JP2019169252A - 電極、二次電池、電池パック及び車両 - Google Patents

電極、二次電池、電池パック及び車両 Download PDF

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Abstract

【課題】入出力特性及びエネルギー密度に優れる二次電池を実現可能な電極を提供すること。
【解決手段】１つの実施形態によると、電極が提供される。この電極は、複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む活物質含有層を備える。活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）は８５％以上である。活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、電極、二次電池、電池パック及び車両に関する。
近年、高エネルギー密度電池として、リチウムイオン二次電池のような非水電解質電池の研究開発が盛んに進められている。非水電解質電池は、ハイブリッド自動車や、電気自動車、携帯電話基地局の無停電電源用などの電源として期待されている。特に車載用電池として、より一層エネルギー密度の高い電池が求められている。
リチウムイオン二次電池は、電極層部分を厚くすることでエネルギー密度をより高めることができる。しかしながら、電極層部分を厚くするとリチウムイオンの拡散距離が長くなるため電池の抵抗が大きくなり、入出力特性が低下するという課題がある。入出力特性とエネルギー密度との両立を目指すためには電極層部分の抵抗を低減させる必要がある。
特開２０１７−１３０４７１号公報 特開２０１１−６５７７６号公報 特開２００８−２１０７９１号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされ、入出力特性及びエネルギー密度に優れる二次電池を実現可能な電極、この電極を具備した二次電池、この二次電池を具備した電池パック及びこの電池パックを具備した車両を提供することを目的とする。
第１の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む活物質含有層を備える。活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）は８５％以上である。活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である。
第２の実施形態によると、二次電池が提供される。この二次電池は、第１の実施形態に係る電極を含む。
第３の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第２の実施形態に係る二次電池を含む。
第４の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第３の実施形態に係る電池パックを含む。
第１の実施形態に係る電極の一例を拡大して示す概略断面図。 第２の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。 図２に示す二次電池のＡ部を拡大した断面図。 第２の実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図。 図４に示す二次電池のＢ部を拡大した断面図。 第２の実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。 第３の実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す斜視図。 図７に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。 第４の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図。 第４の実施形態に係る車両の他の例を概略的に示した図。 実施例１に係るＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像。 図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＢａの元素マッピング画像。 図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＴｉの元素マッピング画像。 図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＰの元素マッピング画像。 図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＭｎの元素マッピング画像。 実施例２に係るＳＥＭ画像。 図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＢａの元素マッピング画像。 図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＴｉの元素マッピング画像。 図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＰの元素マッピング画像。 図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＭｎの元素マッピング画像。 比較例１に係るＳＥＭ画像。 図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＢａの元素マッピング画像。 図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＴｉの元素マッピング画像。 図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＰの元素マッピング画像。 図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＭｎの元素マッピング画像。
以下、実施の形態について適宜図面を参照して説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促す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とを参酌して、適宜設計変更することができる。
（第１の実施形態）
第１の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む活物質含有層を備える。活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）は８５％以上である。活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である。
リチウムイオン二次電池は、充放電されることによりＬｉイオンが正負極間を移動する。例えば、リチウムイオン二次電池が充電される際は、正極側から負極側へＬｉイオンが移動する。つまり、負極側ではＬｉイオン濃度が高くなり、正に帯電する。一方、正極側ではＬｉイオン濃度が低くなり、負に帯電する。放電の際は、これと逆の現象が起きるため、負極ではＬｉイオン濃度が低くなり、正極ではＬｉイオン濃度が高くなる。このように、充放電の際には正負極の間で濃度分極が生じる。
従って、例えば二次電池が充電されることによって充電深度が高まると、電荷の反発によってＬｉイオンが徐々に移動しにくくなり、充電深度をより高めにくくなる。つまり、入出力特性が低下する。
実施形態に係る電極は複数の強誘電体粒子を含んでおり、多くの強誘電体粒子が活物質粒子と接すると共に、活物質粒子表面を被覆している。強誘電体粒子は比誘電率が高いため、濃度分極による電荷の偏りを緩和する効果がある。その結果、電荷の偏りが緩和された活物質粒子表面において、Ｌｉイオンの溶媒和及び脱溶媒和が生じ易くなる。それ故、実施形態に係る電極は入出力特性及び低温特性に優れる二次電池を実現することができる。
更に、実施形態に係る電極は、１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含んでいる。負極側のＬｉイオン濃度が高まっている状態においては、負極側が正に帯電している。このとき、上記のように電荷の反発によってＬｉイオンが移動しにくい状態であるため、入出力特性を高めるためには、正の電荷を打ち消して、Ｌｉイオンが移動しやすくする必要がある。
負極側のＬｉイオン濃度が高まっているということは、負極活物質粒子の周縁に存在する固体電解質粒子の周縁においてもＬｉイオンの濃度が高まっている。固体電解質粒子はＬｉを含んでいるため、アニオン、例えば電解質が含んでいるＰＦ6 -などと配位することができる。固体電解質と配位しているアニオンは、例えば、正極側から流れてきたＬｉイオンとイオン結合することにより、正の電荷を打ち消すことができる。即ち、負極活物質粒子の周縁に固体電解質粒子が存在していると、電荷の偏りを緩和することができるため、入出力特性を高めることができる。
しかしながら、強誘電体粒子に加えて、固体電解質粒子が過度に活物質粒子表面を覆うことは好ましくない。つまり活物質粒子の表面上に主に存在するのは強誘電体粒子のみであることが好ましい。なぜなら、固体電解質粒子までもが活物質粒子表面を過度に覆うと、Ｌｉイオンの拡散経路が狭められ、Ｌｉイオンの拡散抵抗が高まるためである。実施形態に係る電極では、固体電解質粒子が活物質粒子表面を覆いすぎないように制御することによって、Ｌｉイオンの拡散経路を十分に確保することができる。その結果、優れた入出力特性及び低温特性を達成することができる。
具体的には、電極が含む活物質含有層において、強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）が８５％以上であり、且つ、固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）を３０％以上とする。
この条件を満たす電極によると、正極又は負極において充放電により生じる電荷の偏りの影響を緩和することができる。また、強誘電体粒子及び固体電解質粒子によってＬｉの拡散経路が過度に狭められることが無いため、活物質含有層内の抵抗が上昇するのを抑制することができる。その結果、実施形態に係る電極は高い入出力特性を示す二次電池を実現することができる。
また、上記のような活物質含有層を具備する電極においては、活物質含有層内の拡散抵抗が小さい。従って、活物質含有層の厚みを比較的厚くした場合にも、この電極は優れた入出力特性を示すことができる。それ故、実施形態に係る電極は高い体積エネルギー密度を示す二次電池を実現することができる。
以上の通り、実施形態に係る電極は、入出力特性及びエネルギー密度に優れる二次電池を実現することができる。
本明細書において、「ＦＥcontact」は、活物質含有層が含む全ての強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体（FerroElectric）粒子の割合を意味している。また、「ＳＥnon-contact」は、活物質含有層が含む全ての固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質（Solid Electrolyte）粒子の割合を意味している。
以下、実施形態に係る電極を詳細に説明する。
電極は、活物質を含む活物質含有層を具備する。電極は、更に集電体を含むことができる。活物質含有層は、集電体の片面又は両面に形成され得る。活物質含有層は、複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む。活物質含有層は、導電剤及び結着剤を更に含んでいてもよい。電極は、例えば電池用電極又は二次電池用電極である。電極は、正極活物質を含む正極であってもよく、負極活物質を含む負極であってもよい。
活物質含有層は、集電体の片面又は両面に形成され得るシート状の層である。活物質含有層の厚さは、例えば２０μｍ〜８０μｍの範囲内にある。
活物質含有層中の各粒子の存在状態について、図１を参照しながら説明する。図１は、活物質含有層を厚み方向に沿って切断した場合の断面の一例を拡大して示す概略図である。
図１に示すように、活物質含有層は、複数の活物質粒子１１、複数の固体電解質粒子１２及び複数の強誘電体粒子１３を含んでいる。活物質含有層は導電剤及び結着剤を含んでいるが、それらの図示は省略している。
複数の活物質粒子１１は、活物質含有層内に分散されている。活物質粒子１１は、隣り合った活物質粒子１１と接触していてもよく、接触していなくてもよい。良好な導電パスを形成するためには、活物質粒子１１は、隣り合った活物質粒子１１と接触していることが好ましい。
活物質含有層が含む複数の強誘電体粒子１３のうちの多くは、分散された活物質粒子１１の表面上に存在する。即ち、多くの強誘電体粒子１３は、活物質粒子１１と接触した状態で存在している。強誘電体粒子１３が活物質粒子１１と接触していない場合であっても、活物質粒子１１と強誘電体粒子１３との距離が２μｍ以内である場合には、活物質粒子１１の表面上に強誘電体粒子１３が存在すると見なすことができる。活物質含有層が含む強誘電体粒子１３の個数に対する、活物質粒子１１と接触している強誘電体粒子１３の個数の割合（ＦＥcontact）は、８５％以上である。この割合は９０％以上であることが好ましく、９３％以上であることがより好ましく、９６％以上であることが更に好ましい。この割合（ＦＥcontact）が高いほど、充放電により正負極間で濃度分極が生じた際に、電荷の偏りを緩和する効果が高いため、入出力特性をより向上することができる。活物質含有層が含む強誘電体粒子１３の個数に対する、活物質粒子１１と接触している強誘電体粒子１３の個数の割合（ＦＥcontact）は、後述するＳＥＭ−ＥＤＸにより得られる元素マッピング画像から決定することができる。
