JP4284341B2 - 非水電解質電池、自動車、アシスト自転車、二輪車、充電式掃除機及び電池パック - Google Patents

Description

本発明は、非水電解質電池と、非水電解質電池を用いた電池パック及び自動車とに係わる。

例えば５Ｃを超えるような大電流でサイクルを繰り返した場合、電池自身の発熱により１Ｃ電流でのサイクル特性よりも性能が悪くなるという問題を有する。これまでにこの電池自身の発熱を抑制するために電池の低抵抗化が例えば特許文献１に示すように行われているが、どんなに低抵抗化を推し進めても電流値が大きくなれば電池自身の発熱が大きくなり大電流サイクル特性の性能が悪くなるという問題は解決されていない。

一方、特許文献２は、正極と負極と２種類のセパレータとが積層され、さらに巻回されて形成された電極巻回体を用いる非水電解質二次電池に関するものであって、過充電や異常加熱の際の電池の熱暴走を回避するため、負極の外周側に透気度１８０ｓｅｃ／１００ｃｍ³以上の第１のセパレータを配置し、かつ負極の内周側に透気度１２０ｓｅｃ／１００ｃｍ³以下の第２のセパレータを配置することを開示している。
特開２００１−１０２０３３ 特開２００５−９３０７７

本発明は、大電流特性に優れた非水電解質電池、自動車、アシスト自転車、二輪車、充電式掃除機及び電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係る非水電解質電池は、定格容量が１〜５００Ａｈの電池パックに用いられる非水電解質電池であって、
前記非水電解質電池は、
ガーレー値が５０〜３００[sec/100cc]で、かつ九十九状に折り重ねられたセパレータの間に正極と負極が交互に介在された積層構造を有し、前記セパレータの最外層の前記ガーレー値が内層の前記ガーレー値よりも大きい電極群と、
非水電解質と
を具備し、下記（１）式を満足することを特徴とする。

３×１０^-5≦（Ｘ／Ｙ）≦１．５×１０^-3 （１）
但し、Ｘは前記非水電解質電池の定格電池抵抗［ｍΩ］で、Ｙは前記非水電解質電池の定格電池容量［ｍＡｈ］である。

本発明によれば、前記非水電解質電池を具備することを特徴とする自動車、アシスト自転車、二輪車、充電式掃除機、及び電池パックが提供される。

本発明によれば、大電流特性に優れた非水電解質電池、自動車、アシスト自転車、二輪車、充電式掃除機及び電池パックを提供することができる。

（第一の実施形態）
本発明の実施形態によれば、大電流特性に優れた非水電解質電池を得ることができる。大電流サイクル時のサイクル劣化を改善するために検討を行った結果、九十九状に折られたセパレータを用いた積層型の電極群を備えた非水電解質電池が、下記（１）式を満足していれば、九十九状に折られたセパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくすることで、大電流での出力特性を損なうことなく、大電流サイクル特性が改善されることを見出した。

３×１０^-5≦（Ｘ／Ｙ）≦１．５×１０^-3 （１）
但し、Ｘは非水電解質電池の定格電池抵抗［ｍΩ］で、Ｙは非水電解質電池の定格電池容量［ｍＡｈ］である。

帯状のセパレータが九十九状に折り重ねられ、重なり合ったセパレータの間に正極と負極が交互に挿入された積層構造の電極群を用いた非水電解質電池は大電流を流すと発熱し、その際の蓄熱は電池内部が大きくなる。この蓄熱およびこれに誘発されるセパレータの収縮がサイクル特性劣化の主要因だと考えられる。

セパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくすると、大電流特性に悪影響を及ぼすことが知られているが、本発明者らは、このセパレータ構成によって大電流サイクルによる発熱がもっぱら最外層で生じ、電極群内部での蓄熱の緩和を期待できることを究明した。そして、本発明者らは、（Ｘ／Ｙ）を３×１０^-5［ｍΩ／ｍＡｈ］以上、１．５×１０^-3［ｍΩ／ｍＡｈ］以下にした際に、セパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくすると、大電流サイクルの際の電極群内部での温度上昇が実際に緩和されると共に、電池抵抗に対する非水電解質含浸の寄与が相対的に小さくなるため、大電流での出力特性を損なうことなく、大電流サイクル特性が向上されるという公知技術からは全く予想し得ない効果を見出したのである。（Ｘ／Ｙ）のさらに好ましい範囲は、５×１０^-5［ｍΩ／ｍＡｈ］以上、１×１０^-3［ｍΩ／ｍＡｈ］以下である。

（Ｘ／Ｙ）が３×１０^-5［ｍΩ／ｍＡｈ］未満の電池においては、大電流サイクルによる発熱がもともと小さいため、セパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくすると、セパレータの非水電解質含浸性の低下の影響が大きく現れ、大電流での出力特性が低下する。一方、（Ｘ／Ｙ）が１．５×１０^-3［ｍΩ／ｍＡｈ］を超えている電池に大電流サイクルを行うと電池抵抗が大きいためすぐに放電終了に至ってしまう。

ここで、定格電池抵抗は、半充電状態の電池に１Ｃ［Ａ］の放電を流した際の０．２秒後の電池電圧をＶ_１Ｃ［Ｖ］、同様に１０Ｃ［Ａ］の放電を流した際の０．２秒後の電池電圧をＶ_１０Ｃ［Ｖ］としたときの下記（２）式で表される電池抵抗Ｒ_ｃｅｌｌ［ｍΩ］の最大補償値である。

Ｒ_ｃｅｌｌ［ｍΩ］＝（１０Ｃ−１Ｃ）／（Ｖ_１０Ｃ−Ｖ_１Ｃ） （２）
また、定格電池容量は、満充電状態から０．２Ｃレートで放電終止電圧まで放電したときに得られる電池容量の最低補償値である。

