JP6933771B2 - 電極群、電池及び電池パック - Google Patents

電極群、電池及び電池パック Download PDF

Info

Publication number
JP6933771B2
JP6933771B2 JP2020508896A JP2020508896A JP6933771B2 JP 6933771 B2 JP6933771 B2 JP 6933771B2 JP 2020508896 A JP2020508896 A JP 2020508896A JP 2020508896 A JP2020508896 A JP 2020508896A JP 6933771 B2 JP6933771 B2 JP 6933771B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
negative electrode
containing layer
positive electrode
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020508896A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019187131A1 (ja
Inventor
圭吾 保科
圭吾 保科
政典 田中
政典 田中
康宏 原田
康宏 原田
高見　則雄
則雄 高見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JPWO2019187131A1 publication Critical patent/JPWO2019187131A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6933771B2 publication Critical patent/JP6933771B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明の実施形態は、電極群、電池及び電池パックに関する。
非水電解質電池は、エネルギー密度の向上、及び長寿命化が求められている。エネルギー密度を向上させる方策としては、例えば、電極における電極活物質の充填密度を上げること、単位面積当りの電極の塗布量を増加することが考えられる。
一方、長寿命化の方策としては、例えば、活物質の表面に無機物などを被覆することや、活物質表面に被膜を形成するような物質を非水電解質に含ませることが挙げられる。
特許第６１８９５４９号明細書 特開２０１４−１６７８９０号公報 特開２０１６−５８２６４号公報
優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる電池を実現できる電極群、この電極群を具備した電池、及びこの電池を具備した電池パックを提供することを目的とする。
実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極活物質含有層を含む正極と、負極活物質含有層を含む負極とを具備する。負極活物質含有層は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む。負極活物質含有層の少なくとも一部が、正極活物質含有層の少なくとも一部に向き合っている。この電極群は、式：６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００を満たす。ここで、Ａは、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に向き合った部分の面積［ｃｍ2］である。Ｂは、電極群の厚さ［ｃｍ］である。
実施形態によると、電池が提供される。この電池は、実施形態に係る電極群と、電解質とを具備する。
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、実施形態に係る電池を具備する。
図１は、実施形態に係る第１の例の電極群の概略斜視図である。 図２は、図１に示す電極群の一部展開斜視図である。 図３は、図１及び図２に示す電極群の展開断面図である。 図４は、実施形態に係る一例の電極群における負極活物質含有層と正極活物質含有層とが向き合った部分を概略的に示す図である。 図５は、実施形態に係る第２の例の電極群の概略斜視図である。 図６は、図５に示す電極群の線分ＶＩ−ＶＩに沿った概略断面図である。 図７は、図５及び図６に示す電極群における負極活物質含有層と正極活物質含有層とが向き合った部分を概略的に示す図である。 図８は、実施形態に係る第１の例の非水電解質電池の概略断面図である。 図９は、図８に示す非水電解質電池のＡ部の拡大断面図である。 図１０は、実施形態に係る第２の例の非水電解質電池の一部切欠概略斜視図である。 図１１は、図１０に示す非水電解質電池のＢ部の拡大断面図である。 図１２は、実施形態に係る一例の電池パックの概略分解斜視図である。 図１３は、図１２の電池パックの電気回路を示すブロック図である。
実施形態
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。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、電極群が提供される。この電極群は、正極活物質含有層を含む正極と、負極活物質含有層を含む負極とを具備する。負極活物質含有層は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む。負極活物質含有層の少なくとも一部が、正極活物質含有層の少なくとも一部に向き合っている。この電極群は、式：６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００を満たす。ここで、Ａは、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に向き合った部分の面積［ｃｍ2］である。Ｂは、電極群の厚さ［ｃｍ］である。
単斜晶型（monoclinic）ニオブチタン含有酸化物は、スピネル型チタン酸リチウムよりも高い理論容量を示すことができる。また、直方晶型（Orthorhombic）チタン含有複合酸化物は、スピネル型チタン酸リチウムよりも低いリチウム吸蔵放出電位を示すことができる。しかしながら、鋭意研究の結果、チタン酸化物を含んだ電極を具備する電池の中で、単斜晶型ニオブチタン含有酸化物又は直方晶型チタン含有複合酸化物を含んだ電極を具備する電池は、何の対策を講じない場合、サイクル寿命の点で、スピネル型チタン酸リチウムを含んだ電極を具備する電池に劣ることが分かった。
本発明者らは、単斜晶型ニオブチタン含有酸化物又は直方晶型チタン含有複合酸化物を含んだ電極を具備する電池の寿命を延ばすために鋭意研究を重ねている中で、以下の知見を得た。
電池の寿命は、電池内の熱の影響を受ける。電池内の熱は、電極内での発熱と、電池外部への放熱との熱収支に依存する。電池の寿命を高めるためには、これらの発熱と放熱との熱収支において、放熱の方を大きくし、電極群に含まれる材料の熱劣化を防ぐことが有効である。そのためには、電池内での発熱を抑えることも重要である。
電池内での発熱は、主に、充電及び放電の際の、電極群からのジュール発熱である。このジュール発熱の量は、電極群における負極活物質含有層と正極活物質含有層とが向き合った部分の見かけの面積（面積Ａ）に依存する。具体的には、この面積Ａが大きいほど、電極群の抵抗が小さくなる。電極群の抵抗が小さいほど、電極群で生じるジュール熱の量は小さくなる。
また、例えば、電極群における面積Ａが大きいほど、電極群からの熱をより放散しやすくなる。一方、電極群の高さ、幅及び奥行きに対応する３つの寸法のうち最も小さな寸法（厚さＢ）が小さいほど、電極群からの熱をより放散しやすくなる。
以上を鑑みると、比Ａ／Ｂが大きい方が、発熱と放熱との熱収支において放熱の方をより大きくすることできるため、より有利であると考えられる。
しかしながら、電池の厚さＢの減少は、電池容量の減少に繋がる。また、同じ内容積の電池を作製する際、負極活物質含有層と正極活物質含有層とが向き合った部分の面積（面積Ａ）を増やすためには、負極活物質含有層及び正極活物質含有層の体積を減らす必要がある。更に、この場合には、必要な集電体及びセパレータの量が増加する。そのため、この場合には、電池の単位体積当たりの容量が減少する。例えばこれらの場合のように電池容量が減少すると、電池の抵抗が大きくなる場合がある。特に、大電流が印加された際、この抵抗上昇は顕著となる。抵抗値が上昇すると、ジュール発熱量も上昇する
また、鋭意研究の結果、単斜晶型ニオブチタン含有酸化物又は直方晶型チタン含有複合酸化物を含んだ負極を具備する電池において、充電の際に電池内部の温度を上げると、急速充電性能を高めることができることを発見した。
これらの知見に基づいて更に研究した結果、第１の実施形態に係る電極群を実現した。
第１の実施形態に係る電極群が具備する負極は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む負極活物質含有層を含む。また、この電極群は、式：６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００を満たす。ここで、Ａは、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に向き合った部分の面積［ｃｍ2］である。Ｂは、電極群の厚さ［ｃｍ］である。
第１の実施形態に係る電極群は、比Ａ／Ｂが６５００以上であることにより、電極群からの発熱を十分に抑えることができると共に、電極群からの放熱を十分に行うことができる。加えて、第１の実施形態に係る電極群は、比Ａ／Ｂが１８５００以下であることにより、十分な容量を示すことができ、それにより、大きな電圧が印加された際にも抵抗値の上昇を十分に抑えることができる。更に、第１の実施形態に係る電極群は、上記少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む負極活物質含有層を含み且つ比Ａ／Ｂが１８５００以下であることにより、低温環境下での充電の際に、電池の急速充電性能を高めるのに十分な熱を生じさせることができる。これらの結果、第１の実施形態に係る電極群は、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる電池を実現できる。
比Ａ／Ｂが６５００未満である電極群の１つの例としては、例えば、厚さＢに対して面積Ａが小さ過ぎる電極群が挙げられる。このような電極群は、抵抗値が高いだけでなく、十分な放熱をすることができない。比Ａ／Ｂが６５００未満である電極群の他の例としては、例えば、面積Ａに対して厚さＢが大き過ぎる電極群が挙げられる。このような電極群は、電極群で生じた熱を十分に放散できない。
比Ａ／Ｂが１８５００を越える電極群の１つの例としては、例えば、面積Ａに対して厚さＢが小さ過ぎる電極群が挙げられる。このような電極群は、容量が低過ぎ、それにより高い抵抗値を示す。従って、このような電極群は、発熱を十分に抑えることができない。比Ａ／Ｂが１８５００を越える電極群の他の例としては、例えば、面積Ａが大きすぎる電極群が挙げられる。このような電極群は、充電の際に発生し得る熱量が低過ぎ、低温環境下での充電の際に電池の急速充電性能を高めることができない。
比Ａ／Ｂは、８０００≦Ａ／Ｂ≦１３０００の範囲内にあることが好ましく、９０００≦Ａ／Ｂ≦１１０００の範囲内にあることがより好ましい。
負極活物質含有層が単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物の何れも含んでいない電極群では、電極群の発熱を利用した低温環境下での急速充電性能の向上が望めない。例えば、負極活物質含有層がスピネル型チタン酸リチウムを含んでおり且つ比Ａ／Ｂが１８５００以下である電極群は、比Ａ／Ｂが１８５００を超える点以外はこの電極群と同様の構成を有する電極群のそれと同程度の、低温環境下での急速充電性能を示す。
次に、第１の実施形態に係る電極群をより詳細に説明する。
第１の実施形態に係る電極群は、正極と、負極とを具備する。正極は、正極活物質含有層を含む。負極は、負極活物質含有層を含む。
正極は、例えば、正極集電体を含むことができる。正極集電体は、例えば、２つの表面を有する帯状である。正極活物質含有層は、正極集電体の両方の表面上に形成されていてもよいし、又は片方の表面上に形成されていてもよい。正極集電体は、片方の表面上のみに正極活物質含有層を担持している部分と、両方の表面に正極活物質含有層を担持している部分とを含むこともできる。正極集電体は、何れの表面にも正極活物質含有層を担持していない部分を含むこともできる。この部分は、例えば、正極集電タブとして用いることができる。或いは、正極は、正極集電体とは別体の正極集電タブを含むこともできる。
正極活物質含有層は、例えば、正極活物質を含むことができる。正極活物質含有層は、導電剤及び結着剤を更に含むこともできる。
負極は、例えば、負極集電体を含むことができる。負極集電体は、例えば、２つの表面を有する帯状である。負極活物質含有層は、負極集電体の両方の表面上に形成されていてもよいし、又は片方の表面上に形成されていてもよい。負極集電体は、片方の表面上のみに負極活物質含有層を担持している部分と、両方の表面に負極活物質含有層を担持している部分とを含むこともできる。負極集電体は、何れの表面にも負極活物質含有層を担持していない部分を含むこともできる。この部分は、例えば、負極集電タブとして用いることができる。或いは、負極は、負極集電体とは別体の負極集電タブを含むこともできる。