一方、活物質含有層が含む複数の固体電解質粒子１２のうちの多くは、分散された活物質粒子１１と接触していない状態で存在している。複数の固体電解質粒子１２の一部は活物質粒子１１と接触していてもよい。活物質含有層が含む固体電解質粒子１２の個数に対する、活物質粒子１１と接していない固体電解質粒子１２の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である。この割合は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。この割合（ＳＥnon-contact）が３０％以上であると、正極側又は負極側において電荷の偏りを緩和することができるため、入出力特性を高めることができる。活物質含有層が含む固体電解質粒子１２の個数に対する、活物質粒子１１と接していない固体電解質粒子１２の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、後述するＳＥＭ−ＥＤＸにより得られる元素マッピング画像から決定することができる。
活物質粒子１１と接触している固体電解質粒子１２の割合が高すぎると、上述したように固体電解質粒子によってリチウムの拡散経路が過度に狭められる可能性があるため好ましくない。それ故、活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している固体電解質粒子の個数の割合は、５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。
次に、実施形態に係る電極が負極である場合と正極である場合とに分けて、それらの詳細を説明する。まずは負極について説明する。
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含むことができる。負極活物質含有層は、負極集電体の片面又は両面に形成され得る。負極活物質含有層は、負極活物質と、強誘電体粒子と、固体電解質粒子とを含む。負極活物質含有層は、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出することが可能なものを使用することができ、例えば、炭素材料、黒鉛材料、リチウム合金材料、金属酸化物、及び金属硫化物を挙げることができる。負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵放出電位が１Ｖ〜３Ｖ（vs. Li/Li+）の範囲内にあるチタン酸化物を含むことが好ましい。
チタン酸化物の例は、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7、０≦ｙ≦３）、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えば、Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12、０≦ｘ≦３）、単斜晶型二酸化チタン（ＴｉＯ2）、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物、直方晶型（orthorhombic）チタン含有複合酸化物、及び単斜晶型ニオブチタン複合酸化物を含む。
直方晶型チタン含有複合酸化物の例として、Ｌｉ2+aＭ(I)2-bＴｉ6-cＭ(II)dＯ14+σで表される化合物が挙げられる。ここで、Ｍ(I)は、Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｓ，Ｒｂ及びＫからなる群より選択される少なくとも１つでる。Ｍ(II)はＺｒ，Ｓｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦ａ≦６、０≦ｂ＜２、０≦ｃ＜６、０≦ｄ＜６、−０．５≦σ≦０．５である。直方晶型チタン含有複合酸化物の具体例として、Ｌｉ2+aＮａ2Ｔｉ6Ｏ14（０≦ａ≦６）が挙げられる。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、ＬｉxＴｉ1-yＭ１yＮｂ2-zＭ２zＯ7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、Ｍ１は、Ｚｒ，Ｓｉ，及びＳｎからなる群より選択される少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｖ，Ｔａ，及びＢｉからなる群より選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦ｘ≦５、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜２、−０．３≦δ≦０．３である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例として、ＬｉxＮｂ2ＴｉＯ7（０≦ｘ≦５）が挙げられる。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例として、Ｔｉ1-yＭ３y+zＮｂ2-zＯ7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、Ｍ３は、Ｍｇ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔａ，及びＭｏより選択される少なくとも１つである。組成式中のそれぞれの添字は、０≦ｙ＜１、０≦ｚ≦２、−０．３≦δ≦０．３である。
負極活物質粒子は、例えば一次粒子の形態であってもよく、一次粒子が凝集してなる二次粒子の形態であってもよい。負極活物質粒子は、一次粒子と二次粒子との混合物であってもよい。一次粒子の表面上に担持される強誘電体粒子を増加させるためには、負極活物質粒子全体に占める一次粒子の質量の方が、二次粒子の質量よりも大きいことが望ましい。
負極活物質粒子の平均一次粒子径は１μｍ以下とすることが好ましい。平均一次粒子径が１μｍ以下であると、活物質粒子表面上の強誘電体粒子による被覆率が過度に高まるのを抑制することができる。一例として、所定量の活物質粒子及び所定量の強誘電体粒子を使用する場合を考える。活物質粒子の平均一次粒子径が小さければ、活物質粒子の比表面積は大きくなる。所定量の強誘電体粒子によって覆うことの可能な活物質粒子の表面積は限られているため、活物質粒子の平均一次粒子径が小さいと、活物質粒子の表面積のうち、強誘電体粒子によって被覆することが可能な面積も小さくなる。つまり、活物質粒子の表面積に対して、強誘電体粒子により被覆されている面積（被覆率）が過度に高まるのを抑制することができる。この結果、活物質粒子へのＬｉイオンの拡散経路が十分に確保され、入出力特性を高めることができる。また、活物質粒子の平均一次粒子径が小さいと、粒子内部でのリチウムイオンの拡散距離が短くなり、比表面積が大きくなるため、入出力特性を高めることができる。より好ましい平均一次粒子径は、０．１μｍ〜０．８μｍである。電解質の分布が負極に偏って正極における電解質の枯渇を招く恐れがあることから、負極活物質粒子の平均一次粒子径は０．００１μｍ以上とすることが好ましい。
なお、負極活物質粒子の平均二次粒子径（直径）は、５μｍよりも大きいことが好ましい。より好ましくは７μｍ〜２０μｍの範囲内である。この範囲であると負極プレスの圧力を低く保ったまま高密度の負極を作製でき、アルミニウム箔集電体の伸びを抑制することができる。
負極活物質のＢＥＴ（Brunauer, Emmett, Teller）比表面積は、３ｍ2／ｇ〜２００ｍ2／ｇの範囲内にあることが好ましい。この範囲内にあると、活物質粒子表面上の強誘電体粒子による被覆率が過度に高まるのを抑制することができる。また、この範囲内にあると電解質との親和性を高めることができるため、入出力特性が高まる。
強誘電体粒子は、高い比誘電率を持つ粒子である。強誘電体粒子の比誘電率は、例えば１〜７０００の範囲内にあり、好ましくは５〜５０００の範囲内にある。強誘電体粒子の比誘電率がこの範囲内にあると、正負極間で電荷の偏りが大きくなった場合にも、これを十分に緩和することが可能である。負極活物質含有層は、強誘電体粒子を１種類のみ含んでいてもよく、２種類以上の強誘電体粒子を含んでいてもよい。
強誘電体粒子のＬｉイオン伝導度は、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ未満である。
強誘電体粒子の平均一次粒子径は、例えば０．００１μｍ〜０．１μｍの範囲内にあり、好ましくは０．００５μｍ〜０．０５μｍの範囲内にある。強誘電体粒子が電荷の偏りを緩和する効果を発現し、入出力特性を高めるためには、強誘電体粒子の平均一次粒子径は、上記活物質粒子の平均一次粒子径よりも小さいことが好ましい。これは、強誘電体粒子が活物質粒子の表面上又は表面近傍で機能するためである。
強誘電体粒子の例は、チタン酸バリウム、ジルコニア、チタニア及びｃアルミナを含む。これらの中でも、比誘電率が高いことからチタン酸バリウムを含むことが好ましい。
固体電解質粒子は、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する。固体電解質粒子の２５℃におけるＬｉイオン伝導度は、１×１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることがより好ましい。
固体電解質粒子の平均一次粒子径は、例えば、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にあり、好ましくは、０．２μｍ〜１μｍの範囲内にある。固体電解質粒子の平均一次粒子径がこの範囲内にあると、電解液と接するための十分な比表面積が得られるため、電荷の偏りを緩和しやすくなる。
固体電解質粒子は、例えば、ＮＡＳＩＣＯＮ型骨格を有するＬｉＭ2（ＰＯ4）3（Ｍは、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｓｎ及びＡｌから選ばれる一種以上である）で表される無機化合物であることが好ましい。中でも、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＺｒ２−ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２−ｘ（ＰＯ４）３は、イオン伝導性が高く、電気化学的安定性が高いため好ましい。上記において、ｘは０〜０．５の範囲内が好ましい。
ＮＡＳＩＣＯＮ型骨格を有するＬｉＭ2（ＰＯ4）3で表される無機化合物の２５℃におけるリチウムイオン伝導度は、例えば１×１０-3Ｓ／ｃｍ〜１×１０-5Ｓ／ｃｍの範囲内にある。
固体電解質粒子は、一般式Ｌｉ1+2xＭ１2-x（Ｃａ1-yＭ２y）x（ＰＯ4）3で表され、式中、Ｍ１はＺｒ及びＨｆからなる群より選択される少なくとも１種であり、Ｍ２はＳｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ＜２の範囲内にあり、ｙは０＜ｙ≦１の範囲内にある酸化物を含むことも好ましい。一般式Ｌｉ1+2xＭ１2-x（Ｃａ1-yＭ２y）x（ＰＯ4）3で表される酸化物の具体例として、ＬＺＣＰ（Ｌｉ1.2Ｚｒ1.9Ｃａ0.1（ＰＯ4）3）を挙げることができる。ＬＺＣＰの２５℃におけるリチウムイオン伝導度は、１×１０-4Ｓ／ｃｍである。
固体電解質粒子の他の例は、アモルファス状のＬＩＰＯＮ（Ｌｉ2.9ＰＯ3.3Ｎ0.46）及びガーネット型のＬＬＺ（Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12）などの酸化物を含む。
ＬＩＰＯＮ（Ｌｉ2.9ＰＯ3.3Ｎ0.46）の２５℃におけるリチウムイオン伝導度は、３×１０-6Ｓ／ｃｍである。ガーネット型のＬＬＺ（Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12）の２５℃におけるリチウムイオン伝導度は、３×１０-4Ｓ／ｃｍである。
ガーネット型構造を有する酸化物としては、例えば、Ｌｉ5+xＡyＬａ3-yＭ2Ｏ12（ＡはＣａ，Ｓｒ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも１つであり、ＭはＮｂ及びＴａからなる群より選ばれる少なくとも１つである）、Ｌｉ3Ｍ2-xＺｒ2Ｏ12（ＭはＴａ及びＮｂからなる群より選ばれる少なくとも１つである）、Ｌｉ7-3xＡｌxＬａ3Ｚｒ3Ｏ12、及びＬｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12が挙げられる。上記において、ｘは、例えば０≦ｘ＜０．８であり、好ましくは、０≦ｘ≦０．５である。ｙは、例えば０≦ｙ＜２である。ガーネット型構造を有する酸化物は、これら化合物のうちの１種からなっていてもよく、これら化合物の２種以上を混合して含んでいてもよい。これらの中でもＬｉ6.25Ａｌ0.25Ｌａ3Ｚｒ3Ｏ12及びＬｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12はイオン伝導性が高く、電気化学的に安定なため、放電性能とサイクル寿命性能に優れる。
固体電解質粒子は、上記化合物から選択される１種類のみであってもよく、２種類以上を混合して含んでいてもよい。
固体電解質粒子は高分子型固体電解質粒子を含んでいてもよい。固体電解質粒子は、高分子型固体電解質粒子であってもよい。高分子型固体電解質粒子は、例えば、リチウムイオン伝導性を有する高分子材料と電解質塩とを含んでいる。このような有機化合物は、活物質含有層内で結着剤としても機能するため、固体電解質粒子は高分子型固体電解質粒子を含むことが好ましい。高分子型固体電解質粒子は、有機溶媒などの溶媒を更に含んでいてもよい。
上記高分子材料の例は、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアミン系、ポリエチレン系、シリコーン系及びポリスルフィド系を含む。
電解質塩としては、例えば、後述する電解質が含む電解質塩を使用することができる。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維（Vapor Grown Carbon Fiber；ＶＧＣＦ）、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの１つを導電剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。あるいは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。
