WO2018230506A1 - 電池、検査方法、検査装置、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

電池、検査方法、検査装置、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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Definitions

  • the exterior material 30 may be comprised by polymer films or metal films, such as a laminate film which has another structure, a polypropylene. Or you may be comprised by the laminated film which laminated
  • Examples of the silicon alloy include, as the second constituent element other than silicon, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony (Sb), and chromium.
  • the thing containing at least 1 sort (s) of a group is mentioned.
  • As an alloy of tin for example, as a second constituent element other than tin, among the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.
  • tin compound or silicon compound examples include those containing oxygen or carbon, and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.
  • the particle size of the inorganic particles is preferably in the range of 1 nm to 10 ⁇ m. If it is smaller than 1 nm, it is difficult to obtain, and even if it can be obtained, it is not worth the cost. On the other hand, if it is larger than 10 ⁇ m, the distance between the electrodes becomes large, and a sufficient amount of active material cannot be obtained in a limited space, resulting in a low battery capacity.
  • a thin film for example, a metal layer including aluminum or a metal oxide layer including aluminum oxide
  • a coating layer is provided on the surfaces of the cover bodies 36A and 36B. Also good.
  • a method for forming the thin film for example, an evaporation method or a sputtering method can be used.
  • An antireflection layer may be provided on the surfaces of the cover bodies 36A and 36B.
  • This battery inspection method is an inspection method for the battery 10 in which the electrode body 20 and the electrolytic solution are accommodated in the outer packaging material 30 and is used, for example, for sorting out defective batteries 10 at the time of shipment.
  • the additive is capable forming a SEI during charging and discharging, additives, 3100 cm -1 or 3900cm -1 or less and 2000 cm -1 or 2500 cm -1 or less of at least What is necessary is just to have an absorption peak in one wave number range, and it does not need to be able to form SEI at the time of charging / discharging.
  • Absorbance measurement may be performed with the battery 10 sandwiched between transparent plates. In this case, a transparent flat plate having transparency in the same wavelength region as the cover bodies 36A and 36B of the light transmission portion 34 is used.
  • the voltage measurement unit 312 measures the voltage of the assembled battery 301 and / or each secondary battery 301 a constituting the assembled battery 301 and supplies the measurement result to the control unit 311.
  • the resistance force at the time of deceleration is applied as a rotational force to the power driving force conversion device 7203, and the regenerative power generated by the power driving force conversion device 7203 by this rotational force is applied to the battery 7208. Accumulated.
  • the exterior material is overlapped so as to sandwich the electrode body therebetween, and a seal portion is provided at a peripheral edge of the overlapped exterior material,
  • the exterior material is A metal layer, A first resin layer provided on the first surface of the metal layer; A second resin layer provided on the second surface of the metal layer, The said metal layer is a battery in any one of (1) to (6) which has a hole in the part in which the said light transmissive part was provided.
  • the battery according to any one of (1) to (11) is provided, An electronic device that receives power from the battery.
  • An electric vehicle comprising: a conversion device that receives supply of electric power from the battery and converts the electric power into driving force of the vehicle.

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Abstract

電池は、電極体と、電解液と、電極体および電解液を収容する外装材とを備え、外装材は、電解液の一部を間に挟むように構成された光透過部を有し、光透過部は、電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する。

Description

電池、検査方法、検査装置、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
 本開示は、電池、検査方法、検査装置、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、電池を分解せずに、内部状態(電解液や電極などの状態)を観察可能な電池が提案されている。例えば特許文献1では、分析窓を有するリチウムイオン二次電池が開示されている。また、特許文献2では、観察窓を介して顕微鏡観察できる観察用セルおよびリチウムイオン電池観察システムが開示されている。
特開2010-232080号公報 特開2014-82021号公報
 リチウムイオン二次電池などでは、電池特性を向上するために、電解液に添加剤が添加される。電池を分解せずに、電解液に含まれる添加剤の光学的特性を分析することができれば、電池についての有用な情報を容易に取得することができる。
 本開示の目的は、分解せずに、電解液に含まれる添加剤の光学的特性を分析することができる電池、検査方法、検査装置、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。
 上述の課題を解決するために、本開示の電池は、電極体と、電解液と、電極体および電解液を収容する外装材とを備え、外装材は、電解液の一部を間に挟むように構成された光透過部を有し、光透過部は、電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する。
 本開示の電池の検査方法は、電極体および電解液が外装材に収容された電池の検査方法であって、電解液の一部を間に挟むように構成された外装材の光透過部に赤外光を照射し、光透過部を透過した赤外光を検出し、検出した赤外光に基づき、電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得したピーク値に基づき、電池の状態を判定することを含み、光透過部は、電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する。
 本開示の電池の検査装置は、電極体および電解液が外装材に収容された電池の検査装置であって、電解液の一部を間に挟むように構成された外装材の光透過部に赤外光を照射し、光透過部を透過した赤外光を検出する検出部と、検出した赤外光に基づき、電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得したピーク値に基づき、電池の状態を判定する解析部とを備える。
 本開示の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の電池を備える。
 本開示によれば、電池を分解せずに、電解液に含まれる添加剤の光学的特性を分析することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果またはそれらと異質な効果であってもよい。
第1の実施形態に係る電池の外観の一例を示す斜視図である。 第1の実施形態に係る電池の構成の一例を示す分解斜視図である。 図1のIII-III線に沿った断面図である。 図2のIV-IV線に沿った断面図である。 図5A、5Bはそれぞれ、第1の実施形態の変形例に係る電池の構成例を示す平面図である。 図6A、6B、6Cはそれぞれ、第1の実施形態の変形例に係る電池の構成例を示す断面図である。 第2の実施形態に係る検査装置の構成の一例を示すブロック図である。 第2の実施形態に係る電池の検査方法の一例について説明するためのフローチャートである。 第3の実施形態に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。 電池パックの構成の一例を示すブロック図である。 電池パックの動作の一例について説明するためのフローチャートである。 応用例としての車両における蓄電システムの構成の一例を示す概略図である。 応用例としての住宅における蓄電システムの構成の一例を示す概略図である。 光透過部の透過吸収スペクトルを示すグラフである。