負極活物質含有層は、少なくとも１種のチタン含有酸化物を含む。少なくとも１種のチタン含有酸化物は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される。少なくとも１種のチタン含有酸化物は、負極活物質として、負極活物質含有層に含まれ得る。負極活物質含有層は、導電剤及び結着剤を更に含んでいてもよい。
第１の実施形態に係る電極群は、セパレータを更に具備していてもよい。セパレータは、例えば、正極活物質含有層と負極活物質含有層との間に配置される。言い換えると、負極活物質含有層は、セパレータを介して、正極活物質含有層に向き合うことができる。
第１の実施形態に係る電極群の構造は、特に限定されない。
例えば、第１の実施形態に係る電極群は、スタック型の構造を有することができる。スタック型の構造を有する電極群では、複数の正極と複数の負極とが積層されており、各正極の正極活物質含有層と各負極の負極活物質含有層と向き合っている。正極活物質含有層と負極活物質含有層との間には、セパレータが配置されていてもよい。スタック型の構造を有する電極群において、面積Ａ［ｃｍ2］は、各負極の負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に向き合った部分の面積の合計である。また、スタック型の構造を有する電極群の厚さＢ［ｃｍ］は、正極と負極とが積層された方向における電極群の寸法である。
或いは、第１の実施形態に係る電極群は、例えば、捲回型の構造を有することができる。捲回型の構造を有する電極群は、正極と負極との積層体が捲回された捲回体である。捲回型の構造を有する電極群では、負極活物質含有層の少なくとも一部と正極活物質含有層の少なくとも一部とが向き合っている。正極活物質含有層と負極活物質含有層との間には、セパレータが配置されていてもよい。捲回型の構造を有する電極群において、面積Ａ［ｃｍ2］は、捲回されている状態の電極群において、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に向き合った部分の面積の合計である。
捲回型の構造を有する電極群は、扁平形状の捲回型電極群でもよいし、又は円筒形状の電極群でもよい。扁平形状の捲回型電極群の厚さＢ［ｃｍ］は、電極群の互いに直行する三方向（ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向）における寸法のうち最も小さい寸法である。円筒形状の電極群の厚さＢ［ｃｍ］は、円筒の直径の長さである。
電極群における面積Ａは、例えば、負極活物質含有層の面積、正極活物質含有層の面積、及び負極活物質含有層と正極活物質含有層との重なり方を調整することで調整できる。負極活物質含有層の面積は、例えば、負極活物質を含んだスラリーの塗布幅及び塗布長を変更することで調整できる。正極活物質含有層の面積は、例えば、正極活物質を含んだスラリーの塗布幅及び塗布長を変更することで調整できる。また、例えば、スラリーの塗布幅又は塗布長を小さくすることで、電極の抵抗値を上げることができる及び／又は電極の容量を下げることができる。反対に、スラリーの塗布幅又は塗布長を大きくすることで、電極の抵抗値を下げることができる及び／又は電極の容量を上げることができる。
電極群の厚さＢは、例えば、負極活物質含有層の厚さ、負極集電体の厚さ、正極活物質含有層の厚さ、正極集電体の厚さ及び／又はセパレータの厚さを調整することによって調整できる。また、例えば、各電極の活物質含有層の厚さを大きくすることで、各電極の抵抗値を上げることができ、且つ電極の容量を上げることができる。しかしながら、電極の容量が高くなれば、電極群の容量が高くなり、電池全体としては低い抵抗値を示すことができる。逆に、例えば、各電極の活物質含有層の厚さを小さくすることで、各電極の抵抗値を下げることができ、且つ各電極の容量を下げることができる。また、例えば、セパレータの厚さを大きくすることで、電極群の抵抗を上げることができ、且つ電極群の容量を下げることができる。逆に、セパレータの厚さを小さくすることで、電極群の抵抗を下げることができ、且つ電極群の容量を上げることができる。
また、スタック型構造の電極群では、例えば、正極及び負極の積層数を変更することにより、厚さＢを変更することができる。また、捲回型の構造を有する電極群では、例えば、捲回数を変更することにより、厚さＢを変更することができる。また、扁平形状の捲回型電極群では、プレス条件等を変更して扁平率を変更することにより、厚さＢを変更することができる。
次に、第１の実施形態に係る電極群の各構成部材をより詳細に説明する。
（１）正極
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、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箔であることが好ましい。正極集電体の厚さは、８μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１７μｍ以下であることがより好ましく、１２μｍ以上１５μｍ以下であることが特に好ましい。
正極活物質としては、例えば、層状構造を有し且つＬｉuＭｅＯ2（Ｍｅ＝Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎから選択される少なくとも１種）の一般式で表される複合酸化物が挙げられる。この複合酸化物は、上記Ｍｅ以外の金属元素を含んだ複合酸化物も包含する。この複合酸化物の具体例としては、例えばリチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉuＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉuＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉuＮｉ1-sＣｏsＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉuＭｎsＣｏ1-sＯ2）、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉuＮｉ1-s-tＣｏsＭｎtＯ2）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物（例えば、ＬｉuＮｉ1-s-tＣｏsＡｌtＯ2）。を挙げることができる。正極活物質の他の例としえては、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉuＭｎ2Ｏ4及びＬｉuＭｎ2-sＡｌsＯ4）及びオリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えば、ＬｉuＦｅＰＯ4、ＬｉuＭｎＰＯ4、ＬｉuＭｎ1-sＦｅsＰＯ4、ＬｉuＣｏＰＯ4）を挙げることができる。上記において、０＜ｕ≦１であり、０≦ｓ≦１であり、０≦ｔ≦１であることが好ましい。これらの化合物は、Ｌｉを吸蔵及び放出することができる。活物質として、上記化合物のうちの１種を単独で用いてもよいし、又は複数の化合物の混合物を用いることもできる。
高い入出力特性及び優れた寿命特性を得やすいため、中でもスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉuＭｎ2Ｏ4やＬｉuＭｎ2-sＡｌsＯ4）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉuＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉuＮｉ1-sＣｏsＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉuＭｎsＣｏ1-sＯ2）、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えばＬｉuＮｉ1-s-tＣｏsＭｎtＯ2）、又はオリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えば、ＬｉuＦｅＰＯ4、ＬｉuＭｎＰＯ4、ＬｉuＭｎ1-sＦｅsＰＯ4、ＬｉuＣｏＰＯ4）を含むことが好ましい。上記において、０＜ｕ≦１であり、０≦ｓ≦１であり、０≦ｔ≦１であることが好ましい。
正極活物質は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含むことが特に好ましい。正極活物質は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を、７０質量％以上の割合で含むことが好ましく、９０質量％以上の割合で含むことがより好ましい。
正極が含むことができる導電剤は、集電性能を高め、また、活物質と集電体との接触抵抗を抑える作用を有することができる。導電剤の例には、カーボンブラック（例えば、アセチレンブラック）、黒鉛、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。炭素質物としては、これらのうちの１種を単独で用いてもよいし、或いは複数の炭素質物を用いてもよい。
結着剤は、活物質、導電剤及び集電体を結着させる作用を有することができる。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、及びフッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂またはその共重合体、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。
正極活物質含有層中の正極活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ８０質量％以上９５質量％以下、３質量％以上１８質量％以下、及び２質量％以上１７質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、３質量％以上の量にすることにより上述した効果を発揮することができる。導電剤は、１８質量％以下の量にすることにより高温保存下での導電剤表面での電解質の分解を低減することができる。結着剤は、２質量％以上の量にすることにより十分な電極強度が得られる。結着剤は、１７質量％以下の量にすることにより、正極中の絶縁材料である結着剤の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
正極活物質含有層の厚さは、２５μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。また、正極活物質含有層は、１ｍ2の面積当りの重さが４０ｇ以上１５０ｇ以下であることが好ましく、５０ｇ以上１００ｇ以下であることがより好ましい。なお、これらの厚さ及び重さは、正極集電体上の一方の表面に形成された正極活物質含有層についてのパラメータである。
（２）負極
負極集電体は、アルミニウム箔、又はＭｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉのような元素を含むアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。負極集電体の厚さは、８μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１７μｍ以下であることがより好ましく、１２μｍ以上１５μｍであることが特に好ましい。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、いわゆる、単斜晶型の結晶構造を有するニオブチタン複合酸化物である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物としては、例えば、ＬｉxＴｉ1-yＭ１yＮｂ2-zＭ２zＯ7+δの一般式で表される組成を有する複合酸化物を挙げることができる。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。各添字は、０≦ｘ≦５、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜２、及び−０．３≦δ≦０．３のそれぞれの範囲内にある。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例としては、ＬｉxＮｂ2ＴｉＯ7（０≦ｘ≦５）の一般式で表される組成を有する複合酸化物が挙げられる。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例としては、ＬｉxＴｉ1-yＭ３y+zＮｂ2-zＯ7-δの一般式で表される組成を有する複合酸化物を挙げることができる。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。また、各添字は、０≦ｘ≦５、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜２及び−０．３≦δ≦０．３のそれぞれの範囲内にある。
直方晶型チタン含有複合酸化物の例としては、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つである。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。
負極が含むことができる導電剤は、集電性能を高め、また、活物質と集電体との接触抵抗を抑える作用を有することができる。導電剤の例には、カーボンブラック（例えば、アセチレンブラック）、黒鉛、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。炭素質物としては、これらのうちの１種を単独で用いてもよいし、或いは複数の炭素質物を用いてもよい。