結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と負極集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoro ethylene；ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシルメチルセルロース（carboxymethyl cellulose；ＣＭＣ）、及びＣＭＣの塩が含まれる。これらの１つを結着剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。
負極活物質含有層中の負極活物質粒子、強誘電体粒子、固体電解質粒子、導電剤及び結着剤の配合割合は、それぞれ、７０質量％以上９９質量％以下、０．１質量％以上５質量％以下、０．１質量％以上５質量％以下、０．１質量％以上２０質量％以下、及び０．１質量％以上１０質量％以下の割合であることが好ましい。
強誘電体粒子の含有量を上記数値範囲内とすることにより、エネルギー密度を損なうことなく、強誘電体粒子による電荷の緩和効果を得ることができる。
固体電解質粒子の含有量を上記数値範囲内とすることにより、エネルギー密度を損なうことなく、固体電解質粒子による電荷の緩和効果を得ることができる。
負極集電体は、活物質にリチウム（Ｌｉ）が挿入及び脱離される電位、例えば、１．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）よりも貴である電位において、電気化学的に安定である材料が用いられる。例えば、集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＳｉから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。
また、負極集電体は、その表面に負極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、負極集電タブとして働くことができる。
負極の比表面積は、３ｍ2／ｇ〜５０ｍ2／ｇの範囲内とすることが好ましい。負極の比表面積とは、負極活物質含有層（集電体重量を除く）１ｇ当りの表面積を意味する。比表面積が３ｍ2／ｇ未満であるものは、粒子の凝集が目立ち、負極と電解質との親和性が低くなり、負極の界面抵抗が増加するため、出力特性と充放電サイクル特性が低下する。一方、比表面積が５０ｍ2／ｇを超えるものは、電解質の分布が負極に偏り、正極での非水電解質不足を招くため、出力特性と充放電サイクル特性の改善を図れない。比表面積のより好ましい範囲は、５ｍ2／ｇ〜５０ｍ2／ｇである。
負極活物質含有層の密度（集電体を含まず）は、１．８ｇ／ｃｍ3以上２．９ｇ／ｃｍ3以下であることが好ましい。負極活物質含有層の密度がこの範囲内にある負極は、エネルギー密度と電解質の保持性とに優れている。負極活物質含有層の密度は、２．１ｇ／ｃｍ3以上２．８ｇ／ｃｍ3以下であることがより好ましい。
続いて、実施形態に係る電極が正極である場合について説明する。
正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、正極活物質と、強誘電体粒子と、固体電解質粒子とを含む。正極活物質含有層は、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。正極は、正極活物質として、１種類の化合物を単独で含んでいてもよく、或いは２種類以上の化合物を組み合わせて含んでいてもよい。酸化物及び硫化物の例には、Ｌｉ又はＬｉイオンを挿入及び脱離させることができる化合物を挙げることができる。
このような化合物としては、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ＬｉxＭｎ2Ｏ4又はＬｉxＭｎＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムコバルト複合酸化物(例えばＬｉxＣｏＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜２）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えばＬｉxＦｅＰＯ4；０＜ｘ≦１、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１、ＬｉxＣｏＰＯ4；０＜ｘ≦１）、硫酸鉄（Ｆｅ2(ＳＯ4)3）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-y-zＣｏyＭｎzＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）が含まれる。
上記のうち、正極活物質としてより好ましい化合物の例には、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2；０＜ｘ≦１）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜２）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）、リチウムリン酸鉄（例えばＬｉxＦｅＰＯ4；０＜ｘ≦１)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-y-zＣｏyＭｎzＯ2；０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｙ＋ｚ＜１）が含まれる。これらの化合物を正極活物質に用いると、正極電位を高めることができる。
電池の電解質として常温溶融塩を用いる場合、リチウムリン酸鉄、ＬｉxＶＰＯ4Ｆ（０≦ｘ≦１）、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、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、又はこれらの混合物を含む正極活物質を用いることが好ましい。これらの化合物は常温溶融塩との反応性が低いため、サイクル寿命を向上させることができる。常温溶融塩の詳細については、後述する。
正極活物質粒子は、例えば一次粒子の形態であってもよく、一次粒子が凝集してなる二次粒子の形態であってもよい。正極活物質粒子は、一次粒子と二次粒子との混合物であってもよい。一次粒子の表面上に担持される強誘電体粒子を増加させるためには、正極活物質粒子全体に占める一次粒子の質量の方が、二次粒子の質量よりも大きいことが望ましい。
正極活物質の平均一次粒子径は、１００ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。一次粒子径が１００ｎｍ以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒子径が５μｍ以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。平均一次粒子径がこの範囲内にあると、活物質粒子表面上の強誘電体粒子による被覆率が過度に高まるのを抑制することができる。
正極活物質のＢＥＴ比表面積は、０．１ｍ2／ｇ以上１０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。この範囲内にあると、活物質粒子表面上の強誘電体粒子による被覆率が過度に高まるのを抑制することができる。０．１ｍ2／ｇ以上の比表面積を有する正極活物質は、Ｌｉイオンの吸蔵・放出サイトを十分に確保できる。１０ｍ2／ｇ以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。
正極活物質含有層が含む強誘電体粒子及び固体電解質粒子としては、負極の説明において記載したのと同様のものを使用することができる。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維（Vapor Grown Carbon Fiber；ＶＧＣＦ）、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの１つを導電剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。また、導電剤を省略することもできる。
結着剤は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoro ethylene；ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシルメチルセルロース（carboxyl methyl cellulose；ＣＭＣ）、及びＣＭＣの塩が含まれる。これらの１つを結着剤として用いてもよく、或いは、２つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。
正極活物質含有層中の正極活物質粒子、強誘電体粒子、固体電解質粒子、導電剤及び結着剤の配合割合は、それぞれ、７０質量％以上９９質量％以下、０．１質量％以上５質量％以下、０．１質量％以上５質量％以下、０．１質量％以上２０質量％以下、及び０．１質量％以上１０質量％以下の割合であることが好ましい。
強誘電体粒子の含有量を上記数値範囲内とすることにより、エネルギー密度を損なうことなく、強誘電体粒子による電荷の緩和効果を得ることができる。
固体電解質粒子の含有量を上記数値範囲内とすることにより、エネルギー密度を損なうことなく、固体電解質粒子による電荷の緩和効果を得ることができる。
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、１質量％以下であることが好ましい。
また、正極集電体は、その表面に正極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、正極集電タブとして働くことができる。
＜製造方法＞
実施形態に係る電極の製造方法を説明する。
まず、以下に示す一例の方法で、活物質粒子の表面上に強誘電体粒子を担持させる。予めこの担持を行わないと、仮に合剤層形成用スラリー中に強誘電体粒子を添加したとしても、強誘電体粒子が比較的均一に分散してしまうため、実施形態に係る電極を得ることは困難である。
活物質粒子及び強誘電体粒子をカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１％水溶液に混合して、混合溶液を作製する。得られた混合溶液をテフロン（登録商標）シート上に塗布し、例えば８０℃の環境下で４０時間に亘り乾燥することで、十分に水分を飛ばす。こうして、活物質粒子の表面上に強誘電体粒子が担持された複合活物質粉末を得る。
上述のように作製された複合活物質粉末を使用して、例えば次の方法により電極を作製することができる。まず、複合活物質粉末、固体電解質粒子、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、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、電極を作製する。
上記のように、複合活物質粉末、固体電解質粒子、導電剤及び結着剤を同時に溶媒に投入して分散させると、活物質粒子の表面上に担持された強誘電体粒子の一部が、活物質粒子表面から脱落する可能性がある。この場合、割合（ＦＥcontact）が８５％以上とならない可能性がある。
そこで、上記スラリーを調製する際に、固体電解質粒子、導電剤及び結着剤のみを先に溶媒に懸濁して分散性が高い状態にしておき、その分散液中に、複合活物質粉末を投入することにより、活物質粒子表面上に担持されている強誘電体粒子が活物質粒子から脱落するのを抑制することができる。つまり、この方法で製造することにより、割合（ＦＥcontact）及び割合（ＳＥnon-contact）を制御しやすくなる。結果として、割合（ＦＥcontact）が８５％以上であり、割合（ＳＥnon-contact）が３０％以上である電極を得ることができる。
＜走査電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）＞
電極の断面についてＳＥＭ−ＥＤＸ（Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）を実施して元素マッピングを得る方法、並びに、割合（ＦＥcontact）及び割合（ＳＥnon-contact）を決定する方法を説明する。
まず、二次電池を完全放電状態とする。例えば、電池を２５℃環境において０．１Ｃ電流で定格終止電圧又は電池電圧が１．０Ｖに到達するまで放電させることを複数回繰り返し、放電時の電流値が定格容量の１／１００以下となるようにすることで、電池を完全放電状態にすることができる。放電状態でも残留したリチウムイオンが存在することがある。
完全放電状態（State of Charge：０％）とした電極を内蔵する二次電池を、アルゴンを充填したグローブボックス中で分解する。分解した二次電池から、測定対象の電極を取り出す。この電極を適切な溶媒で洗浄する。洗浄に用いる溶媒としては、例えばエチルメチルカーボネートなどを用いると良い。洗浄が不十分であると、電極中に残留した炭酸リチウムやフッ化リチウムなどの影響により、粒子を観察しにくくなる場合がある。このようにして取り出した対象の電極を、イオンミリング装置にて裁断する。電極を裁断する際は、電極を厚み方向に沿って裁断する。裁断後の電極の断面を、ＳＥＭ試料台に貼り付ける。このとき、電極が試料台から剥がれたり浮いたりしないように、導電性テープなどを用いて処理を施す。ＳＥＭ試料台に貼り付けた電極（活物質含有層）を、ＳＥＭで観察してＳＥＭ画像を得る。ＳＥＭ測定時には１０，０００倍の倍率で観察する。また、電極を試料室に導入する際には、不活性雰囲気を維持することが好ましい。
更に、ＥＤＸによって、上記ＳＥＭ画像に対応した元素マッピング画像を得る。上記ＳＥＭ画像と、元素マッピング画像とを組み合わせて考慮することにより、この活物質含有層が含んでいる活物質粒子、強誘電体粒子及び固体電解質粒子の有無を確認することができる。このように、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行うことによって各粒子がどこに分布しているかを可視化することができる。
