JP4296205B2 - 非水電解質電池、電池パック及び自動車 - Google Patents

Description

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

近年、エレクトロニクス分野における急速な技術発展により、電子機器の小型・軽量化が進んでいる。その結果、電子機器のポータブル化、コードレス化が進行し、その駆動源となる二次電源にも小型、軽量、高パワー密度化が切望されている。このような要望に応えるべく、大出力密度なリチウム二次電池が開発されている。

高出力なリチウム二次電池を作るために、特許文献１にはタブの本数を増やすことなく、電池の抵抗を減少させる手段として、帯状電極の幅方向の一端に無地部を用意し、捲回した後その無地部をまとめて接合する方法が開示されている。また、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも高い電位に平均充放電電位を持つ微小な粒径を持った負極を用いることで、負極導電基板に従来の銅より軽量なアルミニウムを使用して、電池の重量パワー密度の向上をする方法が開示されている（例えば特許文献２）。これら二つの方法を組み合わせた場合、より高重量パワー密度な電池が作製できると考えられる。実際に高パワー密度な電池を量産する場合、電解液は、電極群の側面から注入することとなる。電解液は、正極及び負極の集電体に形成された活物質含有層の表面の空孔から毛細管現象によって内部に浸透するにも拘わらず、電極群の側面には活物質含有層の表面が露出しておらず、電解液保持力のない集電体を伝って電解液の浸透が行われるしかない。これは、電解液の含浸工程の長時間化、冗長化につながる。また、この含浸工程中に電極群に水分が混入すると電池性能に対して大きな影響を与えるため、含浸工程に長時間を要することは、歩留まり低下にもつながる。

負極活物質にアルミニウムのリチウム合金化電位よりも平均作動電位が高い物質（例えばチタン酸リチウム、カルコゲナイト系化合物等）を用いた場合、負極活物質にカーボン材料を用いるよりも含浸が劣ることがわかっている。更に、これら負極活物質は、比表面積が大きい方が大電流特性に有利であることがわかっているものの、比表面積を大きくすると、電解液含浸がさらに難しくなり、負極利用率が低く、高い出力を得ることが難しかった。

ところで、特許文献３は、リチウムイオン二次電池の電極シートを捲回する際の巻きシワの発生を防止するために、電極シートの先端を円弧状もしくは山形状にすることを開示している。
特開２００５−９３２４２ 特開２００５−１２３１８３ 特開平９−１６９４５６

本発明は、出力特性に優れた非水電解質電池、電池パック及び自動車を提供することを目的とする。

本発明に係る非水電解質電池は、夫々帯状である正極と負極とがセパレータを介して扁平状に捲回された電極群と、前記電極群に保持される非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、
前記負極は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも幅方向両端部を除いて形成され、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも負極平均作動電位が高くなる負極活物質を含む負極活物質含有層とを含み、
前記負極は、前記負極の長さ方向の一端に、頂点に向かって幅が漸減する先端部を有し、前記先端部は、前記負極活物質含有層の最大幅の１／２に相当する位置に前記頂点が存在し、かつ前記位置に対して対称な形状を有し、
前記負極の前記先端部は、前記正極の巻き始めの部分とこれよりも１周後の正極との間に、前記頂点が前記巻き始めの部分よりも後方に位置するように配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る電池パック及び自動車は、それぞれ、前記非水電解質電池を具備することを特徴とする。

本発明によれば、出力特性に優れた非水電解質電池、電池パック及び自動車を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る非水電解質電池を図１〜図５を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係わる非水電解質電池の分解斜視図である。図２（ａ）が図１の非水電解質電池に用いられる電極群の模式的な平面図で、図２（ｂ）が電極群の模式的な上面図で、図２（ｃ）が電極群における正負極の先端部の位置関係を示す模式図である。図３は、図２（ｂ）に示す電極群の拡大上面図である。図４は、図１の非水電解質電池に用いられる電極群の製造工程を説明するための模式図である。図５（ａ）が図１の非水電解質電池に用いられる正負極の中央部分の平面図で、図５（ｂ）が正負極の中央部分の斜視図である。図６は、図１の非水電解質電池に用いられる電極群をVI−VI線で切断した際に得られる模式的な段面図である。

図１に示すように、非水電解質電池１は、容器２と、容器２内に収納される電極群３と、容器２の開口部を塞ぐ封口板４とを備える。容器２は、有底矩形筒状をなし、例えば金属から形成されている。容器を構成する金属材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどを挙げることができる。容器の板厚は０．５ｍｍ以下にすることが望ましく、さらに好ましい範囲は０．２ｍｍ以下である。

封口板４は、矩形状の金属板で、例えばレーザ溶接により容器２の開口部に取り付けられる。封口板４を形成するための金属材料には、容器２で説明したのと同様なものを挙げることができる。封口板４の中央付近には、注液口５が開口されている。また、封口板４の一方の端部付近（図１の左側）には、正極端子が引き出される正極端子穴６が開口されている。封口板４の他方の端部付近（図１の右側）には、負極端子が引き出される負極端子穴７が開口されている。

電極群３は、図３に示すように、帯状正極８及び帯状負極９をその間にセパレータ１０を介在させて偏平形状に捲回した構造を有する。図２の（ｃ）に示すように、正極８は、正極集電体１１と、正極集電体１１の少なくとも片面（この場合、両面）に幅方向両端部（長辺側両端部）１２ａ，１２ｂを除いて形成された正極活物質含有層１３とを備えている。長辺側端部１２ａの幅（短辺方向の長さ）は、長辺側端部１２ｂの幅（短辺方向の長さ）に比して大きい。正極８は、その長さ方向の一端に、頂点Ｘに向かって幅が漸減する二等辺三角形状の先端部１４、換言すると、正極活物質含有層１３の幅が一方の短辺に向かう方向Ａに減少している二等辺三角形状の先端部１４を有する。正極８の先端部１４の頂点Ｘは、正極活物質含有層１３の最大幅Ｅの１／２に相当する位置（点線Ｌ₁で示す）に存在する。また、正極８の先端部１４の形状は、点線Ｌ₁に対して対称な形状である。先端部１４が非対称の形状を有する、例えば三角形の二辺の長さが異なると、短い方の電解液の侵入の間口が狭いため、そちらの含浸が遅れる。なお、長辺側両端部１２ａ，１２ｂの幅は、先端部１４よりも後方の位置から方向Ａに沿って直線的に減少している。