結着剤は、活物質、導電剤及び集電体を結着させる作用を有することができる。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、及びフッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂またはその共重合体、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。
負極活物質含有層における負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質は７０質量％以上９６質量％以下、負極導電剤は２質量％以上２８質量％以下、結着剤は２質量％以上２８質量％以下の範囲であることが好ましい。導電剤が２質量％未満であると、負極活物質層の集電性能が低下し、大電流特性が低下する恐れがある。また、結着剤が２質量％未満であると、負極活物質層と負極集電体の結着性が低下し、サイクル特性が低下する恐れがある。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々２８質量％以下であることが好ましい。
負極活物質含有層の厚さは、２０μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以上６５以下であることがより好ましく、３０μｍ以上４５μｍであることが特に好ましい。また、負極活物質含有層は、１ｍ2の面積当りの重さが３５ｇ以上１５０ｇ以下であることが好ましく、５０ｇ以上１００ｇ以下であることがより好ましい。なお、これらの厚さ及び重さは、負極集電体上の一方の表面に形成された負極活物質含有層についてのパラメータである。
（３）セパレータ
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、セルロース及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。さらに多孔質フィルムに無機化合物を塗布したセパレータも使用できる。
セパレータの厚さは、８μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
次に、図面を参照しながら、第１の実施形態に係る電極群の例を具体的に説明する。
図１は、実施形態に係る第１の例の電極群の概略斜視図である。図２は、図１に示す電極群の一部展開斜視図である。図３は、図１及び図２に示す電極群の展開断面図である。なお、図３は、図１及び図２に示す電極群を図２の状態から更に展開して得られた積層体を、図２に一部を示す線分ＩＩＩに沿った断面で観察した概略断面図である。
図１〜図３に示す電極群１は、扁平形状の捲回型の構造を有している。電極群１は、捲回軸ｗを軸として捲回されている。電極群１には、その捲回状態を保持するために、絶縁テープ１１が巻かれている。電極群１は厚さＢ［ｃｍ］を有する。厚さＢ［ｃｍ］は、電極群１の互いに直行する三方向における寸法のうち最も小さい寸法である。
電極群１は、図２及び図３に示す負極２及び正極３を具備する。
負極２は、図２及び図３に示すように、負極集電体２ａと、負極集電体２ａの両面上に形成された負極活物質含有層２ｂ1及び２ｂ2とを具備する。図２に示すように、負極集電体２ａは、負極活物質含有層２ｂ1及び２ｂ2を担持していない部分２ｃを含む。この部分２ｃは、負極集電タブとして働く。
正極３は、図２及び３に示すように、正極集電体３ａと、正極集電体３ａの両面上に担持された正極活物質含有層３ｂ1及び３ｂ2とを具備する。図２に示すように、正極集電体３ａは、正極活物質含有層３ｂ1及び３ｂ2を担持していない部分３ｃを含む。この部分３ｃは、正極集電タブとして働く。
電極群１は、図２及び図３に示す２枚のセパレータ４を更に具備する。一枚のセパレータ４、負極２、もう一枚のセパレータ４及び正極３が、図２及び３に示すように、この順で積層されている。また、図２に示すように、負極集電タブ２ｃは、正極３と向き合わないように配置されており、正極集電タブ３ｃは、負極２と向き合わないように配置されている。また、図１及び図２に示すように、電極群１の捲回軸ｗに平行な方向における一方の端部に負極集電タブ２ｃが配置されており、他方の端部に正極集電タブ３ｃが配置されている。
図３に示すように、負極２は、方向Ｔ−Ｔ’において、正極３よりも大きな寸法を有する。そのため、負極活物質含有層２ｂ1の一部のみが、正極活物質含有層３ｂ2に向き合っている。図１〜図３に示す電極群１では、負極活物質含有層２ｂ1のうち正極活物質含有層３ｂ2に向き合った部分は、図２に示す幅Ｃ［ｃｍ］及び図３に示す長さＬ［ｃｍ］にわたって拡がっている。また、捲回された状態の電極群１では、負極活物質含有層２ｂ2のうち正極活物質含有層３ｂ1に向き合った部分も、図２に示す幅Ｃ［ｃｍ］にわたって拡がっている。ただし、図３に示すように、電極群１の最も外側に位置する部分（図３においてｓで示す部分）では、負極集電体２ａの一方の表面は、負極活物質含有層２ｂ2を担持していない。そのため、負極活物質含有層２ｂ2のうち正極活物質含有層３ｂ1に向き合った部分は、図３に示す方向Ｔ−Ｔ’において、長さ（Ｌ−ｓ）[ｃｍ]にわたって拡がっている。すなわち、図１〜図４に示す電極群１では、負極活物質含有層２ｂ1及び２ｂ2のうち正極活物質含有層３ｂ1及び３ｂ2に向き合った部分の面積Ａ[ｃｍ2]は以下の式で得ることができる。
Ａ［ｃｍ2］＝（Ｌ［ｃｍ］×Ｃ［ｃｍ］）＋｛（Ｌ−ｓ）［ｃｍ］×Ｃ［ｃｍ］｝
なお、例えば図３に示す視点Ｖ１から観察した場合に図４に模式的に示すように負極活物質含有層２ｂ（実線）と正極活物質含有層３ｂ（点線）との形状が異なっている場合、一方の負極活物質含有層２ｂのうち正極活物質含有層３ｂと向き合った部分は、斜線部分１２となる。
次に、第１の実施形態に係る他の例の電極群を図５〜図７を参照しながら説明する。
図５は、実施形態に係る第２の例の電極群の概略斜視図である。図６は、図５に示す電極群の線分ＶＩ−ＶＩに沿った概略断面図である。図７は、図５及び図６に示す電極群における負極活物質含有層と正極活物質含有層とが向き合った部分を概略的に示す図である。
図５〜図７に示す電極群１は、図６に示すように、スタック型の構造を有する。電極群１は、複数（例えば２枚）の負極２1及び２2と、複数（例えば２枚）の正極３1及び３2と、複数（例えば5枚）のセパレータ４とを具備する。
１つの負極２1は、負極集電体２ａと、負極集電体２ａの両面上に形成された負極活物質含有層２ｂとを含む。もう１つの負極２1は、負極集電体２ａと、負極集電体２ａの片面上に形成された負極活物質含有層２ｂとを含む。負極２1及び２2のそれぞれの負極集電体２ａは、表面に負極活物質含有層２ｂを担持していない部分２ｃを含む。この部分２ｃは、負極集電体２ａのうち表面に負極活物質含有層２ｂを担持している部分の幅よりも小さい幅を有する。子の部分２ｃは負極集電タブとして働く。
１つの正極３1は、正極集電体３ａと、正極集電体３ａの片面上に形成された正極活物質含有層３ｂとを含む。もう１つの正極３1は、正極集電体３ａと、正極集電体３ａの両面上に形成された正極活物質含有層３ｂとを含む。正極３1及び３2のそれぞれの正極集電体３ａは、表面に正極活物質含有層３ｂを担持していない部分３ｃを含む。この部分３ｃは、正極集電体３ａのうち表面に正極活物質含有層３ｂを担持している部分の幅よりも小さな幅を有する。この部分３ｃは正極集電タブとして働く。
図６に示すように、この例の電極群１では、下から、セパレータ４、負極２2、セパレータ４、正極３2、セパレータ４、負極２1、セパレータ４、正極３1及びセパレータ４の順で積層されている。負極２1の一方の負極活物質含有層２ｂの一部は、セパレータ４を介して、正極３1の正極活物質含有層３ｂと向き合っている。負極２1の他方の負極活物質含有層２ｂの一部は、セパレータ４を介して、正極３2の一方の正極活物質含有層３ｂと向き合っている。負極２2の負極活物質含有層２ｂの一部は、セパレータ４を介して、正極３2の他方の正極活物質含有層３ｂと向き合っている。
また、負極集電タブ２ｃは、重なり合って接続されている。同様に、正極集電タブ３ｃは、重なり合って接続されている。図５に示すように、負極集電タブ２ｃの先端と正極集電タブ３ｃの先端とは、互いに反対の向きを向いている。
図７は、図５及び６に示す電極群１を図６の視点Ｖ２から観察した際の、負極２1（点線）の負極活物質含有層２ｂと正極３1（実線）の正極活物質含有層３ｂとが向き合っている部分１２（斜線）を概略的に示している。
図５〜図７に示す電極群１において負極活物質含有層２ｂのうち正極活物質含有層３ｂに向き合った部分の面積Ａ［ｃｍ2］は、負極２1の負極活物質含有層２ｂのうち正極３1の正極活物質含有層３ｂと向き合った部分の面積と、負極２1の負極活物質含有層２ｂのうち正極３2の正極活物質含有層３ｂと向き合った部分の面積と、負極２2の負極活物質含有層２ｂのうち正極３2の正極活物質含有層３ｂと向き合った部分の面積との和である。また、図５〜図７に示す電極群１は、厚さＢ［ｃｍ］を有する。
［各種測定方法］
［前処理］
まず、測定対象の電極群を準備する。測定対象の電極群が電池に組み込まれている場合は、以下の手順で、測定対象の電極群を取り出す。まず、測定対象の電極群を含んだ電池を準備する。この電池を、２５℃恒温槽内で、０．２Ｃ相当の電流値［Ａ］にて、電池電圧が１．５Ｖに達するまで定電流放電する。その後、この電池を、１．５Ｖにて１時間にわたって定電圧放電する。定電圧放電後、電池をアルゴングローブボックスに入れ、電池を解体する。グローブボックス内で外装材から電極群を取り出す。この際、正極活物質含有層及び負極活物質含有層が損傷しないように、電極端子及び／又は電極リード留意する。取り出した電極群を、エチルメチルカーボネートに１０分間浸漬させる。次いで、電極群をエチルメチルカーボネートから取り出し、乾燥させる。かくして、測定対象の電極群を得ることができる。
［面積Ａの測定］
捲回型の電極群の場合、正極活物質含有層及び負極活物質含有層を損傷しないように留意しながら、電極群の捲回を解く。展開した電極群（積層体）において、負極活物質含有層と正極活物質含有層とが重なり合った部分の面積を測定する。積層体から、正極、負極及び／又はセパレータを剥がす際にも、正極活物質含有層及び負極活物質含有層を損傷しないように留意する。また、負極活物質含有層のうち、捲回された状態において正極活物質含有層と向き合った部分の面積も測定する。
スタック型構造の電極群の場合は、先のように取り出した電極群において、負極活物質含有層と正極活物質含有層とが重なり合った部分の面積を測定する。積層体から、正極、負極及び／又はセパレータを剥がす際には、正極活物質含有層及び負極活物質含有層を損傷しないように留意する。
負極活物質含有層と正極活物質含有層とが重なり合った部分の長さは、定規、巻尺など、長さに応じて測定手段を使い分けて測定する。
なお、面積Ａは、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に向き合った部分のマクロ的な面積であり、例えば負極活物質含有層の細孔の面積を含まない。
［厚さＢの測定］
電極群の厚さＢは、電極群の表面のうち最大面積を有する面に１ｃｍ2あたり１５ｇ以上２０ｇ以下の荷重をかけて測定した厚さとする。厚さの測定の際には、このような荷重をかけることができる機能と、このように荷重をかけた状態での長さを測定できる機能とを備えた測定装置を用いる。
［断面ＳＥＭ観察］
測定対象の電極群についてイオンミリング装置を用いて、断面ミリングを行う。得られた断面を、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＸ）で観察する。この観察により、負極活物質含有層及び負極活物質含有層のそれぞれに含まれている成分の組成（周期表におけるＢ〜Ｕの各元素）を知ることができる。
［活物質の同定］
活物質に含まれている化合物の組成及び結晶構造は、上記ＳＥＭ−ＥＤＸによる元素分析の結果と、以下に説明する誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）発光分析の結果と、以下に説明する粉末Ｘ線回折（X-ray Diffraction：ＸＲＤ）分析の結果とを組み合わせることにより、同定することができる。
［ＳＥＭ−ＥＤＸによる元素分析］
上記ＳＥＭ−ＥＤＸによる元素分析によると、活物質に含まれている元素のうち、周期表におけるＢ〜Ｕまでの元素の組成を知ることができる。
［ＩＣＰによる元素分析］
電極群から、測定対象の活物質を含んでいる電極を取り出す。次いで、取り出した電極の一部を適切な溶媒中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、集電体から活物質を含む活物質含有層を剥離することができる。次に、減圧乾燥を行い、剥離した活物質含有層を乾燥する。得られた活物質含有層を乳鉢などで粉砕することで、測定対象たる活物質、導電剤、結着剤などを含む粉末が得られる。この粉末を、酸で溶解することで、活物質を含む液体サンプルを作成できる。酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素などを使用できる。この液体サンプルをＩＣＰ発光分光分析に供することで、活物質における金属元素（Ｌｉを含む）の濃度を知ることができる。
［活物質粒子に含まれる化合物の組成の同定］
ＳＥＭ−ＥＤＸによる元素分析結果及びＩＣＰ発光分光分析結果に基づいて、活物質に含まれていた化合物の組成を同定することができる。活物質が複数種類ある場合は、各活物質に固有の元素の含有比率からその質量比を推定する。固有の元素と活物質質量の比率とはＥＤＸにより求めた構成元素の組成から判断することができる。
