8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非水電解質電池を６ｎまたは５ｎ（ｎは１以上）直列に接続した組電池を含むことを特徴とする電池パック。
  9. 電気的に接続された複数の前記非水電解質電池を具備し、各非水電解質電池の電圧が検知可能な保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の電池パック。
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