一方、負極９は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の負極集電体１５と、負極集電体１５の少なくとも片面（この場合、両面）に幅方向両端部（長辺側両端部）１６ａ，１６ｂを除いて形成され、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも負極平均作動電位が高くなる負極活物質を含む負極活物質含有層１７とを備えている。上記負極集電体１５及び負極活物質の使用により、高い重量出力密度が得られる。長辺側端部１６ａの幅（短辺方向の長さ）は、長辺側端部１６ｂの幅（短辺方向の長さ）に比して大きい。負極９は、その長さ方向の一端に、頂点Ｙに向かって幅が漸減する二等辺三角形状の先端部１８、換言すれば、負極活物質含有層１７の幅が一方の短辺に向かう方向Ａに減少している二等辺三角形状の先端部１８を有する。負極９の先端部１８の頂点Ｙは、負極活物質含有層１７の最大幅Ｇの１／２に相当する位置（点線Ｌ₂で示す）に存在する。また、負極９の先端部１８の形状は、点線Ｌ₂に対して対称な形状である。先端部１８が非対称の形状を有する、例えば三角形の二辺の長さが異なると、短い方の電解液の侵入の間口が狭いため、そちらの含浸が進みにくい。なお、長辺側両端部１６ａ，１６ｂの幅は、先端部１８よりも後方の位置から方向Ａに沿って直線的に減少している。

図３に示すように、電極群３の最内周の部分では、二重に重ねられたセパレータ１０が数周捲回されている。負極９の先端部１８の頂点Ｙは、正極８の先端部１４の頂点Ｘ（巻き始めの部分）よりも後方に位置している。また、負極９の先端部１８の頂点Ｙは、正極８の先端部１４とこれよりも１周後の正極８との間に位置している。さらに、負極９の先端部１８は、正極８の最初の折り曲げ部１９よりも先行した位置に存在することが望ましい。

電極群３の捲回方法の一例を図４を参照して説明する。なお、図４では、正極と負極の位置関係をわかりやすくするため、敢えてセパレータを省略している。まず、図４（ａ）に示すように、正極８及び負極９を、正極８の先端部１４の頂点Ｘが負極９の先端部１８の頂点Ｙよりも先行するように配置する。次いで、図４（ｂ）に示すように、正極８の長辺側端部１２ａを負極９及びセパレータよりも外側（図４では上方）にずらし、負極９の長辺側端部１６ａを正極８及びセパレータよりも反対の外側（図４では下方）にずらす。これを扁平形状の巻き芯２０を用い、図４（ｃ）、（ｄ），（ｅ）に示すように扁平形状に捲回する。

得られた電極群３から巻き芯２０を引き抜いた後、加熱プレスを施しても良い。また、接着性を有する高分子を用いることにより正極８、負極９及びセパレータ１０を一体化させることも可能である。

正極８の長辺側端部１２ａは、図１に示すように、電極群３の一方側（図１の左側）の端面において負極９及びセパレータ１０よりも突出している。正極リード２１は、電極群３の一方側の端面上の長辺側端部１２ａに溶接されている。正極端子としての正極タブ２２は、一方の端部が正極リード２１に溶接されており、他方の端部が封口板４の正極端子穴６を通して外部に引き出されている。負極９の長辺側端部１６ａは、図１に示すように、電極群３の他方側（図１の右側）の端面において正極８及びセパレータ１０よりも突出している。負極リード２３は、電極群３の他方側の端面上の長辺側端部１６ａに溶接されている。負極端子としての負極タブ２４は、一方の端部が負極リード２３に溶接されており、他方の端部が封口板４の負極端子穴７を通して外部に引き出されている。正極タブ２２が通る正極端子穴６は樹脂ハーメチックによって封口がなされており、電池内と電池外の機密性が保たれている。この樹脂ハーメチック構造により正極タブ２２と封口体４は電気的に絶縁がなされている。負極タブ２４及び負極端子穴７に関しても樹脂ハーメチック構造により、封口と絶縁がなされている。

正極リード２１及び正極タブ２２は、リチウムイオン金属に対する電位が３Ｖ以上５Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料が好ましい。一方、負極リード２３及び負極タブ２４は、リチウムイオン金属に対する電位が０．４Ｖ以上３Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料が好ましい。

例えば非水電解液のような液状の非水電解質（図示しない）は、電極群３に保持されている。

以上説明した構成の非水電解質電池では、前述した図１に示す通りに、非水電解液が注液口５を通して電極群３に供給されるため、非水電解液は電極群３の最外周面を伝って電極群３の端面に拡散し、電極群３の端面（電極群３の捲回軸方向の両側）から電極群３の内部に浸透してゆく経路が最も早い。しかしながら、この端面には、電解液がほとんど浸透しない正極集電体と負極集電体が突出している。また、電池全体の重量出力密度を向上させるためには、負極活物質にアルミニウムのリチウム合金化電位よりも負極平均作動電位が高くなる物質を用い、この負極活物質の比表面積を１〜１０ｍ²／ｇにし、かつアルミニウムまたはアルミニウム合金製の負極集電体を用い、さらに負極の活物質含有層の厚さを正極の活物質含有層の厚さに比して厚くすることが好ましい。しかしながら、このような構成を有する負極は、電解液の含浸性に劣る。

上記先端部１８を有する負極９を上述したように電極群３の中心付近に配置することにより、電極群３の中心付近に空間が設けられるため、電極群３の中心付近への電解液の浸透を促すことができる。また、この先端部１８は、頂点Ｙが負極活物質含有層１７の最大幅Ｇの１／２に相当する位置Ｌ₂に存在し、かつこの位置Ｌ₂に対して対称な形状を有しているため、電解液が早く、かつ均一に拡散される。以上のことから、負極に電解液を十分に含浸させることができるため、抵抗を低くすることができ、高出力密度の非水電解質電池が実現される。

