JPWO2017002288A1 - 負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム - Google Patents

負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム Download PDF

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Abstract

サイクル特性の向上が可能な負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供する。図１

Description

本技術は、負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。
近年、携帯電話機器などのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、リチウムイオン二次電池などの電池の開発が進められている。
リチウムイオン二次電池では、負極活物質として炭素材料が広く用いられている。最近では、ポータブル電子機器の高性能化に伴い、エネルギー密度をさらに向上することが求められているため、負極活物質として、炭素材料に代えて理論容量の大きいケイ素、スズなどを用いることが検討されている。
下記特許文献１には、Ｓｉ含有負極活物質粒子、第１の導電剤および繊維状の第２の導電剤を含む負極を備え、第１の導電剤によって表面が覆われた少なくとも２つのＳｉ含有負極活物質粒子に、第２の導電剤が接触した非水電解質電池が記載されている。
特開２００８−１１７７６１号公報
本技術の目的は、サイクル特性の向上が可能な負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。
上述した課題を解決するために、本技術は、負極活物質と、第１炭素繊維および第２炭素繊維とを含み、第１炭素繊維は、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満のものであり、第２炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上のものである負極である。
本技術は、正極と、負極と、電解質とを備え、負極は、負極活物質と、第１炭素繊維および第２炭素繊維とを含み、第１炭素繊維は、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満のものであり、第２炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上のものである電池である。
本技術の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の電池を備えたものである。
本技術の負極によれば、サイクル特性の向上を可能にする。本技術の電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムにおいても同様の効果を得ることができる。
図１は本技術の実施の形態に係る電池の構成を示す断面図である。 図２は図１に示した巻回電極体の一部を拡大して示す断面図である。 図３は本技術の実施の形態に係る電池の一構成例を示す分解斜視図である。 図４は図３に示す巻回電極体のI−I線に沿った断面構成を表す断面図である。 図５は本技術の実施の形態に係る電池パックの一構成例を示す斜視図である。 図６は図５に示した電池パックの一構成例を示すブロック図である。 図７は本技術の実施の形態に係る電子機器の一構成例を示すブロック図である。 図８は本技術の実施の形態に係る蓄電システムの一構成例を示す概略図である。 図９は本技術の実施の形態に係る電動車両の一構成例を示す概略図である。
以下、本技術の実施の形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（円筒型の電池の例）
２．第２の実施の形態（ラミネートフィルム型の電池の例）
３．第３の実施の形態（電池パックの例）
４．第４の実施の形態（電子機器の例）
５．第５の実施の形態（蓄電システムの例）
６．第６の実施の形態（電動車両の例）
７．他の実施の形態（変形例）
なお、以下に説明する実施の形態などは本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施の形態などに限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、例示した効果と異なる効果が存在することを否定するものではない。
１．第１の実施の形態
（１−１）非水電解質電池の構成例
本技術の第１の実施の形態では、一例として円筒型の非水電解質二次電池（以下、「非水電解質電池」または単に「電池」という）について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、この非水電解質電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、巻回電極体２０および一対の絶縁板１２、１３が収納されたものである。このような電池缶１１を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。
電池缶１１は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）またはそれらの合金などにより構成されている。なお、電池缶１１が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶の１１の表面にニッケル（Ｎｉ）などが鍍金されていてもよい。一対の絶縁板１２、１３は、巻回電極体２０を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient :ＰＴＣ素子)１６がガスケット１７を介してかしめられており、その電池缶１１は、密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６は、電池蓋１４の内側に設けられている。
安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されている。この安全弁機構１５では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回電極体２０との間の電気的接続を切断するようになっている。
熱感抵抗素子１６は、温度の上昇に応じて抵抗が増大する（電流を制限する）ことにより、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。
巻回電極体２０は、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体２０の中心には、センターピン２４が挿入されていてもよい。
巻回電極体２０の正極２１には正極リード２５が接続されており、負極２２には負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
正極リード２５は、例えば、薄板状の導電部材であり、例えば、アルミニウムなどにより構成されている。負極リード２６は、例えば、薄板状の導電部材であり、銅（Ｃｕ）、ニッケルまたはステンレス（ＳＵＳ）などにより構成されている。
（正極）
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられたものである。なお、正極２１は、正極集電体２１Ａの片面のみに正極活物質層２１Ｂが設けられた領域を有していてもよい。
正極集電体２１Ａとしては、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、またはステンレス箔などの金属箔を用いることができる。
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質を含む。正極活物質層２１Ｂは、必要に応じて、導電剤、結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。
（正極活物質）
正極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。正極活物質としては、例えば、リチウム含有化合物を用いることができる。
リチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物（「リチウム遷移金属複合酸化物」という）、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物（「リチウム遷移金属リン酸化合物」という）などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素としてコバルト（Ｃｏ）、ニッケル、マンガン（Ｍｎ）および鉄の少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。
層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式ＬｉxＭ１Ｏ2（式中、Ｍ１は１種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。ｘの値は、一例として、０．０５≦ｘ≦１．１０である。ｘの値は電池の充放電状態によって異なる。なお、ｘの値はこれに限定されるものではない。）で表されるリチウム含有化合物などが挙げられる。より具体的には、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉxＮｉＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-zＣｏzＯ2（０＜ｚ＜１））、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉxＮｉ(1-v-w)ＣｏvＭｎwＯ2（０＜ｖ＋ｗ＜１、ｖ＞０、ｗ＞０））、リチウムコバルトアルミニウムマグネシウム複合酸化物（ＬｉxＣｏ(1-p-q)ＡｌpＭｇqＯ2（０＜ｐ＋ｑ＜１、ｐ＞０、ｑ＞０））などが挙げられる。
スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-tＮｉtＯ4（０＜ｔ＜２））などが挙げられる。
リチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物などが挙げられる。
オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、一般式ＬｉyＭ２ＰＯ4（式中、Ｍ２は１種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。ｙの値は、一例として、０．０５≦ｙ≦１．１０である。ｙの値は電池の充放電状態によって異なる。なお、ｙの値はこの範囲に限定されるものではない。）で表されるリチウム含有化合物などが挙げられる。より具体的には、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉyＦｅＰＯ4）、リチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉyＦｅ1-uＭｎuＰＯ4（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。
正極活物質としては、上述したリチウム含有化合物の粒子と、リチウム含有化合物の粒子の表面の少なくとも一部に設けられた被覆層とを有する被覆粒子を用いてもよい。このような被覆粒子を用いることで、電池特性をより向上できる。
被覆層は、母材となるリチウム含有化合物の粒子（母材粒子）の表面の少なくとも一部に設けられたものであり、母材粒子とは異なる組成元素または組成比を有するものである。被覆層としては、例えば、酸化物や遷移金属化合物などを含むものが挙げられる。具体的には、被覆層としては、例えば、リチウムとニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方とを含む酸化物、または、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、マグネシウム（Ｍｇ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群のうちの少なくとも１種と、酸素（Ｏ）と、リン（Ｐ）とを含む化合物などを含む。被覆層は、フッ化リチウムなどのハロゲン化物または酸素以外のカルコゲン化物を含むようにしてよい。
