JP2017111878A - 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】電極の破断を抑制することができる電池を提供する。【解決手段】電池は、扁平状に巻回された電極を備える。電極は、巻き返し部に貫通孔を有する。【選択図】図１

Description

本技術は、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。

近年、携帯電話機および携帯情報端末機器（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）などの多様な電子機器が広く普及しており、その電子機器のさらなる小型化が要望されている。この要望に応えるべく、電源として高エネルギー密度の電池の開発が進められている。

高エネルギー密度化を実現する技術としては、電極を厚膜化して活物質層の面積密度を向上する技術がある。しかし、この技術を巻回型の電池素子に採用すると、巻き返し部にて電極の破断が発生してしまう虞がある。このため、集電体の強度および伸びの制御、または柔軟性の高いバインダの採用により、高面積密度を有する厚型電極でも巻回性を保持できる技術が検討されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−１７０６８５号公報

本技術の目的は、電極の破断を抑制することができる電池、それを備える電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。

上述の課題を解決するために、第１の技術は、扁平状に巻回された電極を備え、電極は、巻き返し部に貫通孔を有する電池である。

第２の技術は、第１の技術の電池と、この電池を制御する制御部とを備える電池パックである。

第３の技術は、第１の技術の電池を備え、この電池から電力の供給を受ける電子機器である。

第４の技術は、第１の技術の電池と、この電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、この電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを備える電動車両である。

第５の技術は、第１の技術の電池を備え、この電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置である。

第６の技術は、第１の技術の電池を備え、この電池から電力の供給を受ける電力システムである。

以上説明したように、本技術によれば、電極の破断を抑制することができる。

図１は、本技術の第１の実施形態に係る非水電解質二次電池の一構成例を示す分解斜視図である。 図２は、図１のII−II線に沿った巻回電極体の断面図である。 図３は、巻回電極体の巻き返し部を説明するための断面図である。 図４Ａ、図４Ｂは、貫通孔の配置例を説明するための概略図である。 図５は、本技術の第１の実施形態の変形例に係る非水電解質二次電池の一構成例を示す拡大断面図である。 図６は、本技術の第２の実施形態に係る電子機器の一構成例を示すブロック図である。 図７は、本技術の第３の実施形態に係る蓄電システムの一構成例を示す概略図である。 図８は、本技術の第４の実施形態に係る電動車両の一構成を示す概略図である。

本技術の実施形態について以下の順序で説明する。
１ 第１の実施形態（ラミネートフィルム型電池の例）
２ 第２の実施形態（電池パックおよび電子機器の例）
３ 第３の実施形態（蓄電システムの例）
４ 第４の実施形態（電動車両の例）

＜１ 第１の実施形態＞
［電池の構成］
図１に示すように、本技術の第１の実施形態に係る非水電解質二次電池（以下単に「電池」という。）１０は、いわゆるラミネートフィルム型電池であり、正極リード１１および負極リード１２が取り付けられた扁平状の巻回電極体２０をフィルム状の外装部材３０の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。

正極リード１１および負極リード１２は、それぞれ、外装部材３０の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード１１および負極リード１２は、例えば、アルミニウム(Ａｌ)、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。

外装部材３０は、例えば、柔軟性を有するラミネートフィルムからなる。外装部材３０は、例えば、熱融着樹脂層、金属層、表面保護層を順次積層した構成を有する。なお、熱融着樹脂層側の面が、巻回電極体２０を収容する側の面となる。この熱融着樹脂層の材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）が挙げられる。金属層の材料としては、例えばアルミニウムが挙げられる。表面保護層の材料としては、例えばナイロン（Ｎｙ）が挙げられる。具体的には例えば、外装部材３０は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材３０は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体２０とが対向するように配設され、各外縁部が融着または接着剤により互いに密着されている。外装部材３０と正極リード１１および負極リード１２との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム３１が挿入されている。密着フィルム３１は、正極リード１１および負極リード１２に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。

なお、外装部材３０は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。あるいは、アルミニウム製フィルムを心材として、その片面または両面に高分子フィルムを積層したラミネートフィルムを用いてもよい。

また、外装部材３０としては、外観の美しさの点から、有色層をさらに備えるもの、および／または、熱融着樹脂層および表面保護層のうちから選ばれる少なくとも一種の層に着色材を含むものを用いてもよい。熱融着樹脂層と金属層との間、および表面保護層と金属層との間の少なくとも一方に接着層が設けられている場合には、その接着層が着色材を含むようにしてもよい。

図２に示すように、電池素子としての巻回電極体２０は、長尺状を有する正極２１と負極２２とを同様に長尺状を有するセパレータ２３を介して積層し、扁平状に巻回したものである。外装部材３０の内部には、電解質としての電解液が注入され、正極２１、負極２２およびセパレータ２３に含浸されている。巻回電極体２０は、負極２２が最内周電極となり、正極２１が最外周電極となるように巻回されている。正極２１の最外周端部は、巻止テーブ２４により固定されている。正極２１の内周側端部には絶縁テープ２５Ａが設けられ、また正極２１の内周側端部に対向する側の負極２２上には絶縁テープ２５Ｂが設けられている。負極２２の外周側端部には絶縁テープ２６Ａが設けられ、また負極２２の外周側端部に対向する側の正極２１上には絶縁テープ２６Ｂが設けられている。

以下、電池を構成する正極２１、負極２２、セパレータ２３および電解液について順次説明する。

（正極）
正極２１は、正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられた構造を有している。なお、正極集電体２１Ａの片面のみに正極活物質層２１Ｂを設けるようにしてもよい。