なお、Ｃは、仕込みの活物質重量と活物質の重量あたりの理論容量から計算される、電池の設計容量を１時間で放電し得る電流値である。

（Ｘ／Ｙ）を前述した（１）式で表される範囲内にする手法として、電池の低抵抗化を挙げることができる。電池抵抗は、電池要素の抵抗の総和となるため、各々の抵抗成分を低減する必要がある。まず、九十九状に折られたセパレータを用いる積層構造の電極群は、正極と負極の間にセパレータを１葉ずつ介在させた積層構造の電極群に比して、正極と負極の位置が固定されるため、電池抵抗を低減することができる。

この電極群の正極の密度を３．４ｇ／ｃｍ³以上、３．６ｇ／ｃｍ³以下にする。３．４ｇ／ｃｍ³より小さいと活物質同士の接触抵抗が大きくなり、３．６ｇ／ｃｍ³より大きいと電極活物質と集電体との密着性が低下して活物質と集電体との接触抵抗が大きくなる。正極の密度を３．４ｇ／ｃｍ³以上、３．６ｇ／ｃｍ³以下にすることによって、集電体の単位面積あたりの活物質量を少なくすることができるため、正極におけるみかけのイオン拡散距離を短くすることができ、電池抵抗をさらに低減することができる。

非水電解質電池では、初充電時に電極と非水電解質の反応により電極表面になんらかの皮膜が形成される。この皮膜は電気抵抗を持ったものである。電極群の構造と正極密度の規定と併せて、初充電時に形成される電極表面皮膜の低抵抗化を図ることにより、（Ｘ／Ｙ）を前述した（１）式で表される範囲内に設定することが可能である。リチウムチタン酸化物は、炭素質物に比してリチウムの受け入れ性に優れているため、負極活物質として用いる場合に下記初充電条件に設定すると、低抵抗な皮膜がより得られやすくなる。

初充電時の環境温度は、５℃以上、２０℃以下、さらに好ましくは１０℃以上、２０℃以下と低くする。同時に、初充電時の定電流値を０．０５Ｃ以上、０．２Ｃ以下、さらに好ましくは０．１以上、０．１５Ｃ以下の範囲内とする。

上記手法に、以下の（Ａ）または（Ｂ）に記載の手法を併用することにより、（Ｘ／Ｙ）を前述した（１）式で表される範囲内に設定することがより容易になる。

（Ａ）積層型電極群を構成する正極及び負極それぞれの電極について１葉毎にタブを接続することにより、集電体からタブまでの電流経路を短くする。

（Ｂ）セパレータの透気度を大きくすることにより、抵抗を低減する。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１に示すように、ラミネートフィルム製の容器１内には、積層型電極群２が収納されている。ラミネートフィルムは、例えば図２に示すように、樹脂層３と、熱可塑性樹脂層４と、樹脂層３及び熱可塑性樹脂層４の間に配置された金属層５とを具備する。容器１の内面に熱可塑性樹脂層４が位置する。ラミネートフィルム製の容器１の一方の長辺と両方の短辺に、熱可塑性樹脂層４の熱融着によってヒートシール部１ａ、１ｂ、１ｃが形成されている。このヒートシール部１ａ、１ｂ、１ｃにより容器１が封止されている。積層型電極群２は、図２に示すように、正極６と負極７とがセパレータ８を介して交互に積層された構造を有する。正極６は複数枚存在し、それぞれが正極集電体６ａと、正極集電体６ａの両面に担持された正極活物質含有層６ｂとを備える。負極７は複数枚存在し、それぞれが負極集電体７ａと、負極集電体７ａの両面に担持された負極活物質含有層７ｂとを備える。

正極６は、図３に示すように、正極集電体６ａの一方の短辺の中央付近が延び出ており、正極リード６ｃとして機能する。負極７についても同様に、負極集電体７ａの一方の短辺の中央付近が延び出ており、負極リード７ｃとして機能する。

図４に示すように、電極群２は、帯状のセパレータ８が九十九状に折り重ねられ、重なり合ったセパレータの間に正極６及び負極７が交互に挿入された積層構造を有する。図４では、九十九状に折られたセパレータ８に、下から順番に正極６、負極７、正極６、負極７、正極６が挟まれている。正極リード６ｃは、それぞれ、セパレータ８から突出しており、一つに束ねられた状態で正極タブ９に例えば溶接により接続されている。一方、負極リード７ｃのそれぞれは、突出方向が正極リード６ｃとは反対側になるようにセパレータ８から突出している。また、負極リード７ｃは、一つに束ねられた状態で負極タブ１０に例えば溶接により接続されている。このように、正極リード６ｃと正極タブ９の溶接部と、負極リード７ｃと負極タブ１０の溶接部を、セパレータ８の外部に配置することによって、電極群内部からの放熱が起こりやすくなると共に、セパレータ８の位置がしっかりと固定されるため、セパレータの熱収縮が小さくなり、大電流サイクル特性が向上される。

負極タブ１０の先端は、容器１のヒートシール部１ｂを通して外部に引き出されている。負極タブ１０は、両面が、ヒートシール部１ｂを構成する熱可塑性樹脂層４と対向している。ヒートシール部１ｂと負極タブ１０との接合強度を向上させるため、負極タブ１０のそれぞれの面と熱可塑性樹脂層４との間には、絶縁フィルム１１が介在されている。絶縁フィルム１１としては、例えば、ポリプロピレン及びポリエチレンのうち少なくとも一方を含有するポリオレフィンに酸無水物を添加した材料から形成されたフィルムを挙げることができる。