 本開示の実施形態について以下の順序で説明する。
1 第1の実施形態(ラミネートフィルム型電池の例)
2 第2の実施形態(検査装置の例)
3 第3の実施形態(電子機器の例)
4 応用例1(車両における蓄電システムの例)
5 応用例2(住宅における蓄電システムの例)
<1 第1の実施形態>
[電池の構成]
 図1、2に示すように、第1の実施形態に係る非水電解質二次電池(以下単に「電池」という。)10は、いわゆるラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池であり、正極リード11Aおよび負極リード11Bが取り付けられた扁平状の電極体20と、電解液(図示せず)と、電極体20および電解液を収容するフィルム状の外装材30とを備える。電池10をその主面に垂直な方向から平面視すると、電池10は長方形状を有している。
(正極、負極リード)
 正極リード11Aおよび負極リード11Bは、電池10の一方の短辺側から同一方向に導出されている。以下では、正極リード11Aおよび負極リード11Bが導出された電極体20の短辺側をトップ側、それとは反対の短辺側をボトム側という。また、電池10の長辺側をサイド側という。
 正極リード11Aおよび負極リード11Bは、例えば、薄板状または網目状を有している。正極リード11Aおよび負極リード11Bは、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)またはステンレスなどの金属材料により構成されている。
 外装材30と正極リード11Aの間、外装材30と負極リード11Bの間にはそれぞれ、外気の侵入を防止するための密着フィルム12A、12Bが挿入されている。密着フィルム12A、12Bは、正極リード11Aおよび負極リード11Bに対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
(外装材)
 外装材30は、矩形状を有し、その長手方向の中央部30Aから各辺が重なるようにして折り返されている。折返し部となる中央部30Aには、切り込みなどが予め設けられていてもよい。折り返された外装材30の間に電極体20が挟み込まれている。折り返された外装材30の周囲のうちトップ側にシール部31Aが形成されると共に、両サイド側にシール部31Bがそれぞれ形成されている。外装材30は、重ね合わされる一方の面に、電極体20を収容するための収容部32を有している。この収容部32は、例えば、深絞り加工により形成される。
 外装材30は、例えば、柔軟性を有する矩形状のラミネートフィルムからなる。外装材30は、図3に示すように、金属層33A、金属層33Aの一方の面(第1の面)に設けられた樹脂層(第1の樹脂層)33Bと、金属層33Aの他方の面(第2の面)に設けられた樹脂層(第2の樹脂層)33Cとを備える。外装材30は、必要に応じて、金属層33Aと樹脂層33Bとの間、および金属層33Aと樹脂層33Cとの間のうちの少なくとも一方に接着層をさらに備えるようにしてもよい。なお、外装材30の両面のうち、樹脂層33B側の面が外側の面となり、樹脂層33C側の面が電極体20を収納する内側の面となる。
 金属層33Aは、水分などの進入を抑制し、収納物である電極体20を保護する役割を担うバリア層である。金属層33Aは、金属箔であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでいる。
 樹脂層33Bは、外装材30の表面を保護する機能を有する表面保護層である。樹脂層33Bは、例えばナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)およびポリエチレンナフタレート(PEN)のうちの少なくとも1種を含んでいる。
 樹脂層33Cは、折り返された外装材30の内側面の周縁同士を熱融着によりシールするための熱融着樹脂層である。樹脂層33Cは、例えばポリプロピレン(PP)およびポリエチレン(PE)のうちの少なくとも1種を含んでいる。
 なお、外装材30は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成されていてもよい。あるいは、アルミニウム製フィルムを心材として、その片面または両面に高分子フィルムを積層したラミネートフィルムにより構成されていてもよい。
 また、外装材30は、外観の美しさの点から、有色層をさらに備えていてもよいし、樹脂層33B、33Cのうちの少なくとも一方の層に着色材を含んでいてもよい。外装材30が、金属層33Aと樹脂層33Bとの間、および金属層33Aと樹脂層33Cとの間のうちの少なくとも一方に接着層をさらに備える場合には、接着層が着色材を含むようにしてもよい。
(光透過部)
 外装材30は、図3に示すように、この外装材30に収容された電解液40の一部を間に挟むように構成された光透過部34を有している。光透過部34は、例えば赤外分光法またはラマン散乱分光法を用いて、電解液40の光学特性または電解液40に含まれる添加剤の光学特性を分析するためのものである。赤外分光法は、フーリエ変換赤外分光法および分散型赤外分光法のいずれであってもよい。
 光透過部34は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲の赤外光を透過可能に構成されている。光透過部34は、図1、2に示すように、電極体20(すなわち収容部32)とサイド側のシール部31Bとの間に設けられている。
 光透過部34は、電解液40が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらにより好ましくは95%以上の光透過率を有する。光透過部34が3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有していない場合には、電解液40に含まれる添加剤の光学的特性(例えば、電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピーク)を分析することが困難になる虞がある。ここで、“電解液40が間に挟まれていない状態”とは、外装材30に電解液40を収容せずに、外装材30の周縁をシールした状態を意味する。
 光透過部34は、図3に示すように、対向する窓部(第1の窓部)34Aと窓部(第2の窓部)34Bとを備え、これらの窓部34A、34Bの間に電解液40が挟まれる。窓部34Aは、外装材30に設けられた貫通孔部(第1の貫通孔部)35Aと、この貫通孔部35Aを塞ぐカバー体(第1のカバー体)36Aとを備える。窓部34Bは、外装材30に設けられた貫通孔部(第2の貫通孔部)35Bと、この貫通孔部35Bを塞ぐカバー体(第2のカバー体)36Bとを備える。カバー体36A、36Bは、図3に示すように外装材30の内側面に設けられていてもよいし、外装材30の外側面に設けられていてもよい。
 カバー体36A、36Bは、少なくとも赤外光に対して透明性を有する単層フィルムまたは積層フィルムである。フィルムは、いわゆる高分子樹脂フィルムであり、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリアミドおよびポリビニルアルコールのうちの少なくとも1種の高分子樹脂を含んでいる。ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)のうちの少なくとも1種を含んでいる。ポリエステルは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含んでいる。ポリアミドは、例えば、ナイロンを含んでいる。
 フィルムは、上記高分子樹脂のうち、上記波数範囲において高い光透過性を有するものを含んでいることが好ましい。具体的には、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルおよびエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。フィルムが、耐候性の向上の観点から、紫外線吸収剤または可視光吸収剤などの添加剤を含んでいてもよい。フィルムは、良好なガスバリア性を得る観点からすると、ポリエチレンテレフタレートを含んでいてもよい。積層フィルムは、良好なガスバリア性を得る観点からすると、ポリエチレンテレフタレートを含むフィルムを含むことが好ましい。外装材30のうち光透過部34以外の部分に、ガスバリア性や耐光性などを有するフィルムをさらに備えるようにしてもよい。また、樹脂層33Bがガスバリア性や耐光性などを有するフィルムを含んでいてもよい。
(電極体)
 図4に示すように、電極体20は、巻回型のものであり、長尺状を有する正極21と負極22とを長尺状を有するセパレータ23を介して積層し、扁平状かつ渦巻状に巻回した構成を有しており、最外周部は保護テープ24により保護されている。外装材30の内部には、電解質としての電解液40が注入され、正極21、負極22およびセパレータ23に含浸されている。
 以下、電池10を構成する正極21、負極22、セパレータ23および電解液40について順次説明する。
(正極)
 正極21は、正極集電体21Aと、この正極集電体21Aの両面に設けられた正極活物質層21Bとを備える。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質と、バインダとを含んでいる。正極活物質層21Bは、必要に応じて導電剤をさらに含んでいてもよい。
(正極活物質)
 リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素(O)とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(A)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(B)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル、マンガン(Mn)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(C)、式(D)もしくは式(E)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(F)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式(G)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.302、LiaCoO2(a≒1)、LibNiO2(b≒1)、Lic1Nic2Co1-c22(c1≒1,0<c2<1)、LidMn24(d≒1)またはLieFePO4(e≒1)などがある。
 LipNi(1-q-r)MnqM1r(2-y)z ・・・(A)
(但し、式(A)中、M1は、ニッケル、マンガンを除く2族~15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Xは、酸素以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、0≦p≦1.5、0≦q≦1.0、0≦r≦1.0、-0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.2の範囲内の値である。)
 LiaM2bPO4 ・・・(B)
(但し、式(B)中、M2は、2族~15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。a、bは、0≦a≦2.0、0.5≦b≦2.0の範囲内の値である。)
 LifMn(1-g-h)NigM3h(2-j)k ・・・(C)
(但し、式(C)中、M3は、コバルト、マグネシウム(Mg)、アルミニウム、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄、銅、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。f、g、h、jおよびkは、0.8≦f≦1.2、0<g<0.5、0≦h≦0.5、g+h<1、-0.1≦j≦0.2、0≦k≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、fの値は完全放電状態における値を表している。)
 LimNi(1-n)M4n(2-p)q ・・・(D)
(但し、式(D)中、M4は、コバルト、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。m、n、pおよびqは、0.8≦m≦1.2、0.005≦n≦0.5、-0.1≦p≦0.2、0≦q≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、mの値は完全放電状態における値を表している。)
 LirCo(1-s)M5s(2-t)u ・・・(E)
(但し、式(E)中、M5は、ニッケル、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。r、s、tおよびuは、0.8≦r≦1.2、0≦s<0.5、-0.1≦t≦0.2、0≦u≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、rの値は完全放電状態における値を表している。)
 LivMn2-wM6wxy ・・・(F)