被覆層の存在は、正極活物質の表面から内部に向かって構成元素の濃度変化を調べることで、確認することができる。例えば、濃度変化は、被覆層が設けられたリチウム含有化合物の粒子をスパッタリングなどにより削りながらその組成をオージェ電子分光分析（Auger Electron Spectroscopy ：ＡＥＳ）またはＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry ；二次イオン質量分析）により測定することが可能である。また、被覆層が設けられたリチウム含有化合物の粒子を酸性溶液中などでゆっくり溶解させ、その溶出分の時間変化を誘導結合高周波プラズマ（Inductively Coupled Plasma ：ＩＰＣ）分光分析などにより測定することも可能である。
その他、正極活物質としては、例えば、酸化物、二硫化物、リチウムを含有しないカルコゲン化物（特に層状化合物やスピネル型化合物）、導電性高分子などを用いることができる。酸化物としては、例えば、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）などが挙げられる。二硫化物としては、例えば、二硫化鉄（ＦｅＳ2）、二硫化チタン（ＴｉＳ2）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）などが挙げられる。リチウムを含有しないカルコゲン化物としては、例えば、二セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2）などが挙げられる。導電性高分子としては、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンまたはポリピロールなどが挙げられる。
正極活物質は、上記で例示した正極活物質以外であってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
（導電剤）
導電剤としては、例えば、炭素材料などを用いることができる。炭素材料としては、例えば、グラファイト、カーボンブラックまたはアセチレンブラックなどが挙げられる。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などでもよい。
（結着剤）
結着剤としては、例えば、樹脂材料などを用いることができる。樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）またはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などが挙げられる。
（負極）
負極２２は、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。なお、負極２２は、負極集電体２２Ａの片面のみに負極活物質層２２Ｂが設けられた領域を有していてもよい。
負極集電体２２Ａとしては、例えば、銅箔などの金属箔を用いることができる。
負極活物質層２２Ｂは、少なくとも、負極活物質および炭素繊維を含む。負極活物質層２２Ｂは、必要に応じて、導電剤、結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。導電剤および結着剤としては、正極２１の導電剤および結着剤と同様の材料などを用いることができる。
（負極活物質）
負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。負極活物質は、炭素材料および非炭素材料の少なくとも一つを含むことが好ましい。
（炭素材料）
炭素材料は、例えば、黒鉛を含む。なお、黒鉛の種類は、特に限定されない。すなわち、黒鉛の種類は、例えば、天然黒鉛でもよいし、人造黒鉛でもよいし、双方でもよい。また、黒鉛の形状は、例えば、繊維状、球状、粒状および鱗片状などの１種または２種以上であってもよい。黒鉛の表面は、ピッチおよび樹脂などの１種または２種以上により被覆または部分修飾されていてもよい。
天然黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛および土状黒鉛などの１種または２種以上である。人造黒鉛は、例えば、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）などの１種または２種以上である
（非炭素材料）
非炭素材料は、金属系材料を含む。この「金属系材料」とは、電極反応物質と反応可能である元素（以下、「反応元素」という。）の１種または２種以上を構成元素として含む材料である。ただし、炭素は、ここで説明する反応元素から除かれる。この反応元素の種類は、特に限定されないが、具体的には、ケイ素およびスズなどの１種または２種以上である。
「電極反応物質」とは、活物質を用いた二次電池において電極反応（充放電反応）に用いられる物質であり、例えば、リチウム二次電池ではリチウム（Ｌｉ）である。
金属系材料は、上記したように、反応元素の１種または２種以上を構成元素として含む材料であるため、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの２種以上でもよい。すなわち、金属系材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の１種または２種以上でもよい。また、金属系材料は、スズの単体、スズの合金およびスズの化合物の１種または２種以上でもよい。もちろん、金属系材料は、上記した一連の金属系材料の候補のうちの２種以上でもよい。なお、本技術において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
中でも、金属系材料は、ケイ素およびスズのうちの一方または双方を構成元素として含む材料であることが好ましく、ケイ素を構成元素として含む材料であることがより好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。
ケイ素の合金およびケイ素の化合物に関する詳細は、以下の通りである。
ケイ素の合金は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）などの１種または２種以上を含んでいる。ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、炭素および酸素などの１種または２種以上を含んでいる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、上記したケイ素以外の構成元素の１種または２種以上を含んでいてもよい。
ケイ素の合金およびケイ素の化合物の具体例は、ＳｉＢ4、ＳｉＢ6、Ｍｇ2Ｓｉ、Ｎｉ2Ｓｉ、ＴｉＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＣａＳｉ2、ＣｒＳｉ2、Ｃｕ5Ｓｉ、ＦｅＳｉ2、ＭｎＳｉ2、ＮｂＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＶＳｉ2、ＷＳｉ2、ＺｎＳｉ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ、ＳｉＯv（０＜ｖ≦２）およびＬｉＳｉＯなどである。なお、ＳｉＯvにおけるｖは、０．２＜ｖ＜１．４でもよい。なお、ケイ素の合金は、液相法、気相法および固相法などの１種または２種以上を用いて、低結晶カーボン、高結晶カーボンおよび黒鉛などの１種または２種以上により被覆または部分修飾されていてもよい。このように被覆または部分修飾されていてもよいことは、ケイ素の化合物に関しても同様である。
スズの合金およびスズの化合物に関する詳細は、ケイ素に代えてスズを用いると共に、スズ以外の構成元素にケイ素も含まれることを除き、上記したケイ素の合金およびケイ素の化合物に関する詳細と同様である。スズの合金およびスズの化合物の具体例は、ＳｎＯx（０＜ｘ≦２）、ＳｎＳｉＯ3、ＬｉＳｎＯおよびＭｇ2Ｓｎなどである。
ただし、スズの合金およびスズの化合物には、以下で説明する材料も含まれる。この材料は、例えば、第１構成元素であるスズと共に第２および第３構成元素を含む材料（Ｓｎ含有材料）である。第２構成元素は、例えば、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム（Ｖ）、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム（Ｇａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀、インジウム、セシウム（Ｃｅ）、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマスおよびケイ素などの１種または２種以上である。第３構成元素は、例えば、ホウ素（Ｂ）、炭素、アルミニウムおよびリンなどの１種または２種以上である。
中でも、Ｓｎ含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として含む材料（ＳｎＣｏＣ含有材料）であることが好ましい。このＳｎＣｏＣ含有材料では、例えば、炭素の含有量が９．９ｗｔ％〜２９．７ｗｔ％、スズおよびコバルトの含有量の割合（Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ））が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％である。高いエネルギー密度が得られるからである。
ＳｎＣｏＣ含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性または非晶質であることが好ましい。この相は、電極反応物質と反応可能な相（反応相）であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。Ｘ線回折により得られる反応相の回折ピークの半値幅（回折角２θ）は、特定Ｘ線としてＣｕＫα線を用いると共に挿引速度を１°／ｍｉｎとした場合において、１°以上であることが好ましい。電極反応物質がより円滑に吸蔵放出されると共に、電解質との反応性が低減するからである。なお、ＳｎＣｏＣ含有材料は、低結晶性または非晶質の相に加えて、各構成元素の単体または一部が含まれている相を含んでいる場合もある。
Ｘ線回折により得られた回折ピークが電極反応物質と反応可能な相（反応相）に対応するか否かは、電極反応物質との電気化学的反応の前後におけるＸ線回折チャートを比較すれば、容易に判断できる。例えば、電極反応物質との電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、電極反応物質と反応可能な相に対応する。この場合には、例えば、低結晶性または非晶質の反応相の回折ピークが２θ＝２０°〜５０°の範囲に検出される。この反応相は、例えば、上記した各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化または非晶質化していると考えられる。
ＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素のうちの少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。スズなどの凝集または結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法を用いて確認可能である。市販の装置では、例えば、軟Ｘ線としてＡｌ−Ｋα線またはＭｇ−Ｋα線などが用いられる。炭素のうちの少なくとも一部が金属元素または半金属元素などと結合している場合には、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）の合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。なお、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークは、８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正されていることとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、その表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとして、そのピークをエネルギー基準とする。ＸＰＳ法を用いた分析測定において、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中における炭素のピークとを含んだ形で得られる。このため、例えば、市販のソフトウェアを用いて解析することで、両者のピークを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
なお、ＳｎＣｏＣ含有材料は、構成元素がスズ、コバルトおよび炭素だけである材料（ＳｎＣｏＣ）に限られない。このＳｎＣｏＣ含有材料は、例えば、スズ、コバルトおよび炭素に加えて、さらにケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムおよびビスマスなどの１種または２種以上を構成元素として含んでいてもよい。
ＳｎＣｏＣ含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を構成元素として含む材料（ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料）も好ましい。このＳｎＣｏＦｅＣ含有材料の組成は、任意でよい。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合は、炭素の含有量が９．９ｗｔ％〜２９．７ｗｔ％、鉄の含有量が０．３ｗｔ％〜５．９ｗｔ％、スズおよびコバルトの含有量の割合（Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ））が３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合は、炭素の含有量が１１．９ｗｔ％〜２９．７ｗｔ％、スズ、コバルトおよび鉄の含有量の割合（（Ｃｏ＋Ｆｅ）／（Ｓｎ＋Ｃｏ＋Ｆｅ））が２６．４ｗｔ％〜４８．５ｗｔ％、コバルトおよび鉄の含有量の割合（Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｆｅ））が９．９ｗｔ％〜７９．５ｗｔ％である。この組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。なお、ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料の物性（半値幅など）は、上記したＳｎＣｏＣ含有材料の物性と同様である。
なお、負極活物質は、さらに、他の材料を１種または２種以上含んでいてもよい。
他の材料は、例えば、金属酸化物および高分子化合物などの材料の１種または２種以上である。ただし、金属系材料は、ここで説明する金属酸化物から除かれる。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムおよび酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンおよびポリピロールなどである。ただし、他の材料は、上記以外であってもよい。
負極活物質は、上記で例示した負極活物質以外であってもよい。また、上記で例示した負極活物質は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
（炭素繊維）
炭素繊維は繊維状の炭素物質であり、少なくとも第１炭素繊維および第２炭素繊維を含む。負極活物質とともに第１炭素繊維および第２炭素繊維を用いることで、負極活物質粒子近傍、および、負極活物質層全体に良好な導電ネットワークを形成でき、負極活物質の充放電に伴う膨張収縮による負極活物質粒子間の導電パスの崩落を抑制できる。この結果、サイクル特性を向上できる。負極活物質として、ケイ素を含む材料およびスズを含む材料の少なくとも一つなどを用いた場合には、充放電に伴う膨張収縮が激しいため、第１炭素繊維および第２炭素繊維を用いることが特に効果的である。
（第１炭素繊維）
第１炭素繊維としては、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維を用いることができる。
この第１炭素繊維は、細径（７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満）且つ短尺（１μｍ以上１０μｍ未満）であるため、負極活物質の粒子表面に吸着しやすい。第１炭素繊維は、負極活物質（例えば、ケイ素を含む材料などの非炭素材料）粒子表面に吸着しやすく、粒子表面および近傍の電子パスを確保でき、サイクルに伴う負極活物質の膨張収縮に追従し、粒子表面および近傍の電子パス崩落を抑制できる。このような特性を有する第１炭素繊維を負極活物質と共に負極活物質層２２Ｂに含ませることによって、サイクル特性を向上できる。
なお、炭素繊維の繊維径および繊維長は、例えば、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）やＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）といった電子顕微鏡などによりある個体数（例えば、２０個など）の炭素繊維の繊維長および繊維径を測定し、平均値を算出することで規定できる。
（第２炭素繊維）
第２炭素繊維としては、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上の炭素繊維を用いることができる。
この第２炭素繊維は、太径（１５０ｎｍ以上）または長尺（１０μｍ以上）であるため、長期的なサイクル進行に伴い、負極活物質粒子間距離がより広がった環境下でも粒子間の導電ネットワークに寄与できる。このような特性を有する第２炭素繊維を負極活物質および第１炭素繊維と共に用いることによって、さらなるサイクル特性改善を実現できる。なお、第２炭素繊維の繊維径および繊維長の上限を規定する場合には、第２炭素繊維としては、例えば、繊維径１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、または、繊維長１０μｍ以上５０μｍ以下の炭素繊維が好ましい。
（第１炭素繊維および第２炭素繊維の比表面積）
第１炭素繊維の比表面積は５０ｍ2／ｇ未満であることが好ましい。同様に、第２炭素繊維の比表面積は５０ｍ2／ｇ未満であることが好ましい。充電時の負極反応面積を抑制でき、被膜形成時に消失する可逆Ｌｉ量を抑制できるため、比表面積が大きい導電剤を使用した場合と比較して初回効率を向上できるからである。また、材料の低比表面積化により、負極合剤スラリー作製時の溶媒量を抑制できるため、乾燥工程の短縮化や乾燥過程での材料偏析抑制、塗工性改善にも効果がある。なお、比表面積の測定はＢＥＴ法を用いることができる。
（第１炭素繊維および第２炭素繊維の含有量）
第１炭素繊維および第２炭素繊維の合計質量は、より優れた効果を得ることができる観点から、負極構成材料の全質量に対して、０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％未満であることが好ましい。なお、「負極構成材料の全質量」とは、負極活物質層２２Ｂを構成する材料の全質量のことをいい、例えば、負極活物質、第１炭素繊維および第２炭素繊維（導電剤、結着剤などの他の材料を含む場合にはこれを含む）の全質量のことをいう。
（セパレータ）
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡（ショート）を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。
セパレータ２３は、例えば、樹脂を含む多孔質膜である。この樹脂を含む多孔質膜は、例えば、樹脂材料を延伸開孔法、相分離法などで成形することにより得られる。なお、樹脂を含む多孔質膜の製造方法は、これらに限定されるものではない。
セパレータ２３を構成する樹脂材料には、例えば、ポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂またはナイロン樹脂などを用いることができる。
セパレータ２３は、樹脂を含む多孔質膜を２以上積層した構造を有するものであってもよい。樹脂を含む多孔質膜は、２種以上の樹脂材料が混合されたもの（２種以上の樹脂材料を溶融混練して形成したもの）であってもよい。ポリオレフィン樹脂を含む多孔質膜は、正極２１と負極２２との分離性に優れ、内部短絡の発生をより低減できるので、好ましい。
セパレータ２３は、不織布であってもよい。不織布は、繊維を織ったり編んだりしないで、繊維間を接合もしくは絡合、または接合および絡合した構造体である。不織布の原料には繊維に加工できるほとんどの物質を使用することができ、繊維長や太さなどの形状を調整することで、目的、用途に応じた機能を持たせることができる。
不織布としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を用いた透気性膜（ポリエチレンテレフタレート不織布）などが挙げられる。なお、透気性膜とは、透気性を有する膜のことをいう。その他、不織布としては、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリオレフィン繊維、または、ナイロン繊維などを用いたものなどが挙げられる。不織布は、２種以上の繊維を用いたものであってもよい。
セパレータ２３は、無機粒子、有機粒子などの粒子を含むものであってもよい。例えば、このようなセパレータ２３としては、基材と、基材の両方の主面のうちの少なくとも一方に表面層が形成されたものなどである。基材は、例えば、上記した樹脂を含む多孔質膜、不織布などである。表面層は、例えば、樹脂材料と粒子とを含む多孔質層などである。樹脂材料は、例えば、フィブリル化し、フィブリルが相互連続的に繋がった三次元的なネットワーク構造を有していてもよい。
（粒子）
粒子としては、例えば、無機粒子および有機粒子の少なくとも一つを用いることができる。無機粒子としては、具体的には、電気絶縁性の無機粒子である金属酸化物、金属酸化物水和物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物、鉱物などが挙げられる。
金属酸化物または金属酸化物水和物としては、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ2Ｏ3）、ベーマイト（Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2ＯまたはＡｌＯＯＨ）、酸化マグネシウム（マグネシア、ＭｇＯ）、酸化チタン（チタニア、ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ジルコニア、ＺｒＯ2）、酸化ケイ素（シリカ、ＳｉＯ2）または酸化イットリウム（イットリア、Ｙ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。
金属窒化物としては、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）または窒化チタン（ＴｉＮ）などが挙げられる。金属炭化物としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）などが挙げられる。金属硫化物としては、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などが挙げられる。