活物質含有層の断面の長手方向の全長に対して、端部から２０％以上の間隔を空けた位置から、長手方向に向かって等間隔に５箇所を選び出して、この５箇所について上述のＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行う。そして、５箇所のそれぞれについて、視野の範囲内に存在する全ての強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合を百分率で算出する。その後、算出された５つの値の平均値を算出する。こうして算出された平均値を、活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）と見なす。
また、上記５箇所のそれぞれについて、視野の範囲内に存在する全ての固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合を百分率で算出する。その後、算出された５つの値の平均値を算出する。こうして算出された平均値を、活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）と見なす。
＜誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）＞
活物質含有層が含む活物質粒子、強誘電体粒子及び固体電解質粒子の組成は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を光源とする発光分光分析により確認することができる。
ＩＣＰにより、電極に含まれる無機化合物粒子の金属組成比を調べることができる。ＩＣＰ測定は、以下の通り行う。まず、ＳＥＭ−ＥＤＸの項で説明した手順で、二次電池から電極を取り出し、洗浄する。洗浄した電極を適切な溶媒に入れて超音波を照射する。例えば、ガラスビーカー中に入れたエチルメチルカーボネートに電極を入れ、超音波洗浄機中で振動させることで、集電体から電極を剥離することができる。次に、減圧乾燥を行い、剥離した電極を乾燥する。得られた電極を乳鉢などで粉砕することで、対象とする活物質粒子、強誘電体粒子、固体電解質粒子、導電剤及び結着剤などを含む粉末となる。この混合物０．０５ｇをテフロン（登録商標）容器に取り、王水８ｍＬを加え、マイクロウェーブ加熱を行って均一に溶解する。溶解することで、各成分を含む液体サンプルを作成できる。この溶液に超純水を加えて１００ｇとしたものをＩＣＰ測定試料とする。このＩＣＰ測定試料について、ＩＣＰ−発光分光分析装置を用いて下記条件で測定を実施、分析することで電極の組成を知ることができる。
（ＩＣＰ−発光分光分析装置測定条件）
水溶媒用・サイクロンチャンバーを使用し、プラズマガス（ＰＬ１）：１３（Ｌ／ｍｉｎ）、シースガス（Ｇ１）：０．３（Ｌ／ｍｉｎ）、ネブライザーガス圧：３．０（ｂａｒ）、ネブライザー流量：０．２（Ｌ／ｍｉｎ）、高周波パワー：１．０（ｋｗ）とする。
得られた結果を市販の原子吸光分析用標準液の分析値と比較することにより、定量値を算出する。
＜固体電解質粒子のイオン伝導度測定＞
固体電解質粒子のリチウムイオン伝導度の算出は、次のように行う。
ＳＥＭ−ＥＤＸ及びＩＣＰ分析によって同定された固体電解質と同組成の固体電解質粒子２００ｍｇを直径１０ｍｍの円筒形状に圧粉成形する。この圧粉体を１１００℃の温度で５時間に亘り加熱処理を行い、錠剤状の無機化合物を得る。得られた錠剤状の無機化合物の２面について金スパッタを用いて表面に金を蒸着させ、リチウムイオン伝導度（σ）を測定する。測定方法としては、交流インピーダンス法を用いる。測定された円弧から室温におけるバルク抵抗Ｒ（Ω）を見積もり、錠剤状の無機化合物の厚みをノギスで測定し、厚みをＬ（ｃｍ）、断面積をＳ（ｃｍ2）とする。得られた値を用いて下式に従ってリチウムイオン伝導度σ（Ｓ／ｃｍ）を計算する。
＜強誘電体粒子の比誘電率測定＞
ＬＣＲ（Inductance Capacitance Resistance）メータを用いたインピーダンスメーター法により測定する。ＳＥＭ−ＥＤＸ及びＩＣＰ分析によって同定された強誘電体粒子と同組成の試料を、電極間隔３０μｍで対向させた平行平板のＩＴＯ電極付きガラス基板で挟持する。その後、室温（２５℃）、測定周波数（１ｋＨｚ）にて、テスト信号電圧０．１Ｖを印加したときの等価並列容量を測定し、下式による計算で比誘電率を決定する。
比誘電率＝等価並列容量×電極間隔／電極面積／真空の誘電率（ε０）
第１の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む活物質含有層を備える。活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）は８５％以上である。活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である。この電極は、入出力特性及びエネルギー密度に優れる二次電池を実現することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態によると、負極と、正極と、電解質とを具備する二次電池が提供される。負極及び正極の少なくとも一方は、第１の実施形態に係る電極である。
二次電池は、正極と負極との間に配されたセパレータを更に具備することもできる。負極、正極及びセパレータは、電極群を構成することができる。電解質は、電極群に保持され得る。二次電池は、電極群及び電解質を収容する外装部材を更に具備することができる。二次電池は、負極に電気的に接続された負極端子及び正極に電気的に接続された正極端子を更に具備することができる。
二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池を含む。
以下、負極、正極、電解質、セパレータ、外装部材、負極端子及び正極端子について詳細に説明する。
（１）負極
第２の実施形態に係る二次電池が具備する負極は、例えば、第１の実施形態において説明した負極でありうる。正極が第１の実施形態に相当する電極である場合、負極は、第１の実施形態で説明した強誘電体粒子及び固体電解質粒子を含んでいなくてもよい。
（２）正極
第２の実施形態に係る二次電池が具備する正極は、例えば、第１の実施形態において説明した正極でありうる。負極が第１の実施形態に相当する電極である場合、正極は、第１の実施形態で説明した強誘電体粒子及び固体電解質粒子を含んでいなくてもよい。
（３）電解質
電解質としては、例えば液状非水電解質又は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、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、０．５ ｍｏｌ／Ｌ以上２．５ ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。
電解質塩の例には、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）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、及び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）のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、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。
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート（propylene carbonate；ＰＣ）、エチレンカーボネート（ethylene carbonate；ＥＣ）、ビニレンカーボネート（vinylene carbonate；ＶＣ）のような環状カーボネート；ジエチルカーボネート（diethyl carbonate；ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（dimethyl carbonate；ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（methyl ethyl carbonate；ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン（tetrahydrofuran；ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（2-methyl tetrahydrofuran；２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（dioxolane；ＤＯＸ）のような環状エーテル；ジメトキシエタン（dimethoxy ethane；ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（diethoxy ethane；ＤＥＥ）のような鎖状エーテル；γ-ブチロラクトン（γ-butyrolactone；ＧＢＬ）、アセトニトリル（acetonitrile；ＡＮ)、及びスルホラン（sulfolane；ＳＬ）が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。
ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile；ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（polyethylene oxide；ＰＥＯ）、又はこれらの混合物が含まれる。
或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩（イオン性融体）、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。
常温溶融塩（イオン性融体）は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温（１５℃以上２５℃以下）で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質塩と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられる常温溶融塩の融点は、２５℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に４級アンモニウム骨格を有する。
高分子固体電解質は、電解質塩を高分子材料に溶解し、固体化することによって調製される。
無機固体電解質は、Ｌｉイオン伝導性を有する固体物質である。
（４）セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン（polyethylene；ＰＥ）、ポリプロピレン（polypropylene；ＰＰ）、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride；ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
（５）外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
ラミネートフィルムの厚さは、例えば、０．５ｍｍ以下であり、好ましくは、０．２ｍｍ以下である。
ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン（polypropylene；ＰＰ）、ポリエチレン（polyethylene；ＰＥ）、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate；ＰＥＴ）等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。
金属製容器の壁の厚さは、例えば、１ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以下であり、更に好ましくは、０．２ｍｍ以下である。
金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は１００重量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型（薄型）、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。
（６）負極端子
負極端子は、上述の負極活物質のＬｉ吸蔵放出電位において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｕ，及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
（７）正極端子
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し３Ｖ以上５Ｖ以下の電位範囲（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）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することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
次に、実施形態に係る二次電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。
図１は、実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示す二次電池のＡ部を拡大した断面図である。
図２及び図３に示す二次電池１００は、図２に示す袋状外装部材２と、図２及び図３に示す電極群１と、図示しない電解質とを具備する。電極群１及び電解質は、袋状外装部材２内に収納されている。電解質（図示しない）は、電極群１に保持されている。