正極２１は、巻き返し部に１個または複数個の貫通孔２１Ｃを有する。ここで、貫通孔２１Ｃを有する巻き返し部は、正極集電体２１Ａの片面または両面に正極活物質層２１Ｂが設けられている部分の巻き返し部である。

本明細書において、正極２１の巻き返し部とは、図３に示すように、巻回された正極２１のうち、平坦部分２０Ｓの間に位置する湾曲部分のことをいう。巻回電極体２０の厚さ方向における巻き返し部の幅ＷＡは、巻回電極体２０の外周側から内周側に向かうに従って狭くなり、正極２１の最内周ではほぼ線状となる。このため、巻回電極体２０の外周側から内周側に向かうに従って、巻き返し部に加わる応力が大きくなり、正極２１の最内周ではほぼ線状の巻き返し部に応力が集中することになる。

貫通孔２１Ｃは、正極２１のうち正極活物質層２１Ｂの最内周の巻き返し部に設けられていることが好ましい。正極活物質層２１Ｂの最内周の巻き返し部には応力が集中しやすいため、貫通孔２１Ｃが設けられていないと、正極２１が破断しやすくなる虞があるからである。

貫通孔２１Ｃは、正極２１のうち正極活物質層２１Ｂの最初の巻き返し部に設けられていることがより好ましい。正極活物質層２１Ｂの最初の巻き返し部には応力が特に集中しやすいため、貫通孔２１Ｃが設けられていないと、正極２１が破断しやすくなる虞があるからである。

貫通孔２１Ｃは、正極２１のうち正極活物質層２１Ｂの２周目の巻き返し部にさらに設けられていることが好ましい。正極活物質層２１Ｂの２周目の巻き返し部には正極活物質層２１Ｂの最内周（１周目）の巻き返し部に次いで応力が集中しやすいため、貫通孔２１Ｃが設けられていないと、正極２１が破断しやすくなる虞があるからである。

貫通孔２１Ｃは、正極２１の巻き返し部の頂部に設けられていることが好ましい。巻き返し部の頂部には応力が集中しやすいため、貫通孔２１Ｃが設けられていないと、正極２１が破断しやすくなる虞があるからである。巻き返し部の頂部のうちでも、最内周の巻き返し部の頂部に貫通孔２１Ｃを設けることが好ましく、最初の巻き返し部の頂部に貫通孔２１Ｃを設けることがより好ましい。最内周の巻き返し部の頂部に加えて２周目の巻き返し部にも貫通孔２１Ｃを設けるようにしてもよい。

貫通孔２１Ｃは、正極２１の厚さ方向から見ると、例えば円形状、楕円形状、長円形状、多角形状または不定形状を有している。正極２１が巻き返し部に複数の貫通孔２１Ｃを有する場合、それらの貫通孔２１Ｃが異なる形状を有していてもよい。また、それらの貫通孔２１Ｃの大きさが異なっていてもよい。

正極２１が巻き返し部に複数個の貫通孔２１Ｃを有する場合、複数の貫通孔２１Ｃは、正極２１の短手方向（幅方向）または長手方向に向かって直線状に配置されていてもよいし（図４Ａ参照）、正極２１の短手方向または長手方向に向かって位置が揺らいで配置されていてもよい（図４Ｂ参照）。隣接する貫通孔２１Ｃの間隔は一定であってもよいし、変化していてもよい。

（正極活物質層の面積密度）
正極活物質層２１Ｂが正極集電体２１Ａの両面に設けられている部分における正極活物質層２１Ｂの面積密度（以下単に「正極活物質層２１Ｂの面積密度」という。）が、好ましくは２７ｍｇ／ｃｍ²より大きく６５ｍｇ／ｃｍ²未満、より好ましくは３９ｍｇ／ｃｍ²以上６０ｍｇ／ｃｍ²以下である。面積密度２７ｍｇ／ｃｍ²以下であると、正極２１の巻き返し部に貫通孔２１Ｃを設けなくとても、電池１０の作製時に正極２１の巻き返し部が破断する可能性が低い。一方、６５ｍｇ／ｃｍ²を超えると、正極２１の巻き返し部に貫通孔２１Ｃを設けても、電池１０の作製時に正極２１の巻き返し部が破断する虞がある。

正極活物質層２１Ｂの面積密度は、以下のようにして求められる。まず、規定電圧まで放電させた状態の電池を分解して正極２１を取出し、乾燥させる。次に、正極２１のうち正極活物質層２１Ｂが正極集電体２１Ａの両面に設けられている部分（例えば正極２１の中周部）を選び出し、その部分を円形状に打ち抜いて正極片を得る。次に、正極片の質量を電子天秤にて測定し、正極片の厚みをハイト計にて測定する。次に、正極片の正極活物質層２１ＢをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）またはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などの溶媒で溶解させて取り除くことにより、正極集電体片を得る。次に、正極片と同様にして、正極集電体片の質量および厚みを測定する。次に、以下の式を用いて、正極活物質層２１Ｂの面積密度を求める。
面積密度［ｇ／ｃｍ³］＝（正極片の質量［ｇ］−正極集電体片の質量［ｇ］）／正極片の面積［ｃｍ²］
但し、正極片の面積［ｃｍ²］は、正極片が有する円形状の主面の面積である。