［結晶構造の同定］
活物質に含まれている化合物の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により特定することができる。
測定は、ＣｕＫα線を線源として、２θ＝１０〜９０°の測定範囲で行う。この測定により、活物質粒子に含まれる化合物のＸ線回折パターンを得ることができる。
粉末Ｘ線回折測定の装置としては、Ｒｉｇａｋｕ社製SmartLabを用いる。測定条件は以下の通りとする：Ｃｕターゲット；４５ｋＶ ２００ｍＡ；ソーラスリット：入射及び受光共に５°；ステップ幅：０．０２deg；スキャン速度：２０deg／分；半導体検出器：D/teX Ultra 250；試料板ホルダ：平板ガラス試料板ホルダ（厚さ０．５ｍｍ）；測定範囲：１０°≦２θ≦９０°の範囲。その他の装置を使用する場合は、粉末Ｘ線回折用標準Ｓｉ粉末を用いた測定を行って、上記装置によって得られる結果と同等のピーク強度、半値幅及び回折角の測定結果が得られる条件を見つけ、その条件で試料の測定を行う。
電極についてのＸＲＤ測定は、測定対象の電極を、広角Ｘ線回折装置のホルダの面積と同程度切り出し、直接ガラスホルダーに貼り付けて測定することによって行うことができる。この際、集電体についてのＸＲＤを測定しておき、どの位置に集電体由来のピークが現れるかを把握しておく。また、導電剤や結着剤といった合剤のピークの有無もあらかじめ把握しておく。集電体のピークと活物質のピークとが重なる場合、集電体から活物質含有層を剥離して測定することが望ましい。これは、ピーク強度を定量的に測定する際、重なったピークを分離するためである。もちろん、これらを事前に把握できているのであれば、この操作を省略することができる。活物質含有層を物理的に剥離しても良いが、溶媒中で超音波をかけると剥離しやすい。このようにして回収した活物質含有層を測定することで、活物質の広角Ｘ線回折測定を行うことができる。
以上の手順により、活物質に含まれる化合物のＸＲＤパターンを得ることができる。得られたＸＲＤパターンから、活物質に含まれる化合物の結晶構造を同定することができる。
第１の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極活物質含有層を含む正極と、負極活物質含有層を含む負極とを具備する。負極活物質含有層は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む。負極活物質含有層の少なくとも一部が、正極活物質含有層の少なくとも一部に向き合っている。この電極群は、式：６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００を満たす。この電極群は、電極群からの発熱を十分に抑えることができると共に、電極群からの放熱を十分に行うことができる。また、この電極群は、大きな電圧が印加された際にも抵抗値の上昇を十分に抑えることができる。そして、この電極群は、低温環境下での充電の際に、電池の急速充電性能を高めるのに十分な熱を生じさせることができる。これらの結果、第１の実施形態に係る電極群は、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる電池を実現できる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態によると、電池が提供される。この電池は、実施形態に係る電極群と、電解質とを具備する。
第２の実施形態に係る電池は、第１の実施形態に係る電極群を具備するので、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる。
第２の実施形態に係る電池は、充電及び放電を繰り返し行うことができる。そのため、第２の実施形態に係る電池は、二次電池ということもできる。
第２の実施形態に係る電池は、例えば非水電解質電池である。非水電解質電池は非水電解質を含み、非水電解質は電解質を含む。或いは、第２の実施形態に係る電池は、水系溶媒と、水系溶媒に溶解した電解質とを含んだ電解液を含んだ電池であってもよい。
次に、第２の実施形態に係る電池をより詳細に説明する。
第２の実施形態に係る電池の一例である非水電解質電池において、非水電解質は、例えば電極群に含浸された状態で保持され得る。或いは、第２の実施形態に係る他の例の電池では、電解質を含んだ電解液が、例えば電極群に含浸された状態で保持され得る。
第２の実施形態に係る電池は、負極端子及び正極端子を更に含むことができる。負極端子は、その一部が負極の一部に電気的に接続されることによって、負極と外部端子との間で電子が移動するための導体として働くことができる。負極端子は、例えば、負極集電体、特に負極集電タブに接続することができる。同様に、正極端子は、その一部が正極の一部に電気的に接続されることによって、正極と外部回路との間で電子が移動するための導体として働くことができる。正極端子は、例えば、正極集電体、特に正極集電タブに接続することができる。
第２の実施形態に係る電池は、外装部材を更に具備することができる。外装部材は、電極群及び電解質を収容することができる。非水電解質電池の場合、非水電解質は、外装部材内で、電極群に含浸され得る。正極端子及び負極端子のそれぞれの一部は、外装部材から延出させることができる。
第２の実施形態に係る電池の定格容量は、２５Ａｈ以上１５０Ａｈ以下であることが好ましく、３０Ａｈ以上１００Ａｈ以下であることがより好ましい。電池の定格容量は、以下の手順で測定する。まず、測定対象の電池を、２５℃環境下において、５Ａの定電流にて３．２Ｖまで充電する。次いで、電池を、３．２Ｖの低電圧で、１時間にわたって放電する。その後、電池を、３０分間開回路状態で放置する。次いで、電池を、５Ａの定電流で、１．５Ｖまで放電する。この放電で得られた容量を、定格容量［Ａｈ］とする。
次に、第２の実施形態に係る電池の一例である非水電解質電池が含むことができる各部材をより詳細に説明する。
（電極群）
第２の実施形態に係る電池が具備する電極群は、第１の実施形態に係る電極群である。
（非水電解質）
非水電解質としては、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、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製することができる。電解質の濃度は、０．５〜２．５ｍｏｌ／ｌの範囲であることが好ましい。ゲル状非水電解質は、液状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。
電解質の例には、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）、六フッ化ヒ酸リチウム（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が含まれる。電解質としては、これらの電解質のうちの１種を単独で用いてもよいし、又は２種類以上の電解質を組合せて用いることもできる。電解質は、ＬｉＰＦ6を含むことが好ましい。
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート；ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）のような環状エーテル；ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（ＤＥＥ）のような鎖状エーテル；アセトニトリル（ＡＮ）、及び、スルホラン（ＳＬ）が含まれる。有機溶媒としては、これらの溶媒のうちの１種を単独で用いてもよいし、又は２種類以上の溶媒を組合せて用いることもできる。
より好ましい有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、及びメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）よりなる群から選択される２種以上を混合した混合溶媒が含まれる。このような混合溶媒を用いることによって、充放電サイクル特性の優れた非水電解質電池を得ることができる。また、電解液には添加剤を加えることもできる。
（外装部材）
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器を用いることができる。
形状としては、特に限定されないが、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等が挙げられる。なお、無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。
ラミネートフィルムとしては、例えば、樹脂フィルム間に金属層を挟み込んだ多層フィルムを用いることができる。或いは、金属層と、金属層を被覆する樹脂層とからなる多層フィルムを用いることもできる。
金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムには、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。ラミネートフィルムは、肉厚が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素のような元素を含むことが好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は１００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。金属製容器は、肉厚が０．５ｍｍ以下であることが好ましく、肉厚が０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
（正極端子）
正極端子は、例えばリチウムの酸化還元電位に対する電位が３．０Ｖ以上４．５Ｖ以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、又はＭｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子は、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。
（負極端子）
負極端子は、リチウムの酸化還元電位に対する電位が０．８Ｖ以上３．０Ｖ以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、又は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子は、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形成されることが好ましい。
次に、第２の実施形態に係る幾つかの例の非水電解質電池を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図８は、第２の実施形態に係る一例の扁平型非水電解質電池の概略断面図である。図９は、図８のＡ部の拡大断面図である。
図８及び図９に示す非水電解質電池１０は、図８に示す扁平状の捲回型電極群１を具備している。扁平状の捲回電極群１は、ラミネートフィルムからなる袋状外装部材５内に収納されている。ラミネートフィルムは、金属層と、これを挟む２枚の樹脂フィルムとを含んでいる。
扁平状の捲回電極群１は、図９に示すように、外側から負極２、セパレータ４、正極３、セパレータ４の順で積層した積層物を渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成されている。負極２のうち最も外側に位置する部分は、図９に示すように負極集電体２ａの内面側の片面上に負極活物質含有層２ｂを形成している。負極２のその他の部分では、負極集電体２ａの両面上に負極活物質含有層２ｂが形成されている。正極３については、正極集電体３ａの両面に正極活物質含有層３ｂが形成されている。
捲回型の電極群１の外周端近傍において、負極端子７が、負極２の最外層の部分の負極集電体２ａに接続されており、正極端子６が、内側に位置する正極３の正極集電体３ａに接続されている。これらの負極端子７および正極端子６は、袋状外装部材５の開口部から外部に延出されている。
図８及び図９に示す非水電解質電池１０は、図示しない非水電解質を更に具備する。非水電解質は、電極群１に含浸された状態で、外装部材５内に収容されている。
非水電解質は、例えば、袋状外装部材５の開口部から注入することができる。非水電解質注入後、袋状外装部材５の開口部を負極端子７及び正極端子６を挟んでヒートシールすることにより、捲回型電極群１及び非水電解質を完全密封することができる。
図８に示す電極群１は、第１の実施形態に係る電極群の一例である。
第２の実施形態に係る非水電解質電池は、前述した図８及び図９に示す構成を有するものに限らず、例えば図１０及び図１１に示す構成を有することができる。
図１０は、第２の実施形態に係る他の一例の非水電解質電池の概略部分切欠き斜視図である。図１１は、図１０のＢ部の拡大断面図である。
図１０及び図１１に示す非水電解質電池１０は、スタック型電極群１を具備する。スタック型電極群１は、ラミネートフィルムからなる外装部材５内に収納されている。ラミネートフィルムは、金属層と、これを間に挟んだ２枚の樹脂フィルムとを含んでいる。