(但し、式(F)中、M6は、コバルト、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。v、w、xおよびyは、0.9≦v≦1.1、0≦w≦0.6、3.7≦x≦4.1、0≦y≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、vの値は完全放電状態における値を表している。)
 LizM7PO4 ・・・(G)
(但し、式(G)中、M7は、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、ニオブ(Nb)、銅、亜鉛、モリブデン、カルシウム、ストロンチウム、タングステンおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも1種を表す。zは、0.9≦z≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
 リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、これらの他にも、MnO2、V25、V613、NiS、MoSなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。
 リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。
(バインダ)
 バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)などの樹脂材料、ならびにこれらの樹脂材料を主体とする共重合体などから選択される少なくとも1種が用いられる。
(導電剤)
 導電剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、ケッチェンブラックまたはカーボンナノチューブなどの炭素材料が挙げられ、これらのうちの1種を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。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料または導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。
(負極)
 負極22は、負極集電体22Aと、この負極集電体22Aの両面に設けられた負極活物質層22Bとを備え、負極活物質層22Bと正極活物質層21Bとが対向するように配置されている。負極集電体22Aは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成されている。負極活物質層22Bは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極活物質と、バインダとを含んでいる。負極活物質層22Bは、必要に応じて導電剤をさらに含んでいてもよい。
 なお、電池10では、負極22または負極活物質の電気化学当量が、正極21の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっていることが好ましい。
(負極活物質)
 負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維または活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池10の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
 また、高容量化が可能な他の負極活物質としては、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素(例えば、合金、化合物または混合物)として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本開示において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物またはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。
 このような負極活物質としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、チタン、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)または白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
 負極活物質としては、短周期型周期表における4B族の金属元素または半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、より好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。このような負極活物質としては、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、スズの単体、合金または化合物や、それらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
 ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン(Sb)およびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。
 スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば、酸素または炭素を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。
 中でも、Sn系の負極活物質としては、コバルトと、スズと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下であるSnCoC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
 このSnCoC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン(P)、ガリウムまたはビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
 なお、このSnCoC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このSnCoC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集または結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集または結晶化を抑制することができるからである。
 元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(XPS)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、SnCoC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、SnCoC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
 なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、SnCoC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。
 その他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム(Li4Ti512)などのチタンとリチウムとを含むリチウムチタン酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデンなどが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロールなどが挙げられる。
(バインダ)
 バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセルロースなどの樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体などから選択される少なくとも1種が用いられる。
(導電剤)
 導電剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、ケッチェンブラックまたはカーボンナノチューブなどの炭素材料が挙げられ、これらのうちの1種を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。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料または導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。
(セパレータ)
 セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの樹脂製の多孔質膜によって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池10の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。他にも、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合またはブレンド化した材料を用いることができる。あるいは、多孔質膜は、ポリプロピレン層と、ポリエチレン層と、ポリプロピレン層とを順次に積層した3層以上の構造を有していてもよい。
 セパレータ23は、基材と、基材の片面または両面に設けられた表面層を備える構成を有していてもよい。表面層は、電気的な絶縁性を有する無機粒子と、無機粒子を基材の表面に結着するとともに、無機粒子同士を結着する樹脂材料とを含んでいる。この樹脂材料は、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。無機粒子は、この三次元的なネットワーク構造を有する樹脂材料に担持されることにより、互いに連結することなく分散状態を保つことができる。また、樹脂材料はフィブリル化せずに基材の表面や無機粒子同士を結着してもよい。この場合、より高い結着性を得ることができる。上述のように基材の片面または両面に表面層を設けることで、耐酸化性、耐熱性および機械強度を基材に付与することができる。
 基材は、多孔性を有する多孔質層である。基材は、より具体的には、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の膜から構成される多孔質膜であり、基材の空孔に電解液40が保持される。基材は、セパレータ23の主要部として所定の機械的強度を有する一方で、電解液40に対する耐性が高く、反応性が低く、膨張しにくいという特性を要することが好ましい。
 基材を構成する樹脂材料は、例えばポリプロピレン若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好ましい。特に、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレンなどのポリエチレン、若しくはそれらの低分子量ワックス分、またはポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂は溶融温度が適当であり、入手が容易なので好適に用いられる。また、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造、もしくは、2種以上の樹脂材料を溶融混練して形成した多孔質膜としてもよい。ポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜を含むものは、正極21と負極22との分離性に優れ、内部短絡の低下をいっそう低減することができる。
 基材としては、不織布を用いてもよい。不織布を構成する繊維としては、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、またはナイロン繊維などを用いることができる。また、これら2種以上の繊維を混合して不織布としてもよい。
 無機粒子は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物および金属硫化物などの少なくとも1種を含んでいる。金属酸化物としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、ベーマイト(水和アルミニウム酸化物)、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、Y23)などを好適に用いることができる。金属窒化物としては、窒化ケイ素(Si34)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化硼素(BN)または窒化チタン(TiN)などを好適に用いることができる。金属炭化物としては、炭化ケイ素(SiC)または炭化ホウ素(B4C)などを好適に用いることができる。金属硫化物としては、硫酸バリウム(BaSO4)などを好適に用いることができる。また、ゼオライト(M2/nO・Al23・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、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)などの鉱物を用いてもよい。中でも、アルミナ、チタニア(特にルチル型構造を有するもの)、シリカまたはマグネシアを用いることが好ましく、アルミナを用いることがより好ましい。無機粒子は耐酸化性および耐熱性を備えており、無機粒子を含有する正極対向側面の表面層は、充電時の正極近傍における酸化環境に対しても強い耐性を有する。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、板状、繊維状、キュービック状およびランダム形状などのいずれも用いることができる。