袋状外装部材２は、２つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。
図２に示すように、電極群１は、扁平状の捲回型電極群である。扁平状で捲回型である電極群１は、図３に示すように、負極３と、セパレータ４と、正極５とを含む。セパレータ４は、負極３と正極５との間に介在している。
負極３は、負極集電体３ａと負極活物質含有層３ｂとを含む。負極３のうち、捲回型の電極群１の最外殻に位置する部分は、図３に示すように負極集電体３ａの内面側のみに負極活物質含有層３ｂが形成されている。負極３におけるその他の部分では、負極集電体３ａの両面に負極活物質含有層３ｂが形成されている。
正極５は、正極集電体５ａと、その両面に形成された正極活物質含有層５ｂとを含んでいる。
図２に示すように、負極端子６及び正極端子７は、捲回型の電極群１の外周端近傍に位置している。この負極端子６は、負極集電体３ａの最外殻に位置する部分に接続されている。また、正極端子７は、正極集電体５ａの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの負極端子６及び正極端子７は、袋状外装部材２の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材２の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。
第２の実施形態に係る二次電池は、図２及び図３に示す構成の二次電池に限らず、例えば図４及び図５に示す構成の電池であってもよい。
図４は、第２の実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図である。図５は、図４に示す二次電池のＢ部を拡大した断面図である。
図４及び図５に示す二次電池１００は、図４及び図５に示す電極群１と、図４に示す外装部材２と、図示しない電解質とを具備する。電極群１及び電解質は、外装部材２内に収納されている。電解質は、電極群１に保持されている。
外装部材２は、２つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。
電極群１は、図５に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群１は、負極３と正極５とをその間にセパレータ４を介在させながら交互に積層した構造を有している。
電極群１は、複数の負極３を含んでいる。複数の負極３は、それぞれが、負極集電体３ａと、負極集電体３ａの両面に担持された負極活物質含有層３ｂとを備えている。また、電極群１は、複数の正極５を含んでいる。複数の正極５は、それぞれが、正極集電体５ａと、正極集電体５ａの両面に担持された正極活物質含有層５ｂとを備えている。
各負極３の負極集電体３ａは、その一辺において、いずれの表面にも負極活物質含有層３ｂが担持されていない部分３ｃを含む。この部分３ｃは、負極集電タブとして働く。図５に示すように、負極集電タブとして働く部分３ｃは、正極５と重なっていない。また、複数の負極集電タブ（部分３ｃ）は、帯状の負極端子６に電気的に接続されている。帯状の負極端子６の先端は、外装部材２の外部に引き出されている。
また、図示しないが、各正極５の正極集電体５ａは、その一辺において、いずれの表面にも正極活物質含有層５ｂが担持されていない部分を含む。この部分は、正極集電タブとして働く。正極集電タブは、負極集電タブ（部分３ｃ）と同様に、負極３と重なっていない。また、正極集電タブは、負極集電タブ（部分３ｃ）に対し電極群１の反対側に位置する。正極集電タブは、帯状の正極端子７に電気的に接続されている。帯状の正極端子７の先端は、負極端子６とは反対側に位置し、外装部材２の外部に引き出されている。
実施形態に係る二次電池は、組電池を構成していてもよい。組電池は、実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。
実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。
図６は、実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図６に示す組電池２００は、５つの単電池１００ａ〜１００ｅと、４つのバスバー２１と、正極側リード２２と、負極側リード２３とを具備している。５つの単電池１００ａ〜１００ｅのそれぞれは、実施形態に係る二次電池である。
バスバー２１は、例えば、１つの単電池１００ａの負極端子６と、この単電池１００ａの隣に位置する単電池１００ｂの正極端子７とを接続している。このようにして、５つの単電池１００は、４つのバスバー２１により直列に接続されている。すなわち、図６の組電池２００は、５直列の組電池である。
図６に示すように、５つの単電池１００ａ〜１００ｅのうち、左端に位置する単電池１００ａの正極端子７は、外部接続用の正極側リード２２に接続されている。また、５つの単電池１００ａ〜１００ｅうち、右端に位置する単電池１００ｅの負極端子６は、外部接続用の負極側リード２３に接続されている。
第２の実施形態に係る二次電池は、負極と、正極と、電解質とを具備する。負極及び正極の少なくとも一方は、第１の実施形態に係る電極である。従って、この二次電池は、入出力特性及びエネルギー密度に優れる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第２の実施形態に係る二次電池を具備している。この電池パックは、第２の実施形態に係る二次電池を１つ具備していてもよく、複数個の二次電池で構成された組電池を具備していてもよい。
実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置（例えば、電子機器、自動車等）に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。
また、実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び／又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流（自動車などの動力の回生エネルギーを含む）は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。
次に、実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。
図７は、実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図８は、図７に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。
図７及び図８に示す電池パック３００は、収容容器３１と、蓋３２と、保護シート３３と、組電池２００と、プリント配線基板３４と、配線３５と、図示しない絶縁板とを備えている。
図７に示す収容容器３１は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器３１は、保護シート３３と、組電池２００と、プリント配線基板３４と、配線３５とを収容可能に構成されている。蓋３２は、矩形型の形状を有する。蓋３２は、収容容器３１を覆うことにより、組電池２００等を収容する。収容容器３１及び蓋３２には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。
組電池２００は、複数の単電池１００と、正極側リード２２と、負極側リード２３と、粘着テープ２４とを備えている。
単電池１００は、図２及び図３に示す構造を有している。複数の単電池１００の少なくとも１つは、第２の実施形態に係る二次電池である。複数の単電池１００は、外部に延出した負極端子６及び正極端子７が同じ向きになるように揃えて積層されている。複数の単電池１００の各々は、図８に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池１００は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池１００を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。
粘着テープ２４は、複数の単電池１００を締結している。粘着テープ２４の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池１００を固定してもよい。この場合、組電池２００の両側面に保護シート３３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複数の単電池１００を結束させる。
正極側リード２２の一端は、単電池１００の積層体において、最下層に位置する単電池１００の正極端子７に接続されている。負極側リード２３の一端は、単電池１００の積層体において、最上層に位置する単電池１００の負極端子６に接続されている。
プリント配線基板３４は、収容容器３１の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板３４は、正極側コネクタ３４１と、負極側コネクタ３４２と、サーミスタ３４３と、保護回路３４４と、配線３４５及び３４６と、通電用の外部端子３４７と、プラス側配線３４８ａと、マイナス側配線３４８ｂとを備えている。プリント配線基板３４の一方の主面は、組電池２００において負極端子６及び正極端子７が延出する面と向き合っている。プリント配線基板３４と組電池２００との間には、図示しない絶縁板が介在している。
正極側コネクタ３４１には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、正極側リード２２の他端が挿入されることにより、正極側コネクタ３４１と正極側リード２２とは電気的に接続される。負極側コネクタ３４２には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、負極側リード２３の他端が挿入されることにより、負極側コネクタ３４２と負極側リード２３とは電気的に接続される。
サーミスタ３４３は、プリント配線基板３４の一方の主面に固定されている。サーミスタ３４３は、単電池１００の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路３４４に送信する。
通電用の外部端子３４７は、プリント配線基板３４の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子３４７は、電池パック３００の外部に存在する機器と電気的に接続されている。
保護回路３４４は、プリント配線基板３４の他方の主面に固定されている。保護回路３４４は、プラス側配線３４８ａを介して通電用の外部端子３４７と接続されている。保護回路３４４は、マイナス側配線３４８ｂを介して通電用の外部端子３４７と接続されている。また、保護回路３４４は、配線３４５を介して正極側コネクタ３４１に電気的に接続されている。保護回路３４４は、配線３４６を介して負極側コネクタ３４２に電気的に接続されている。更に、保護回路３４４は、複数の単電池１００の各々と配線３５を介して電気的に接続されている。
保護シート３３は、収容容器３１の長辺方向の両方の内側面と、組電池２００を介してプリント配線基板３４と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート３３は、例えば、樹脂又はゴムからなる。
保護回路３４４は、複数の単電池１００の充放電を制御する。また、保護回路３４４は、サーミスタ３４３から送信される検出信号、又は、個々の単電池１００若しくは組電池２００から送信される検出信号に基づいて、保護回路３４４と通電用の外部端子３４７との電気的な接続を遮断する。
サーミスタ３４３から送信される検出信号としては、例えば、単電池１００の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池１００若しくは組電池２００から送信される検出信号としては、例えば、単電池１００の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池１００について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池１００に挿入する。
なお、保護回路３４４としては、電池パック３００を電源として使用する装置（例えば、電子機器、自動車等）に含まれる回路を用いてもよい。
また、この電池パック３００は、上述したように通電用の外部端子３４７を備えている。したがって、この電池パック３００は、通電用の外部端子３４７を介して、組電池２００からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池２００に入力することができる。言い換えると、電池パック３００を電源として使用する際には、組電池２００からの電流が、通電用の外部端子３４７を通して外部機器に供給される。また、電池パック３００を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子３４７を通して電池パック３００に供給される。この電池パック３００を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。
なお、電池パック３００は、複数の組電池２００を備えていてもよい。この場合、複数の組電池２００は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板３４及び配線３５は省略してもよい。この場合、正極側リード２２及び負極側リード２３を通電用の外部端子として用いてもよい。
このような電池パックは、例えば、大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。
第３の実施形態に係る電池パックは、第２の実施形態に係る二次電池を備えている。それ故、この電池パックは、入出力特性及びエネルギー密度に優れる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第３の実施形態に係る電池パックを搭載している。