金属水酸化物としては水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）などが挙げられる。鉱物としては、ゼオライト（Ｍ2/nＯ・Ａｌ2Ｏ3・ｘＳｉＯ2・ｙＨ2Ｏ、Ｍは金属元素、ｘ≧２、ｙ≧０）などの多孔質アルミノケイ酸塩、タルク（Ｍｇ3Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）2）などの層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）などが挙げられる。
その他の無機粒子としては、リチウム化合物の粒子、炭素材料の粒子などが挙げられる。リチウム化合物としては、Ｌｉ2Ｏ4、Ｌｉ3ＰＯ4、ＬｉＦなどが挙げられる。炭素材料としては、黒鉛、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドなどが挙げられる。
これら無機粒子は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、針状、鱗片状または板状などであってもよい。
有機粒子を構成する材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどのゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド（アラミド）などのポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステルなどの融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が１８０℃以上の高い耐熱性を有する樹脂などが挙げられる。
これら材料は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。有機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、針状、鱗片状または板状などであってもよい。
（電解液）
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む非水電解液である。非水電解液は、必要に応じて添加剤などを含んでいてもよい。
非水溶媒としては、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上できるからである。
非水溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。
非水溶媒としては、さらにまた、２，４−ジフルオロアニソールまたは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので好ましい。
これらの他にも、非水溶媒としては、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドまたはリン酸トリメチルなどが挙げられる。
なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属化合物の１種または２種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳｉＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）または臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などが挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。
（非水電解質電池の動作）
この非水電解質電池では、充電時において、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して正極２１に吸蔵される。
この非水電解質電池は、完全充電時における開回路電圧（すなわち電池電圧）が、例えば、３．６０Ｖ以上６．００Ｖ以下、好ましくは４．２５Ｖ以上６．００Ｖ以下、さらに好ましくは４．３０Ｖ以上４．５０Ｖ以下の範囲内になるように設計されていてもよい。完全充電時における開回路電圧が、例えば正極活物質として層状岩塩型リチウム複合酸化物などを用いた電池において４．２５Ｖ以上とされる場合は、４．２０Ｖの電池と比較して、同じ正極活物質であっても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整され、高いエネルギー密度が得られるようになっている。
（１−２）非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、以下の手順により製造される。
まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて結着剤および導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、例えば、有機溶剤などに分散させてペースト状またはスラリー状の正極合剤スラリーとする。
続いて、正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層２１Ｂを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型する。この場合には、複数回に渡って圧縮成型を繰り返してもよい。
次に、上記した正極２１と同様の手順により、負極２２を作製する。最初に、負極活物質と、第１炭素繊維および第２炭素繊維と、必要に応じて結着剤および導電剤などとを混合して負極合剤としたのち、例えば、有機溶剤などに分散させてペースト状またはスラリー状の負極合剤スラリーとする。なお、この際、炭素繊維の質量比が負極合剤に対して１０％以上にするとスラリー性状および初回効率が悪化する傾向にあるため、１０％未満とすることが望ましい。
こののち、負極集電体２２Ａの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、負極活物質層２２Ｂを形成したのち、その負極活物質層２２Ｂを圧縮成型する。
最後に、正極２１および負極２２を用いて非水電解質電池を組み立てる。最初に、正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接などして取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層および巻回させて巻回電極体２０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン２４を挿入する。
続いて、一対の絶縁板１２、１３で挟みながら、巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収納する。この場合には、正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に溶接などして取り付けると共に、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接などして取り付ける。続いて、電池缶１１の内部に電解液を注入して、セパレータ２３に含浸させる。最後に、ガスケット１７を介して電池缶１１の開口端部に電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をかしめる。これにより、図１および図２に示した非水電解質電池が完成する。
（効果）
本技術の第１の実施の形態に係る電池では、負極が、負極活物質と共に第１炭素繊維および第２炭素繊維を含む。第１炭素繊維は、負極活物質表面に吸着しやすく、負極活物質表面および近傍の電子パスを確保でき、サイクルに伴う負極活物質の膨張収縮に追従し、負極活物質表面および近傍の電子パス崩落を抑制できる。これにより、サイクル特性を向上できる。第２炭素繊維は、長期的なサイクル進行に伴い、負極活物質間の距離がより広がった環境下でも粒子間の導電ネットワークに寄与できる。これにより、さらなるサイクル特性改善を実現できる。
なお、上述した特許文献１（特開２００８−１１７７６１号公報）に記載の非水電解質電池では、第１の導電剤が平均径５ｎｍ以上、６０ｎｍ以下のものであるため、Ｓｉ含有負極活物質粒子表面の導電性は向上できるが、近傍粒子間の導電ネットワークには貢献できない。また、第１の導電剤は比表面積が２００〜８００ｍ2／ｇと極め大きいものであるため、充電ロス増加による容量低下が懸念される。
２．第２の実施の形態
（２−１）ラミネートフィルム型の電池の構成例
本技術の第２の実施の形態では、一例として、ラミネートフィルム型の電池について、図３および図４を参照しながら説明する。
非水電解質電池は、外装部材４０の内部に、巻回電極体３０が収納されたものである。巻回電極体３０には、正極リード３１および負極リード３２が取り付けられている。正極リード３１および負極リード３２は、例えば、外装部材４０の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。
（外装部材）
外装部材４０は、フィルム状の部材である。外装部材４０は、例えば、融着層、金属層および表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムである。融着層は、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂などで構成される。金属層は、例えば、アルミニウムなどで構成される。表面保護層は、例えば、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートなどで構成される。外装部材４０は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよく、高分子フィルム単体または金属フィルム単体でもよい。
外装部材４０と正極リード３１との間には、密着フィルム４１が介在されている。同様に、外装部材４０と負極リード３２との間には、密着フィルム４１が介在されている。密着フィルム４１は、例えば、金属材料との接着性が高い材料などで構成されている。この材料としては、例えば、ポリオレフィン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。
（正極、負極およびセパレータ）
巻回電極体３０は、セパレータ３５および電解質層３６を介して正極３３と負極３４とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ３７により保護されている。なお、巻回電極体３０は、セパレータ３５を省略したものであってもよい。
正極３３は、例えば、正極集電体３３Ａの両面に正極活物質層３３Ｂが設けられたものである。正極集電体３３Ａおよび正極活物質層３３Ｂの構成は、それぞれ第１の実施の形態の正極集電体２１Ａおよび正極活物質層２１Ｂと同様である。負極３４は、例えば、負極集電体３４Ａの両面に負極活物質層３４Ｂが設けられたものである。負極集電体３４Ａおよび負極活物質層３４Ｂの構成は、それぞれ第１の実施の形態の負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成と同様である。セパレータ３５の構成は、第１の実施の形態のセパレータ２３の構成と同様である。
（電解質層）
電解質層３６は、電解液が高分子化合物により保持されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層３６は、例えば、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリフッ化ビニリデン、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。
電解液は、第１の実施の形態と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層３６において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。
なお、電解液が高分子化合物により保持されたゲル状の電解質層３６に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ３５に含浸される。