（正極活物質層の体積密度）
正極活物質層２１Ｂの体積密度は、好ましくは３．０ｇ／ｃｍ³より大きく４．３０ｇ／ｃｍ³以下、より好ましくは３．２ｇ／ｃｍ³以上４．３０ｇ／ｃｍ³以下である。体積密度が３．０ｇ／ｃｍ³以下であると、正極２１の巻き返し部に貫通孔２１Ｃを設けなくとても、電池１０の作製時に正極２１の巻き返し部が破断する可能性が低い。一方、体積密度が４．３０ｇ／ｃｍ³を超えると、正極２１の巻き返し部に貫通孔２１Ｃを設けても、電池１０の作製時に正極２１の巻き返し部が破断する虞がある。

正極活物質層２１Ｂの体積密度は、以下のようにして求められる。まず、規定電圧まで放電させた状態の電池を分解して正極２１を取出し、乾燥させる。次に、正極２１を円形状に打ち抜いて正極片を得る。次に、正極片の質量を電子天秤にて測定し、正極片の厚みをハイト計にて測定する。次に、正極片の正極活物質層２１ＢをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）またはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などの溶媒で溶解させて取り除くことにより、正極集電体片を得る。次に、正極片と同様にして、正極集電体片の質量および厚みを測定する。次に、以下の式を用いて、正極活物質層２１Ｂの体積密度を求める。
体積密度［ｇ／ｃｍ³］＝（正極片の質量［ｇ］−正極集電体片の質量［ｇ］）／（正極片の面積［ｃｍ²］×（正極片の厚み［ｃｍ］−正極集電体片の厚み［ｃｍ］））
但し、正極片の面積［ｃｍ²］は、正極片が有する円形状の主面の面積である。

（貫通孔の個数）
巻き返し部に設けられた貫通孔２１Ｃの個数は、１個以上１５個以下であることが好ましい。貫通孔２１Ｃの個数が１５以下であると、充放電サイクルを繰り返したときに巻き返し部にて発生する正極２１の破断を抑制することができる。

（貫通孔の孔径）
貫通孔２１Ｃの孔径は、好ましくは０μｍより大きく１５００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上１５００μｍ以下である。貫通孔２１Ｃの孔径が１５００μｍ以下であると、充放電サイクルを繰り返したときに巻き返し部にて発生する正極２１の破断を抑制することができる。孔径が５μｍ以上であると、一般的な装置を用いて貫通孔２１Ｃを形成することができる。但し、貫通孔２１Ｃの孔径とは、貫通孔２１Ｃが円形状の場合には貫通孔２１Ｃの直径を意味し、貫通孔２１Ｃが円形状以外の形状である場合には貫通孔２１Ｃの最大の差し渡し長さを意味する。

貫通孔２１Ｃの孔径は、以下のようにして求められる。まず、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下「ＳＥＭ」という。）により貫通孔２１Ｃを観察し、その観察像から貫通孔２１Ｃの孔径を求める。

（貫通孔の占有率）
正極２１の短手方向における貫通孔２１Ｃの占有率は、０％より大きく２４％以下であることが好ましい。占有率が２４％以下であると、充放電サイクルを繰り返したときに巻き返し部にて発生する正極２１の破断を抑制することができる。

占有率は、以下のようにして求められる。まず、正極２１の短手方向の幅Ｗを測定する。次に、光学顕微鏡またはＳＥＭにより巻き返し部を観察する。

観察の結果、正極２１の短手方向に１個の貫通孔２１Ｃしか存在しない場合には、この貫通孔２１Ｃの孔径Ｄを測定し、以下の式から占有率を求める。
占有率［％］＝（１個の貫通孔２１Ｃの孔径Ｄ／正極２１の短手方向の幅Ｗ）×１００

観察の結果、図４Ａに示すように、正極２１の短手方向にＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の貫通孔２１Ｃが存在し、かつＮ個の貫通孔２１Ｃの中心が正極２１の短手方向に伸びる仮想直線Ｌｗ上に位置している場合には、仮想直線Ｌｗ上に位置しているＮ個の貫通孔２１Ｃそれぞれの孔径Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｎを観察像中にて測定する。次に、それらの孔径Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｎを足し合わせて、Ｎ個の貫通孔２１Ｃの孔径の総和Ｄ_SUMを求める。次に、以下の式から占有率を求める。
占有率［％］＝（Ｎ個の貫通孔２１Ｃの孔径の総和Ｄ_SUM／正極２１の短手方向の幅Ｗ）×１００

観察の結果、図４Ｂに示すように、正極２１の短手方向にＮ個の貫通孔２１Ｃが存在し、かつＮ個の貫通孔２１Ｃの中心位置が正極２１の長手方向に揺らいでいる場合には、その観察像中において最も多くの貫通孔２１Ｃを通過する仮想直線Ｌｗを想定する。ここで、仮想直線Ｌｗは、上述のように正極２１の短手方向に伸びる仮想直線である。なお、貫通孔２１Ｃを通過する状態には、貫通孔２１Ｃと接する状態も含むものとする（図４Ｂ中にて「矢印Ａ１で示す貫通孔２１Ｃ」参照）。次に、この直線Ｌｗが通過するＮ個の貫通孔２１Ｃそれぞれの孔径Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｎを測定した後、それらの孔径Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｎを足し合わせて、Ｎ個の貫通孔２１Ｃの孔径の総和Ｄ_SUMを求める。次に、以下の式から占有率を求める。
占有率［％］＝（Ｎ個の貫通孔２１Ｃの孔径の総和Ｄ_SUM／正極２１の短手方向の幅Ｗ）×１００