実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含んでいてもよい。
車両の例としては、例えば、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、及び、アシスト自転車及び鉄道用車両が挙げられる。
車両における電池パックの搭載位置は、特に限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。
車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、電池パックは、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。
実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。
図９は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図である。
図９に示す車両４００は、車両本体４０と、第３の実施形態に係る電池パック３００とを含んでいる。図９に示す例では、車両４００は、四輪の自動車である。
この車両４００は、複数の電池パック３００を搭載してもよい。この場合、電池パック３００は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。
図９では、電池パック３００が車両本体４０の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック３００は、例えば、車両本体４０の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック３００は、車両４００の電源として用いることができる。また、この電池パック３００は、車両４００の動力の回生エネルギーを回収することができる。
次に、図１０を参照しながら、実施形態に係る車両の実施態様について説明する。
図１０は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示した図である。図１０に示す車両４００は、電気自動車である。
図１０に示す車両４００は、車両本体４０と、車両用電源４１と、車両用電源４１の上位制御手段である車両ＥＣＵ（ＥＣＵ：Electric Control Unit；電気制御装置）４２と、外部端子（外部電源に接続するための端子）４３と、インバータ４４と、駆動モータ４５とを備えている。
車両４００は、車両用電源４１を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図１０に示す車両４００では、車両用電源４１の搭載箇所については概略的に示している。
車両用電源４１は、複数（例えば３つ）の電池パック３００ａ、３００ｂ及び３００ｃと、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）４１１と、通信バス４１２とを備えている。
３つの電池パック３００ａ、３００ｂ及び３００ｃは、電気的に直列に接続されている。電池パック３００ａは、組電池２００ａと組電池監視装置３０１ａ（例えば、ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）とを備えている。電池パック３００ｂは、組電池２００ｂと組電池監視装置３０１ｂとを備えている。電池パック３００ｃは、組電池２００ｃと組電池監視装置３０１ｃとを備えている。電池パック３００ａ、３００ｂ、及び３００ｃは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック３００と交換することができる。
組電池２００ａ〜２００ｃのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも１つは、第１の実施形態に係る二次電池である。組電池２００ａ〜２００ｃは、それぞれ、正極端子４１３及び負極端子４１４を通じて充放電を行う。
電池管理装置４１１は、車両用電源４１の保全に関する情報を集めるために、組電池監視装置３０１ａ〜３０１ｃとの間で通信を行い、車両用電源４１に含まれる組電池２００ａ〜２００ｃに含まれる単電池１００の電圧、及び温度などに関する情報を収集する。
電池管理装置４１１と組電池監視装置３０１ａ〜３０１ｃとの間には、通信バス４１２が接続されている。通信バス４１２は、１組の通信線を複数のノード（電池管理装置と１つ以上の組電池監視装置と）で共有するように構成されている。通信バス４１２は、例えばＣＡＮ（Control Area Network）規格に基づいて構成された通信バスである。
組電池監視装置３０１ａ〜３０１ｃは、電池管理装置４１１からの通信による指令に基づいて、組電池２００ａ〜２００ｃを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は１つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。
車両用電源４１は、正極端子４１３と負極端子４１４との接続を入り切りするための電磁接触器（例えば図１０に示すスイッチ装置４１５）を有することもできる。スイッチ装置４１５は、組電池２００ａ〜２００ｃへの充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ（図示せず）、及び、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ（図示せず）を含んでいる。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフされるリレー回路（図示せず）を備えている。
インバータ４４は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。インバータ４４の３相の出力端子は、駆動モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。インバータ４４は、電池管理装置４１１、あるいは車両全体の動作を制御するための車両ＥＣＵ４２からの制御信号に基づいて、出力電圧を制御する。
駆動モータ４５は、インバータ４４から供給される電力により回転する。この回転は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Ｗに伝達される。
また、図示はしていないが、車両４００は、回生ブレーキ機構を備えている。回生ブレーキ機構は、車両４００を制動した際に駆動モータ４５を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ４４に入力され、直流電流に変換される。直流電流は、例えば、車両用電源４１が備える電池パックに入力される。
車両用電源４１の負極端子４１４には、接続ラインＬ１の一方の端子が、電池管理装置４１１内の電流検出部（図示せず）を介して接続されている。接続ラインＬ１の他方の端子は、インバータ４４の負極入力端子に接続されている。
車両用電源４１の正極端子４１３には、接続ラインＬ２の一方の端子が、スイッチ装置４１５を介して接続されている。接続ラインＬ２の他方の端子は、インバータ４４の正極入力端子に接続されている。
外部端子４３は、電池管理装置４１１に接続されている。外部端子４３は、例えば、外部電源に接続することができる。
車両ＥＣＵ４２は、運転者などの操作入力に応答して他の装置とともに電池管理装置４１１を協調制御して、車両全体の管理を行なう。電池管理装置４１１と車両ＥＣＵ４２との間では、通信線により、車両用電源４１の残容量など、車両用電源４１の保全に関するデータ転送が行われる。
第４の実施形態に係る車両は、第３の実施形態に係る電池パックを具備している。それ故、本実施形態によれば、入出力特性及びエネルギー密度に優れる電池パックを搭載した車両を提供することができる。
［実施例］
以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に記載される実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１では、強誘電体粒子及び固体電解質粒子を含む電池の性能を調べるために、複合正極／電解質／負極からなる単層電極体を作製した。強誘電体粒子及び固体電解質粒子を含む正極を複合正極と呼ぶ。また、強誘電体粒子及び固体電解質粒子を含む負極を複合負極と呼ぶ。
＜正極の作製＞
まず、正極活物質として一次粒子の平均粒子径が２μｍのＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2複合酸化物と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１％水溶液と、強誘電体粒子として一次粒子の平均粒子径が０．０５μｍのチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ3)の混合溶液を作製する。この混合溶液における強誘電体粒子の含有量は、活物質粒子１００重量部に対して１重量部であった。得られた混合溶液をテフロン（登録商標）シート上に塗布し、８０℃の環境下で４０時間に亘り乾燥し、十分に水分を飛ばすことで複合正極活物質粉末を作製した。得られた複合正極活物質粉末と、固体電解質粒子として一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）粉末と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを準備した。複合正極活物質粉末、固体電解質粒子、導電剤及び結着剤を、それぞれ正極全体に対して９１重量％、２重量％、４重量％及び３重量％の割合で配合してＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム合金箔（純度９９％）の片面に塗布し、塗膜を乾燥することで集電体及び活物質含有層からなる積層体を得た。この積層体をプレスして、活物質含有層の厚さが４０μｍであり、電極密度が３．２ｇ／ｃｍ3の複合正極を作製した。
＜負極の作製＞
負極活物質として平均粒子径が０．６μｍであり、比表面積が１０ｍ2／ｇのＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12粒子と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてＰＶｄＦとを準備した。負極活物質、導電剤及び結着剤を、それぞれ負極全体に対して９４重量％、４重量％及び２重量％の割合で配合してＮＭＰ溶媒に分散してスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム合金箔（純度９９％）の片面に塗布し、塗膜を乾燥することで集電体及び活物質含有層からなる積層体を得た。この積層体をプレスして、活物質含有層の厚さが５９μｍ、電極密度が２．２ｇ／ｃｍ3の負極を作製した。
＜電解質の調製＞
プロピレンカーボネート及びジエチルカーボネートを体積比１：２で混合し、混合溶媒を調製した。この混合溶媒中に、ＬｉＰＦ6を１.２Ｍの濃度で溶解させて非水電解質を調製した。
＜二次電池の作製＞
上記で得られた複合正極と、厚さが２０μｍの不織布であるセパレータと、負極とを、複合正極の活物質含有層及び負極の活物質含有層が向かい合うように積層して積層体を得た。次に、この積層体を、負極が最外周に位置するように渦巻き状に捲回して電極群を作製した。これを９０℃で加熱プレスすることにより、扁平型電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが０．２５ｍｍのステンレスからなる薄型の金属缶に収納した。なお、この金属缶には、内圧が２気圧以上になるとガスをリークする弁が設置されている。この金属缶に電解質を注液することで二次電池を作製した。
（実施例２）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が５μｍのＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例３）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．１μｍのＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例４）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．５μｍのＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例５）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．００１μｍのチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ3)を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例６）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．０１μｍのチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ3)を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例７）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．１μｍのチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ3)を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例８）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＺＣＰ（Ｌｉ1.2Ｚｒ1.9Ｃａ0.1（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例９）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＬＺ（Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12）粉末を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１０）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＬＴ（Ｌｉ0.5Ｌａ0.5ＴｉＯ3）粉末を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１１）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．０５μｍの二酸化ジルコニウム(ＺｒＯ2)を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１２）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．０５μｍの二酸化チタン(ＴｉＯ2)を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１３）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．０５μｍの酸化アルミニウム(Ａｌ2Ｏ3)を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１４）