正極８についても先端部１４を有することにより、高い体積容量密度を得ることができる。また、電極群３の中心付近に十分な空間が設けられるため、電極群３の中心付近への電解液の浸透をさらに促す効果を期待できる。また、この先端部１４は、頂点Ｘが正極活物質含有層１３の最大幅Ｅの１／２に相当する位置Ｌ₁に存在し、かつ位置Ｌ₁に対して対称な形状を有しているため、電解液が早く、かつ均一に拡散される。よって、正極８及び負極９に電解液が十分に含浸されるため、非水電解質電池の出力特性のさらなる改善が期待できる。

前述した通りに、負極９の先端部１８が、正極８の先端部１４とこれよりも１周後の正極８との間で、かつ頂点Ｙが正極８の先端部１４の頂点Ｘ（巻き始めの部分）よりも後方に位置するように配置することによって、高い出力を得られる。さらに出力特性を改善するために、正極８の先端部１４を、電極群３の高さＨの端部（捲回軸と平行な端部）から電極群３の厚さＴの１／２以上の距離をもった部分Ｂに配置することが望ましい。ここで、電極群３の高さＨとは、正極集電体１２ａまたは負極集電体１６ａが突出している方向（捲回軸方向）と垂直な方向の長さである。また、電極群３の厚さＴは、電極群３の端面における短辺の長さである。

正極８の先端部１４の少なくとも一部が電極群３の高さＨの端部、もしくはこの端部から電極群３の厚さＴの１／２未満の距離をもった部分に位置すると、電極群３の曲率の大きい部分に正極８の先端部１４と負極９の先端部１８が位置することとなる。その結果、正極８の先端部１４と負極９の先端部１８の間に挟まれたセパレータ１０に強い引っ張り応力が加わるため、セパレータ１０によれが生じ、セパレータ１０に電解液が均等に含浸しなくなる。このため、高い出力特性を得られない恐れがある。

正極８の先端部１４を、電極群３の高さＨの端部から電極群３の厚さＴの１／２以上の距離をもった部分Ｂに配置することによって、セパレータ１０によれが生じなくなり、高い出力特性を得ることができる。この際、正極８の先端部１４の頂点Ｘと負極９の先端部１８の頂点Ｙとの距離Ｃを０．５ｍｍ（０．０５ｃｍ）以上、５０ｍｍ（５ｃｍ）以下にすることが望ましい。距離Ｃを０．５ｍｍ以上にすることにより、電極群３の中心付近に十分な空間を設けることができる。また、距離Ｃを５０ｍｍ以下にすることにより、高いエネルギー密度を得ることができる。

正極８及び負極９は、図５に示すように、短辺方向に沿って切断した際に得られる断面２５が湾曲形状を持つように湾曲していても良い。この場合、図６に示すように、湾曲により張り出した面が電極群３の外周側に位置することが望ましい。このような構成にすると、電極群３に両方の端面から内部に向かう方向に広がった空間２６が設けられるため、電極群３の端面から浸透した電解液の内部への拡散をさらに促すことができる。

正極８及び負極９が湾曲形状を有する場合、正極８の先端部１４の長さＤと正極活物質含有層１３の短辺方向の最大幅Ｅとの比Ｅ：Ｄ＝１：１．００１以上にすることが好ましく、さらに好ましい範囲はＥ：Ｄ＝１：１．００１〜１．００４である。また、負極９の先端部１８の長さＦと負極活物質含有層１８の短辺方向の最大幅Ｇとの比Ｇ：Ｆ＝１：１．００１以上にすることが好ましく、さらに好ましい範囲はＧ：Ｆ＝１：１．００１〜１．００４である。Ｅ：ＤもしくはＧ：Ｆが１：１．００１未満であると、電解液の幅方向への浸透に比べて電解液の侵入口の間口が狭いため、うまく電解液が侵入しない。また、Ｅ：ＤもしくはＧ：Ｆが１：１．００４より大きいと電解液含浸時に脱泡を目的とした減圧を行う際に空隙が大きすぎて時間がかかる。

正極８の長辺側両端部１２ａ，１２ｂそれぞれの幅と、負極９の長辺側両端部１６ａ，１６ｂそれぞれの幅は、１ｍｍ〜４０ｍｍにすることが望ましい。幅が１ｍｍ未満であると、電極の湾曲が保持できず、必要な電解液の侵入経路を電極群内に保持できない。一方、幅が４０ｍｍを超えてしまうと、充放電に寄与しない部分の体積が大きすぎて電池の体積出力密度が低下する恐れがある。

正極８の正極集電体１１の厚さを、正極活物質含有層１３が形成されている部分の厚さが長辺側両端部１２ａ，１２ｂの厚さに対して１．００１〜１．００４倍であることが望ましい。また、負極９の負極集電体１５の厚さを、負極活物質含有層１７が形成されている部分の厚さが長辺側両端部１６ａ，１６ｂの厚さに対して１．００１〜１．００４倍であることが望ましい。厚さ比率を１．００１倍未満にすると、電極の湾曲が足りず、必要な電解液の侵入経路を電極群内に保持できない。一方、厚さ比率が１．００４倍より大きいと電極群が膨らんでしまい、電池の大きさが大きくなり、体積出力密度が低下する。

以下、負極、正極、セパレータ及び非水電解質について説明する。

１）負極
負極集電体にはアルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いることができる。例えば銅を用いると比重の差から電池が重くなるため、好ましくない。また、プレス後の集電体のゆがみが正極のアルミニウム集電体と整合しないため、正極と負極の層間に不要な空隙が生まれ、電解液の含浸を阻害するため、好ましくない。

負極集電体に用いられるアルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。また、負極集電体に用いられるアルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。なお、負極集電体における鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。