（粒子を含む電解質層）
電解質層３６は、粒子を含むものであってもよい。粒子としては、上述した無機粒子、有機粒子と同様のものを用いることができる。
（２−２）非水電解質電池の製造方法
非水電解質電池は、例えば、以下の３種類の手順により製造される。
（第１の製造方法）
第１の製造方法では、最初に、第１の実施の形態と同様にして、正極３３および負極３４を作製する。電解液を、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
次に、電解液、高分子化合物および溶剤を含む前駆溶液を調製して正極３３および負極３４に塗布したのち、その溶剤を揮発させてゲル状の電解質層３６を形成する。続いて、正極集電体３３Ａに正極リード３１を溶接などして取り付けると共に、負極集電体３４Ａに負極リード３２を溶接などして取り付ける。
次に、電解質層３６が形成された正極３３と負極３４とをセパレータ３５を介して積層および巻回したのち、その最外周部に保護テープ３７を接着させて、巻回電極体３０を作製する。
最後に、２枚のフィルム状の外装部材４０の間に巻回電極体３０を挟み込んだのち、その外装部材４０の外縁部同士を熱融着などで接着させて、巻回電極体３０を封入する。この際、正極リード３１および負極リード３２と外装部材４０との間に、密着フィルム４１を挿入する。これにより、図３および図４に示した非水電解質電池が完成する。
（第２の製造方法）
第２の製造方法では、最初に、正極３３に正極リード３１を取り付けると共に、負極３４に負極リード３２を取り付ける。続いて、セパレータ３５を介して正極３３と負極３４とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ３７を接着させて、巻回電極体３０の前駆体である巻回体を作製する。
次に、２枚のフィルム状の外装部材４０の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材４０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材４０の内部に注入したのち、その外装部材４０の開口部を熱融着などで密封する。
最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層３６を形成する。これにより、非水電解質電池が完成する。
（第３の製造方法）
第３の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ３５を用いることを除き、上記した第２の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材４０の内部に収納する。
次に、電解液を調製して外装部材４０の内部に注入したのち、その外装部材４０の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材４０に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ３５を正極３３および負極３４に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質層３６が形成されるため、非水電解質電池が完成する。
（効果）
本技術の第２の実施の形態に係る電池では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
３．第３の実施の形態
本技術の第３の実施の形態では、電池パックの構成の一例について、図５および図６を参照しながら説明する。
この電池パックは、１つの二次電池（単電池）を用いた簡易型の電池パック（いわゆるソフトパック）であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器などに内蔵される。電池パックは、電池セル１１１と、電池セル１１１に接続される回路基板１１６とを備えている。電池セル１１１は、例えば、第２の実施の形態に係るラミネートフィルム型の二次電池である。
電池セル１１１の両側面には、一対の粘着テープ１１８、１１９が貼り付けられている。回路基板１１６には、保護回路（ＰＣＭ：Protection Circuit Module）が形成されている。この回路基板１１６は、電池セル１１１の正極リード１１２および負極リード１１３に対して一対のタブ１１４、１１５を介して接続されていると共に、外部接続用のコネクタ付きリード線１１７に接続されている。なお、回路基板１１６が電池セル１１１に接続された状態において、その回路基板１１６は、ラベル１２０および絶縁シート１３１により上下から保護されている。ラベル１２０が貼り付けられることで、回路基板１１６および絶縁シート１３１などが固定されている。
また、電池パックは、図６に示すように、電源に相当する電池セル１１１と、回路基板１１６とを備えている。回路基板１１６は、例えば、制御部１２１と、スイッチ部１２２と、ＰＴＣ１２３と、温度検出部１２４とを備えている。電池セル１１１は、正極端子１２５および負極端子１２７を介して外部と接続可能であるため、その電池セル１１１は、正極端子１２５および負極端子１２７を介して充放電される。温度検出部１２４は、温度検出端子（いわゆるＴ端子）１２６を用いて温度を検出可能である。
制御部１２１は、電池パック全体の動作（電池セル１１１の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリなどを含んでいる。
この制御部１２１は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部１２２を切断させることで、電池セル１１１の電流経路に充電電流が流れないようにする。また、制御部１２１は、例えば、充電時において大電流が流れると、スイッチ部１２２を切断させて、充電電流を遮断する。
この他、制御部１２１は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部１２２を切断させることで、電池セル１１１の電流経路に放電電流が流れないようにする。また、制御部１２１は、例えば、放電時において大電流が流れると、スイッチ部１２２を切断させることで、放電電流を遮断する。
なお、二次電池の過充電検出電圧の一例としては、４．２０Ｖ±０．０５Ｖなどである。過放電検出電圧の一例としては、２．４Ｖ±０．１Ｖなどである。
スイッチ部１２２は、制御部１２１の指示に応じて、電池セル１１１の使用状態（電池セル１１１と外部機器との接続の可否）を切り換えるものである。このスイッチ部１２２は、例えば、充電制御スイッチおよび放電制御スイッチなどを含んでいる。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチである。なお、充放電電流は、例えば、スイッチ部１２２のＯＮ抵抗に基づいて検出される。
温度検出部１２４は、電池セル１１１の温度を測定して、その測定結果を制御部１２１に出力するものであり、例えば、サーミスタなどの温度検出素子を含んでいる。なお、温度検出部１２４による測定結果は、異常発熱時において制御部１２１が充放電制御を行う場合や、制御部１２１が残容量の算出時において補正処理を行う場合などに用いられる。
なお、回路基板１１６は、ＰＴＣ１２３を備えていなくてもよい。この場合には、別途、回路基板１１６にＰＴＣ素子が付設されていてもよい。
４．第４の実施の形態
本技術の第４の実施の形態では、電子機器の構成の一例について、図７を参照しながら説明する。
電子機器３００は、電子機器本体の電子回路３０１と、電池パック２００とを備える。電池パック２００は、正極端子２３１ａおよび負極端子２３１ｂを介して電子回路３０１に対して電気的に接続されている。電子機器３００は、例えば、ユーザにより電池パック２００を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器３００の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック２００を電子機器３００から取り外しできないように、電池パック２００が電子機器３００内に内蔵されている構成を有していてもよい。
電池パック２００の充電時には、電池パック２００の正極端子２３１ａ、負極端子２３１ｂがそれぞれ、充電器（図示せず）の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック２００の放電時（電子機器３００の使用時）には、電池パック２００の正極端子２３１ａ、負極端子２３１ｂがそれぞれ、電子回路３０１の正極端子、負極端子に接続される。
電子機器３００としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話（スマートフォンなど）、携帯情報端末（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）、表示装置（ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ、電子ペーパ、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）など）、撮像装置（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど）、オーディオ機器（ポータブルオーディオプレイヤーなど）、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられるが、これに限定されるものでなない。
（電子回路）
電子回路３０１は、例えば、ＣＰＵ、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部などを備え、電子機器３００の全体を制御する。
（電池パック）
電池パック２００は、組電池２０１と、充放電回路２０２とを含む組電池の電池パックである。組電池２０１は、複数の二次電池２０１ａを直列および／または並列に接続して構成されている。複数の二次電池２０１ａは、例えばｎ並列ｍ直列（ｎ、ｍは正の整数）に接続される。なお、図７では、６つの二次電池２０１ａが２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された例が示されている。二次電池２０１ａとしては、第１の実施の形態に係る電池が用いられる。
充電時には、充放電回路２０２は、組電池２０１に対する充電を制御する。一方、放電時（すなわち電子機器３００の使用時）には、充放電回路２０２は、電子機器３００に対する放電を制御する。
電池パック２００に代えて、第１の実施の形態もしくは第２の実施の形態に係る電池または第３の実施の形態に係る単電池の電池パックを用いてもよい。
５．第５の実施の形態
本技術の第５の実施の形態では、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池を蓄電装置に備える蓄電システムの例について説明する。
この蓄電システムは、電力を使用するものである限り、どのようなものであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）、車両などを含み、蓄電も可能である。
蓄電装置（蓄電モジュール）は、例えば、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源などに適用されるものである。蓄電装置の一例としては、複数の電池が並列および直列の少なくとも一つで接続された電池ブロックと、これらの電池ブロックの充電および放電を制御する制御部とを含む蓄電モジュールが挙げられる。蓄電装置の構成の一例は、例えば、複数の電池ブロックが外装ケースに収納されものである。電池には、第１の実施の形態に係る電池を用いることができる。
蓄電システムの例としては、例えば、以下の第１〜第５の蓄電システムなどが挙げられる。第１の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第２の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第３の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器を含む蓄電システムである。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