正極を複合化する代わりに、負極を複合化したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
実施例１４の正極作製時、正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、それぞれ正極全体に対して９３重量％、４重量％及び３重量％とした。
実施例１４の負極作製時、負極活物質、固体電解質粒子、強誘電体粒子、導電剤及び結着剤の配合比は、それぞれ負極全体に対して８８重量％、２重量％、１重量％、６重量％及び３重量％とした。
（実施例１５）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＺＣＰ（Ｌｉ1.2Ｚｒ1.9Ｃａ0.1（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例１４と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１６）
強誘電体粒子として、一次粒子の平均粒子径が０．０５μｍの酸化アルミニウム(Ａｌ2Ｏ3)を使用したことを除いて、実施例１４と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１７）
電解質として、電解液の代わりに以下のように作製したゲル状電解質を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
ＬｉＰＦ6を１Ｍの濃度で溶解させたプロピレンカーボネート（ＰＣ）及びジエチルカーボネートの混合溶媒（体積比１：２）と、ポリアクリロニトリルの高分子体（２重量％）の溶液との混合液を電極層及びセパレータに含浸させる。その後、水分の侵入を防ぐためセルを封止し、６０℃で２５時間に亘って加熱することで、混合液をゲル化させた。
（実施例１８）
電解質として、ゲル状電解質を使用したことを除いて、実施例１４と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例１９）
正極活物質として一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬｉＮｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２０）
正極活物質として一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.1Ｍｎ0.1Ｏ2を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２１）
正極活物質として一次粒子の平均粒子径が２μｍのＬｉＭｎ2Ｏ4を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２２）
正極活物質として一次粒子の平均粒子径が０．２μｍのオリビン構造を有するＬｉＦｅ0.2Ｍｎ0.8ＰＯ4を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２３）
負極として、実施例１４と同様の方法により作製した複合負極を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。即ち、実施例２３で使用した正極及び負極は、いずれも複合化されていた。
（実施例２４）
実施例８と同様の方法により作製した複合正極と、実施例１５と同様の方法により作製した複合負極とを使用することを除いて、実施例１と同様の方法で二次電池を作製した。
（実施例２５）
負極活物質として平均粒子径が２μｍであり、比表面積が２ｍ2／ｇのＮｂ2ＴｉＯ7を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２６）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＺＣＰ（Ｌｉ1.2Ｚｒ1.9Ｃａ0.1（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例２５と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２７）
負極活物質として平均粒子径が２μｍであり、比表面積が２ｍ2／ｇのＮｂ2ＴｉＯ7を使用したことを除いて、実施例１４と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２８）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＺＣＰ（Ｌｉ1.2Ｚｒ1.9Ｃａ0.1（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例２７と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例２９）
負極活物質として平均粒子径が２μｍであり、比表面積が２ｍ2／ｇのＮｂ2ＴｉＯ7を使用したことを除いて、実施例２３と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例３０）
固体電解質粒子として、一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＺＣＰ（Ｌｉ1.2Ｚｒ1.9Ｃａ0.1（ＰＯ4）3）粉末を使用したことを除いて、実施例２９と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例３１）
負極活物質として平均粒子径が２μｍであり、比表面積が２ｍ2／ｇのＮｂ2ＴｉＯ7を使用したことを除いて、実施例１７と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例３２）
負極活物質として平均粒子径が２μｍであり、比表面積が２ｍ2／ｇのＮｂ2ＴｉＯ7を使用したことを除いて、実施例１８と同様の方法により二次電池を作製した。
（実施例３３）
負極活物質として平均粒子径が２μｍであり、比表面積が８ｍ2／ｇのナトリウムニオブチタン複合酸化物Ｌｉ2Ｎａ1.8Ｔｉ5.8Ｎｂ0.2Ｏ14を使用したことを除いて、実施例１８と同様の方法により二次電池を作製した。
（比較例１）
正極活物質として一次粒子の平均粒子径が２μｍのＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2複合酸化物と、固体電解質粒子として一次粒子の平均粒子径が１μｍのＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）粉末と、強誘電体粒子として一次粒子の平均粒子径が０．０５μｍのチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ3)と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを準備した。正極活物質、固体電解質粒子、強誘電体粒子、導電剤及び結着剤を、それぞれ正極全体に対して９０重量％、２重量％、１重量％、４重量％及び３重量％の割合で配合してＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製したことを除いて、実施例１と同様の作製方法により二次電池を作製した。
（比較例２）
正極活物質粉末、固体電解質粒子、強誘電体粒子、導電剤及び結着剤を、それぞれ正極全体に対して８１重量％、２重量％、１０重量％、４重量％及び３重量％の割合で配合したことを除いて、実施例１と同様の作製方法により二次電池を作製した。
（比較例３）
正極活物質粉末、固体電解質粒子、強誘電体粒子、導電剤及び結着剤を、それぞれ正極全体に対して８２重量％、１０重量％、１重量％、４重量％及び３重量％の割合で配合したことを除いて、実施例１と同様の作製方法により二次電池を作製した。
（比較例４）
強誘電体粒子を使用しなかったことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
（比較例５）
固体電解質粒子を使用しなかったことを除いて、実施例１と同様の方法により二次電池を作製した。
＜割合（ＦＥcontact）及び割合（ＳＥnon-contact）の算出＞
第１の実施形態において説明した方法に従って、各例において複合化した正極及び負極についてＳＥＭ−ＥＤＸを実施し、得られたＳＥＭ画像及び元素マッピング画像から割合（ＦＥcontact）及び割合（ＳＥnon-contact）を算出した。
一例として、実施例１に係る正極の断面についてＳＥＭ−ＥＤＸを実施して得られた画像を図１１〜図１５に示す。図１１は、実施例１に係る正極の断面の１つを、ＳＥＭによって１００００倍の倍率で観察したＳＥＭ画像を示している。図１２は、図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＢａの元素マッピング画像を示している。図１３は、図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＴｉの元素マッピング画像を示している。図１４は、図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＰの元素マッピング画像を示している。図１５は、図１１に示すＳＥＭ画像に対応したＭｎの元素マッピング画像を示している。図１１中、符号１１は活物質粒子の一例を示している。符号１３は強誘電体粒子の一例を示している。
実施例１は、活物質粒子としてＭｎを含むＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2複合酸化物を使用し、強誘電体粒子としてＢａ及びＴｉを含むチタン酸バリウムを使用した例である。それ故、図１１のＳＥＭ像に加えて、Ｂａ、Ｔｉ及びＭｎの元素マッピング画像、即ち図１２、図１３及び図１５を考慮すると、図１１に示す視野の範囲内において、強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合を算出することができる。具体的には、この断面において、視野の範囲内に存在する全ての強誘電体粒子の個数は２７個であり、そのうち、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数は２５個であった。
また、実施例１は、固体電解質粒子としてＰを含むＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）を使用した例である。それ故、図１１のＳＥＭ像に加えて、Ｐ及びＭｎの元素マッピング画像、即ち図１４及び図１５を考慮すると、図１１に示す視野の範囲内において、固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接していない固体電解質粒子の個数の割合を算出することができる。具体的には、この断面において、視野の範囲内に存在する全ての固体電解質粒子の個数は４個であり、そのうち、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数は３個であった。
図１１に示すＳＥＭ画像は、第１の実施形態において説明した５箇所の断面のうちの１つの画像である。残りの４箇所の断面についてもＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行った。こうして、実施例１について、活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）を算出したところ、９３％であった。また、実施例１について、活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）を算出したところ、７３％であった。
他の例として、実施例２に係る正極の断面についてＳＥＭ−ＥＤＸを実施して得られた画像を図１６〜図２０に示す。図１６は、実施例２に係る正極の断面の１つを、ＳＥＭによって１００００倍の倍率で観察したＳＥＭ画像を示している。図１７は、図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＢａの元素マッピング画像を示している。図１８は、図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＴｉの元素マッピング画像を示している。図１９は、図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＰの元素マッピング画像を示している。図２０は、図１６に示すＳＥＭ画像に対応したＭｎの元素マッピング画像を示している。