負極集電体の厚さは、２０μｍ以下にすることが望ましく、より好ましくは１５μｍ以下である。

アルミニウムのリチウム合金化電位よりも負極平均作動電位が高くなる負極活物質は、正極の巻き始めの短辺（先端部の頂点）を負極の先端部の頂点に先行させることによるリチウムの析出を抑制することができる。このような負極活物質としては、たとえば、硫化鉄、酸化鉄、酸化チタン、チタン酸リチウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化タングステン、酸化モリブデン、硫化チタン、チタン酸リチウムなどを用いることができる。特に、チタン酸リチウムはサイクル特性に優れ、なかでも化学式Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは充放電反応により０≦ｘ≦３の範囲で変化し得る）で表され、スピネル型構造を有するチタン酸リチウムが好ましい。ここで、負極の平均作動電位とは、電池の推奨作動電圧範囲で充放電した際の負極の充放電電位上限と下限で充放電した場合の充放電電力量を充放電電気量で除した値をいう。

負極活物質のＮ₂吸着でのＢＥＴ法による比表面積は、１〜１０ｍ²／ｇであることが好ましい。比表面積が１ｍ²／ｇ未満であると、電極反応に寄与する有効面積が小さく、大電流放電特性が低下する恐れがある。一方、比表面積が１０ｍ²／ｇを超えると、負極と非水電解質との反応量が増えるため、充放電効率の低下や、貯蔵時のガス発生を誘発する恐れがでてくる。

負極活物質含有層は、必要に応じて、導電剤、結着剤を含んでいても良い。

前記導電剤としては、炭素質物が用いられる。また、活物質そのものの導電性が高い場合、導電剤が不要な場合がある。

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

前記負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質７０〜９６重量％、導電剤２〜２８重量％、結着剤２〜２８重量％の範囲にすることが好ましい。導電剤量が２重量％未満であると、集電性が欠如し、大電流特性が低下する。しかしながら、負極活物質の導電性が非常に高い場合、導電剤が不要な場合がある。その場合には配合比は結着剤２〜２９重量％とするのが好ましい。結着剤量が２重量％未満であると、合剤層と集電体の結着性が欠如し、サイクル性能が低下する。一方、高容量化の観点から、導電剤および結着剤量は各々２８重量％以下であることが好ましい。

負極は、負極活物質に導電剤と結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

２）正極
正極集電体は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金から形成される。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。一方、正極集電体における鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。

正極集電体の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。

正極活物質含有層に用いられる正極活物質は、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_xＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄、Ｌｉ_xＣｏＰＯ₄など）、硫酸鉄（Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃）、バナジウム酸化物（例えばＶ₂Ｏ₅）などが挙げられる。なお、x，ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。より好ましい二次電池用の正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これら活物質によると、高い電池電圧が得られるからである。

正極活物質含有層は、必要に応じて、導電剤、結着剤を含むことができる。

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。また、活物質そのものの導電性が高い場合、導電剤が不要な場合がある。

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

前記正極活物質と導電剤と結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜１８重量％、結着剤２〜１７重量％の範囲にすることが好ましい。

３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いる。多孔質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、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。

４）非水電解質
非水電解質には、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される非水電解液を使用することができる。また、非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩も用いることができる。

前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、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］などのリチウム塩が挙げられる。前記電解質は、有機溶媒に対して、０．５〜３ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。特に好ましくは１．５〜３ｍｏｌ／Ｌである。

電解質濃度が高いとイオン拡散速度の点で有利であるが、粘度が上昇するため、電解液の含浸という点で従来問題があった。しかしながら本発明を用いることで、含浸性の向上が望めるため、１．５〜３ｍｏｌ／Ｌの高濃度での仕様が可能となる。非水電解質は、２０℃での粘度が５ｃｐ以上であると、含浸性向上がより顕著に表れる。２０℃での粘度の上限値は、３０ｃｐにすることができる。

前記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。

電解液はγブチロラクトンを少なくとも含むことが望ましい。電解液の蒸気圧が非常に低いため安全性が高いからである。またこの電解液を主成分として用いる場合、粘度が高く電解液の含浸がしづらいことが難点であるが、本発明の方法を用いた場合には含浸が向上するため、非常に好ましい。

常温溶融塩とは、常温において少なくとも一部が液状を呈する塩をいい、常温とは電源が通常作動すると想定される温度範囲をいう。電源が通常作動すると想定される温度範囲とは、上限が１２０℃程度、場合によっては６０℃程度であり、下限は−４０℃程度、場合によっては−２０℃程度である。

常温溶融塩はリチウム塩と有機物カチオンの組み合わせからなる。

溶融塩を含む非水電解質は粘度が高いため、負極への含浸という点で従来問題があった。しかしながら本発明を用いることで、含浸性の向上が望めるため高出力化が可能となる。

リチウム塩としては、リチウム二次電池に一般的に利用されているような、広い電位窓を有するリチウム塩が用いられる。たとえば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂，ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂），ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃などを挙げられるが、これらの限定されるものではない。これらは、単独で用いても、２種類以上を混合して用いても良い。

リチウム塩の含有量は、０．１〜３ｍｏｌ／Ｌであること、特に、１〜２ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。リチウム塩の含有量が０．１ｍｏｌ／Ｌ未満であると、電解質の抵抗が大きく、大電流・低温放電特性が低下し、３．０ｍｏｌ／Ｌを超えると電解質の融点が上昇し、常温で液状を保つのが困難になるためである。

常温溶融塩は、たとえば、式（１）で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンを有するもの、あるいは、式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを有するものである。

但し、式（２）において、Ｒ１，Ｒ２：Ｃ_nＨ_2n+1（ｎ＝１〜６）、Ｒ３：ＨまたはＣ_nＨ_2n+1（ｎ＝１〜６）
なお、これらのカチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、または２種以上混合して用いても良い。

式（１）で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、などのイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオンなどが挙げられる。特に、式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンが好ましい。