第４の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第５の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、住宅および電動車両に適用される蓄電システムについて説明する。
（蓄電システムの構成）
以下、図８を参照して、第５の実施の形態に係る蓄電システム（電力システム）４００の構成例について説明する。この蓄電システム４００は、住宅用の蓄電システムであり、火力発電４０２ａ、原子力発電４０２ｂ、水力発電４０２ｃなどの集中型電力系統４０２から電力網４０９、情報網４１２、スマートメータ４０７、パワーハブ４０８などを介し、電力が蓄電装置４０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置４０４などの独立電源から電力が蓄電装置４０３に供給される。蓄電装置４０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置４０３を使用して、住宅４０１で使用する電力が給電される。住宅４０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅４０１には、家庭内発電装置４０４、電力消費装置４０５、蓄電装置４０３、各装置を制御する制御装置４１０、スマートメータ４０７、パワーハブ４０８、各種情報を取得するセンサ４１１が設けられている。各装置は、電力網４０９および情報網４１２によって接続されている。家庭内発電装置４０４として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置４０５および／または蓄電装置４０３に供給される。電力消費装置４０５は、冷蔵庫４０５ａ、空調装置４０５ｂ、テレビジョン受信機４０５ｃ、風呂４０５ｄなどである。さらに、電力消費装置４０５には、電動車両４０６が含まれる。電動車両４０６は、電気自動車４０６ａ、ハイブリッドカー４０６ｂ、電気バイク４０６ｃなどである。
蓄電装置４０３は、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池を１以上含む。スマートメータ４０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網４０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数の組み合わせであってもよい。
各種のセンサ４１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ４１１により取得された情報は、制御装置４１０に送信される。センサ４１１からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置４０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置４１０は、住宅４０１に関する情報を、インターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。
パワーハブ４０８によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置４１０と接続される情報網４１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver-Transceiver：非同期シリアル通信用送受信回路）などの通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）またはＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置４１０は、外部のサーバ４１３と接続されている。このサーバ４１３は、住宅４０１、電力会社、およびサービスプロバイダーのいずれかによって管理されていてもよい。サーバ４１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信してもよいが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機など）から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡなどに、表示されてもよい。
各部を制御する制御装置４１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成され、この例では、蓄電装置４０３に格納されている。制御装置４１０は、蓄電装置４０３、家庭内発電装置４０４、電力消費装置４０５、各種のセンサ４１１、サーバ４１３と情報網４１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていてもよい。
以上のように、電力が火力発電４０２ａ、原子力発電４０２ｂ、水力発電４０２ｃなどの集中型電力系統４０２のみならず、家庭内発電装置４０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置４０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置４０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置４０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置４０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置４０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置４１０が蓄電装置４０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ４０７内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム４００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
６．第６の実施の形態
本技術の第６の実施の形態では、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池を備える電動車両の一例について説明する。電動車両としては、鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）、農耕用作業車両（トラクタ、コンバインなど）などが挙げられる。以下では、電気自動車の例について説明する。
図９を参照して、本技術の第６の実施の形態に係る電動車両の構成例について説明する。このハイブリッド車両５００は、シリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両である。シリーズハイブリッドシステムは、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置５０３で走行する車である。
このハイブリッド車両５００には、エンジン５０１、発電機５０２、電力駆動力変換装置５０３、駆動輪５０４ａ、駆動輪５０４ｂ、車輪５０５ａ、車輪５０５ｂ、バッテリー５０８、車両制御装置５０９、各種センサ５１０、充電口５１１が搭載されている。バッテリー５０８としては、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池が用いられる。
ハイブリッド車両５００は、電力駆動力変換装置５０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置５０３の一例は、モータである。バッテリー５０８の電力によって電力駆動力変換装置５０３が作動し、この電力駆動力変換装置５０３の回転力が駆動輪５０４ａ、５０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）または逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置５０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ５１０は、車両制御装置５０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ５１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン５０１の回転力は発電機５０２に伝えられ、その回転力によって発電機５０２により生成された電力をバッテリー５０８に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両５００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置５０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置５０３により生成された回生電力がバッテリー５０８に蓄積される。
バッテリー５０８は、充電口５１１を介してハイブリッド車両５００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口５１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
図示しないが、電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力をいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
以下、実施例により本技術を詳細に説明する。なお、本技術は、下記の実施例の構成に限定されるものではない。
（炭素繊維の繊維径および繊維長）
以下の実施例および比較例における炭素繊維の繊維径および繊維長は、電子顕微鏡（ＴＥＭまたはＳＥＭ）を用いて、ある個体数（２０個）の炭素繊維の繊維径および繊維長を測定することにより得た測定値から算出した平均値である。なお、繊維長については、例えば繊維長１μｍ以上１０μｍ未満などのように数値範囲で表しているが、これは測定値から算出した繊維長の平均値がこの範囲内に含まれていたことを意味する。
＜実施例１＞
（正極の作製）
正極活物質（ＬｉＣｏＯ2）９８質量部と、導電剤（カーボンブラック）１質量部と、結着剤（ポリフッ化ビニリデン：ＰＶｄＦ）１質量部とを混合して、正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体（アルミニウム箔）に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて、正極活物質層を形成した。最後に、プレス機を用いて正極活物質層を圧縮成型した。以上により正極を得た。
（負極の作製）
負極活物質としてケイ素酸化物および黒鉛と、２種類の炭素繊維（第１炭素繊維および第２炭素繊維）と、結着剤としてＰＶｄＦとを混合したのち、その混合物をＮＭＰで希釈して、ペースト状の負極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体（銅箔）の両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。以上により負極を得た。
なお、第１炭素繊維および第２炭素繊維の繊維径および繊維長、並びに、各材料の配合比は、下記の通りである。
第１炭素繊維：
繊維径７０ｎｍ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維（比表面積２５ｍ2／ｇ）
第２炭素繊維：
繊維径１５０ｎｍ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維（比表面積１３２５ｍ2／ｇ）
配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／第１炭素繊維／第２炭素繊維／結着剤）＝１０／８１／１／２／６（ｗｔ％）