正極タブ９の先端は、容器１のヒートシール部１ｃを通して外部に引き出されている。ヒートシール部１ｃと正極タブ９との接合強度を向上させるため、正極タブ９と熱可塑性樹脂層４との間に絶縁フィルム１１が介在されている。このように、正極タブ９の引き出し方向を負極タブ１０の引き出し方向と反対向きにすることによって、セパレータの位置がより固定されやすくなる。ゆえに放熱の効果が得られやすくなる。この際、正極一葉毎に、正極タブ６ｃと正極リード９との溶接部の面積を正極活物質含有層６ｂの面積の０．２％以上、５％以下にすると共に、負極一葉毎に、負極タブ７ｃと負極リード１０との溶接部の面積を負極活物質含有層７ｂの面積の０．２％以上、５％以下にすることが好ましい。正負極の溶接部の面積の割合が０．２％よりも小さいと放熱促進の効果を得ることができない恐れがある。また、正負極の溶接部の面積の割合が５％よりも大きいとエネルギー密度的に不利になる可能性がある。正極活物質含有層６ｂの面積、負極活物質含有層７ｂの面積及び溶接部の面積は、電極群における電極形成面を上から投影した平面図を用いて算出する。

なお、溶接は、超音波溶接、レーザー溶接、抵抗溶接など種々の方法を採用することができる。

以下、非水電解質電池について部材ごとに詳細に説明する。

１）セパレータ
セパレータには、最外層のガーレー値が内層のガーレー値よりも大きいものが使用される。積層型電極群の最外層にセパレータが位置している場合、このセパレータを最外層のセパレータとする。また、積層型電極群の最外層に正極または負極が位置している場合、積層型電極群において最も外側に位置しているセパレータ層を最外層のセパレータとする。

最外層のセパレータよりも内側に位置するセパレータを内層のセパレータとする。図５に、積層型電極群を構成するセパレータ層の層数と各層のガーレー値との関係の一例を示す。図５の場合、セパレータの積層数が２０のため、１層目と２０層目のセパレータが最外層のセパレータとなる。２層目から１９層目までが内層のセパレータである。図５に示すように、１層目と２０層目のセパレータのガーレー値が、２層目から１９層目までのセパレータのガーレー値よりも大きい場合を、最外層のガーレー値が内層のガーレー値よりも大きいとする。最外層のガーレー値が内層のガーレー値より高いことが必要であるだけで、内層のガーレー値にバラツキがあっても良い。

なお、各セパレータ層のガーレー値は、積層型電極群を解体し、各セパレータ層の一部におけるセパレータ部分をサンプリングして測定される。また、ガーレー値の測定は、ＪＩＳ Ｐ ８１１７：１９９８に準じた方法で行われる。

最外層のガーレー値は、内層のガーレー値より０．１〜２０％の範囲内で大きくすることが好ましい。０．１％よりも小さいと、大電流サイクル特性を改善する効果を十分に得られない恐れがある。一方、２０％よりも大きいと、電池性能に悪影響を及ぼす可能性がある。より好ましい範囲は０．５〜１０％の範囲である。内層のガーレー値に対する最外層のガーレー値の差分ｄ（％）は、下記（３）式から算出される。

ｄ＝｛（Ａmax−Ｂmin）／Ｂmin｝×１００ （３）
積層型電極群を構成する全てのセパレータ層のガーレー値のうち、最大値がＡmaxで、最小値がＢminである。

最外層のセパレータも内層のセパレータもガーレー値を５０[sec/100cc]以上、３００[sec/100cc]以下の範囲にすることが望ましい。ガーレー値が５０[sec/100cc]より小さいと、安全性が損なわれる恐れがある。また、３００[sec/100cc]より大きいと、大電流サイクルの際のセパレータでの発熱量が大きいため、大電流サイクル特性を改善できない可能性がある。ガーレー値のさらに好ましい範囲は、７０[sec/100cc]以上、２００[sec/100cc]以下である。

最外層であるか内層であるかに拘わらず、セパレータは、８０℃環境下に３時間放置した際のガーレー値の増加が０．１％以上、５％以下の範囲内であることが好ましい。これにより、大電流サイクル特性改善効果を最もよく得ることができる。なお、増加率を０．１％未満にすると、セパレータのシャットダウン効果が低下してホットプレート試験において性能劣化を生じる恐れがある。一方、増加率が５％を超えると、大電流サイクル特性が低下する可能性がある。増加率のさらに好ましい範囲は、０．１％以上、３％以下である。ガーレー値の増加率Ｇ（％）は、以下の（４）式により算出される。

Ｇ＝（Ｇ₁／Ｇ₂）×１００ （４）
但し、Ｇ₁はセパレータを８０℃環境下に３時間放置後のガーレー値で、Ｇ₂はセパレータを放置前のガーレー値である。

セパレータの材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を挙げることができる。材質の種類は１種類もしくは２種類以上にすることができる。また、セパレータの形態としては、多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。

セパレータのガーレー値は、例えば、セパレータを製造する際の熱処理条件や延伸条件の他に、セパレータの厚さにより調節することが可能である。

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

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

前記正極活物質には、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン(ＭｎＯ₂)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばＬｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばＬｉ_xＮｉＯ₂)、リチウムコバルト複合酸化物(Ｌｉ_xＣｏＯ₂)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物｛例えばＬｉＮｉ_1-y-zＣｏ_yＭ_zＯ₂（ＭはＡｌ，ＣｒおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１｝、リチウムマンガンコバルト複合酸化物｛例えばＬｉＭｎ_1-ｙ-ｚＣｏ_yＭ_zＯ₂（ＭはＡｌ，ＣｒおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１｝、リチウムマンガンニッケル複合化合物｛例えばＬｉＭｎ_xＮｉ_xＭ_1-2xＯ₂(ＭはＣｏ，Ｃｒ，ＡｌおよびＦｅよりなる群より選択される少なくとも１種類の元素)、１／３≦ｘ≦１／２、例えば、ＬｉＭｎ_1/3Ｎｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂、ＬｉＭｎ_1/2Ｎｉ_1/2Ｏ₂｝、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄、Ｌｉ_xＣｏＰＯ₄など）、硫酸鉄（Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃）、バナジウム酸化物（例えばＶ₂Ｏ₅）などが挙げられる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。なお、上記に好ましい範囲の記載がないｘ、ｙ、ｚについては０以上１以下の範囲であることが好ましい。