スタック型電極群１は、図１１に示すように、正極３と負極２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する。正極３は複数枚存在し、それぞれが集電体３ａと、集電体３ａの両面に担持された正極活物質含有層３ｂとを備える。負極２は複数枚存在し、それぞれが負極集電体２ａと、負極集電体２ａの両面に担持された負極活物質含有層２ｂとを備える。各負極２の負極集電体２ａは、一辺が正極３から突出している。負極集電体２ａのうち正極３から突出した部分２ｃは、帯状の負極端子７に電気的に接続されている。帯状の負極端子７の先端は、外装部材５から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極３の正極集電体３ａは、負極集電体２ａの突出辺２ｃと反対側に位置する辺が負極２から突出している。正極集電体３ａのうち負極２から突出した部分は、帯状の正極端子６に電気的に接続されている。帯状の正極端子６の先端は、負極端子８とは反対側に位置し、外装部材２の辺から外部に引き出されている。
図１０及び１１に示す電極群１は、第１の実施形態に係る電極群の一例である。
第２の実施形態に係る電池は、第１の実施形態に係る電極群を含むので、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる。
（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の実施形態に係る電池を具備する。
第３の実施形態に係る電池パックは、複数の電池を備えることもできる。複数の電池は、電気的に直列に接続することもできるし、又は電気的に並列に接続することもできる。或いは、複数の電池を、直列及び並列の組み合わせで接続することもできる。
例えば、第３の実施形態に係る電池パックは、第２の実施形態に係る電池を５つ具備することもできる。これらの電池は、直列に接続されることができる。また、直列に接続された電池は、組電池を構成することができる。すなわち、第３の実施形態に係る電池パックは、組電池を具備することもできる。
第３の実施形態に係る電池パックは、複数の組電池を具備することができる。複数の組電池は、直列、並列、又は直列及び並列の組み合わせで接続することができる。
第３の実施形態に係る電池パックを図１２及び図１３を参照して詳細に説明する。単電池には、図８及び図９に示す扁平型電池を使用することができる。
前述した図８及び図９に示す扁平型非水電解質電池から構成される複数の単電池２１は、外部に延出した負極端子７及び正極端子６が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ２２で締結することにより組電池２３を構成している。これらの単電池２１は、図１３に示すように互いに電気的に直列に接続されている。
プリント配線基板２４は、負極端子７及び正極端子６が延出する単電池２１側面と対向して配置されている。プリント配線基板２４には、図１３に示すようにサーミスタ２５、保護回路２６及び外部機器への通電用端子２７が搭載されている。なお、組電池２３と対向するプリント配線基板２４の面には組電池２３の配線と不要な接続を回避するために絶縁板（図示せず）が取り付けられている。
正極側リード２８は、組電池２３の最下層に位置する正極端子６に接続され、その先端はプリント配線基板２４の正極側コネクタ２９に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード３０は、組電池２３の最上層に位置する負極端子７に接続され、その先端はプリント配線基板２４の負極側コネクタ３１に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ２９及び３１は、プリント配線基板２４に形成された配線３２及び３３を通して保護回路２６に接続されている。
サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検出し、その検出信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路２６と外部機器への通電用端子２７との間のプラス側配線３４ａ及びマイナス側配線３４ｂを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ２５の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池２１若しくは組電池２３全体について行われる。個々の単電池２１を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池２１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図１２及び図１３の場合、単電池２１それぞれに電圧検出のための配線３５を接続し、これら配線３５を通して検出信号が保護回路２６に送信される。
正極端子６及び負極端子７が突出する側面を除く組電池２３の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３６がそれぞれ配置されている。
組電池２３は、各保護シート３６およびプリント配線基板２４と共に収納容器３７内に収納される。すなわち、収納容器３７の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート３６が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板２４が配置される。組電池２３は、保護シート３６およびプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。蓋３８は、収納容器３７の上面に取り付けられている。
なお、組電池２３の固定には粘着テープ２２に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。
図１２及び図１３では単電池２１を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続してもよい。組み上がった電池パックを直列及び／又は並列に接続することもできる。
また、第３の実施形態に係る電池パックは、様々な形態の第１の実施形態に係る電池を具備することができる。
第３の実施形態に係る電池パックの態様は、用途により適宜変更される。第３の実施形態に係る電池パックは、大電流を取り出したときにサイクル特性が優れていることが要求される用途に好適に用いられる。具体的には、デジタルカメラの電源として、又は、例えば列車、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、アシスト自転車等の車両の車載用電池として用いられる。特に、車載用電池として好適に用いられる。
第３の実施形態に係る電池パックは、第２の実施形態に係る電池を含むので、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる。
［実施例］
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
（実施例１）
実施例１では、以下の手順で電極群を作製した。
［負極の作製］
負極活物質として、式ＴｉＮｂ2Ｏ7で表される組成を有する単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の粒子を準備した。この粒子は、平均粒径が１５μｍであり、表面に炭素が付着された二次粒子形状であった。また、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを準備した。これらを、負極活物質：導電剤：結着剤の質量比が８０：１０：１０となるようにＮ−メチルピロリドン中で混合し、スラリーを得た。このスラリーを厚さが１２μｍであるアルミニウム箔の集電体の両面上に塗布し、塗膜を乾燥させた。かくして、集電体と、集電体の両面上に形成された負極活物質含有層とを含んだ複合体を得た。次いで、得られた複合体を、厚さが１１９．６μｍになるようにロールプレスに供した。次いで、この複合体を更に真空乾燥に供した。次いで、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が１９０ｍｍとなるように裁断した。かくして、負極を得た。
［正極の作製］
正極活物質として、式ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の粒子を準備した。また、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを用意した。これらを、正極活物質：導電剤：結着剤の質量比が９０：５：５となるように混合して混合物を得た。次に、得られた混合物をｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒中に分散して、正極スラリーを調製した。このスラリーを、厚さが１５μｍであるアルミニウム箔の集電体の両面上に塗布し、塗膜を乾燥させた。かくして、集電体と、集電体の両面上に形成された正極活物質含有層とを含んだ複合体を得た。次いで、得られた複合体を、厚さが１１７．９μｍとなるようにロールプレスに供した。次いで、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が１８９ｍｍとなるように裁断した。かくして、正極を得た。
［電池の組み立て］
厚さが１０μｍであるセルロース繊維不織布の２枚のセパレータを用意した。次いで、負極、セパレータ、正極及びセパレータの順で積層し、積層体を得た。次いで、この積層体を、負極の一部が最も外側に位置するように渦巻き状に捲回し、捲回体を得た。次いで、この捲回体をプレスした。かくして、電極群を製造した。捲回数及びプレス圧は、得られた電極群の厚さＢが１．６７ｃｍとなるように調整した。この電極群を、ラミネートフィルム製の容器に挿入した。
一方で、以下の手順で非水電解質を調製した。まず、プロピレンカーボネート（ＰＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を体積比ＰＣ：ＤＥＣが１：２となるように混合して、混合溶媒を得た。この混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウムＬｉＰＦ6を１Ｍの濃度で溶解させ、液状非水電解質を得た。
調製した液状非水電解質を、容器内に注入した。かくして、電極群が非水電解質を保持した。次いで、容器を封止することにより、厚さが１７ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池を得た。
（実施例２）
実施例２では、以下の点以外は実施例１と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが９１．３μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、正極作製の際、複合体の厚さが９６．４μｍとなるように、ロールプレスを行った。プレスを実施した。そして、電極群の作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが１．６７ｃｍとなるように調整した。具体的には、実施例２では、実施例１よりも捲回数を増やした。
実施例２の電池は、厚さが１７ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池であった。
（実施例３）
実施例３では、以下の点以外は実施例１と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが９１．３μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が９３ｍｍとなるように裁断し、負極を得た。更に、正極作製の際、複合体の厚さが９６．４μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が９２ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。そして、電極群作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが２．０ｃｍとなるように調整した。得られた電極群を、アルミニウム製の容器に収容した。
実施例３の電池は、厚さが２１ｍｍであり、幅が１１５ｍｍであり、高さが１０５ｍｍである角形の非水電解質電池であった。
（実施例４）
実施例４では、以下の点以外は実施例３と同様にして、非水電解質電池を作製した。
電極群作製の際、セパレータとして、厚さが２０μｍであるセルロース繊維不織布の２枚のセパレータを用意した。また、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが２．０ｃｍとなるように調整した。
実施例４の電池は、厚さが２１ｍｍであり、幅が１１５ｍｍであり、高さが１０５ｍｍである角形の非水電解質電池であった。
（実施例５）
実施例５では、以下の点以外は実施例１と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが１１１．５μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、正極作製の際、複合体の厚さが１２６．３μｍとなるように、ロールプレスを行った。プレスを実施した。そして、電極群の作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが３．４７ｃｍとなるように調整した。
実施例５の電池は、厚さが３５ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池であった。
（実施例６）