なお、テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、アルキルピリジウムイオンとしては、Ｎ−メチルピリジウムイオン、Ｎ−エチルピリジニウムイオン、Ｎ−プロピルピリジニウムイオン、Ｎ−ブチルピリジニウムイオン、１−エチルー２メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−４−メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−２，４ジメチルピリジニウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−ブチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられ、トリアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

なお、前述した図１〜図６では、金属製の容器を用いる例を説明したが、外装部材としては、ラミネートフィルム製容器を用いることができる。ラミネートフィルムには、アルミニウムのような金属箔に樹脂フィルムで被覆された多層フィルムを使用することが好ましい。樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子を用いることができる。ラミネートフィルムの厚さは０．２ｍｍ以下にすることができる。

前述した図１〜図６では、正負極８，９の先端部１４，１８の形状を二等辺三角形状にしたが、先端部１４，１８の頂点が活物質含有層１３，１７の短辺方向の最大幅Ｅ，Ｇの１／２に相当する位置に存在し、かつこの位置に対して線対称になる形状であれば、特に限定されるものではない。図７に例示されるように先端部１４，１８を半円形状にしても良い。あるいは、図８に例示されるように、先端部１４，２０が半円形状となるように集電体も含めて曲線状に加工することも可能である。

第１の実施形態に係る非水電解質電池の充放電システムへの適用としては、電気自動車の駆動モータをドライブする制御システムの電源としての使用を挙げることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施形態に係る電池パックは、第１の実施形態に係る非水電解質電池を備える。非水電解質電池の数は複数にすることができる。第１の実施形態に係る非水電解質電池を単電池とし、単電池を電気的に直列もしくは並列に接続し、組電池を構成することが望ましい。

第１の実施の形態に係る非水電解質電池は組電池として使用するのに適しており、第２の実施の形態に係る電池パックは、出力特性及びサイクル特性に優れる。このことについて、説明する。

負極において非水電解質の含浸性が向上すると、負極に過電圧がかかり難くなる、すなわち、局所的な過充電・過放電が起こり難くなるため、活物質の利用率を均等にすることができる。このことによって、電池の容量個体差やインピーダンスの個体差を極めて小さくすることが可能となる。その結果、例えば、直列接続の組電池において、電池容量の個体差にともなう満充電時の電池電圧ばらつきを減少できる。このため、第２の実施の形態に係る電池パックは、出力特性に優れ、かつサイクル特性を向上できる。

図９の電池パックにおける単電池１は、例えば、図１に示す扁平型非水電解質電池１から構成されているが、特に限定されるものではない。複数の単電池１は、正極端子２４と負極端子２６が引き出されている向きを揃えて積層されている。図１０に示すように、単電池１は、直列に接続されて組電池３１をなしている。組電池３１は、図９に示すように、粘着テープ３２によって一体化されている。

正極端子２４および負極端子２６が突出する側面に対しては、プリント配線基板３３が配置されている。プリント配線基板３３には、図１０に示すように、サーミスタ３４、保護回路３５および外部機器への通電用の端子３６が搭載されている。

図９及び図１０に示すように、組電池３１の正極側配線３７は、プリント配線基板３３の保護回路３５の正極側コネクタ３８に電気的に接続されている。組電池３１の負極側配線３９は、プリント配線基板３３の保護回路３５の負極側コネクタ４０に電気的に接続されている。

サーミスタ３４は、単電池１の温度を検知するためのもので、検知信号は保護回路３５に送信される。保護回路３５は、所定の条件で保護回路と外部機器への通電用端子との間のプラス側配線４１及びマイナス側配線４２を遮断できる。所定の条件とは、例えば、サーミスタの検出温度が所定温度以上になったとき、単電池１の過充電、過放電、過電流等を検知したとき等である。この検知方法は、個々の単電池１もしくは単電池１全体について行われる。個々の単電池１を検知する場合、電池電圧を検知してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検知してもよい。後者の場合、個々の単電池１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図１０の場合、単電池１それぞれに電圧検知のための配線４３を接続し、これら配線４３を通して検知信号が保護回路３５に送信される。

組電池３１について、正極端子２４および負極端子２６が突出する側面以外の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート４４が配置される。正極端子２４および負極端子２６が突出する側面とプリント配線基板３３との間には、ゴムもしくは樹脂からなるブロック状の保護ブロック４５が配置される。

この組電池３１は、各保護シート４４、保護ブロック４５およびプリント配線基板３３と共に収納容器４６に収納される。すなわち、収納容器４６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４４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３３が配置される。組電池３１は、保護シート４４及びプリント配線基板３３で囲まれた空間内に位置する。収納容器４６の上面には、蓋４７が取り付けられる。

なお、組電池３１の固定には、粘着テープ３２に代えて、熱収縮テープを用いても良い。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮チューブを周回させた後、該熱収縮チューブを熱収縮させて組電池を結束させる。

なお、図９，１０に示した単電池１は直列に接続されているが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても良い。無論、組み上がった電池パックを直列、並列に接続することもできる。

また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。

第２の実施の形態の電池パックの用途としては、大電流でのサイクル性能が望まれるものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。特に、車載用が好適である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る自動車は、第２の実施形態に係る電池パックを備えているため、駆動源の特性維持に優れる。ここでいう自動車としては、二輪〜四輪のハイブリッド電気自動車、二輪〜四輪の電気自動車、アシスト自転車などが挙げられる。

図１１〜１３は、内燃機関と電池駆動の電動機とを組み合わせて走行動力源としたハイブリッドタイプの自動車を示している。ハイブリッド自動車は、内燃機関と電動機の組み合わせ方によって、大きく3つに分類することができる。

図１１には、一般にシリーズハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５０が示されている。内燃機関５１の動力を一旦すべて発電機５２で電力に変換し、この電力をインバータ５３を通じて電池パック５４に蓄える。電池パック５４には本発明の第２の実施形態に係る電池パックが使用される。電池パック５４の電力はインバータ５３を通じて電動機５５に供給され、電動機５５により車輪５６が駆動する。電気自動車に発電機が複合されたようなシステムである。内燃機関は高効率な条件で運転でき、電力回生も可能である。その反面、車輪の駆動は電動機のみによって行われるため、高出力な電動機が必要となる。また、電池パックも比較的大容量のものが必要となる。電池パックの定格容量は、５〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１０〜２０Ａｈである。ここで、定格容量とは、０．２Ｃレートで放電した時の容量を意味する。