実施例２は、活物質粒子としてＭｎを含むＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2複合酸化物を使用し、強誘電体粒子としてＢａ及びＴｉを含むチタン酸バリウムを使用した例である。それ故、図１６のＳＥＭ像に加えて、Ｂａ、Ｔｉ及びＭｎの元素マッピング画像、即ち図１７、図１８及び図２０を考慮すると、図１６に示す視野の範囲内において、強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合を算出することができる。具体的には、この断面において、視野の範囲内に存在する全ての強誘電体粒子の個数は２８個であり、そのうち、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数は２６個であった。
また、実施例２は、固体電解質粒子としてＰを含むＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）を使用した例である。それ故、図１６のＳＥＭ像に加えて、Ｐ及びＭｎの元素マッピング画像、即ち図１９及び図２０を考慮すると、図１６に示す視野の範囲内において、固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接していない固体電解質粒子の個数の割合を算出することができる。具体的には、この断面において、視野の範囲内に存在する全ての固体電解質粒子の個数は３個であり、そのうち、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数は２個であった。
図１６に示すＳＥＭ画像は、第１の実施形態において説明した５箇所の断面のうちの１つの画像である。残りの４箇所の断面についてもＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行った。こうして、実施例２について、活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）を算出したところ、９３％であった。また、実施例２について、活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）を算出したところ、７０％であった。
更に他の例として、比較例１に係る正極の断面についてＳＥＭ−ＥＤＸを実施して得られた画像を図２１〜図２５に示す。図２１は、比較例１に係る正極の断面の１つを、ＳＥＭによって１００００倍の倍率で観察したＳＥＭ画像を示している。図２２は、図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＢａの元素マッピング画像を示している。図２３は、図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＴｉの元素マッピング画像を示している。図２４は、図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＰの元素マッピング画像を示している。図２５は、図２１に示すＳＥＭ画像に対応したＭｎの元素マッピング画像を示している。
比較例１は、活物質粒子としてＭｎを含むＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2複合酸化物を使用し、強誘電体粒子としてＢａ及びＴｉを含むチタン酸バリウムを使用した例である。それ故、図２１のＳＥＭ像に加えて、Ｂａ、Ｔｉ及びＭｎの元素マッピング画像、即ち図２２、図２３及び図２５を考慮すると、図２１に示す視野の範囲内において、強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合を算出することができる。具体的には、この断面において、視野の範囲内に存在する全ての強誘電体粒子の個数は２８個であり、そのうち、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数は１３個であった。
また、比較例１は、固体電解質粒子としてＰを含むＬＡＴＰ（Ｌｉ1.5ＡｌＴｉ1.5（ＰＯ4）3）を使用した例である。それ故、図２１のＳＥＭ像に加えて、Ｐ及びＭｎの元素マッピング画像、即ち図２４及び図２５を考慮すると、図２１に示す視野の範囲内において、固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接していない固体電解質粒子の個数の割合を算出することができる。具体的には、この断面において、視野の範囲内に存在する全ての固体電解質粒子の個数は３個であり、そのうち、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数は２個であった。
図２１に示すＳＥＭ画像は、第１の実施形態において説明した５箇所の断面のうちの１つの画像である。残りの４箇所の断面についてもＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行った。こうして、比較例１について、活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）を算出したところ、４６％であった。また、比較例１について、活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）を算出したところ、７０％であった。
＜レート性能評価＞
実施例１〜３３及び比較例１〜５で作製した各電池を、２５℃環境下でレート試験に供した。充放電では、まず、電池を３．０Ｖまで１Ｃで充電し、その後１．７Ｖまで１Ｃで放電して電池の容量を確認した後、放電電流を２０Ｃで放電して電池の容量を確認した。
＜−３０℃低温性能評価＞
実施例１〜３３及び比較例１〜５で作製した各電池について、以下の条件で低温特性を評価した。電池を２５℃環境下で３．０Ｖまで１Ｃで充電した後、−３０℃の環境下で２時間の休止時間を設け、次いで１．７Ｖまで１Ｃで放電させる。上記レート性能評価で測定した２５℃での放電容量に対する、−３０℃放電容量（−３０℃放電容量／２５℃放電容量×１００）を算出した。
以上の結果を表１〜３に示す。
表１において、「レート性能」の列には、上記レート性能評価における、２０Ｃ放電容量を１Ｃ放電容量で除して１００を掛けた値を百分率で示している。「低温性能」の列には、上記−３０℃低温性能評価における、−３０℃放電容量を２５℃放電容量で除して１００を掛けた値を百分率で示している。
表２及び表３において、「複合化電極」の列には、固体電解質粒子及び強誘電体粒子を添加した電極を示している。「正極」及び「負極」の列においては、正極及び／又は負極が複合化した電極である場合のみ割合（ＦＥcontact）及び割合（ＳＥnon-contact）を記載している。複合化していない電極の割合（ＦＥcontact）及び割合（ＳＥnon-contact）は「‐」で表示している。
割合（ＦＥcontact）が８５％以上であり、割合（ＳＥnon-contact）が３０％以上である実施例１〜３３は、比較例１〜５と比較して優れたレート性能及び低温性能を達成することができた。
実施例５〜７は、強誘電体粒子の平均一次粒子径をそれぞれ変更した例である。これら３つの例を検討すると、チタン酸バリウムの平均一次粒子径が小さいほど、割合（ＦＥcontact）は小さくなる傾向にある。一方、レート性能及び低温性能を見ると、割合（ＦＥcontact）が比較的小さい実施例５の性能が最も優れている。この結果から、強誘電体粒子の平均一次粒子径は小さい方が好ましいことがわかる。
実施例１は正極を複合化した例であり、実施例１４は負極を複合化した例であり、実施例２３は正極及び負極を複合化した例である。実施例１と実施例１４との性能にはそれほど差がなかったことから、正極及び負極のいずれか一方が複合化されていることにより、優れたレート性能及び低温性能を示す二次電池が得られることがわかる。また、実施例２３のように、正極及び負極の両方を複合化することにより、正極及び負極のいずれか一方を複合化する場合と比較してより優れたレート性能及び低温性能を示す二次電池が得られることがわかる。
比較例１に示すように、予め活物質粒子の表面上に強誘電体粒子を担持させない場合、割合（ＦＥcontact）は非常に小さくなり、レート性能及び低温性能は劣ることがわかる。
また、比較例２又は３に示すように、電極が強誘電体粒子及び固体電解質粒子を含んでいたとしても、割合（ＦＥcontact）が８５％未満であるか又は割合（ＳＥnon-contact）が３０％未満であると、レート性能及び低温性能は劣ることがわかる。
比較例２は、割合（ＦＥcontact）が９１％であるが、割合（ＳＥnon-contact）が２５％である。即ち、強誘電体粒子の多くが活物質粒子と接触しているのに加えて、固体電解質粒子の多くも活物質粒子と接触している。その結果、Ｌｉイオンの拡散経路が塞がれて、レート性能及び低温性能が劣っていると考えられる。
比較例４に示すように、電極が強誘電体粒子を含んでいない場合、レート性能及び低温性能は劣ることがわかる。
比較例５に示すように、電極が固体電解質粒子を含んでいない場合、レート性能及び低温性能は劣ることがわかる。
以上に述べた少なくとも１つの実施形態及び実施例によると、電極が提供される。この電極は、複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む活物質含有層を備える。活物質含有層が含む強誘電体粒子の個数に対する、活物質粒子と接触している強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）は８５％以上である。活物質含有層が含む固体電解質粒子の個数に対する、活物質粒子と接触していない固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である。従って、入出力特性及びエネルギー密度に優れる二次電池を実現可能な電極を得ることができる。
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、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。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同時に、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ものである。
１…電極群、２…外装部材、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、３ｃ…負極集電タブ、４…セパレータ、５…正極、５ａ…正極集電体、５ｂ…正極活物質含有層、６…負極端子、７…正極端子、１１…活物質粒子、１２…固体電解質粒子、１３…強誘電体粒子、２１…バスバー、２２…正極側リード、２３…負極側リード、２４…粘着テープ、３１…収容容器、３２…蓋、３３…保護シート、３４…プリント配線基板、３５…配線、４０…車両本体、４１…車両用電源、４２…電気制御装置、４３…外部端子、４４…インバータ、４５…駆動モータ、１００…二次電池、２００…組電池、２００ａ…組電池、２００ｂ…組電池、２００ｃ…組電池、３００…電池パック、３００ａ…電池パック、３００ｂ…電池パック、３００ｃ…電池パック、３０１ａ…組電池監視装置、３０１ｂ…組電池監視装置、３０１ｃ…組電池監視装置、３４１…正極側コネクタ、３４２…負極側コネクタ、３４３…サーミスタ、３４４…保護回路、３４５…配線、３４６…配線、３４７…通電用の外部端子、３４８ａ…プラス側配線、３４８ｂ…マイナス側配線、４００…車両、４１１…電池管理装置、４１２…通信バス、４１３…正極端子、４１４…負極端子、４１５…スイッチ装置、Ｌ１…接続ライン、Ｌ２…接続ライン、Ｗ…駆動輪。

Claims (13)

  1. 複数の活物質粒子、複数の強誘電体粒子、及び、２５℃において１×１０-10Ｓ／ｃｍ以上のＬｉイオン伝導度を有する複数の固体電解質粒子を含む活物質含有層を備え、
    前記活物質含有層が含む前記強誘電体粒子の個数に対する、前記活物質粒子と接触している前記強誘電体粒子の個数の割合（ＦＥcontact）は８５％以上であり、
    前記活物質含有層が含む前記固体電解質粒子の個数に対する、前記活物質粒子と接触していない前記固体電解質粒子の個数の割合（ＳＥnon-contact）は、３０％以上である電極。
  2. 前記強誘電体粒子の平均一次粒子径は、０．００１μｍ〜０．１μｍの範囲内にある請求項１に記載の電極。
  3. 前記固体電解質粒子の平均一次粒子径は、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にある請求項１又は２に記載の電極。
  4. 前記割合（ＦＥcontact）は、９０％以上である請求項１〜３の何れか１項に記載の電極。
  5. 前記割合（ＳＥnon-contact）は、５０％以上である請求項１〜４の何れか１項に記載の電極。
  6. 前記強誘電体粒子は、チタン酸バリウム、ジルコニア、チタニア及びアルミナからなる群より選択される少なくとも１種を含む請求項１〜５の何れか１項に記載の電極。
  7. 前記活物質含有層は、導電剤と結着剤とを更に含む請求項１〜６の何れか１項に記載の電極。
  8. 正極と、負極と、電解質とを具備する二次電池であって、
    前記正極及び前記負極の少なくとも一方は、請求項１〜７の何れか１項に記載の電極である二次電池。
  9. 請求項８に記載の二次電池を具備する電池パック。
  10. 通電用の外部端子と、
    保護回路と
    を更に具備する請求項９に記載の電池パック。
  11. 複数の前記二次電池を具備し、
    前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項９又は１０に記載の電池パック。
  12. 請求項９〜１１の何れか１項に記載の電池パックを搭載した車両。
  13. 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む請求項１２に記載の車両。
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