（正極集電体）
正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成されている。

（正極活物質層）
正極活物質層２１Ｂは、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質層２１Ｂは、必要に応じて添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、導電剤および結着剤のうちの少なくとも１種を用いることができる。

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ａ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｂ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ｃ）、式（Ｄ）もしくは式（Ｅ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｆ）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式（Ｇ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ_0.50Ｃｏ_0.20Ｍｎ_0.30Ｏ₂、Ｌｉ_aＣｏＯ₂（ａ≒１）、Ｌｉ_bＮｉＯ₂（ｂ≒１）、Ｌｉ_c1Ｎｉ_c2Ｃｏ_1-c2Ｏ₂（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、Ｌｉ_dＭｎ₂Ｏ₄（ｄ≒１）またはＬｉ_eＦｅＰＯ₄（ｅ≒１）などがある。

Ｌｉ_pＮｉ_(1-q-r)Ｍｎ_qＭ１_rＯ_(2-y)Ｘ_z ・・・（Ａ）
（但し、式（Ａ）中、Ｍ１は、ニッケル、マンガンを除く２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素以外の１６族元素および１７族元素のうち少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、−０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）

Ｌｉ_aＭ２_bＰＯ₄ ・・・（Ｂ）
（但し、式（Ｂ）中、Ｍ２は、２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）

Ｌｉ_fＭｎ_(1-g-h)Ｎｉ_gＭ３_hＯ_(2-j)Ｆ_k ・・・（Ｃ）
（但し、式（Ｃ）中、Ｍ３は、コバルト、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄、銅、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、−０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）

Ｌｉ_mＮｉ_(1-n)Ｍ４_nＯ_(2-p)Ｆ_q ・・・（Ｄ）
（但し、式（Ｄ）中、Ｍ４は、コバルト、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、−０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）

Ｌｉ_rＣｏ_(1-s)Ｍ５_sＯ_(2-t)Ｆ_u ・・・（Ｅ）
（但し、式（Ｅ）中、Ｍ５は、ニッケル、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、−０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）

Ｌｉ_vＭｎ_2-wＭ６_wＯ_xＦ_y ・・・（Ｆ）
（但し、式（Ｆ）中、Ｍ６は、コバルト、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）

Ｌｉ_zＭ７ＰＯ₄ ・・・（Ｇ）
（但し、式（Ｇ）中、Ｍ７は、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、ニオブ（Ｎｂ）、銅、亜鉛、モリブデン、カルシウム、ストロンチウム、タングステンおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、ＭｎＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｖ₆Ｏ₁₃、ＮｉＳ、ＭｏＳなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。

結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体などから選択される少なくとも１種が用いられる。

導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックまたはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、それらのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料または導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。

（負極）
負極２２は、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有しており、負極活物質層２２Ｂと正極活物質層２１Ｂとが対向するように配置されている。なお、負極集電体２２Ａの片面のみに負極活物質層２２Ｂを設けるようにしてもよい。

（負極集電体）
負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成されている。

（負極活物質層）
負極活物質層２２Ｂは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な１種または２種以上の負極活物質を含んでいる。負極活物質層２２Ｂは、必要に応じて結着剤や導電剤などの添加剤をさらに含んでいてもよい。

なお、この非水電解質電池では、負極２２または負極活物質の電気化学当量が、正極２１の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極２２にリチウム金属が析出しないようになっていることが好ましい。

負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維または活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。

また、高容量化が可能な他の負極活物質としては、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素（例えば、合金、化合物または混合物）として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本技術において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物またはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。

このような負極活物質としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、チタン、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。

負極活物質としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素または半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、より好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。このような負極活物質としては、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、スズの単体、合金または化合物や、それらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン（Ｓｂ）およびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。

スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば、酸素または炭素を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。

中でも、Ｓｎ系の負極活物質としては、コバルトと、スズと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＳｎＣｏＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。

このＳｎＣｏＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン（Ｐ）、ガリウムまたはビスマスが好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。

なお、このＳｎＣｏＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集または結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集または結晶化を抑制することができるからである。

元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）が挙げられる。ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＳｎＣｏＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＳｎＣｏＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。

なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。

その他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）などのチタンとリチウムとを含むリチウムチタン酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデンなどが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロールなどが挙げられる。

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセルロースなどの樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体などから選択される少なくとも１種が用いられる。導電剤としては、正極活物質層２１Ｂと同様の炭素材料などを用いることができる。

（セパレータ）
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの樹脂製の多孔質膜によって構成されており、これらの２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ２３を構成する材料として好ましい。他にも、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合またはブレンド化した材料を用いることができる。あるいは、多孔質膜は、ポリプロピレン層と、ポリエチレン層と、ポリプロピレン層とを順次に積層した３層以上の構造を有していてもよい。

また、セパレータ２３は、基材である多孔質膜の片面または両面に樹脂層が設けられていてもよい。樹脂層は、無機物が担持された多孔性のマトリックス樹脂層である。これにより、耐酸化性を得ることができ、セパレータ２３の劣化を抑制できる。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレンなどを用いることができ、また、これらの共重合体を用いることも可能である。

無機物としては、金属、半導体、またはこれらの酸化物、窒化物を挙げることができる。例えば、金属としては、アルミニウム、チタンなどを挙げることができ、半導体としては、ケイ素、ホウ素などを挙げることができる。また、無機物としては、実質的に導電性がなく、熱容量の大きいものが好ましい。熱容量が大きいと、電流発熱時のヒートシンクとして有用であり、電池の熱暴走をより抑制することが可能になるからである。このような無機物としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ベーマイト（アルミナの一水和物）、タルク、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの酸化物または窒化物が挙げられる。なお、上述した無機物は、基材としての多孔質膜に含有されていてもよい。