（電解液の調製）
溶媒（炭酸エチレンおよび炭酸プロピレン）に電解質塩（ＬｉＰＦ6）を溶解させることにより、電解液を調製した。なお、溶媒の組成を質量比で炭酸エチレン：炭酸プロピレン＝５０：５０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１ｍｏｌ／ｋｇとした。
（評価用セルの作製）
評価用セルは以下のようにして作製した。
（電解質層の形成）
まず、電解液と、電解質用高分子化合物（ＰＶｄＦ）と、溶媒として有機溶剤（ＮＭＰ）とを含む前駆溶液を調製した。次に、前駆溶液を正極および負極に塗布した後乾燥し、これにより正極および負極のそれぞれの両面にゲル状の電解質層を形成した。
（巻回電極体の作製）
次に、溶接法を用いて正極集電体および負極集電体のそれぞれにリードを取り付けた。次に、セパレータを介して電解質層が形成された正極と負極とを積層してから巻回したのち、その最外周部に保護テープを貼り付けた。これにより巻回電極体を得た。
（電池の組み立て）
次に、２枚のフィルム状の外装部材に巻回電極体を挟み込んだのち、熱融着法を用いて外装部の外周縁部同士を接着させて、外装部材の内部に巻回電極体を封入した。以上により、目的とする評価用セル（ラミネートフィル型電池）を得た。
＜実施例２＞
第２炭素繊維を繊維径７０ｎｍ、繊維長１０μｍ以上５０μｍ未満の炭素繊維（比表面積２８ｍ2／ｇ）に変えた。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、的とする評価用セルを得た。
＜実施例３＞
負極活物質をケイ素および黒鉛に変えた。配合比（ケイ素／黒鉛／第１炭素繊維／第２炭素繊維／結着剤）＝５／８６／１／２／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜実施例４＞
負極活物質をケイ素合金および黒鉛に変えた。配合比（ケイ素合金／黒鉛／第１炭素繊維／第２炭素繊維／結着剤）＝１０／８１／１／２／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜実施例５＞
負極活物質をケイ素に変えた。結着剤をポリアミドイミドに変えた。配合比（ケイ素／第１炭素繊維／第２炭素繊維／結着剤）＝８９／１／２／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜実施例６＞
負極活物質をケイ素酸化物に変えた。結着剤をポリアミドイミドに変えた。配合比（ケイ素酸化物／第１炭素繊維／第２炭素繊維／結着剤）＝８９／１／２／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜実施例７＞
負極活物質をケイ素合金に変えた。結着剤をポリアミドイミドに変えた。配合比（ケイ素合金／第１炭素繊維／第２炭素繊維／結着剤）＝８９／１／２／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１＞
第２炭素繊維を用いず、第１炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／第１炭素繊維／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例２＞
第１炭素繊維に代えて、他の炭素繊維として、繊維径２０ｎｍ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維（比表面積２５０ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／他の炭素繊維／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、比較例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例３＞
第１炭素繊維に代えて、第２炭素繊維として、繊維径１５０ｎｍ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維（比表面積１３ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／第２の炭素繊維／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、比較例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例４＞
第１炭素繊維に代えて、第２炭素繊維として、繊維径７０ｎｍ、繊維長１０μｍ以上５０μｍ未満の炭素繊維（比表面積２８ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／第２の炭素繊維／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、比較例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例５＞
第１炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径４０ｎｍのカーボンブラック（比表面積５０ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／カーボンブラック／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、比較例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例６＞
第１炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径３μｍ（３０００ｎｍ）の黒鉛系導電剤（比表面積２０ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／黒鉛系導電剤／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、比較例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例７＞
第２炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径４０ｎｍのカーボンブラック（比表面積５０ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／第１炭素繊維／カーボンブラック／結着剤）＝１０／８１／１／２／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例８＞
第２炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径３μｍ（３０００ｎｍ）の黒鉛系導電剤（比表面積２０ｍ2／ｇ）を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／第１炭素繊維／黒鉛系導電剤／結着剤）＝１０／８１／１／２／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例９＞
第１炭素繊維に代えて、第２の炭素繊維として、繊維径１５０ｎｍ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維（比表面積１３ｍ2／ｇ）を用いた。すなわち、第２炭素繊維として、繊維径１５０ｎｍ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の炭素繊維その１（比表面積１３ｍ2／ｇ）および繊維径７０ｎｍ、繊維長１０μｍ以上５０μｍ未満の炭素繊維その２（比表面積２８ｍ2／ｇ）の２種を用いた。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／炭素繊維その１／炭素繊維その２／結着剤）＝１０／８１／１／２／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１０＞
第１炭素繊維および第２炭素繊維を用いなかった。配合比（ケイ素酸化物／黒鉛／ＰＶｄＦ）＝１０／８４／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１１＞
負極活物質をケイ素および黒鉛に変えた。第２炭素繊維を用いずに、第１炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素／黒鉛／第１炭素繊維／結着剤）＝５／８８／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１２＞
負極活物質をケイ素および黒鉛に変えた。第１炭素繊維を用いずに、第２炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素／黒鉛／第２炭素繊維／結着剤）＝５／８８／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１３＞
負極活物質をケイ素合金および黒鉛に変えた。第２炭素繊維を用いずに、第１炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素合金／黒鉛／第１炭素繊維／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１４＞
負極活物質をケイ素合金および黒鉛に変えた。第１炭素繊維を用いずに、第２炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素合金／黒鉛／第２炭素繊維／結着剤）＝１０／８３／１／６（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例１と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１５＞
第２炭素繊維を用いずに、第１炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素／第１炭素繊維／結着剤）＝９１／１／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例５と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１６＞
第１炭素繊維を用いずに、第２炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素／第２炭素繊維／結着剤）＝９１／１／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例５と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１７＞
負極活物質をケイ素酸化物に変えた。第２炭素繊維を用いずに、第１炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素酸化物／第１炭素繊維／結着剤）＝９１／１／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例５と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１８＞
負極活物質をケイ素酸化物に変えた。第１炭素繊維を用いずに、第２炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素酸化物／第２炭素繊維／結着剤）＝９１／１／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例５と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例１９＞
負極活物質をケイ素合金に変えた。第２炭素繊維を用いずに、第１炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ合金／第１炭素繊維／結着剤）＝９１／１／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例５と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