 表面層を構成する樹脂材料としては、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。これら樹脂材料は、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。中でも、耐酸化性および柔軟性の観点からは、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂が好ましく、耐熱性の観点からは、アラミドまたはポリアミドイミドを含むことが好ましい。
 無機粒子の粒径は、1nm以上10μm以下の範囲内であることが好ましい。1nmより小さいと、入手が困難であり、また入手できたとしてもコスト的に見合わない。一方、10μmより大きいと電極間距離が大きくなり、限られたスペースで活物質充填量が十分得られず電池容量が低くなる。
 表面層の形成方法としては、例えば、マトリックス樹脂、溶媒および無機物からなるスラリーを基材(多孔質膜)上に塗布し、マトリックス樹脂の貧溶媒且つ上記溶媒の親溶媒浴中を通過させて相分離させ、その後、乾燥させる方法を用いることができる。
 なお、上述した無機粒子は、基材としての多孔質膜に含有されていてもよい。また、表面層が無機粒子を含まず、樹脂材料のみにより構成されていてもよい。
(電解液)
 セパレータ23には、液状の電解質である電解液40が含浸されている。電解液40は、溶媒と電解質塩と添加剤とを含み、電解質塩および添加剤は溶媒に溶解または混合されている。
 溶媒としては、例えば、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させることができるからである。なお、溶媒は、上述の例に限定されるものではなく、公知のものを種々用いることができるが、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の波数範囲に吸収ピークを有していないものが好ましい。
 電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C654、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiC(SO2CF33、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、ジフルオロ[オキソラト-O,O']ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、あるいはLiBrなどが挙げられる。中でも、LiPF6は高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。
 添加剤は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に固有の吸収ピークを有している。上記波数範囲に固有の吸収ピークを有する添加剤は、例えば、炭酸エステル、不飽和基を含む化合物およびニトリル化合物のうちの少なくとも1種を含んでいる。具体的には例えば、上記添加剤は、ビニレンカーボネート(VC)、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(FEC)およびスクシノニトリル(SN)のうちの少なくとも1種を含んでいる。
[正極電位]
 満充電状態における正極電位(vsLi/Li+)は、好ましくは4.30V以上、より好ましくは4.35V以上、更により好ましくは4.40V以上、特に好ましくは4.45V以上である。但し、満充電状態における正極電位(vsLi/Li+)が、4.30V未満(例えば4.2Vまたは4.25V)であってもよい。満充電状態における正極電位(vsLi/Li+)の上限値は、特に限定されるものではないが、好ましくは6.00V以下、より好ましくは4.60V以下、更により好ましくは4.50V以下である。
[電池の動作]
 上述の構成を有する電池10では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液40を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。また、放電を行うと、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、電解液40を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。
[電池の製造方法]
 次に、第1の実施形態に係る電池10の製造方法の一例について説明する。
(正極の作製工程)
 正極21を次のようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aの両面に塗布する。続いて、塗膜中に含まれる溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成する。
(負極の作製工程)
 負極22を次のようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN-メチル-2-ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aの両面に塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成する。
(電極体の作製工程)
 巻回型の電極体20を次のようにして作製する。まず、正極集電体21Aの一方の端部に正極リード11Aを溶接により取り付けると共に、負極集電体22Aの一方の端部に負極リード11Bを溶接により取り付ける。次に、正極21と負極22とをセパレータ23を介して扁平状の巻芯の周囲に巻き付けて、長手方向に多数回巻回したのち、最外周部に保護テープ24を接着して電極体20を得る。
(電極体の収容工程)
 電極体20を次のようにして外装材30に収容する。まず、矩形状の外装材30を準備し、その樹脂層33C側の面のうち、外装材30の長辺方向の中央部30Aにより2等分される一方の領域に、エンボス成型を施し、収容部32を形成する。次に、正極リード11Aおよび負極リード11Bが外装材30の短辺側から導出されるようにして、収容部32に電極体20を収容する。そして、窓部34A、34Bが対向するようにして、外装材30を中央部30Aを堺にして折り返して、各辺を重ね合わせる。その際、正極リード11Aと外装材30との間、負極リード11Bと外装材30との間にそれぞれ、密着フィルム12A、12Bを挿入する。なお、正極リード11A、負極リード11Bにそれぞれ、密着フィルム12A、12Bを予め設けておくようにしてもよい。
 続いて、重ね合わせた外装材30の3辺のうち2辺を熱融着し、一辺を熱融着せずに開口部として残し、この開口部から電解液40を注入したのち、外装材30の残りの1辺を減圧下において熱融着する。これにより、電極体20が外装材30により封止され、電池10が得られる。次に、必要に応じて、ヒートプレスにより電池10を成型する。より具体的には、電池10を加圧しながら、常温より高い温度で加熱する。
[効果]
 第1の実施形態に係る電池10は、外装材30に収容された電解液40の一部を間に挟むように構成された光透過部34を有している。これにより、光透過部34に挟まれた電解液40を赤外分光法またはラマン散乱分光法により分析することができる。したがって、電池10を破壊することなく、電池10の内部状態を知ることができる。
 光透過部34は、光透過部34に電解液40の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する。一方、電解液40に用いられる一般的な添加剤(例えばVC、FEC、SNなど)に固有な鋭い吸収ピークは、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲にある。したがって、光透過部34に挟まれた電解液40を赤外分光法により分析することで、電池10を分解することなく、電解液40に含まれる添加剤の光学特性を分析することができる。
 外装材30の間に挟まれた電解液40を赤外分光法またはラマン散乱分光法により分析するため、少量の余剰な電解液40の分析が可能である。光透過部34は薄く小さいので、光透過部34を設けたことによる電池10の体積密度低下を抑制することができる。充放電時の添加剤の未反応残存量を非破壊で測定することで、不良品を出荷時に選別することが可能である。
 リチウムイオン二次電池においては、充電状態での保存に伴う電池特性の低下を抑制する方法として、電解液に各種添加剤を加える方法が検討されている。各種添加剤のうちには、初回の充放電時に分解されことで、固体電解質界面(Solid Electrolyte Interphase:SEI)と呼ばれる被膜が電極表面上に形成可能なものがある。SEIの形成は、充放電サイクルを繰り返した場合や高温状態・充電状態での電池の保存に伴う劣化を抑制し、電池特性、保存特性または負荷特性などを向上させることに大きな役割を果たしている。SEIは、初回の充放電時に添加剤の反応により形成されると考えられている。したがって、初回の充放電後における添加剤の濃度を調べれば、電極表面上に形成されたSEIの状態を推定することができる。
 第1の実施形態に係る電池10では、光透過部34に赤外光を照射することにより、初回の充放電後における電解液40の赤外吸収スペクトルを取得し、電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピークを分析することができる。したがって、添加剤がSEIを形成可能なものである場合には、電池10を分解することなく、初回の充放電後における添加剤の濃度を調べることにより、電極表面上に形成されたSEIの状態を推定することができる。なお、添加剤は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に吸収ピークを有するものであればよく、SEIを形成可能なものでなくてもよい。
[変形例]
 図5Aに示すように、光透過部34が、電極体20(すなわち収容部32)とトップ側のシール部31Aの間に設けられていてもよい。また、電池10が、図5Bに示すように、ボトム側にシール部31Cをさらに備える場合には、光透過部34が、電極体20(すなわち収容部32)とボトム側のシール部31Cの間に設けられていてもよい。また、光透過部34の数は特に限定されるものではなく、2以上であってもよい。
 図6Aに示すように、窓部34Aが、金属層33Aに設けられた貫通孔部37Aと、この貫通孔部37Aの両側を覆う樹脂層33B、33Cにより構成されていてもよい。また、窓部34Bが、金属層33Aに設けられた貫通孔部37Bと、この貫通孔部37Aの両側を覆う樹脂層33B、33Cにより構成されていてもよい。この場合、樹脂層33B、33Cとしては、少なくとも赤外光に対して透明性を有するものが用いられる。樹脂層33B、33Cのうちの少なくとも一方は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲において高い光透過性を有する高分子樹脂を含んでいることが好ましい。具体的には、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルおよびエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。樹脂層33B、33Cが、耐候性の向上の観点から、紫外線吸収剤または可視光吸収剤などの添加剤を含んでいてもよい。樹脂層33Bは、良好なガスバリア性を得るために、ポリエチレンテレフタレートを含んでいてもよい。樹脂層33Bは、積層構造を有していてもよく、良好なガスバリア性を得る観点からすると、ポリエチレンテレフタレートを含む樹脂層を含むことが好ましい。
 図6Bに示すように、樹脂層33Bが、外装材30の厚み方向において貫通孔部37A、37Bとそれぞれ重なる位置に貫通孔部38A、38Bを有していてもよいし、図6Cに示すように、樹脂層33Cが、外装材30の厚み方向において貫通孔部37A、37Bとそれぞれ重なる位置に貫通孔部39A、39Bを有していてもよい。この構成を採用した場合、光透過部34における界面数が減少するため、透過率が向上する。
 電池10が、矩形状を有する第1、2の外装材を備えるようにしてもよい。この場合、第1、第2の外装材は、同一の大きさを有し、電極体20を間に挟むようにして重ね合わされる。そして、重ね合わされた第1、第2の外装材の4辺が融着されて、第1、第2の外装材の周縁にシール部が形成される。なお、第1、第2の外装材の層構成およびそれらの層を構成する材料は、第1の実施形態における外装材30と同様である。