無機物の粒径としては、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内が好ましい。１ｎｍより小さいと、入手が困難であり、また入手できたとしてもコスト的に見合わない。１０μｍより大きいと電極間距離が大きくなり、限られたスペースで活物質充填量が十分得られず電池容量が低くなる。

樹脂層は、例えば、次のようにして形成することができる。すなわち、マトリックス樹脂、溶媒および無機物からなるスラリーを基材（多孔質膜）上に塗布し、マトリックス樹脂の貧溶媒且つ上記溶媒の親溶媒浴中を通過させて相分離させ、その後、乾燥させる。

（電解液）
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。電解液が、電池特性を向上するために、公知の添加剤を含んでいてもよい。

溶媒としては、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。

溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。

溶媒としては、さらにまた、２，４−ジフルオロアニソールあるいは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので好ましい。

これらの他にも、溶媒としては、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチルなどが挙げられる。

なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。

電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＣＨ₃ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆、ＬｉＣｌ、ジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ'］ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、あるいはＬｉＢｒなどが挙げられる。中でも、ＬｉＰＦ₆は高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。

上述の構成を有する電池１０では、充電を行うと、例えば、正極活物質層２１Ｂからリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層２２Ｂに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層２２Ｂからリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層２１Ｂに吸蔵される。

［電池の製造方法］
次に、本技術の第１の実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。

（正極の作製工程）
正極２１を次にようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を形成する。次に、正極２１のうち巻回時に巻き返し部となる位置に１個または複数個の貫通孔２１Ｃを形成する。

（負極の作製工程）
負極２２を次にようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。負極活物質として、ケイ素を含むもの、またはケイ素粉末と炭素粉末とを含むものを用いた場合に、後述の等方圧プレス工程により得られる効果が顕著になる。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。

（巻回工程）
次に、正極集電体２１Ａの端部に正極リード１１を溶接により取り付けると共に、負極集電体２２Ａの端部に負極リード１２を溶接により取り付ける。次に、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層し積層体としたのち、この積層体を扁平状の巻芯の周囲に巻き付けて、長手方向に多数回巻回して巻回電極体２０を作製する。この際、正極２１の巻き返し部に貫通孔２１Ｃが位置するように、扁平状の巻芯に対する積層体の巻き付け位置を調整する。次に、巻止テーブ２４により最外周電極としての正極２１の外周側端部を固定する。

（封止工程）
次に、例えば、柔軟性を有する外装部材３０の間に巻回電極体２０を挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材３０の内部に収納する。その際、正極リード１１および負極リード１２と外装部材３０との間には密着フィルム３１を挿入する。次に、電解液を用意し、熱融着していない一辺から外装部材４０の内部に注入する。次に、上記一辺を真空雰囲気下で熱融着して巻回電極体２０を密封する。これにより、外装部材３０により外装された電池１０が得られる。

（プレス工程）
次に、必要に応じて、ヒートプレスにより電池１０を成型する。より具体的には、電池１０を加圧しながら、常温より高い温度で加熱する。次に、必要に応じて、電池１０を一軸加圧する。例えば、電池１０の主面に加圧板を押しつけて電池１０を一軸加圧する。

［効果］
第１の実施形態に係る電池１０は、正極２１の巻き返し部に貫通孔２１Ｃを有している。これにより、正極２１の巻き返し部に加わる応力を貫通孔２１Ｃにより逃がすことができる。したがって、電池１０の作製時（例えば正極２１の巻回時や電池１０のプレス時など）に正極２１の巻き返し部が破断することを抑制できる。

［変形例］
負極２２が、巻き返し部に１個または複数個の貫通孔２１Ｃを有するようにしてもよい。但し、一般的な電池では正極の厚さが負極の厚さに比べて厚く、正極が負極に比べて破断しやすいため、正極２１が貫通孔２１Ｃを有することが好ましい。

正極２１は、正極２１の巻き返し部の間の部分、すなわち正極２１の平坦部にも１個または複数個の貫通孔２１Ｃを有していてもよい。この場合、正極２１の巻き返し部における貫通孔２１Ｃの密度（単位面積当たりの貫通孔２１Ｃの個数）は、正極２１の巻き返し部の間の部分における貫通孔２１Ｃの密度に比べて高いことが好ましい。

第１の実施形態では、ラミネートフィルム型電池に本技術を適用する例について説明したが、本技術は扁平状に巻回された電極を備える巻回電極体を備える電池であれば適用可能である。例えば、扁平状の巻回電極体を角型電池缶に収容する角型電池などに対しても本技術を適用可能である。

図５に示すように、負極２２とセパレータ２３との間に電解質層２７が設けられると共に、正極２１とセパレータ２３との間に電解質層２７が設けられていてもよい。電解質層２７は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、高分子化合物は電解液により膨潤されている。高分子化合物の含有比率は適宜調整可能である。特にゲル状の電解質とする場合には、高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を抑制することができるので好ましい。

電解液は、第１の実施形態における電解液と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンまたはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンまたはポリエチレンオキサイドが好ましい。