より好ましい二次電池用の正極は、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンニッケル複合化合物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これらの正極活物質によると、高い電池電圧が得られる。

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛、コークス等を挙げることができる。

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

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

正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔から形成されることが望ましい。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径が５０μｍ以下であることにより、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。

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

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

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

３）負極
この負極は、負極集電体と、前記集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、結着剤および必要により導電剤を含む負極活物質含有層とを有する。この負極は、例えば、粉末状の負極活物質に結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物を銅箔などの金属集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

前記負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出する材料が好ましく、リチウム金属、リチウム合金、炭素質物、又は金属化合物を挙げることができる。

前記リチウム合金としてはリチウムアルミニウム合金、リチウム亜鉛合金、リチウムマグネシウム合金、リチウム珪素合金、リチウム鉛合金などが挙げられる。

前記リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質物は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。よりこのましい炭素質物は、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。前記炭素質物としてはＸ線回折による(００２)面の面間隔ｄ₀₀₂は０．３４０ｎｍ以下であることが好ましい。

前記金属化合物として、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物などが挙げられる。

このような金属酸化物としては、例えば、チタン含有金属複合酸化物、例えばＳｎＢ_0.4Ｐ_0.6Ｏ_3.1などのアモルファススズ酸化物、例えばＳｎＳｉＯ₃などのスズ珪素酸化物、例えばＳｉＯなどの酸化珪素、例えばＷＯ₃などのタングステン酸化物などが挙げられる。中でも、チタン含有金属複合酸化物が好ましい。

チタン含有金属複合酸化物としては、例えば、リチウムチタン酸化物、酸化物合成時はリチウムを含まないチタン系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、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウムなどを挙げることができる。スピネル構造を有するチタン酸リチウムとしては、Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）などを挙げることができる。また、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウムとしては、Ｌｉ_2+yＴｉ₃Ｏ₇（ｙは充放電反応により−１≦ｙ≦３の範囲で変化する）などが挙げられる。チタン系酸化物としては、ＴｉＯ₂、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉＯ₂はアナターゼ型で熱処理温度が３００〜５００℃の低結晶性のものが好ましい。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、Ｎｉ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）などを挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相が共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能を大幅に向上させることができる。中でも、リチウムチタン酸化物、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物が好ましい。

金属硫化物としては、例えば、例えばＴｉＳ₂などの硫化チタン、例えばＭｏＳ₂などの硫化モリブデン、例えば、ＦｅＳ、ＦｅＳ₂、Ｌｉ_xＦｅＳ₂などの硫化鉄などが挙げられる。

金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物（例えば、Ｌｉ_xＣｏ_yＮ、０＜ｘ＜４，０＜ｙ＜０．５）などが挙げられる。

中でも、負極活物質は、Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂のようなスピネル構造を有するチタン酸リチウム、ＦｅＳ、ＦｅＳ₂の中から選ばれる１種類を含むことが好ましく、最も好ましい負極活物質は、スピネル構造を有するチタン酸リチウムである。スピネル構造を有するチタン酸リチウムは、リチウムイオンの受け入れ性に優れているため、初充電条件を特定することにより負極表面に低抵抗な皮膜を形成することができる。このため、セパレータの最外層のガーレー値を内層よりも大きくすることにより、大電流サイクル特性を大幅に改善することができる。

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等、金属粉末を挙げることができる。

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

前記負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質８０〜９８重量％、導電剤０〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。

一方、リチウム合金箔を用いる場合はそのまま合金箔を帯状電極として用いてもよい。

負極集電体は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。負極集電体は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、集電体の強度を飛躍的に増大させることができるため、負極を高いプレス圧で高密度化することが可能となり、電池容量を増大させることができる。また、高温環境下（４０℃以上）における過放電サイクルでの負極集電体の溶解・腐食劣化を防ぐことができるため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。平均結晶粒径のより好ましい範囲は３０μｍ以下であり、更に好ましい範囲は５μｍ以下である。

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

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

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

ここで電解質塩濃度は、１．５Ｍ以上、３Ｍ以下の範囲内とすることが好ましい。１．５Ｍより小さいと高負荷電流を流した場合の性能が劣る可能性がある。また、３Ｍより大きいと、粘度が大きいため、（Ｘ／Ｙ）比とセパレータ構成を特定しても高負荷電流を流した場合の性能が劣ってしまう恐れがある。

非水溶媒としては、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２−ＭｅＨＦ）、１，３−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル（ＡＮ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネイト（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネイト（ＭＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等が挙げられる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。中でもγ−ブチロラクトンが好ましい。また、溶媒を二種類以上組み合わせる場合、すべての溶媒に誘電率が２０以上のものの中から選ぶことが好ましい。

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

図１では、正極リード６ｃと正極タブ９の溶接部と、負極リード７ｃと負極タブ１０の溶接部を、セパレータ８の外部に配置したが、図６に例示される通りに、これら溶接部をセパレータ８と対向させることができる。

また、図１では、正極タブ９が引き出される方向と負極タブ１０が引き出される方向が互いに反対向きとなっているが、図７に例示されるように、正極タブ９と負極タブ１０の先端を容器１の同一のヒートシール部（封止部）から引き出し、正極タブ９の引き出し方向と負極タブ１０の引き出し方向を同じにしても良い。

（第二の実施の形態）
第二の実施形態に係る電池パックは、第一の実施形態に係る非水電解質電池を複数有する。第一の実施形態に係る非水電解質電池を単電池とし、単電池を電気的に直列もしくは並列に接続し、組電池を構成することが望ましい。

第一の実施の形態に係る非水電解質電池は組電池化に適しており、第二の実施の形態に係る電池パックは、大電流特性に優れる。このことについて、説明する。

第一の実施の形態に係る非水電解質電池は、大電流での発熱を抑制することができるため、電池の容量個体差やインピーダンスの個体差を極めて小さくすることが可能となる。その結果、例えば、直列接続の組電池において、電池容量の個体差にともなう満充電時の電池電圧ばらつきを減少できる。このため、第二の実施の形態に係る電池パックは、組電池の制御が容易で、大電流サイクル特性を向上できる。