 ガスバリア性などの機能を付与するために、カバー体36A、36Bの表面に薄膜(例えば、アルミニウムなどを含む金属層、または酸化アルミニウムなどを含む金属酸化物層)またはコーティング層などが設けられていてもよい。薄膜の形成方法としては、例えば蒸着法またはスパッタリング法などを用いることができる。また、カバー体36A、36Bの表面に反射防止層が設けられていてもよい。
 光透過部34を用いての電解液40の検査終了後に、光透過部34を外装材30から切り離して、外装材30を再度封止するようにしてもよい。この場合、検査終了後に光透過部34を無くすことができるので、電池10のエネルギー密度を向上することができる。
 カバー体36A、36Bが、フィルムに代えてガラス板により構成されていてもよい。
 光透過部34の電解液40に光を照射することにより、電解液40中で反応を誘起し、劣化した電解液40を再生してもよいし、電池反応を制御してもよい。
 第1の実施形態では、電池10がリチウムイオン二次電池である場合について説明したが、電池10の種類はこれに限定されるものではない。例えば、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、酸化銀・亜鉛電池などであってもよい。
 第1の実施形態では、扁平状の電極体20を外装材30に収容する構成についいて説明したが、電極体20の形状はこれに限定されるものではなく、例えば円柱状または立方体状などの多面体状であってもよい。
 電池10は、剛性を有する一般的な電池に限定されず、スマートウオッチ、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可能なフレキシブル電池であってもよい。
 第1の実施形態では、電極体20が巻回電極体である場合について説明したが、電極体20の構造はこれに限定されるものではなく、電極体20は、正極21および負極22をセパレータ23を介して積層した積層型の電極体(スタック型の電極体)であってもよいし、セパレータ23を間に挟んだ正極21および負極22を折り畳んだ構造を有する電極体であってもよい。
 第1の実施形態では、電解質として電解液40を備える電池10に対して本開示を適用する例について説明したが、電解質はこれに限定されるものではない。例えば、電池10が、正極21とセパレータ23との間および負極22とセパレータ23との間に、電解液40と、この電解液40を保持する保持体となる高分子化合物とを含む電解質層を備えるようにしてもよい。この場合、電解質が、ゲル状となっていてもよい。
 第1の実施形態では、電極が集電体と活物質層とを備える構成を例として説明したが、電極の構成はこれに限定されるもではない。例えば、電極が活物質層のみからなる構成としてもよい。
<2.第2の実施形態>
 第2の実施形態では、第1の実施形態に係る電池10の光透過部34を利用して、電解液に含まれる添加剤の光学的特性を取得し、取得した光学的特性に基づき、電池10が良品であるか否かを検査する検査装置および検査方法について説明する
[検査装置の構成]
 第2の実施形態に係る電池の検査装置は、電極体20および電解液40が外装材30に収容された電池10の検査装置であって、図7に示すように、赤外分光光度計101と、解析部102と、表示装置103とを備える。検査装置は、表示装置103に代えて、または表示装置103と共に、ランプ105および音声出力部104のうちの少なくとも1種をさらに備えてもよい。
 赤外分光光度計101は、いわゆるフーリエ変換赤外分光光度計(Fourier Transform Infrared Spectrometer:FTIR)であり、光透過部34に赤外光を照射し、光透過部34を透過した赤外光を検出し電気信号に変換し、解析部102に出力する。
 赤外分光光度計101は、光源111と、分光部112と、検出部113とを備える。
 光源111は、赤外光を分光部112に向けて出射する。分光部112は、光源111から出射された赤外光を干渉波とし、電池10の光透過部34に照射する。光透過部34に照射された光は、光透過部34を透過し、検出部113に出射される。検出部113は、光透過部34を透過した赤外光を検出し、検出した光を電気信号に変換し、解析部102に出力する。
 解析部102は、赤外分光光度計101から供給された電気信号に基づき、FTIRスペクトルとして吸光度スペクトルを取得し、取得した吸光度スペクトルに基づき、電池10の状態を判定し、判定結果を表示装置103に出力する。具体的には、電池10が良品であるか否かを判定し、判定結果を表示装置103に出力する。
 解析部102は、具体的には、以下のようにして吸光度スペクトルを取得する。解析部102は、記憶部(図示せず)を備え、この記憶部にバックグラウンドスペクトルを予め記憶している。解析部102は、赤外分光光度計101から供給された電気信号をフーリエ変換し、赤外エネルギースペクトルを取得し、この赤外エネルギースペクトルとバックグラウンドスペクトルとの比または差分を計算することにより、吸光度スペクトルを取得する。なお、バックグラウンドスペクトルは、例えば、光透過部34の窓部34A、34B間に電解液40が挟まれていない状態において、光透過部34に赤外光を照射することにより測定された赤外エネルギースペクトルである。
 表示装置103は、出力部の一例であり、解析部102から供給される判定結果を表示する。表示装置103としては、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)ディスプレイなどを用いることができる。
 検査装置がランプ105を備える場合には、このランプ105の点灯などにより作業者に判定結果を視覚情報として告知するようにしてもよい。ランプ105としては、例えば、電球、LED(Light Emitting Diode)などの発光素子を用いることができる。また、検査装置が、スピーカなどの音声出力部104を備える場合には、この音声出力部104により作業者に検査結果を警告音や音声などの聴覚情報として告知するようにしてもよい。
[電池の検査方法]
 以下、図8を参照して、上述の検査装置を用いた電池の検査方法の一例について説明する。この電池の検査方法は、電極体20および電解液が外装材30に収容された電池10の検査方法であって、例えば、不良の電池10を出荷時に選別するために用いられる。
 まず、ステップS11において、図示しない充放電装置が、電池10に初回の充放電を行う。これにより、電極表面上にSEIが形成される。次に、ステップS12において、赤外分光光度計101が、光透過部34に赤外光を照射し、光透過部34を透過した赤外光を検出し電気信号に変換し、解析部102に出力する。
 次に、ステップS13において、解析部102が、赤外分光光度計101から供給される電気信号に基づき、FTIRスペクトルとして吸光度スペクトルを取得し、電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピークが規定値以下であるか否かを判断する。吸収ピークが規定値以下であると判断した場合には、電池10が良品であると判定し、その判定結果を表示装置103に出力する。一方、吸収ピークが規定値以下でないと判断した場合には、電池10が不良品であると判定し、その判定結果を表示装置103に出力する。
 ステップS14にて電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピークが規定値以下であると判断された場合には、ステップS15において、表示装置103が、解析部102からの判定結果(すなわち電池10が良品であることを示す判定結果)を表示する。一方、ステップS14にて電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピークが規定値以下でないと判断された場合には、ステップS16において、表示装置103が、解析部102からの判定結果(すなわち電池10が不良品であることを示す判定結果)を表示する。ここで、添加剤は、初回の充放電時に分解可能なものである。また、電極は、正極21および負極22のうちの少なくとも一方を意味する。
 上述のように、添加剤に固有な吸収ピークにより電池10が良品であるか否かを判定できる理由としては、以下の推定メカニズムが挙げられる。電池10には、工場からの出荷前に、初回の充放電がなされ、電極表面上にSEIが形成される。このSEIは初回の充放電時に添加剤の反応により形成されると考えられている。したがって、初回の充放電後において、添加剤の未反応残存量を測定することができれば、電極表面に良好なSEIが形成されているか否かを判定できると考えられる。すなわち、電池10が良品であるか否かを判定できると考えられる。添加剤の未反応残存量は、電解液40の吸光度スペクトル(赤外吸収スペクトル)を取得し、添加剤に固有な吸収ピーク強度を分析することで、測定することが可能である。
[効果]
 第2の実施形態に係る電池の検査装置では、電池10の光透過部34を利用して、電解液の吸光度スペクトルを取得し、取得した吸光度スペクトルに基づき、電池10が良品であるか否かを判定することができる。したがって、電池10の出荷時に、電池10を分解せずに、不良品を選別することができる。
[変形例]
 解析部102は、赤外分光光度計101から供給された電気信号に基づき、FTIRスペクトルとして透過率スペクトルを取得してもよい。この場合、解析部102は、取得した透過率スペクトルに基づき、電池10が良品であるか否かを判定し、判定結果を表示装置103に出力する。具体的には、取得した透過率スペクトルに基づき、電解液40に含まれる添加剤に固有な透過率ピークが規定値以上であるか否かを判断する。透過率ピークが規定値以上であると判断した場合には、電池10が良品であると判定し、その判定結果を表示装置103に出力する。一方、透過率ピークが規定値以上でないと判断した場合には、電池10が不良品であると判定し、その判定結果を表示装置103に出力する。
 検査装置が、赤外分光光度計101と、赤外分光光度計101からの出力に基づき電池10が良品であるか否かを判定する解析部102に代えて、ラマン分光光度計と、ラマン分光光度計からの出力に基づき電池10が良品であるか否かを判定する解析部を備えるようにしてもよい。
 第2の実施形態では、検査装置が、顕微透過法(すなわち光透過部34に赤外光を照射し、透過した赤外光を検出する方法)を用いて電池10を検査可能な装置である場合について説明したが、顕微反射法により電池10を検査可能な装置であってもよい。この場合、電池10は、光透過部34として窓部34A、34Bのうちの一方の窓部を備え、電解液40が上記一方の窓部と外装材30との間に挟まれる構成とすればよい。一方、検査装置は、分光部112により光透過部(上記一方の窓部)34に赤外光を照射し、金属層33Aにより反射した赤外光を検出部113により検出する構成とすればよい。
 第2の実施形態では、添加剤が充放電時にSEIを形成可能なものである場合について説明したが、添加剤は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に吸収ピークを有するものであればよく、充放電時にSEIを形成可能なものでなくてもよい。
 電池10を透明な平板により挟んで吸光度測定を行うようにしてもよい。この場合、透明な平板としては、光透過部34のカバー体36A、36Bと同じ波長域で透明性を有するものが用いられる。
 赤外分光光度計101として、フーリエ変換赤外分光光度計に代えて、分散型赤外分光光度計を用いるようにしてもよい。
 赤外分光光度計101は、外装材30に設けられていてもよい。
<3 第3の実施形態>
[電子機器の概略構成]
 以下、図9を参照して、本開示の第3の実施形態に係る電子機器400の概略構成の一例について説明する。電子機器400は、電子機器本体の電子回路401と、電池パック300とを備える。電池パック300は、電子回路401に対して電気的に接続されている。電子機器400は、例えば、ユーザにより電池パック300を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器400の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック300を電子機器400から取り外しできないように、電池パック300が電子機器400内に内蔵されている構成を有していてもよい。
 電池パック300の充電時には、電池パック300の正極端子331a、負極端子331bがそれぞれ、充電器の正極端子、負極端子(図示せず)に接続される。一方、電池パック300の放電時(電子機器400の使用時)には、電池パック300の正極端子331a、負極端子331bがそれぞれ、電子回路401の正極端子、負極端子(図示せず)に接続される。
 電子機器400としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話(例えばスマートフォンなど)、携帯情報端末(Personal Digital Assistants:PDA)、撮像装置(例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど)、オーディオ機器(例えばポータブルオーディオプレイヤー)、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられるが、これに限定されるものでなない。
(電子回路)
 電子回路401は、例えば、CPU、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部などを備え、電子機器400の全体を制御する。