なお、第１の実施形態にてセパレータ２３の樹脂層の説明で述べたのと同様の無機物が、電解質層２７に含まれていてもよい。より耐熱性を向上できるからである。

＜２．第２の実施形態＞
第２の実施形態では、第１の実施形態またはその変形例に係る電池を備える電池パックおよび電子機器について説明する。

［電池パックおよび電子機器の構成］
以下、図６を参照して、本技術の第２の実施形態に係る電池パック３００および電子機器４００の一構成例について説明する。電子機器４００は、電子機器本体の電子回路４０１と、電池パック３００とを備える。電池パック３００は、正極端子３３１ａおよび負極端子３３１ｂを介して電子回路４０１に対して電気的に接続されている。電子機器４００は、例えば、ユーザにより電池パック３００を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器４００の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック３００を電子機器４００から取り外しできないように、電池パック３００が電子機器４００内に内蔵されている構成を有していてもよい。

電池パック３００の充電時には、電池パック３００の正極端子３３１ａ、負極端子３３１ｂがそれぞれ、充電器（図示せず）の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック３００の放電時（電子機器４００の使用時）には、電池パック３００の正極端子３３１ａ、負極端子３３１ｂがそれぞれ、電子回路４０１の正極端子、負極端子に接続される。

電子機器４００としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話（例えばスマートフォンなど）、携帯情報端末（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）、表示装置（ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ、電子ペーパなど）、撮像装置（例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど）、オーディオ機器（例えばポータブルオーディオプレイヤー）、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられるが、これに限定されるものでなない。

（電子回路）
電子回路４０１は、例えば、ＣＰＵ、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部などを備え、電子機器４００の全体を制御する。

（電池パック）
電池パック３００は、組電池３０１と、充放電回路３０２とを備える。組電池３０１は、複数の二次電池３０１ａを直列および／または並列に接続して構成されている。複数の二次電池３０１ａは、例えばｎ並列ｍ直列（ｎ、ｍは正の整数）に接続される。なお、図６では、６つの二次電池３０１ａが２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された例が示されている。二次電池３０１ａとしては、第１の実施形態またはその変形例に係る電池が用いられる。

充放電回路３０２は、組電池３０１の充放電を制御する制御部である。具体的には、充電時には、充放電回路３０２は、組電池３０１に対する充電を制御する。一方、放電時（すなわち電子機器４００の使用時）には、充放電回路３０２は、電子機器４００に対する放電を制御する。

［変形例］
上述の第２の実施形態では、電池パック３００が、複数の二次電池３０１ａにより構成される組電池３０１を備える場合を例として説明したが、電池パック３００が、組電池３０１に代えて１つの二次電池３０１ａを備える構成を採用してもよい。

＜３．第３の実施形態＞
第３の実施形態では、第１の実施形態またはその変形例に係る電池を蓄電装置に備える蓄電システムについて説明する。この蓄電システムは、およそ電力を使用するものである限り、どのようなものであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）、車両など含み、蓄電も可能である。

［蓄電システムの構成］
以下、図７を参照して、第３の実施形態に係る蓄電システム（電力システム）１００の構成例について説明する。この蓄電システム１００は、住宅用の蓄電システムであり、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃなどの集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８などを介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４などの独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅１０１には、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８、各種情報を取得するセンサ１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。家庭内発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄなどである。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃなどである。

蓄電装置１０３は、第１の実施形態またはその変形例に係る電池を備えている。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数の組み合わせであってもよい。

各種のセンサ１１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサ１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報を、インターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）などの通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、およびサービスプロバイダーのいずれかによって管理されていてもよい。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信してもよいが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機など）から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)などに、表示されてもよい。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種のセンサ１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていてもよい。

以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃなどの集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

＜４．第４の実施形態＞
第４の実施形態では、第１の実施形態またはその変形例に係る電池を備える電動車両について説明する。

［電動車両の構成］
図８を参照して、本技術の第４の実施形態に係る電動車両の一構成について説明する。このハイブリッド車両２００は、シリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両である。シリーズハイブリッドシステムは、エンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置２０３で走行する車である。

このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリー２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリー２０８としては、第１の実施形態またはその変形例に係る電池が用いられる。

ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリー２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリー２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両２００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリー２０８に蓄積される。

バッテリー２０８は、充電口２１１を介してハイブリッド車両２００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力をいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。

以下、実施例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

以下の実施例および参考例における正極活物質層の面積密度、正極活物質層の体積密度、貫通孔の孔径および貫通孔の占有率は、第１の実施形態にて説明した方法により求められたものである。

［実施例１〜８、参考例５〜７］
（正極の作製工程）
正極を次にようにして作製した。まず、炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ₃）とを０．５：１のモル比で混合したのち、空気中において９００℃で５時間焼成することにより、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）を得た。次に、上述のようにして得られたリチウムコバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤としてグラファイト６質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合することにより正極合剤としたのち、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させることにより、ペースト状の正極合剤スラリーとした。

次に、帯状のアルミニウム箔（１２μｍ厚）からなる正極集電体の両面に正極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、正極活物質層を形成した。この際、正極活物質層の面積密度および体積密度が表１に示す値となるように、正極合剤スラリーの塗布厚およびプレス圧を調整した。次に、正極のうち正極活物質層の最初の巻き返し部に対応する位置に、表１に示す個数および孔径（直径）を有する円形状の貫通孔を形成した。この際、貫通孔の個数が複数個である場合には、複数個の貫通孔を正極２１の短手方向（幅方向）に等間隔で１列に並ぶように形成した。次に、正極集電体の一端に、アルミニウム製の正極リードを溶接して取り付けた。