実施例６では、以下の点以外は実施例１と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが９１．３μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が１９０ｍｍとなるように裁断し、負極を得た。更に、正極作製の際、複合体の厚さが９６．４μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が１８９ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。そして、電極群作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが４．２７ｃｍとなるように調整した。
実施例６の電池は、厚さが４３ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池であった。
（比較例１）
比較例１では、以下の点以外は実施例１と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが６４．５μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が１９０ｍｍとなるように裁断し、負極を得た。更に、正極作製の際、複合体の厚さが６９．０μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が１８９ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。そして、電極群作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが１．６７ｃｍとなるように調整した。
比較例１の電池は、厚さが１７ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池であった。
（比較例２）
比較例２では、以下の点以外は実施例１と同様の手順で、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが１２１．６μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が９３ｍｍとなるように裁断し、負極を得た。更に、正極作製の際、複合体の厚さが１３１．９μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が９２ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。そして、電極群作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが２．０ｃｍとなるように調整した。得られた電極群を、アルミニウム製の容器に収容した。
比較例２の電池は、厚さが２１ｍｍであり、幅が１１５ｍｍであり、高さが１０５ｍｍである角形の非水電解質電池であった。
（比較例３）
比較例１では、以下の手順で電極群を作製した。
［負極の作製］
負極活物質として、式Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12で表される組成を有する粒子を準備した。この粒子は、平均粒径が２μｍである一次粒子形状であった。また、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを準備した。これらを、負極活物質：導電剤：結着剤の質量比が８０：１０：１０となるようにＮ−メチルピロリドン中で混合し、スラリーを得た。このスラリーを厚さが１５μｍであるアルミニウム箔の集電体の両面上に塗布し、塗膜を乾燥させた。かくして、集電体と、集電体の両面上に形成された負極活物質含有層とを含んだ複合体を得た。次いで、得られた複合体を、厚さが１３０．４μｍになるようにロールプレスに供した。次いで、この複合体を更に真空乾燥に供した。次いで、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が１８５ｍｍとなるように裁断した。かくして、負極を得た。
［正極の作製］
以下の点以外は実施例１と同様の手順で、正極を作製した。
複合体の厚さが９６．０μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が１８４ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。
［電池の組み立て］
以下の点以外は実施例１と同様の手順で、電池を作製した。
まず、以上に説明した手順で作製した負極及び正極を用いた。また、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが１．６７ｃｍとなるように調整した。
比較例３の電池は、厚さが１７ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池であった。
（比較例４）
比較例４では、以下の点以外は比較例３と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが６８．４μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が１８５ｍｍとなるように裁断し、負極を得た。更に、正極作製の際、複合体の厚さが５１．７μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が１８４ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。そして、電極群作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが１．６７ｃｍとなるように調整した。
比較例４の電池は、厚さが１７ｍｍであり、幅が８８ｍｍであり、高さが２４０ｍｍである非水電解質電池であった。
（比較例５）
比較例５では、以下の点以外は比較例３と同様にして、非水電解質電池を作製した。
負極作製の際、複合体の厚さが１５５．６μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、負極活物質含有層の塗工幅が９３ｍｍとなるように裁断し、負極を得た。更に、正極作製の際、複合体の厚さが１１２．９μｍとなるように、ロールプレスを行った。また、複合体を、正極活物質含有層の塗工幅が９２ｍｍとなるように裁断し、正極を得た。そして、電極群作製の際、捲回数及びプレス圧を、得られた電極群の厚さＢが２．０ｃｍとなるように調整した。得られた電極群を、アルミニウム製の容器に収容した。
比較例５の電池は、厚さが２１ｍｍであり、幅が１１５ｍｍであり、高さが１０５ｍｍである非水電解質電池であった。
実施例１〜６、及び比較例１〜５の各々の電池についての、電極群における負極活物質含有層のうち正極活物質含有層と向き合った部分の面積（対向面積）Ａ［ｃｍ2］及び電極群の厚さＢ［ｃｍ］を以下の表１に示す。また、各電池の定格容量を、以下の表１に示す。対向面積、電極群の厚さ及び定格容量は、先に説明した手順で測定した。
Figure 0006933771
＜低温での急速充電性能試験＞
各電池の低温での急速充電性能を、以下の手順で評価した。
まず、電池を、２５℃環境下において、５Ａの定電流で、１．５Ｖの電圧に達するまで放電した。その後、電池を、充電状態（Ｓｔａｔｅ−ｏｆ−Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）が定格容量の３０％（ＳＯＣ３０％）に達するまで、０．２Ｃの定電流で充電した。この状態の電池を、以下の手順で、０℃での急速充電試験及び２５℃での急速充電試験に供した。
＜０℃での急速充電試験＞
電池の表面温度が０℃±３℃になるように環境温度を調整した。その後、この環境温度を３時間保持した。次いで、電池を開回路状態とした。次いで、電池を、１０Ｃの定電流で、１０秒間充電した。
この際の抵抗値を以下のようにして算出した。まず、電流印加前の電圧をＶ0とした。一方、１０秒放電時の電圧をＶ10とした。電圧Ｖ0及び電圧Ｖ10のそれぞれの値、並びに１０Ｃレートに相当する電流値Ｉ10Cの値を、下記式（Ａ）のＶ0、Ｖ10及びＩ10Cのそれぞれに代入して、１０秒抵抗Ｒ10secを算出した。
Ｒ10sec ＝｜Ｖ10−Ｖ0｜／Ｉ10C （Ａ）
このようにして算出した１０秒抵抗値Ｒ10secを、０℃での１０Ｃ充電抵抗値Ｒ0とした。
＜２５℃での急速充電試験＞
電池の表面温度が２５℃±３℃になるように環境温度を調整した。その後、この環境温度を３時間保持した。次いで、電池を開回路状態とした。次いで、電池を、１０Ｃの定電流で、１０秒間充電した。この際の抵抗値（２５℃での１０Ｃ充電抵抗値Ｒ25）を、先と同様の手順で算出した。
各電池の比Ｒ0／Ｒ25（すなわち、０℃での１０Ｃ充電抵抗値Ｒ0の２５℃での１０Ｃ充電抵抗値Ｒ25に対する比）を、低温での急速充電性能の指標とした。比Ｒ0／Ｒ25が低い電池ほど、低温で急速充電を行った際の抵抗値が低く、低温での急速充電性能が優れていることを意味する。
＜充放電サイクル試験＞
各電池のサイクル寿命を、以下の手順で評価した。
まず、電池を、５５℃の温度環境下においた。この温度環境下で、電池を、１０００回の充放電サイクルに供した。１つのサイクルでは、まず、電池を、１Ｃの定電流で電池電圧が３．０Ｖに到達するまで充電した。次いで、電池を、３．０Ｖの定電圧で充電し続け、電流値が０．０５Ｃに収束したところで充電をカットした。次いで、電池を、１Ｃの定電流で放電し、電池電圧が１．５Ｖに到達したときに放電をカットした。また、充放電サイクルの前後に、電池の放電容量を測定した。１０００回の充放電サイクルに供した後の放電容量を、初回の充放電サイクルに供する前の放電容量で除して、１０００サイクル後の放電容量維持率［％］とした。
上記評価の結果を、以下の表２及び表３に示す。
なお、表２では、実施例１、２、５及び６、並びに比較例１の電池の結果を、比較例１の結果を基準（１．０００）とした相対値で示している。また、表３では、実施例３及び４、並びに比較例２の電池の結果を、比較例２の結果を基準（１．０００）とした相対値で示している。また、表４では、比較例３〜５の電池の結果を、比較例４を基準（１．０００）とした相対値で示している。
Figure 0006933771
Figure 0006933771
Figure 0006933771
表１及び表２から明らかなように、比Ａ／Ｂが６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００の範囲にある実施例１、２、５及び６の各電池は、比Ａ／Ｂがこの範囲外にある比較例１の電池よりも、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができたことが分かる。また、表１及び表３から明らかなように、比Ａ／Ｂが６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００の範囲にある実施例３及び４の各電池は、比Ａ／Ｂがこの範囲外にある比較例２の電池よりも、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができたことが分かる。
一方、表１及び表４から明らかなように、負極活物質含有層がスピネル型チタン酸リチウムを含んでいる負極を具備した電池に関しては、比Ａ／Ｂが６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００の範囲にある比較例３の電池も、比Ａ／Ｂがこの範囲外にある比較例４及び５の電池も、同程度のサイクル寿命及び同程度の低温環境下での急速充電性能を示した。この結果から、負極活物質含有層が単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物の何れも含んでいない電極群では、比Ａ／Ｂを６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００としても、実現できる電池性能を向上させることができないことが分かる。
これらの少なくとも１つの実施形態又は実施例の電極群は、正極活物質含有層を含む正極と、負極活物質含有層を含む負極とを具備する。負極活物質含有層は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む。負極活物質含有層の少なくとも一部が、正極活物質含有層の少なくとも一部に向き合っている。この電極群は、式：６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００を満たす。この電極群は、電極群からの発熱を十分に抑えることができると共に、電極群からの放熱を十分に行うことができる。また、この電極群は、大きな電圧が印加された際にも抵抗値の上昇を十分に抑えることができる。そして、この電極群は、低温環境下での充電の際に電池の急速充電性能を高めるのには十分な熱を生じさせることができる。これらの結果、この電極群は、優れたサイクル寿命及び低温環境下での優れた急速充電性能を示すことができる電池を実現できる。
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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要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ともに、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。