図８の電池パックにおける単電池２１は、例えば、図７に示す扁平型非水電解質電池から構成されているが、特に限定されるものではない。図１〜６に示すような扁平型非水電解質電池を使用しても良い。複数の単電池２１は、正極タブ９と負極タブ１０が引き出されている向きを揃えて積層されている。図９に示すように、単電池２１は、直列に接続されて組電池２２をなしている。組電池２２は、図８に示すように、粘着テープ２３によって一体化されている。

正極タブ９および負極タブ１０が突出する側面に対しては、プリント配線基板２４が配置されている。プリント配線基板２４には、図９に示すように、サーミスタ２５、保護回路２６および外部機器への通電用の端子２７が搭載されている。

図８及び図９に示すように、組電池２２の正極側配線２８は、プリント配線基板２４の保護回路２６の正極側コネクタ２９に電気的に接続されている。組電池２２の負極側配線３０は、プリント配線基板２４の保護回路２６の負極側コネクタ３１に電気的に接続されている。

サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検知するためのもので、検知信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路と外部機器への通電用端子との間のプラス側配線３１ａ及びマイナス側配線３１ｂを遮断できる。所定の条件とは、例えば、サーミスタの検出温度が所定温度以上になったとき、単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検知したとき等である。この検知方法は、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を検知する場合、電池電圧を検知してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検知してもよい。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９の場合、単電池２１それぞれに電圧検知のための配線３２を接続し、これら配線３２を通して検知信号が保護回路２６に送信される。

組電池２２について、正極タブ９および負極タブ１０が突出する側面以外の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３３が配置される。正極タブ９および負極タブ１０が突出する側面とプリント配線基板２４との間には、ゴムもしくは樹脂からなるブロック状の保護ブロック３４が配置される。

この組電池２２は、各保護シート３３、保護ブロック３４およびプリント配線基板２４と共に収納容器３５に収納される。すなわち、収納容器３５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３３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２２は、保護シート３３及びプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。収納容器３５の上面には、蓋３６が取り付けられる。

なお、組電池２２の固定には、粘着テープ２３に代えて、熱収縮テープを用いても良い。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮チューブを周回させた後、該熱収縮チューブを熱収縮させて組電池を結束させる。

なお、図８，９に示した単電池２１は直列に接続されているが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても良い。無論、組み上がった電池パックを直列、並列に接続することもできる。

また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。

第二の実施の形態の電池パックの用途としては、高負荷電流（大電流）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、充電式掃除機が挙げられる。本実施形態に係る電池パックは、深度の深い充放電サイクルを向上する効果が高いため、充電式掃除機や電気自動車用に好適である。

（第三の実施形態）
第三の実施形態に係る自動車は、第二の実施形態に係る電池パックを備える。ここでいう自動車としては、二輪〜四輪のハイブリッド電気自動車、二輪〜四輪の電気自動車、アシスト自転車などが挙げられる。

図１０〜１２は、内燃機関と電池駆動の電動機とを組み合わせて走行動力源としたハイブリッドタイプの自動車を示している。自動車の駆動力には、その走行条件に応じ、広範囲な回転数及びトルクの動力源が必要となる。一般的に内燃機関は理想的なエネルギー効率を示すトルク・回転数が限られているため、それ以外の運転条件ではエネルギー効率が低下する。ハイブリッドタイプの自動車は、内燃機関を最適条件で稼動させて発電すると共に、車輪を高効率な電動機にて駆動することによって、あるいは内燃機関と電動機の動力を合わせて駆動したりすることによって、自動車全体のエネルギー効率を向上できるという特徴を有する。また、減速時に車両のもつ運動エネルギーを電力として回生することによって、通常の内燃機関単独走行の自動車に比較して、単位燃料当りの走行距離を飛躍的に増大させることができる。

ハイブリッド自動車は、内燃機関と電動機の組み合わせ方によって、大きく3つに分類することができる。

図１０には、一般にシリーズハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５０が示されている。内燃機関５１の動力を一旦すべて発電機５２で電力に変換し、この電力をインバータ５３を通じて電池パック５４に蓄える。電池パック５４には本発明の第２の実施形態に係る電池パックが使用される。電池パック５４の電力はインバータ５３を通じて電動機５５に供給され、電動機５５により車輪５６が駆動する。電気自動車に発電機が複合されたようなシステムである。内燃機関は高効率な条件で運転でき、電力回生も可能である。その反面、車輪の駆動は電動機のみによって行われるため、高出力な電動機が必要となる。また、電池パックも比較的大容量のものが必要となる。電池パックの定格容量は、５〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１０〜２０Ａｈである。ここで、定格容量とは、０．２Ｃレートで放電した時の容量を意味する。

図１１には、パラレルハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５７が示されている。付番５８は、発電機を兼ねた電動機を示す。内燃機関５１は主に車輪５６を駆動し、場合によりその動力の一部を発電機５８で電力に変換し、その電力で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機５８により駆動力を補助する。通常の自動車がベースになっており、内燃機関５１の負荷変動を少なくして高効率化を図り、電力回生なども合わせて行うシステムである。車輪５６の駆動は主に内燃機関５１によって行うため、電動機５８の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機５８及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。

図１２には、シリーズ・パラレルハイブリッド車と呼ばれるハイブリッド自動車５９が示されている。シリーズとパラレルの両方を組み合わせた方式である。動力分割機構６０は、内燃機関５１の出力を、発電用と車輪駆動用とに分割する。パラレル方式よりもきめ細かくエンジンの負荷制御を行い、エネルギー効率を高めることができる。