（負極の作製工程）
負極を次のようにして作製した。まず、負極活物質として人造黒鉛粉末９７質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して負極合剤としたのち、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させることにより、ペースト状の負極合剤スラリーとした。次に、帯状の銅箔（１５μｍ厚）からなる負極集電体の両面に負極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、負極活物質層を形成した。次に、負極集電体の一端に、ニッケル製の負極リードを取り付けた。

（ラミネート型電池の作製工程）
ラミネート型電池を次のようにして作製した。まず、作製した正極および負極を、厚み２５μｍの微孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータを介して密着させ、扁平状の巻芯を用いて長手方向に巻回して、最外周部に巻止テープを貼り付けることにより、扁平形状の巻回電極体を作製した。この際、正極のうち正極活物質層の最初の巻き返し部に対応する位置に貫通孔が位置するように、正極の巻回を調整した。次に、この巻回電極体を外装部材の間に装填し、外装部材の３辺を熱融着し、一辺は熱融着せずに開口を有するようにした。外装部材としては、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンフィルムと、４０μｍ厚のアルミニウム箔と、３０μｍ厚のポリプロピレンフィルムとが積層された防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。

（電解液の調製および注液工程）
まず、炭酸エチレン（ＥＣ）と炭酸プロピレン（ＰＣ）とを、質量比がＥＣ：ＰＣ＝１：１となるようにして混合して混合溶媒を調製した。次に、この混合溶媒に、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させて電解液を調製した。この電解液を外装部材の開口から注入し、外装部材の残りの１辺を減圧下において熱融着し、密封した。次に、巻回電極体を封止した巻回電極体を加圧しながら加温することにより、電池素子を構成する正極、負極、およびセパレータを一体化させた。これにより、目的とするラミネート型電池が得られた。

［参考例１〜４］
正極活物質層の面積密度および体積密度が表１に示す値となるように、正極合剤スラリーの塗布厚およびプレス圧を調整した。また、正極に貫通孔を形成しなかった。これ以外のことは実施例１と同様にしてラミネート型電池を得た。

［評価］
上述のようにして得られた電池について、以下の評価を行った。

（電池作製時の破断の有無）
まず、常温環境中（２３℃）において電池を１サイクル充放電させた。充電時には、１Ｃの電流で電圧が４．２Ｖに到達するまで充電したのち、４．２Ｖの電圧で電流が０．０５Ｃに到達するまで充電した。放電時には、１Ｃの電流で電圧が３．０Ｖに到達するまで放電した。なお、「１Ｃ」とは、電池容量（理論容量）を１時間で放電しきる電流値であり、「０．０５Ｃ」とは、電池容量を２０時間で放電しきる電流値である。次に、電池を分解して正極を取出し、破断の有無を目視により確認した。

（サイクル試験後の破断の有無）
まず、常温環境中（２３℃）において電池を２００サイクル充放電させた。なお、充放電の条件は、“電池作製時の破断の有無”の評価と同様にした。次に、電池を分解して正極を取出し、破断の有無を目視により確認した。

表１は、実施例１〜８、参考例１〜７の電池の評価結果を示す。

表１から以下のことがわかる。
正極活物質層の面積密度が２７ｍｇ／ｃｍ²より大きく６５ｍｇ／ｃｍ²未満であり、かつ正極活物質層の体積密度が３．０ｇ／ｃｍ³より大きく４．３０ｇ／ｃｍ³以下である電池では、正極の巻き返し部に貫通孔を設けることで、電池の作製時に正極の巻き返し部が破断することを抑制できる（実施例１〜８、参考例１、３）。
これに対して、正極活物質層の面積密度が２７ｍｇ／ｃｍ²以下であるか、または正極活物質層の体積密度が３．０ｇ／ｃｍ³以下である電池では、正極に貫通孔を設けなくとも、電池の作製時に正極の巻き返し部が破断することを抑制できる（参考例２、４）。また、正極活物質層の面積密度が６５ｍｇ／ｃｍ²以上であるか、または正極活物質層の体積密度が４．３０ｇ／ｃｍ³を超える電池では、正極に貫通孔を設けても、また貫通孔の個数を増やしても、電池の作製時に正極の巻き返し部が破断するのを抑制することが困難である（参考例５〜７）。

正極活物質層の面積密度が２７ｍｇ／ｃｍ²より大きく６５ｍｇ／ｃｍ²未満であり、かつ正極活物質層の体積密度が３．０ｇ／ｃｍ³より大きく４．３０ｇ／ｃｍ³以下である電池では、貫通孔の個数を１５個以下とすることで、充放電サイクルを繰り返したときに巻き返し部にて発生する正極の破断を抑制することができる（実施例２、６）。
正極活物質層の面積密度および体積密度が上記範囲にある電池では、貫通孔の孔径を１５００μｍ以下とすることで、充放電サイクルを繰り返したときに巻き返し部にて発生する正極の破断を抑制することができる（実施例２、３、７）。
正極活物質層の面積密度および体積密度が上記範囲にある電池では、貫通孔の占有率を２４％以下とすることで、充放電サイクルを繰り返したときに巻き返し部にて発生する正極の破断を抑制することができる（実施例２〜７）。

以上、本技術の実施形態およびその変形例、ならびに実施例について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

また、上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池に対して本技術を適用した例について説明したが、本技術はリチウムイオン二次電池以外の二次電池、および一次電池に対しても適用可能である。但し、本技術はリチウムイオン二次電池に適用することが特に有効である。