(電池パック)
 電池パック300は、組電池301と、充放電回路302とを備える。組電池301は、複数の二次電池301aを直列および/または並列に接続して構成されている。具体的には、複数の二次電池301aは、n並列m直列(n、mは正の整数)に接続される。なお、図9では、6つの二次電池301aが2並列3直列(2P3S)に接続された例が示されている。二次電池301aとしては、第1の実施形態またはその変形例に係る電池10が用いられる。
 充電時には、充放電回路302は、組電池301に対する充電を制御する。一方、放電時(すなわち電子機器400の使用時)には、充放電回路302は、電子機器400に対する放電を制御する。
[充放電回路の構成]
 以下、図10を参照して、充放電回路302の一構成例について説明する。充放電回路302は、制御部311と、電圧測定部312と、電流測定部313と、電流検出抵抗314と、温度測定部315と、温度検出素子316と、スイッチ部317と、スイッチ制御部318と、メモリ319と、赤外分光光度計320とを備える。
(電圧測定部)
 電圧測定部312は、組電池301および/またはそれを構成する各二次電池301aの電圧を測定し、その測定結果を制御部311に供給する。
(電流測定部)
 電流測定部313は、電流検出抵抗314を用いて電流を測定し、その測定結果を制御部311に供給する。
(温度検出素子)
 温度検出素子316は例えばサーミスタであり、組電池301の近傍に設けられる。
(温度測定部)
 温度測定部315は、温度検出素子316を用いて組電池301の温度を測定し、その測定結果を制御部311に供給する。
(スイッチ部)
 スイッチ部317は、充電制御スイッチ321aおよびダイオード321bと、放電制御スイッチ322aおよびダイオード322bとを備え、スイッチ制御部318により制御される。ダイオード321bは、正極端子331aから組電池301の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子331bから組電池301の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード322bは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、図10では、正極端子331aと組電池301との間にスイッチ部317が設けられた構成が例として示されているが、負極端子331bと組電池301との間にスイッチ部317が設けられていてもよい。
 充電制御スイッチ321aは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池301の電流経路に充電電流が流れないように、スイッチ制御部318により制御される。充電制御スイッチ321aのOFF後は、ダイオード321bを介することによって放電のみが可能となる。また、充電制御スイッチ321aは、充電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池301の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、スイッチ制御部318により制御される。
 放電制御スイッチ322aは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池301の電流経路に放電電流が流れないように、スイッチ制御部318により制御される。放電制御スイッチ322aのOFF後は、ダイオード322bを介することによって充電のみが可能となる。また、放電制御スイッチ322aは、放電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池301の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、スイッチ制御部318により制御される。
(スイッチ制御部)
 スイッチ制御部318は、電圧測定部312および電流測定部313から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部317の充電制御スイッチ321aおよび放電制御スイッチ322aを制御する。スイッチ制御部318は、二次電池301aのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、または、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部317に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、ならびに過電流充放電を防止する。
 充電制御スイッチ321aおよび放電制御スイッチ322aは、例えばMOSFETなどの半導体スイッチを使用できる。この場合MOSFETの寄生ダイオードがダイオードとして機能する。充放電スイッチとして、Pチャンネル型FETを使用した場合は、スイッチ制御部318は、充電制御スイッチ321aおよび放電制御スイッチ322aのそれぞれのゲートに対して、制御信号DOおよびCOをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ321aおよび放電制御スイッチ322aはPチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってONする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号COおよびDOをローレベルとし、充電制御スイッチ321aおよび放電制御スイッチ322aをON状態とする。そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号COおよびDOをハイレベルとし、充電制御スイッチ321aおよび放電制御スイッチ322aをOFF状態とする。
(赤外分光光度計)
 赤外分光光度計320は、第2の実施形態における赤外分光光度計101と同様である。
(メモリ)
 メモリ319は、例えばRAMやROMを含み、より具体的には不揮発性メモリであるEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)を含んでいる。メモリ319には、制御部311で演算された数値や、製造工程の段階で測定された各二次電池301aの初期状態における内部抵抗値などの情報が予め記憶され、それらの情報を適宜書き換えることも可能である。また、二次電池301aの満充電容量の情報をメモリ319に記憶させておくことで、制御部311がこの満充電容量の情報を用いて電池パック300の残容量を算出することも可能である。
(制御部)
 制御部311は、充放電回路302の各部を制御する。また、制御部311は、赤外分光光度計320から供給された電気信号に基づき、FTIRスペクトルとして吸光度スペクトルを取得し、取得した吸光度スペクトルに基づき、二次電池301aの充放電を制御する。具体的には、赤外分光光度計320から供給された電気信号に基づき、電解液40に含まれる添加剤に固有の吸収ピーク値を取得し、取得した吸収ピーク値に基づき、二次電池301aの充放電を制御する。
[電池パックの動作]
 以下、図11を参照して、電池パック300の動作の一例について説明する。
 まず、ステップS21において、制御部311が、二次電池301aに充放電条件Aにて充放電を行う。次に、ステップS22において、赤外分光光度計320が、光透過部34に赤外光を照射し、光透過部34を透過した赤外光を受光し電気信号に変換し、制御部311に出力する。
 次に、ステップS23において、制御部311が、赤外分光光度計320から供給される電気信号に基づき、FTIRスペクトルとして吸光度スペクトルを取得し、電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピーク(吸光度)が規定値以上であるか否かを判断する。
 ステップS23にて吸収ピークが規定値以上であると判断された場合には、制御部311は、充放電条件を変更せず、二次電池301aに充放電条件Aにて充放電を行う。一方、ステップS23にて吸収ピークが規定値未満であると判断された場合には、制御部311は、充電条件を変更し、二次電池301aに充放電条件Bにて充放電を行う。ここで、例えば、充放電条件Aは通常の使用における充放電条件、充放電条件Bは充放電レート及び/又は充放電電位を規制して電池劣化を抑制する充放電条件である。
[効果]
 第3の実施形態に係る電池パック300では、制御部311が、添加剤に固有な吸収ピーク(吸光度)に応じて充電条件を変更するので、電池パック300の特性低下を抑制できる。
[変形例]
 制御部311が、検出した電解液40の透過率、または電解液40に含まれる添加剤に固有な吸収ピークの強度に基づき、充電電位、放電電位および充放電レートなどのうちの少なくとも1種を制御するようにしてもよい。
 制御部311は、赤外分光光度計320から供給された電気信号に基づき、FTIRスペクトルとして透過率スペクトルを取得してもよい。この場合、制御部311は、取得した透過率スペクトルに基づき、二次電池301aの充放電を制御する。具体的には、取得した透過率スペクトルに基づき、電解液40に含まれる添加剤に固有な透過率ピークが規定値以下であるか否かを判断する。透過率ピークが規定値以下であると判断した場合には、充放電条件を変更せず、二次電池301aに充放電条件Aにて充放電を行う。一方、透過率ピークが規定値以下でないと判断した場合には、制御部311は、充電条件を変更し、二次電池301aに充放電条件Bにて充放電を行う。
<4.応用例1>
「応用例としての車両における蓄電システム」
 本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図12を参照して説明する。図12に、本開示が適用される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の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
 このハイブリッド車両7200には、エンジン7201、発電機7202、電力駆動力変換装置7203、駆動輪7204a、駆動輪7204b、車輪7205a、車輪7205b、バッテリー7208、車両制御装置7209、各種センサー7210、充電口7211が搭載されている。バッテリー7208に対して、上述した本開示の蓄電装置が適用される。
 ハイブリッド車両7200は、電力駆動力変換装置7203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置7203の一例は、モーターである。バッテリー7208の電力によって電力駆動力変換装置7203が作動し、この電力駆動力変換装置7203の回転力が駆動輪7204a、7204bに伝達される。なお、必要な個所に直流-交流(DC-AC)あるいは逆変換(AC-DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置7203が交流モーターでも直流モーターでも適用可能である。各種センサー7210は、車両制御装置7209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。各種センサー7210には、速度センサー、加速度センサー、エンジン回転数センサーなどが含まれる。
 エンジン7201の回転力は発電機7202に伝えられ、その回転力によって発電機7202により生成された電力をバッテリー7208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7203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7203により生成された回生電力がバッテリー7208に蓄積される。
 バッテリー7208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
 図示しないが、二次電池に関する情報に基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良い。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、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーター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、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という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開示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ーのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
 以上、本開示に係る技術が適用され得るハイブリッド車両7200の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、バッテリー7208に好適に適用され得る。例えば、バッテリー7208が、第1の実施形態またはその変形例に係る電池10であってもよい。この場合、ハイブリッド車両7200が、第2の実施形態の赤外分光光度計101、解析部102および表示装置103をさらに備えていてもよい。車両制御装置7209が、解析部102の機能を備えるようにしてもよい。また、ハイブリッド車両7200が、バッテリー7208に代えて、第3の実施形態またはその変形例に係る電池パック300を1または2以上備えるようにしてもよい。