電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。

上述した図１０〜図１２に示すようなハイブリッド自動車に搭載される電池パックの公称電圧は、２００〜６００Ｖの範囲にすることが望ましい。

電池パック５４は、一般に外気温度変化の影響を受けにくく、衝突時などに衝撃を受けにくい場所に配置されるのが好ましい。例えば図１３に示すようなセダンタイプの自動車では、後部座席６１後方のトランクルーム６２内などに配置することができる。また、座席６１の下や後ろに配置することができる。電池重量が大きい場合には、車両全体を低重心化するため、座席の下や床下などに配置するのが好ましい。

電気自動車（EV）は、自動車外部から電力を供給して充電された電池パックに蓄えられたエネルギーで走行する。よって、電気自動車は、他の発電設備などを用いて高効率に発電された電気エネルギーを利用することが可能である。また、減速時には自動車の運動エネルギーを電力として回生できるため、走行時のエネルギー効率を高くすることができる。電気自動車は二酸化炭素その他の排気ガスを全く排出しないため、クリーンな自動車である。その反面、走行時の動力はすべて電動機であるため、高出力の電動機が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、非常に大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１００〜５００Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２００〜４００Ａｈである。

また、車両の重量に占める電池重量の割合が大きいため、電池パックは床下に敷き詰めるなど、低い位置に、かつ車両の重心から大きく離れない位置に配置することが好ましい。１回の走行に相当する大きな電力量を短時間のうちに充電するためには、大容量の充電器と充電ケーブルが必要である。このため、電気自動車は、それらを接続する充電コネクタを備えることが望ましい。充電コネクタには、電気接点による通常のコネクタを用いることができるが、電磁結合による非接触式の充電コネクタを用いても良い。

図１４には、ハイブリッドバイク６３の一例を示す。二輪車の場合においても、ハイブリッド自動車と同様に、内燃機関６４、電動機６５、電池パック５４を備えたエネルギー効率の高いハイブリッドバイクを構成することができる。内燃機関６４は主に車輪６６を駆動し、場合によりその動力の一部で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機６５により駆動力を補助する。車輪６６の駆動は主に内燃機関６４によって行うため、電動機６５の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機６５及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。

図１５には、電動バイク６７の一例を示す。電動バイク６７は、外部から電力を供給して充電された電池パック５４に蓄えられたエネルギーで走行する。走行時の動力はすべて電動機６５であるため、高出力の電動機６５が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、比較的大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１０〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１５〜３０Ａｈである。

（第４の実施形態）
図１６及び図１７には、第４の実施形態に係る充電式掃除機の一例を示す。充電式掃除機は、運転モードを選ぶ操作部７５、集塵するための吸引力を生み出すファンモータ等で構成された電動送風装置７４および制御回路７３を備える。これらを駆動する電源として第２の実施形態に係る電池パック７２が掃除機の筐体７０内に収容されている。このような可搬式装置に電池パックを収容する場合、振動による影響を避けるため緩衝材を介して電池パックを固定することが望ましい。また、電池パックを適正な温度に維持するために、周知の技術を適用することができる。置き台兼用の充電器７１は、充電器機能の一部または全部が筐体７０内に収容されていても構わない。

充電式掃除機の消費電力は大きいが、持ち運び容易性と運転時間を考慮すると、電池パックの定格容量は２〜１０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２〜４Ａｈである。また、電池パックの公称電圧は、４０〜８０Ｖの範囲にすることが望ましい。

[実施例]
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
＜正極の作製＞
正極活物質にＬｉＣｏＯ₂を用いた。正極活物質に導電剤として正極全体に対して８重量％の割合になるように黒鉛粉末、結着剤として正極全体に対して５重量％となるようにＰＶｄＦをそれぞれ配合してｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調整した。得られたスラリーを厚さ１５μｍで平均結晶粒径が4μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレス工程を経ることにより、密度３．６ｇ／ｃｍ³の正極を作製した。得られた正極を打ち抜き成型し、図３に示すように、短辺側の一端部にスラリー未塗布の正極集電体を突出させ、正極リードを形成した。

＜負極の作製＞
Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂（平均粒径０．９０μｍ）を８５重量部と、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂（平均粒径３．４０μｍ）を５重量部と、結着剤としてＰＶｄＦを１０重量部とを、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液中で混合することによりスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ１５μｍで平均結晶粒径が4μｍのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥し、プレスすることにより密度が２．２ｇ／ｃｍ³の負極を作製した。得られた負極を打ち抜き成型し、短辺側の一端部にスラリー未塗布の負極集電体を突出させ、負極リードを形成した。

＜非水電解質の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を体積比１：２で混合した。得られた混合溶媒に２ＭのＬｉＢＦ₄を混合し、非水電解質とした。

＜電池の組み立て＞
負極を２０層、正極を２１層用意した。ポリプロピレン製の多孔質膜からなる帯状のセパレータを九十九状に折り、折り重なったセパレータの間に正極と負極を交互に挟み、図４に示す積層構造を有する電極群を作製した。折り重なったセパレータの間に正極を挟む際、正極リードの先端をセパレータから突出させた。負極を挟む際にも負極リードの先端をセパレータから突出させたが、突出させる方向は正極の場合と反対向きにした。また、電極群を構成するセパレータ層のうち最も外側に位置するセパレータのガーレー値が１０６[sec/100cc]で、このセパレータ層よりも内側に位置するセパレータのガーレー値が１０２[sec/100cc]となるように、セパレータを九十九折にした。セパレータの最外層のガーレー値の内層に対する差分（％）、セパレータを８０℃環境下に３時間放置した際のガーレー値の増加率（％）を下記表１に示す。

正極２１層それぞれが持つ正極タブの先端をセパレータの外部に引き出し、正極タブを一つにまとめた状態でアルミニウム製の正極リードに溶接した。また、負極２０層それぞれが持つ負極タブの先端をセパレータの外部に引き出し、負極タブを一つにまとめた状態でアルミニウム製の負極リードに溶接した。正極リードと正極タブとの溶接面積は正極活物質含有層の面積の１％にし、負極リードと負極タブとの溶接面積は負極活物質含有層の面積の１％とした。