Claims (6)

  1. 正極活物質含有層を含む正極と、
    単斜晶型ニオブチタン複合酸化物及び直方晶型チタン含有複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種のチタン含有複合酸化物を含む負極活物質含有層を含む負極と
    を具備し、
    前記負極活物質含有層の少なくとも一部が、前記正極活物質含有層の少なくとも一部に向き合っており、
    以下の式を満たす電極群：
    ６５００≦Ａ／Ｂ≦１８５００：
    ここで、Ａは、前記負極活物質含有層のうち前記正極活物質含有層に向き合った部分の面積［ｃｍ2］であり、Ｂは、前記電極群の厚さ［ｃｍ］である。
  2. 前記少なくとも１種のチタン含有酸化物は、前記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物を含む請求項１に記載の電極群。
  3. 前記正極活物質含有層が、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含む請求項１又は２に記載の電極群。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の電極群と、
    電解質と
    を具備する電池。
  5. 定格容量が２５Ａｈ以上１５０Ａｈ以下である請求項４に記載の電池。
  6. 請求項４又は５に記載の電池を具備する電池パック。
JP2020508896A 2018-03-30 2018-03-30 電極群、電池及び電池パック Active JP6933771B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/013924 WO2019187131A1 (ja) 2018-03-30 2018-03-30 電極群、電池及び電池パック