図１２には、パラレルハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車５７が示されている。付番５８は、発電機を兼ねた電動機を示す。内燃機関５１は主に車輪５６を駆動し、場合によりその動力の一部を発電機５８で電力に変換し、その電力で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機５８により駆動力を補助する。通常の自動車がベースになっており、内燃機関５１の負荷変動を少なくして高効率化を図り、電力回生なども合わせて行うシステムである。車輪５６の駆動は主に内燃機関５１によって行うため、電動機５８の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機５８及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。

図１３には、シリーズ・パラレルハイブリッド車と呼ばれるハイブリッド自動車５９が示されている。シリーズとパラレルの両方を組み合わせた方式である。動力分割機構６０は、内燃機関５１の出力を、発電用と車輪駆動用とに分割する。パラレル方式よりもきめ細かくエンジンの負荷制御を行い、エネルギー効率を高めることができる。

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

上述した図１１〜図１３に示すようなハイブリッド自動車に搭載される電池パックの公称電圧は、２００〜６００Ｖの範囲にすることが望ましい。

電池パック５４は、一般に外気温度変化の影響を受けにくく、衝突時などに衝撃を受けにくい場所に配置されるのが好ましい。例えば図１４に示すようなセダンタイプの自動車では、後部座席６１後方のトランクルーム６２内などに配置することができる。また、座席６１の下や後ろに配置することができる。電池重量が大きい場合には、車両全体を低重心化するため、座席の下や床下などに配置するのが好ましい。

電気自動車（EV）は、自動車外部から電力を供給して充電された電池パックに蓄えられたエネルギーで走行する。走行時の動力はすべて電動機であるため、高出力の電動機が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、非常に大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１００〜５００Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は２００〜４００Ａｈである。

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

図１５には、ハイブリッドバイク６３の一例を示す。二輪車の場合においても、ハイブリッド自動車と同様に、内燃機関６４、電動機６５、電池パック５４を備えたエネルギー効率の高いハイブリッドバイクを構成することができる。内燃機関６４は主に車輪６６を駆動し、場合によりその動力の一部で電池パック５４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には電動機６５により駆動力を補助する。車輪６６の駆動は主に内燃機関６４によって行うため、電動機６５の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな電動機６５及び電池パック５４を用いてもシステムを構成することができる。電池パックの定格容量は、１〜２０Ａｈの範囲にすることができる。より好ましい範囲は３〜１０Ａｈである。

図１６には、電動バイク６７の一例を示す。電動バイク６７は、外部から電力を供給して充電された電池パック５４に蓄えられたエネルギーで走行する。走行時の動力はすべて電動機６５であるため、高出力の電動機６５が必要である。一般には一回の走行に必要なすべてのエネルギーを一度の充電で電池パックに蓄えて走行する必要があるため、比較的大きな容量の電池が必要である。電池パックの定格容量は、１０〜５０Ａｈの範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲は１５〜３０Ａｈである。

（第４の実施形態）
図１７及び図１８には、第４の実施形態に係る充電式掃除機の一例を示す。充電式掃除機は、運転モードを選ぶ操作部７５、集塵するための吸引力を生み出すファンモータ等で構成された電動送風装置７４および制御回路７３を備える。これらを駆動する電源として第２の実施形態に係る電池パック７２が掃除機の筐体７０内に収容されている。このような可搬式装置に電池パックを収容する場合、振動による影響を避けるため緩衝材を介して電池パックを固定することが望ましい。また、電池パックを適正な温度に維持するために、周知の技術を適用することができる。置き台兼用の充電器７１は、充電器機能の一部または全部が筐体７０内に収容されていても構わない。

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

以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、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）
負極は以下のように作製した。

負極活物質として、Ｎ₂吸着でのＢＥＴ法による比表面積が３ｍ²／ｇで、スピネル構造を有し、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂（Li_4/3Ti_5/3O_12/3）で表されるチタン酸リチウム粒子を用意した。この負極活物質と、導電剤として、平均粒径１．１２μｍ、比表面積８２ｍ²／ｇのコークスと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９０：５：５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さが１５μｍのアルミニウム箔に幅方向両端部（長辺側両端部）を除いて塗布し、乾燥した後、プレスすることにより、厚さ４０μｍで、長さ４０ｃｍの帯状負極を作製した。

スラリーが塗布されていない幅方向両端部（長辺側両端部）の幅は、一方を１７ｍｍとし、他方を２ｍｍとした。負極活物質含有層の最大幅（塗布幅）Ｇは５ｃｍとした。また、負極集電体の負極活物質含有層が形成されている部分の厚さに対する幅方向両端部（長辺側両端部）の厚さ比（負極集電体厚さ比）をＳＥＭ観察にて行ったところ、１．００１倍の厚さであった。負極は、短辺方向に沿って切断した際に得られる断面が湾曲形状を持つように湾曲していた。

負極の一方の短辺側を裁断し、前述した図２に示す二等辺三角形状の先端部を形成した。先端部の長さＦを５．００５ｃｍとした。

なお、下記に説明する方法で測定した負極の平均作動電位は、１．５５Ｖで、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも高かった。

正極は以下のように作製した。

正極活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）粉末９０重量％、アセチレンブラック３重量％、グラファイト３重量％及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に幅方向両端部（長辺側両端部）を除いて塗布し後、乾燥し、プレスすることにより、厚さが３４μｍで、長さが５０ｃｍの帯状正極を作製した。得られた正極の正極活物質含有層の厚さは、負極活物質含有層の厚さに比して薄い。