<5.応用例2>
「応用例としての住宅における蓄電システム」
 本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図13を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001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9001には、発電装置9004、電力消費装置9005、蓄電装置9003、各装置を制御する制御装置9010、スマートメータ9007、各種情報を取得するセンサー9011が設けられている。各装置は、電力網9009および情報網9012によって接続されている。発電装置9004として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置9005および/または蓄電装置9003に供給される。電力消費装置9005は、冷蔵庫9005a、空調装置9005b、テレビジョン受信機9005c、風呂9005d等である。さらに、電力消費装置9005には、電動車両9006が含まれる。電動車両9006は、電気自動車9006a、ハイブリッドカー9006b、電気バイク9006cである。
 蓄電装置9003に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。蓄電装置9003は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両9006で使用されるものでも良い。スマートメータ9007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9009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を組み合わせても良い。
 各種のセンサー9011は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー9011により取得された情報は、制御装置9010に送信される。センサー9011からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置9005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9010は、住宅9001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等に送信することができる。
 パワーハブ9008によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置9010と接続される情報網9012の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Wi-Fi等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(登録商標)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9010は、外部のサーバ9013と接続されている。このサーバ9013は、住宅9001、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ9013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)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
 各部を制御する制御装置9010は、CPU(Central Processing Unit )、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置9003に格納されている。制御装置9010は、蓄電装置9003、家庭内発電装置9004、電力消費装置9005、各種センサー9011、サーバ9013と情報網9012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等を備えていても良い。
 以上のように、電力が火力9002a、原子力9002b、水力9002c等の集中型電力系統9002のみならず、家庭内発電装置9004(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置9003に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置9004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9003に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置9003に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置9003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9010が蓄電装置9003内に格納される例を説明したが、スマートメータ9007内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム9100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。
 以上、本開示に係る技術が適用され得る蓄電システム9100の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、蓄電装置9003が有する二次電池に好適に適用され得る。例えば、蓄電装置9003が有する二次電池が、第1の実施形態またはその変形例に係る電池10であってもよい。この場合、住宅9001が、第2の実施形態の赤外分光光度計101、解析部102および表示装置103をさらに備えていてもよい。制御装置9010が、解析部102の機能を備えるようにしてもよい。また、蓄電装置9003が、二次電池に代えて、第3の実施形態またはその変形例に係る電池パック300を1または2以上備えるようにしてもよい。
 以下、実施例により本開示を具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
 本実施例について以下の順序で説明する。
i 第1、第2の窓部の構成材料を変えた参考例、実施例および比較例
ii ビニレンカーボネート(VC)の含有量を変えた実施例
<i 第1、第2の窓部の構成材料を変えた参考例、実施例および比較例>
[参考例1]
(正極の作製工程)
 正極を次のようにして作製した。まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)96質量部と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン3質量部と、正極導電剤としてカーボンブラック1質量部とを混合して、正極合剤とした。次に、有機溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンに正極合剤を分散させて、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(20μm厚の帯状アルミニウム箔)の両面に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させて、正極活物質層を形成した。次に、ロールプレス機を用いて正極活物質層を圧縮成型することにより、正極集電体の一部が露出した帯状の正極を作製した。最後に、正極集電体の露出部分にアルミニウム製の正極リードを溶接した。
(負極の作製工程)
 負極を次のようにして作製した。まず、負極活物質として黒鉛粉末90質量部と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合して、負極合剤とした。次に、有機溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンに負極合剤を分散させて、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(15μm厚の帯状電解銅箔)の両面に負極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーを乾燥させて、負極活物質層を形成した。次に、ロールプレス機を用いて負極活物質層を圧縮成型することにより、負極集電体の一部が露出した帯状の負極を作製した。最後に、負極集電体の露出部分にニッケル製の負極リードを溶接した。
(外装材の作製工程)
 まず、外装材として、最外層から順に25μm厚のナイロンフィルムと、40μm厚のアルミニウム箔と、30μm厚のポリプロピレンフィルムとが積層された矩形状の防湿性のアルミラミネートフィルムを準備した。次に、外装材に直径5mm程度の第1、第2の貫通孔部を形成し、これらの第1、第2の貫通孔部をそれぞれ膜厚80μmのPEフィルムで覆うことにより、第1、第2の窓部を形成した。なお、後述の電池の作製工程において、アルミラミネートフィルムをその長辺方向の中央位置を堺にして折り返して、各辺を重ね合わせた際に、第1、第2の窓部が対向し、かつ、電極体とシール部との間に位置するように、第1、第2の窓部の形成位置を調整した。
(電極体の作製工程)
 電極体を次のようにして作製した。上述のようにして作製した正極および負極を、厚み25μmの微多孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータを介して密着させ、長手方向に巻回して、最外周部に保護テープを貼り付けることにより、扁平状を有する巻回電極体を作製した。
(電極体の収容工程)
 まず、アルミラミネートフィルムのポリプロピレンフィルム側の面のうち、アルミラミネートフィルムの長辺方向の中央位置により2等分される一方の領域に、エンボス成型を施し、収容空間としてのエンボス成型部を形成した。
 次に、正極リードおよび負極リードがアルミラミネートフィルムの短辺側から導出されるようにして、エンボス成型部に電極体を収容し、アルミラミネートフィルムを上記中央位置を堺にして折り返して、各辺を重ね合わせた。その際、正極リードおよび負極リードとアルミラミネートフィルムとの間には密着フィルムを挿入した。続いて、重ね合わせたアルミラミネートフィルムの3辺を熱融着することにより、電極体をラミネートフィルムにより封止した。これにより、電解液が注入されていないラミネートフィルム型の二次電池が得られた。
[参考例2]
 第1、第2の貫通孔部をそれぞれ積層フィルムで覆うことにより、第1、第2の窓部を形成したこと以外は実施例1と同様にして電池を得た。なお、積層フィルムとしては、PETフィルムとPEフィルムとからなる膜厚55μmの積層フィルムを用いた。
[参考例3]
 第1、第2の貫通孔部をそれぞれ膜厚150μmのPEフィルムで覆うことにより、第1、第2の窓部を形成したこと以外は実施例1と同様にして電池を得た。
[実施例1、2、比較例1]
 電極体の収容工程において、次のようにして電解液を注入すること以外は、参考例1~3と同様にして、電解液が注入されたラミネートフィルム型の二次電池を得た。すなわち、重ね合わせたアルミラミネートフィルムの3辺のうち2辺を熱融着し、一辺を熱融着せずに開口部として残し、この開口部から電解液注入したのち、外装材の残りの1辺を減圧下において熱融着することにより、電極体をラミネートフィルムにより封止した。
 なお、電解液としては、次のようにして調整された非水電解液を用いた。まず、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比でEC:EMC=1:1となるように混合し、混合溶媒を調製したのち、この混合溶媒にビニレンカーボネート(VC)を1質量%添加した。次に、この混合溶媒に電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1Mの濃度となるように溶解させて非水電解液を調製した。
 表1は、参考例1~3、実施例1、2、比較例1の電池の構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[FT-IR透過吸収スペクトル]
 電解液を注入していない参考例1~3の電池の光透過部のFT-IR透過吸収スペクトルを日本分光製FT-IR 680plusを用いて測定した。この際、測定光は第1、第2の窓部に対して垂直に入射させた。透過吸収スペクトルの結果を図14に示す。参考例1、2の電池では、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の波数範囲に渡って70%以上の光透過率が得られるのに対して、参考例3では、上記の波数範囲に渡って70%以上の光透過率が得られなかった。
 電解液を注入した実施例1~3の電池をFT-IR透過吸収スペクトルを測定した。その結果、実施例1、2の電池では、3160cm-1に添加剤VCに固有の吸収が明瞭に観察されるのに対して、比較例1の電池では、VCの吸収を確認することは困難であった。
<ii ビニレンカーボネート(VC)の含有量を変えた実施例>