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019187131A1 JPWO2019187131A1 (ja) 2021-01-07
JP6933771B2 true JP6933771B2 (ja) 2021-09-08

Family

ID=68058056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020508896A Active JP6933771B2 (ja) 2018-03-30 2018-03-30 電極群、電池及び電池パック

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11831005B2 (ja)
EP (1) EP3780165A4 (ja)
JP (1) JP6933771B2 (ja)
CN (1) CN111837261B (ja)
BR (1) BR112020018102A2 (ja)
WO (1) WO2019187131A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3796424A1 (en) * 2019-09-18 2021-03-24 Industrial Technology Research Institute Fast charging lithium-ion battery
CN114639872B (zh) * 2022-02-21 2024-04-05 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种锂离子电池

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5550988B2 (ja) * 2009-05-25 2014-07-16 住友化学株式会社 ナトリウム二次電池の製造方法およびナトリウム二次電池
JP2010272492A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Sumitomo Chemical Co Ltd ナトリウム二次電池の製造方法およびナトリウム二次電池
JP6162431B2 (ja) 2013-02-28 2017-07-12 株式会社東芝 電池
JP6193184B2 (ja) * 2013-07-08 2017-09-06 株式会社東芝 非水電解質二次電池用負極活物質、非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法、非水電解質二次電池、電池パック及び車
JP6250432B2 (ja) * 2014-02-24 2017-12-20 チタン工業株式会社 チタンニオブ複合酸化物電極用活物質及びそれを用いたリチウム二次電池
JP6363439B2 (ja) 2014-09-10 2018-07-25 株式会社東芝 電極群及び非水電解質電池
JP6189549B2 (ja) 2014-09-10 2017-08-30 株式会社東芝 捲回型電極群、電極群及び非水電解質電池
JP6396270B2 (ja) * 2014-09-18 2018-09-26 株式会社東芝 非水電解質二次電池用負極活物質、負極、非水電解質二次電池、電池パック及び車
EP2999032B1 (en) 2014-09-18 2017-08-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Active material, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack
JP6169246B2 (ja) * 2015-02-16 2017-07-26 株式会社東芝 非水電解質電池及び電池パック
JP2016177974A (ja) 2015-03-19 2016-10-06 株式会社東芝 電極、非水電解質電池及び電池パック
CN106299329B (zh) 2015-05-19 2019-04-23 中信国安盟固利动力科技有限公司 一种高容量钛系负极材料及其组成的锂离子动力电池
CN108475784B (zh) 2016-02-08 2021-07-27 株式会社村田制作所 二次电池用正极活性物质、二次电池用正极、二次电池、电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具和电子设备
KR101950086B1 (ko) * 2016-03-15 2019-02-19 가부시끼가이샤 도시바 비수전해질 전지, 전지 팩 및 차량
JP6633434B2 (ja) * 2016-03-16 2020-01-22 株式会社東芝 リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、電池パック及び車両
JP6710554B2 (ja) 2016-03-17 2020-06-17 株式会社東芝 非水電解質電池、電池パック及び車両
WO2018020667A1 (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社 東芝 非水電解質電池及び電池パック
WO2018020670A1 (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社 東芝 非水電解質電池及び電池パック
JP6833648B2 (ja) * 2017-09-20 2021-02-24 株式会社東芝 二次電池、電池パック及び車両
JP6903602B2 (ja) * 2018-03-22 2021-07-14 株式会社東芝 電極、二次電池、電池パック、及び車両
JP2021048009A (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社東芝 電極、二次電池、電池パック、及び車両
CN114204132A (zh) * 2020-09-18 2022-03-18 株式会社东芝 电极组、二次电池、电池包及车辆
JP2022144907A (ja) * 2021-03-19 2022-10-03 株式会社東芝 電極、二次電池、電池パック、及び車両
JP7480101B2 (ja) * 2021-09-15 2024-05-09 株式会社東芝 リチウムイオン二次電池、電池パック、車両及び定置用電源

Also Published As

Publication number Publication date
CN111837261B (zh) 2023-08-01
BR112020018102A2 (pt) 2020-12-22
EP3780165A1 (en) 2021-02-17
US11831005B2 (en) 2023-11-28
CN111837261A (zh) 2020-10-27
JPWO2019187131A1 (ja) 2021-01-07
EP3780165A4 (en) 2021-10-20
US20200403219A1 (en) 2020-12-24
WO2019187131A1 (ja) 2019-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6130053B1 (ja) 組電池及び電池パック
JP6100385B2 (ja) 非水電解質電池用正極、非水電解質電池、電池パック及び車
JP5694221B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP6668478B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP5734813B2 (ja) 電池用電極、非水電解質電池及び電池パック
JP6571284B2 (ja) 電極、非水電解質電池及び電池パック
JPWO2020110260A1 (ja) 電極、電池、及び電池パック
JP6965435B2 (ja) 電極、電池及び電池パック
JP5535160B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
US11831005B2 (en) Electrode group, battery, and battery pack
KR20170107895A (ko) 비수 전해질 전지, 전지 팩 및 차량
JP6668509B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP6081604B2 (ja) 非水電解質電池、電池パック及び自動車
JP6054540B2 (ja) 正極活物質、非水電解質電池及び電池パック
JP6113852B2 (ja) 非水電解質電池、電池パック及び車
WO2020208718A1 (ja) 電極、電極群、電池、及び電池パック
JPWO2019187132A1 (ja) 電極複合体、電池及び電池パック
JP7467162B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP7024083B2 (ja) 正極、非水電解質電池、及び電池パック
JP5851547B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200721

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210615

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210625

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210720

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210819

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6933771

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151