この電極群にプレスを施すことにより、扁平状に成形した。厚さ０．１ｍｍのアルミニウム含有ラミネートフィルムからなる容器に、扁平状に成形した電極群を挿入し、前述した図１に示す厚さ４．５ｍｍ、幅７０ｍｍ、高さ１１０ｍの扁平型非水電解質電池を作製した。

得られた電池に初充電として、２０℃、０．１Ｃ、２．７Ｖの定電流定電圧充電を２０時間施した。次いで、この電池の定格電池抵抗Ｘ［ｍΩ］と定格電池容量Ｙ［ｍＡｈ］を測定し、（Ｘ／Ｙ）の値を下記表１に示す。

得られた電池を２５℃で１０Ｃの電流値で電池電圧が２．７Ｖに達するまで充電し、１０Ｃの充電値で電池電圧が１．５Ｖに達するまで放電する大電流サイクルを行った。その結果、電池容量が１サイクル目の放電容量の９０％に達したのは２４２０サイクルであり良好であった。

（実施例２）
図６に示すように、正極リードと正極タブの溶接部及び負極リードと負極タブの溶接部を、セパレータと対向させること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。その際の電池容量が１サイクル目の放電容量の９０％に達したのは２２１０サイクルであった。

（実施例３）
図７に示すように正極タブ９と負極タブ１０を容器１の同じヒートシール部から引き出す、つまり正極タブ９の引き出し方向と負極タブ１０の引き出し方向を同じにすること以外は実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。

（実施例４）
初充電条件を、４５℃、０．２Ｃ、２．７Ｖの定電流定電圧充電を１０時間に変更することにより（Ｘ／Ｙ）の値を下記表１に示す如く設定すること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。

（実施例５）
初充電条件を、１５℃、０．０５Ｃ、２．７Ｖの定電流定電圧充電を４０時間に変更することにより（Ｘ／Ｙ）の値を下記表１に示す如く設定すること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。

（実施例６〜１２）
溶接面積、セパレータの８０℃環境下でのガーレー値の増加率を表１に示すようにした以外は実施例１と同様の方法で電池を作製した。

（実施例１３〜１６）
セパレータの最外層及び内層のガーレー値を下記表１に示すように変更することにより（Ｘ／Ｙ）の値を下記表１に示す如く設定すること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。

（実施例１７〜１８）
セパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値に比して下記表２に示す差分だけ大きくすること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。

（比較例１）
セパレータにガーレー値の差のないものを用いた以外は実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。その際の電池容量が１サイクル目の放電容量の９０％に達したのは２０００サイクルであった。

（比較例２）
正極及び負極を作製する際のスラリー塗布量を減らし、（Ｘ／Ｙ）の値を下記表２に示すように設定すること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。その際の電池容量が１サイクル目の放電容量の９０％に達したのは２５００サイクルであった。

（比較例３）
電池構造を捲回方式とし、（Ｘ／Ｙ）の値を下記表２に示すように設定すること以外は、実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。その際の電池容量が１サイクル目の放電容量の９０％に達したのは６００サイクルであった。

（比較例４）
正極及び負極を作製する際のスラリー塗布量を減らして（Ｘ／Ｙ）の値を下記表２に示すように設定すると共に、セパレータにガーレー値の差のないものを用いた以外は実施例１と同様の方法で電池を作製しサイクルを行った。その際の電池容量が１サイクル目の放電容量の９０％に達したのは２５００サイクルであった。

表１及び表２における実施例１〜５と比較例１の比較から、（Ｘ／Ｙ）が３×１０^-5以上、１．５×１０^-3以下である場合に、セパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくすると、大電流サイクル特性に優れることが理解できる。前述した特許文献２に記載の捲回型電極群を用いると、電池抵抗が大きいため、比較例３に示す通りに、（Ｘ／Ｙ）が１．５×１０^-3を超える。このような場合にセパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくしても、大電流サイクル特性が著しく劣ったものとなる。

また、比較例２と比較例４の比較から（Ｘ／Ｙ）が３×１０^-5より小さくなると、セパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくしても大電流サイクル特性に効果がないことがわかる。ここで、比較例２と比較例４の５０Ｃ放電特性を比較した結果、比較例２は比較例４にくらべ５０％の性能低下が確認された。つまり、（Ｘ／Ｙ）が３×１０^-5より小さいときにセパレータの最外層のガーレー値を内層のガーレー値よりも大きくすると大電流特性に悪影響を及ぼすことが確認された。

実施例１と実施例２の比較から、正極及び負極のリードとタブの溶接部がセパレータの外側に位置している方が、大電流サイクル特性に優れていることがわかる。さらに、実施例１と実施例３の比較から、正極タブの引き出し方向を負極タブの引き出し方向に対して反対向きにする方が、大電流サイクル特性の改善に有利であることがわかった。

実施例６〜９の比較から、溶接部の面積を０．２％以上にすることにより、大電流サイクル特性が改善されることがわかる。実施例9は実施例１より良好なサイクル特性を示すものの、実施例１と実施例９の電池のエネルギー密度［ｍＡｈ／ｃｍ³］を比較すると、実施例９は実施例１に比して３．５％の低下が確認され、実施例１の電池によると高いエネルギー密度を得られることがわかった。

また、実施例１０〜１２の比較から、セパレータを８０℃環境下に３時間放置した際のガーレー値の増加率（％）を０．１％以上、５％以下にする方が、良好な大電流サイクル特性を得られることがわかる。

実施例１３〜１６の比較により、セパレータのガーレー値を５０[sec/100cc]以上、３００[sec/100cc]以下にすることにより、良好な大電流サイクル特性を得られることがわかる。