[実施例3-1、3-2]
 実施例1とすべてに同様にして、2個の電池を得た。
[実施例4-1、4-2]
 混合溶媒にビニレンカーボネート(VC)を0.05質量%添加したこと以外は実施例1と同様にして、2個の電池を得た。
[FT-IR透過吸収スペクトル]
 上述のようにして得られた電池の光透過部によりFT-IR透過吸収スペクトルを測定し3160cm-1の吸光度(VCに固有な吸収ピーク)を計算した。
[容量維持率]
 上述のようにして得られた電池に対して、0.5Cの充放電レートにて100サイクルの充放電試験をしたのち、容量維持率(100サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)を測定した。その結果を表2に示す。
 表2は、実施例3-1、3-2、4-1、4-2の電池の構成および評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2から、VCに固有な吸収ピークの強度と容量維持率との間には相関があり、VCに固有な吸収ピーク強度を測定することにより、特性の劣る電池を識別できることがわかる。
 以上、本開示の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本開示は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
 例えば、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。また、化合物等の化学式は代表的なものであって、同じ化合物の一般名称であれば、記載された価数等に限定されない。
 また、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
 また、本開示は以下の構成を採用することもできる。
(1)
 電極体と、
 電解液と、
 前記電極体および前記電解液を収容する外装材と
 を備え、
 前記外装材は、前記電解液の一部を間に挟むように構成された光透過部を有し、
 前記光透過部は、前記電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する電池。
(2)
 前記電解液は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に固有な吸収ピークを有する添加剤を含む(1)に記載の電池。
(3)
 前記電解液は、炭酸エステル、不飽和基を含む化合物およびニトリル化合物のうちの少なくとも1種を含む(1)または(2)に記載の電池。
(4)
 前記光透過部は、対向する第1の窓部と第2の窓部とを備える(1)から(3)のいずれかに記載の電池。
(5)
 前記外装材は前記電極体を間に挟むようにして重ね合わされ、かつ重ね合わされた前記外装材の周縁部にシール部が設けられ、
 前記光透過部は、前記電極体と前記シール部との間に設けられている(1)から(4)のいずれかに記載の電池。
(6)
 前記外装材は、ラミネートフィルムである(1)から(5)のいずれかに記載の電池。
(7)
 前記外装材は、
 金属層と、
 前記金属層の第1面に設けられた第1の樹脂層と、
 前記金属層の第2面に設けられた第2の樹脂層と
 を備え、
 前記金属層は、前記光透過部が設けられた部分に孔部を有している(1)から(6)のいずれかに記載の電池。
(8)
 前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層はそれぞれ独立して、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルおよびエチレン酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも1種を含む(7)に記載の電池。
(9)
 前記外装材は、孔部を有し、
 前記光透過部は、前記孔部を塞ぐフィルムを備える(1)から(6)のいずれかに記載の電池。
(10)
 前記フィルムは、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルおよびエチレン酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも1種を含む(9)に記載の電池。
(11)
 前記フィルムが、積層フィルムであり、
 前記積層フィルムは、ポリエチレンテレフタレートを含むフィルムを含む(9)に記載の電池。
(12)
 電極体および電解液が外装材に収容された電池の検査方法であって、
 前記電解液の一部を間に挟むように構成された前記外装材の光透過部に赤外光を照射し、前記光透過部を透過した前記赤外光を検出し、
 検出した前記赤外光に基づき、前記電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づき、電池の状態を判定することを含み、
 前記光透過部は、前記電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する電池の検査方法。
(13)
 電極体および電解液が外装材に収容された電池の検査装置であって、
 前記電解液の一部を間に挟むように構成された前記外装材の光透過部に赤外光を照射し、前記光透過部を透過した前記赤外光を検出する光度計と、
 検出した前記赤外光に基づき、前記電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づき、電池の状態を判定する解析部と
 を備える検査装置。
(14)
 (1)から(11)のいずれかに記載の前記電池を備える電池パック。
(15)
 前記電解液の一部を間に挟むように構成された前記外装材の前記光透過部に赤外光を照射し、前記光透過部を透過した前記赤外光を検出する光度計と、
 検出した前記赤外光に基づき、前記電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づき、前記電池の充放電を制御する制御部と
 をさらに備える(14)に記載の電池パック。
(16)
 (1)から(11)のいずれかに記載の前記電池を備え、
 前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
(17)
 (1)から(11)のいずれかに記載の前記電池と、
 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
 を備える電動車両。
(18)
 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をさらに備える(17)に記載の電動車両。
(19)
 (1)から(11)のいずれかに記載の前記電池を備え、
 前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
(20)
 (1)から(11)のいずれかに記載の前記電池から電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から前記電池に電力が供給される電力システム。
 10  電池
 11A  正極リード
 11B  負極リード
 12A、12B  密着フィルム
 20  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  保護テープ
 30  外装材
 31A、31B、31C  シール部
 32  収容部
 33A  金属層
 33B、33C  樹脂層
 34  光透過部
 34A、34B  窓部
 35A、35B、37A、37B、38A、38B、39A、39B  貫通孔部
 101、320  赤外分光光度計
 102  解析部
 103  表示装置
 104  音声出力部
 105  ランプ
 111  光源
 112  分光部
 113  検出部
 300  電池パック
 301  組電池
 311  制御部
 400  電子機器
 301a  二次電池
 7200  ハイブリッド車両
 9003  蓄電装置
 9100  蓄電システム

Claims (20)

  1.  電極体と、
     電解液と、
     前記電極体および前記電解液を収容する外装材と
     を備え、
     前記外装材は、前記電解液の一部を間に挟むように構成された光透過部を有し、
     前記光透過部は、前記電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する電池。
  2.  前記電解液は、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に吸収ピークを有する添加剤を含む請求項1に記載の電池。
  3.  前記電解液は、炭酸エステル、不飽和基を含む化合物およびニトリル化合物のうちの少なくとも1種を含む請求項1に記載の電池。
  4.  前記光透過部は、対向する第1の窓部と第2の窓部とを備える請求項1に記載の電池。
  5.  前記外装材は前記電極体を間に挟むようにして重ね合わされ、かつ重ね合わされた前記外装材の周縁部にシール部が設けられ、
     前記光透過部は、前記電極体と前記シール部との間に設けられている請求項1に記載の電池。
  6.  前記外装材は、ラミネートフィルムである請求項1に記載の電池。
  7.  前記外装材は、
     金属層と、
     前記金属層の第1面に設けられた第1の樹脂層と、
     前記金属層の第2面に設けられた第2の樹脂層と
     を備え、
     前記金属層は、前記光透過部が設けられた部分に孔部を有している請求項1に記載の電池。
  8.  前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層はそれぞれ独立して、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルおよびエチレン酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも1種を含む請求項7に記載の電池。
  9.  前記外装材は、孔部を有し、
     前記光透過部は、前記孔部を塞ぐフィルムを備える請求項1に記載の電池。
  10.  前記フィルムは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルおよびエチレン酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも1種を含む請求項9に記載の電池。
  11.  前記フィルムが、積層フィルムであり、
     前記積層フィルムは、ポリエチレンテレフタレートを含むフィルムを含む請求項9に記載の電池。
  12.  電極体および電解液が外装材に収容された電池の検査方法であって、
     前記電解液の一部を間に挟むように構成された前記外装材の光透過部に赤外光を照射し、前記光透過部を透過した前記赤外光を検出し、
     検出した前記赤外光に基づき、前記電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づき、電池の状態を判定することを含み、
     前記光透過部は、前記電解液の一部が間に挟まれていない状態において、3100cm-1以上3900cm-1以下および2000cm-1以上2500cm-1以下の少なくとも一方の波数範囲に渡って70%以上の光透過率を有する電池の検査方法。
  13.  電極体および電解液が外装材に収容された電池の検査装置であって、
     前記電解液の一部を間に挟むように構成された前記外装材の光透過部に赤外光を照射し、前記光透過部を透過した前記赤外光を検出する光度計と、
     検出した前記赤外光に基づき、前記電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づき、電池の状態を判定する解析部と
     を備える検査装置。
  14.  請求項1に記載の前記電池を備える電池パック。
  15.  前記電解液の一部を間に挟むように構成された前記外装材の前記光透過部に赤外光を照射し、前記光透過部を透過した前記赤外光を検出する光度計と、
     検出した前記赤外光に基づき、前記電解液に含まれる添加剤に固有のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づき、前記電池の充放電を制御する制御部と
     をさらに備える請求項14に記載の電池パック。
  16.  請求項1に記載の前記電池を備え、
     前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
  17.  請求項1に記載の前記電池と、
     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
     を備える電動車両。
  18.  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をさらに備える請求項17に記載の電動車両。
  19.  請求項1に記載の前記電池を備え、
     前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
  20.  請求項1に記載の電池から前記電力の供給を受け、または、発電装置もしくは電力網から前記電池に電力が供給される電力システム。
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