また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
（１）
扁平状に巻回された電極を備え、
前記電極は、巻き返し部に貫通孔を有する電池。
（２）
前記電極は、集電体と活物質層とを備え、
前記巻き返し部は、前記集電体上に前記活物質層が設けられている部分の巻き返し部である（１）に記載の電池。
（３）
前記電極は、正極である（１）または（２）に記載の電池。
（４）
前記正極は、集電体と正極活物質層とを備え、
前記正極活物質層が前記集電体の両面に設けられている部分における前記正極活物質層の面積密度は、２７ｍｇ／ｃｍ²より大きく６５ｍｇ／ｃｍ²未満である（３）に電池。
（５）
前記正極は、正極活物質層を備え、
前記正極活物質層の体積密度は、３．０ｇ／ｃｍ³より大きく４．３０ｇ／ｃｍ³以下である（３）または（４）に記載の電池。
（６）
前記巻き返し部に設けられた貫通孔の個数は、１個以上１５個以下である（１）から（５）のいずれかに記載の電池。
（７）
前記貫通孔の孔径は、５μｍ以上１５００μｍ以下である（１）から（６）のいずれかに記載の電池。
（８）
前記電極の短手方向における前記貫通孔の占有率は、０％より大きく２４％以下である（１）から（７）のいずれかに記載の電池。
（９）
前記貫通孔は、前記電極のうち前記活物質層の最内周の巻き返し部に設けられている（１）から（８）のいずれかに記載の電池。
（１０）
前記貫通孔は、前記電極のうち前記活物質層の２周目の巻き返し部にさらに設けられている（１）から（９）のいずれかに記載の電池。
（１１）
前記貫通孔は、前記電極のうち前記活物質層の最初の巻き返し部に設けられている（１）から（１０）のいずれかに記載の電池。
（１２）
前記電極は、巻き返し部間にも貫通孔を有し、
前記電極の巻き返し部における貫通孔の密度は、前記巻き返し部間における貫通孔の密度に比べて高い（１）から（１１）のいずれかに記載の電池。
（１３）
（１）から（１２）のいずれかに記載の電池と、
前記電池を制御する制御部と
を備える電池パック。
（１４）
（１）から（１２）のいずれかに記載の電池を備え、
前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
（１５）
（１）から（１２）のいずれかに記載の電池と、
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を備える電動車両。
（１６）
（１）から（１２）のいずれかに記載の電池を備え、
前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
（１７）
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え、
前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う（１６）に記載の蓄電装置。
（１８）
（１）から（１２）のいずれかに記載の電池を備え、
前記電池から電力の供給を受ける電力システム。
（１９）
発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される（１８）に記載の電力システム。

１０ 電池
１１ 正極リード
１２ 負極リード
２０ 巻回電極体
２１ 正極
２１Ａ 正極集電体
２１Ｂ 正極活物質層
２１Ｃ 貫通孔
２２ 負極
２２Ａ 負極集電体
２２Ｂ 負極活物質層
２３ セパレータ
２４ 巻止テープ
２５Ａ、２５Ｂ 絶縁テープ
２６ 電解質層
３０ 外装部材
３１ 密着フィルム

Claims (19)

1. 扁平状に巻回された電極を備え、
   前記電極は、巻き返し部に貫通孔を有する電池。
2. 前記電極は、集電体と活物質層とを備え、
   前記巻き返し部は、前記集電体上に前記活物質層が設けられている部分の巻き返し部である請求項１に記載の電池。
3. 前記電極は、正極である請求項１に記載の電池。
4. 前記正極は、集電体と正極活物質層とを備え、
   前記正極活物質層が前記集電体の両面に設けられている部分における前記正極活物質層の面積密度は、２７ｍｇ／ｃｍ²より大きく６５ｍｇ／ｃｍ²未満である請求項３に電池。
5. 前記正極は、正極活物質層を備え、
   前記正極活物質層の体積密度は、３．０ｇ／ｃｍ³より大きく４．３０ｇ／ｃｍ³以下である請求項３に記載の電池。
6. 前記巻き返し部に設けられた貫通孔の個数は、１個以上１５個以下である請求項１に記載の電池。
7. 前記貫通孔の孔径は、５μｍ以上１５００μｍ以下である請求項１に記載の電池。
8. 前記電極の短手方向における前記貫通孔の占有率は、０％より大きく２４％以下である請求項１に記載の電池。
9. 前記貫通孔は、前記電極のうち前記活物質層の最内周の巻き返し部に設けられている請求項２に記載の電池。
10. 前記貫通孔は、前記電極のうち前記活物質層の２周目の巻き返し部にさらに設けられている請求項９に記載の電池。
11. 前記貫通孔は、前記電極のうち前記活物質層の最初の巻き返し部に設けられている請求項２に記載の電池。
12. 前記電極は、巻き返し部間にも貫通孔を有し、
    前記電極の巻き返し部における貫通孔の密度は、前記巻き返し部間における貫通孔の密度に比べて高い請求項１に記載の電池。
13. 請求項１に記載の電池と、
    前記電池を制御する制御部と
    を備える電池パック。
14. 請求項１に記載の電池を備え、
    前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
15. 請求項１に記載の電池と、
    前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
    前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
    を備える電動車両。
16. 請求項１に記載の電池を備え、
    前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
17. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を備え、
    前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う請求項１６に記載の蓄電装置。
18. 請求項１に記載の電池を備え、
    前記電池から電力の供給を受ける電力システム。
19. 発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される請求項１８に記載の電力システム。

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