＜比較例２０＞
負極活物質をケイ素合金に変えた。第１炭素繊維を用いずに、第２炭素繊維のみを用いた。配合比（ケイ素合金／第２炭素繊維／結着剤）＝９１／１／８（ｗｔ％）にした。以上のこと以外は、実施例５と同様にして、目的とする評価用セルを得た。
（評価）
作製した評価用セルを用いて、下記の測定を行った。
（初回効率の測定）
２３℃環境下、定電流定電圧充電（条件：電流０．２Ｃ、充電終止電圧４．３５Ｖ）にて充電を１回行い、その後、定電流放電（条件：電流０．２Ｃ、放電終止電圧３．０Ｖ）にて放電を１回行って、充電容量および放電容量を計測し、（「放電容量」／「充電容量」）×１００［％］で計算される初回効率を算出した。
（サイクル特性評価）
２３℃環境下、定電流定電圧充電（条件：電流０．５Ｃ、充電終止電圧４．３５Ｖ）と、定電流放電（条件：電流０．５Ｃ、放電終止電圧３．０Ｖ）とを繰り返す、サイクル試験を行い、１サイクル時の放電容量に対する１０サイクル時、１００サイクル時および２００サイクル時の放電容量維持率を求めた。
負極の構成を下記の表１に示し、測定結果を下記の表２に示す。
Figure 2017002288
Figure 2017002288
測定結果によれば、初回効率については、比較例２、比較例５、比較例７で低下傾向にあった。これは炭素繊維もしくは導電剤の比表面積が大きいため、充電時の負極反応面積が増え、被膜形成時に多くの可逆Ｌｉを消失することに起因する。よって、初回効率の観点からは炭素繊維および導電剤の比表面積を５０ｍ2／ｇ未満に抑えることが望ましい。
サイクル毎の放電容量維持率については、まず、サイクル初期である１０サイクル時点では、実施例１〜実施例７、比較例１〜比較例２、比較例７〜比較例８、比較例１１、比較例１３、比較例１５、比較例１７、比較例１９が良好であった。
これらの実施例および比較例は、繊維径１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の第１炭素繊維または他の繊維を使用したものである。測定結果は、細径かつ短尺な第１炭素繊維が、ケイ素またはその化合物（ケイ素酸化物、ケイ素合金）粒子表面に吸着しやすく、粒子表面および近傍の電子パスを確保でき、サイクルに伴うケイ素又はその化合物の膨張収縮に追従し、粒子表面および近傍の電子パス崩落を抑制したことに起因するものである。
次に、１０サイクル時点の改善が見られたものについて、サイクル中期である１００サイクル時点を比較すると、比較例２のみ劣化傾向にあった。これは炭素繊維の繊維径が２０ｎｍと極めて細い他の炭素繊維を用いているため、サイクル進行に伴い活物質の膨張収縮に起因して粒子間が広がり、接触不良が生じた際に電子パスを維持できないことに起因する。また炭素繊維の繊維径が細くなると比表面積が増大し、上記のように初回効率が低下するため望ましくない。よって、平均繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の第１炭素繊維を用いることが好ましいことがわかる。
最後に、サイクル長期である２００サイクル時点では、実施例１〜実施例７が高い放電容量維持率を示した。これは、サイクルがさらに進行した場合には粒子間距離がより広がるため、太径や長尺な第２炭素繊維が長距離の電子パスに寄与できることに起因するものである。
以上の結果から、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満の第１炭素繊維および繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上の第２炭素繊維を使用することが最良であることが確認できた。
７．他の実施の形態（変形例）
以上、本技術を各実施の形態および実施例によって説明したが、本技術はこれらに限定されるものではなく、本技術の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどを用いてもよい。
上述の実施の形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
本技術に係る負極は、角型などの他の電池構造を有する場合についても、同様に適用可能である。第１〜第２の実施の形態において、巻回型の電極体に代えて、積層型の電極体を用いてもよい。本技術に係る負極は、例えば、スマートウォッチ、ヘッドマウントディスプレイ、ｉＧｌａｓｓ（登録商標）などのウェアラブル端末に搭載されるフレキシブル電池などにも適用可能である。本技術に係る負極は、例えば、航空機、無人飛行機などの飛行体などに搭載される電池にも適用可能である。
本技術は以下の構成を採用することもできる。
［１］
負極活物質と、
第１炭素繊維および第２炭素繊維と
を含み、
前記第１炭素繊維は、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満のものであり、
前記第２炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上のものである負極。
［２］
前記負極活物質は、非炭素材料および炭素材料の少なくとも一つを含む［１］に記載の負極。
［３］
前記非炭素材料は、ケイ素を含む材料およびスズを含む材料の少なくとも一つを含み、
前記炭素材料は、黒鉛を含む［２］に記載の負極。
［４］
前記ケイ素を含む材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の少なくとも一つを含み、
前記スズを含む材料は、スズの単体、スズの合金およびスズの化合物の少なくとも一つを含む［３］に記載の負極。
［５］
前記第１炭素繊維の比表面積は、５０ｍ2／ｇ未満であり、
前記第２炭素繊維の比表面積は、５０ｍ2／ｇ未満である［１］〜［４］の何れか一つに記載の負極。
［６］
前記第１炭素繊維および前記第２炭素繊維の合計質量は、負極構成材料の全質量に対して、０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％未満である［１］〜［５］の何れか一つに記載の負極。
［７］
正極と、
負極と、
電解質と
を備え、
前記負極は、負極活物質と、第１炭素繊維および第２炭素繊維と
を含み、
前記第１炭素繊維は、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満のものであり、
前記第２炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上のものである電池。
［８］
［７］に記載の電池と、
前記電池を制御する制御部と、
を有する電池パック。
［９］
［７］に記載の電池から電力の供給を受ける電子機器。
［１０］
［７］に記載の電池と、
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
［１１］
［７］に記載の電池を有し、前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
［１２］
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を有し、
前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う［１１］に記載の蓄電装置。
［１３］
［７］に記載の電池から電力の供給を受ける電力システム。
［１４］
発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される［１３］に記載の電力システム。
１１・・・電池缶
１２、１３・・・絶縁板
１４・・・電池蓋
１５Ａ・・・ディスク板
１５・・・安全弁機構
１６・・・熱感抵抗素子
１７・・・ガスケット
２０・・・巻回電極体
２１・・・正極
２１Ａ・・・正極集電体
２１Ｂ・・・正極活物質層
２２・・・負極
２２Ａ・・・負極集電体
２２Ｂ・・・負極活物質層
２３・・・セパレータ
２４・・・センターピン
２５・・・正極リード
２６・・・負極リード
３０・・・巻回電極体
３１・・・正極リード
３２・・・負極リード
３３・・・正極
３４・・・負極
３５・・・セパレータ
３６・・・電解質層
１１１・・・電池セル（電源）
１２１・・・制御部
２００・・・電池パック
２０１・・・組電池
２０１ａ・・・二次電池
３００・・・電子機器
４００・・・蓄電システム
４０３・・・蓄電装置
４０４・・・発電装置
４０６・・・電動車両
４０９・・・電力網
４１０・・・制御装置
４１２・・・情報網
５０３・・・電力駆動力変換装置
５０８・・・バッテリー
５０９・・・車両制御装置

Claims (14)

  1. 負極活物質と、
    第１炭素繊維および第２炭素繊維と
    を含み、
    前記第１炭素繊維は、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満のものであり、
    前記第２炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上のものである負極。
  2. 前記負極活物質は、非炭素材料および炭素材料の少なくとも一つを含む請求項１に記載の負極。
  3. 前記非炭素材料は、ケイ素を含む材料およびスズを含む材料の少なくとも一つを含み、
    前記炭素材料は、黒鉛を含む請求項２に記載の負極。
  4. 前記ケイ素を含む材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の少なくとも一つを含み、
    前記スズを含む材料は、スズの単体、スズの合金およびスズの化合物の少なくとも一つを含む請求項３に記載の負極。
  5. 前記第１炭素繊維の比表面積は、５０ｍ2／ｇ未満であり、
    前記第２炭素繊維の比表面積は、５０ｍ2／ｇ未満である請求項１に記載の負極。
  6. 前記第１炭素繊維および前記第２炭素繊維の合計質量は、負極構成材料の全質量に対して、０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％未満である請求項１に記載の負極。
  7. 正極と、
    負極と、
    電解質と
    を備え、
    前記負極は、負極活物質と、第１炭素繊維および第２炭素繊維と
    を含み、
    前記第１炭素繊維は、繊維径７０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、且つ、繊維長１μｍ以上１０μｍ未満のものであり、
    前記第２炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ以上、または、繊維長１０μｍ以上のものである電池。
  8. 請求項７に記載の電池と、
    前記電池を制御する制御部と
    を有する電池パック。
  9. 請求項７に記載の電池から電力の供給を受ける電子機器。
  10. 請求項７に記載の電池と、
    前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
    前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
    を有する電動車両。
  11. 請求項７に記載の電池を有し、前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
  12. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を有し、
    前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う請求項１１に記載の蓄電装置。
  13. 請求項７に記載の電池から電力の供給を受ける電力システム。
  14. 発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される請求項１３に記載の電力システム。
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