スラリーが塗布されていない幅方向両端部（長辺側両端部）の幅は、一方が１５ｍｍで、他方が２ｍｍであった。正極活物質含有層の最大幅（塗布幅）Ｅは５ｃｍとした。また、正極集電体の正極活物質含有層が形成されている部分の厚さに対する幅方向両端部（長辺側両端部）の厚さ比（正極集電体厚さ比）をＳＥＭ観察にて行ったところ、１．００３倍の厚さであった。正極は、短辺方向に沿って切断した際に得られる断面が湾曲形状を持つように湾曲していた。

正極の一方の短辺側を裁断し、前述した図２に示す二等辺三角形状の先端部を形成した。先端部の長さＦを５．０１２５ｃｍとした。

正極、厚さ２５μｍのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極、セパレータの順番に積層した後、正極及び負極の湾曲により張り出した面が外周側に位置し、
かつ負極の先端部が正極の先端部とこれより１周後の正極との間に位置し、正極の先端部の頂点が負極の先端部の頂点よりも先行するように渦巻き状に捲回した。これを９０℃で加熱プレスすることにより、前述した図３に示す構造を有し、幅が７２ｍｍで、厚さＴが１．５ｍｍ、高さＨが８ｃｍの偏平状電極群を作製した。電極群高さＨの端部から正極先端部の頂点までの距離は１ｃｍであり、電極群の厚さＴの１／２（０．７５ｍｍ）よりも大きかった。これは、正極の先端部が、電極群高さＨの端部から電極群厚さＴの１／２以上の距離をもった部分Ｂに配置されていることを意味している。さらに、正極の先端部の頂点と負極の先端部の頂点との距離Ｃは５ｍｍ（０．５ｃｍ）であった。よって、負極の先端部は、正極が最初に折れ曲がる部分よりも先行していた。

得られた電極群をアルミニウム含有のラミネートフィルム製容器に収納し、注液口以外を封止した。次いで、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）に２ＭのＬｉＢＦ₄を溶解したものを電解液として用意した。電解液の２０℃での粘度は１０ｃｐであった。この電解液をアルゴンボックス内で注液し、１Torr.までの減圧脱気を５分間かけて行う操作を１０回繰り返した後、注液口を封止して試験に供した。

試験は２通りの方法で行った。

２種類の実験用の電池を用意した。

一方は電解液の含浸工程後に開封してセパレータの電解液含浸度を確認するのに用いた。セパレータは電解液が含浸すると輝度が変わるため、輝度が低い部分の画像解析によって全体に対しての面積比を測定し、これを含浸度とした。

もう一方は上記の電池を１０個作り２．８Ｖで０．２Ｃ１２時間の初充電後、満充電から１Ｃ、１０Ｃ，２０Ｃ、３０Ｃと放電を行った場合のそれぞれについての１０秒後の電圧から外挿して、１０秒間電圧２Ｖを維持できる電流を求めた。この電流値を電池重量で割った値を表１に記載した。

これらの結果を下記表１に示す。

（実施例２〜７，１１）
負極集電体の長辺側両端部の幅、負極集電体厚さ比、負極活物質含有層の短辺方向の最大幅Ｇ、負極の先端部の長さＦ、電極群高さＨの端部と正極先端部の頂点との距離、正極先端部の頂点と負極先端部の頂点との距離Ｃを下記表１，２に示すように設定すること以外は、前述した実施例１と同様にして電池を作製し、試験も同様に行った。

（実施例８）
負極活物質として、Ｎ₂吸着でのＢＥＴ法による比表面積が３ｍ²／ｇで、ラムスデライト構造を有し、Ｌｉ₂Ｔｉ₃Ｏ₇で表されるチタン酸リチウム粒子を用いること以外は、前述した実施例１と同様にして電池を作製し、試験も同様に行った。なお、負極の平均作動電位は、１．６Ｖで、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも高かった。

（実施例９）
負極活物質として、Ｎ₂吸着でのＢＥＴ法による比表面積が２ｍ²／ｇで、ＦｅＳで表される硫化鉄粒子を用いること以外は、前述した実施例１と同様にして電池を作製し、試験も同様に行った。なお、負極の平均作動電位は、１．４Ｖで、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも高かった。

（実施例１０）
非水電解質に溶融塩である１Ｍ濃度のＬｉＢＦ₄を含むＥＭＩ・ＢＦ₄を用いた以外は実施例１と同様に電池を作製し、試験も同様に行った。なお、非水電解質の２０℃での粘度は３０ｃｐであった。

（比較例１）
負極の先端部の頂点を正極の先端部の頂点よりも先行させ、また、負極集電体の長辺側両端部の幅、負極集電体厚さ比、負極活物質含有層の短辺方向の最大幅Ｇ、負極の先端部の長さＦを下記表１，２に示すように設定すること以外は、前述した実施例１と同様にして電池を作製し、試験も同様に行った。なお、電極群高さＨの端部と負極先端部の頂点との距離は３ｃｍにし、正極先端部の頂点と負極先端部の頂点との距離は１０ｍｍにした。

（比較例２）
負極集電体として銅箔を用いることと、負極集電体厚さ比を下記表２に示すように設定すること以外は、比較例１と同様に電池を作製し、試験も同様に行った。

（比較例３）
正極８の先端部１４の形状と負極９の先端部１８の形状を、図１９に例示されるように、正負極の活物質含有層１３，１７の短辺方向の最大幅の１／２に相当する位置（直線Ｌで示す）を境にして二つの二等辺三角形が並んでいる形状にすることを除いて、実施例１とほぼ同様の構成の電池を作成した場合、捲回時によれが発生し、これによりコイル作成後のプレス時にセパレータに穴が開いてショートが発生したため、電池作製が不可能となった。比較例３で用いた正負極８，９の先端部１４，１８の形状は、位置Ｌに対して線対称な形状であるものの、位置Ｌ上にない頂点Ｚが２つ存在する先割れ形状であり、先端部１４，１８の強度が不足したためと推測される。