実施例１，１７，１８の比較により、最外層のガーレー値と内層のガーレー値との差を０．５％以上、１０％以下にすると、より優れた大電流サイクル特性を得られることがわかる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第一の実施形態に係わる非水電解質電池を示す部分切欠斜視図。 図１のＡ部を示す拡大断面図。 図１の非水電解質電池に使用される正極を示す平面図。 第一の実施形態に係わる非水電解質電池で使用される積層構造の電極群を模式的に示す側面図。 セパレータの積層数とガーレー値との関係を示す特性図。 第一の実施形態に係わる非水電解質電池で使用される積層構造の電極群の別の例を模式的に示す側面図。 本発明の第一の実施形態に係わる別の非水電解質電池を示す斜視図。 第二の実施形態に係る電池パックの分解斜視図。 図８の電池パックの電気回路を示すブロック図。 本発明の第三の実施形態に係るシリーズハイブリッド自動車を示す模式図。 本発明の第三の実施形態に係るパラレルハイブリッド自動車を示す模式図。 本発明の第三の実施形態に係るシリーズ・パラレルハイブリッド自動車を示す模式図。 本発明の第三の実施形態に係る自動車を示す模式図。 本発明の第三の実施形態に係るハイブリッドバイクを示す模式図。 本発明の第三の実施形態に係る電動バイクを示す模式図。 本発明の第四の実施形態に係る充電式掃除機を示す模式図。 図１６の充電式掃除機の構成図。

符号の説明

１…容器、１ａ〜１ｃ…ヒートシール部、２…電極群、３…樹脂層、４…熱可塑性樹脂層、５…金属層、６…正極、６ａ…正極集電体、６ｂ…正極活物質含有層、６ｃ…正極リード、７…負極、７ａ…負極集電体、７ｂ…負極活物質含有層、７ｃ…負極リード、８…セパレータ、９…正極タブ、１０…負極タブ、２１…単電池、２２…組電池、２３…粘着テープ、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…正極側配線、２９…正極側コネクタ、３０…負極側配線、３１…負極側コネクタ、３１ａ，３１ｂ，３２…配線、３３…保護ブロック、３５…収納容器、３６…蓋、５０，５７，５９…ハイブリッド自動車、５１，６４…内燃機関、５２…発電機、５３…インバータ、５４…電池パック、５５，６５…電動機、５６，６６…車輪、５８…発電機を兼ねた電動機、６０…動力分割機構、６１…後部座席、６２…トランクルーム、６３…ハイブリッドバイク、６７…電動バイク、７０…筐体、７１…置き台を兼ねた充電器、７２…電池パック、７３…制御回路、７４…電動送風装置、７５…操作部。

Claims (18)

1. 定格容量が１〜５００Ａｈの電池パックに用いられる非水電解質電池であって、
   前記非水電解質電池は、
   ガーレー値が５０〜３００[sec/100cc]で、かつ九十九状に折り重ねられたセパレータの間に正極と負極が交互に介在された積層構造を有し、前記セパレータの最外層の前記ガーレー値が内層の前記ガーレー値よりも大きい電極群と、
   非水電解質と
   を具備し、下記（１）式を満足することを特徴とする非水電解質電池。
   ３×１０^-5≦（Ｘ／Ｙ）≦１．５×１０^-3 （１）
   但し、Ｘは前記非水電解質電池の定格電池抵抗［ｍΩ］で、Ｙは前記非水電解質電池の定格電池容量［ｍＡｈ］である。
2. 前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体に積層された正極活物質含有層と、前記正極集電体から延び出た正極リードとをそれぞれ含み、
   前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体に積層された負極活物質含有層と、前記負極集電体から延び出た負極リードとをそれぞれ含み、
   前記正極リードが溶接される正極タブと、前記負極リードが溶接される負極タブとを備え、前記正極リードと前記正極タブとの溶接部並びに前記負極リードと前記負極タブとの溶接部が前記セパレータよりも外側に位置していることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
3. 前記正極リードの延び出ている方向と前記負極リードの延び出ている方向が、互いに反対向きであることを特徴とする請求項２記載の非水電解質電池。
4. 前記正極リードと前記正極タブとの溶接部の面積は前記正極活物質含有層の面積の０．２％以上、５％以下であり、前記負極リードと前記負極タブとの溶接部の面積は前記負極活物質含有層の面積の０．２％以上、５％以下であることを特徴とする請求項２または３記載の非水電解質電池。
5. （Ｘ／Ｙ）は、５×１０^-5（ｍΩ／ｍＡｈ）以上、１×１０^-3（ｍΩ／ｍＡｈ）以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
6. 前記正極は、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンニッケル複合化合物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物またはリチウムリン酸鉄を含むことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の非水電解質電池。
7. 前記セパレータは、８０℃環境下に３時間放置した際のガーレー値の増加率が０．１％以上、５％以下であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の非水電解質電池。
8. 前記最外層のガーレー値は、前記内層のガーレー値よりも０．１％以上、２０％以下大きいことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の非水電解質電池。
9. 前記最外層のガーレー値は、前記内層のガーレー値よりも０．５％以上、１０％以下大きいことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の非水電解質電池。
10. 前記負極は、平均結晶粒径が５０μｍ以下のアルミニウムもしくは平均結晶粒径が５０μｍ以下のアルミニウム合金からなる集電体を備えることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載の非水電解質電池。
11. 前記負極は、リチウムチタン酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載の非水電解質電池。
12. 前記リチウムチタン酸化物はスピネル構造を有することを特徴とする請求項１１記載の非水電解質電池。
13. 前記正極は、正極活物質を含むスラリーを正極集電体に塗布した後、これを乾燥し、プレスすることにより作製され、
    前記負極は、負極活物質を含むスラリーを負極集電体に塗布した後、これを乾燥し、プレスすることにより作製されることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の非水電解質電池。
14. 請求項１〜１３いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とする自動車。
15. 請求項１〜１３いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とするアシスト自転車。
16. 請求項１〜１３いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とする二輪車。
17. 請求項１〜１３いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とする充電式掃除機。
18. 請求項１〜１３いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とする電池パック。

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