表１及び表２から明らかな通りに、実施例１〜１１の電池は、セパレータの電解液含浸度が比較例１，２よりも高く、出力特性も優れていた。実施例１〜４を比較することにより、電極群の高さＨの端部（捲回軸と平行な端部）から正極先端部の頂点までの距離が、電極群高さＨの１／２以下である実施例１〜３において、高出力が得られることがわかる。また、実施例８，９，１０の結果から、負極活物質の種類を変更したり、溶融塩を含む非水電解質を使用しても、実施例１と同様な効果を得られることを確認することができた。

一方、負極の先端部を正極の先端部より先行させた比較例１、負極集電体にＣｕ箔を使用した比較例２では、セパレータの電解液含浸度が低いだけでなく、出力特性も劣ったものとなった。

実施例で用いた負極の平均作動電位の測定は以下に説明する方法で行った。

負極を２ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り出し、作用極とした。作用極と２．２ｃｍ×２．２ｃｍのリチウム金属箔からなる対極とをグラスフィルター（セパレータ）を介して対向させ、作用極と対極とに触れぬようにリチウム金属を参照極として挿入した。これら電極を３極式ガラスセルに入れ、作用極、対極、参照極の夫々をガラスセルの端子に接続し、電解液（エチレンカーボネートとγ-ブチロラクトンを１：２の体積比で混合した溶媒に１．５Ｍ／Ｌの四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）を溶解させた電解液）を２５ｍＬ注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態にし、ガラス容器を密閉した。作製したガラスセルを２５℃の恒温槽内に配置し、０．１ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で充電を０．５Vまで行い、その後２Vまで放電した際の放電電力量を放電電気量で除した値を平均作動電位とした。

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

第１の実施形態に係わる非水電解質電池の分解斜視図。 図１の非水電解質電池に用いられる電極群の構造を説明するための模式図。 図２に示す電極群の拡大上面図。 図１の非水電解質電池に用いられる電極群の製造工程を説明するための模式図。 図１の非水電解質電池に用いられる正負極の形状を説明するための模式図。 図１の非水電解質電池に用いられる電極群をVI−VI線で切断した際に得られる模式的な段面図。 図１の非水電解質電池に用いられる正負極の先端部形状の別な例を示す平面図。 図１の非水電解質電池に用いられる正負極の先端部形状のさらに別な例を示す平面図。 第２の実施形態に係る電池パックの分解斜視図。 図９の電池パックの電気回路を示すブロック図。 第３の実施形態に係るシリーズハイブリッド自動車を示す模式図。 第３の実施形態に係るパラレルハイブリッド自動車を示す模式図。 第３の実施形態に係るシリーズ・パラレルハイブリッド自動車を示す模式図。 第３の実施形態に係る自動車を示す模式図。 第３の実施形態に係るハイブリッドバイクを示す模式図。 第３の実施形態に係る電動バイクを示す模式図。 第４の実施形態に係る充電式掃除機を示す模式図。 図１７の充電式掃除機の構成図。 比較例３の非水電解質電池に用いられる正負極の先端部形状を示す平面図。

符号の説明

１…非水電解質電池（単電池）、２…容器、３…電極群、４…封口板、５…注液口、６…正極端子引き出し穴、７…負極端子引き出し穴、８…正極、９…負極、１０…セパレータ、１１…正極集電体、１２ａ，１２ｂ…正極集電体の長辺側両端部、１３…正極活物質含有層、１４…正極先端部、１５…負極集電体、１６ａ，１６ｂ…負極集電体の長辺側両端部、１７…負極活物質含有層、１８…負極先端部、１９…正極の最初の折れ曲がり部、２０…巻き芯、２１…正極リード、２２…正極タブ、２３…負極リード、２４…負極タブ、３１…組電池、３２…粘着テープ、３３…プリント配線基板、３４…サーミスタ、３５…保護回路、３６…通電用端子、３７…正極側配線、３８…正極側コネクタ、３９…負極側配線、４０…負極側コネクタ、４１，４２，４３…配線、４４…保護ブロック、４６…収納容器、４７…蓋、５０，５７，５９…ハイブリッド自動車、５１，６４…内燃機関、５２…発電機、５３…インバータ、５４…電池パック、５５，６５…電動機、５６，６６…車輪、５８…発電機を兼ねた電動機、６０…動力分割機構、６１…後部座席、６２…トランクルーム、６３…ハイブリッドバイク、６７…電動バイク、７０…筐体、７１…置き台を兼ねた充電器、７２…電池パック、７３…制御回路、７４…電動送風装置、７５…操作部。

Claims (7)

1. 夫々帯状である正極と負極とがセパレータを介して扁平状に捲回された電極群と、前記電極群に保持される非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、
   前記負極は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも幅方向両端部を除いて形成され、アルミニウムのリチウム合金化電位よりも負極平均作動電位が高くなる負極活物質を含む負極活物質含有層とを含み、
   前記負極は、前記負極の長さ方向の一端に、頂点に向かって幅が漸減する先端部を有し、前記先端部は、前記負極活物質含有層の最大幅の１／２に相当する位置に前記頂点が存在し、かつ前記位置に対して対称な形状を有し、
   前記負極の前記先端部は、前記正極の巻き始めの部分とこれよりも１周後の正極との間に、前記頂点が前記巻き始めの部分よりも後方に位置するように配置されていることを特徴とする非水電解質電池。
2. 前記正極は、前記正極の長さ方向の一端に、頂点に向かって幅が漸減する先端部を有し、前記先端部は、前記正極活物質含有層の最大幅の１／２に相当する位置に前記頂点が存在し、かつ前記位置に対して対称な形状を有し、
   前記負極の前記先端部は、前記正極の前記先端部とこれよりも１周後の前記正極との間に、前記負極の前記先端部の前記頂点が前記正極の前記先端部の前記頂点よりも後方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
3. 前記正極の前記先端部は、前記電極群の捲回軸と平行な端部から前記電極群の厚さの１／２以上の距離を有する部分に配置され、前記正極の前記先端部の前記頂点と前記負極の前記先端部の前記頂点との距離は、０．５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の非水電解質電池。
4. 前記負極活物質の比表面積は、１ｍ²／ｇ以上、１０ｍ²／ｇ以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の非水電解質電池。
5. 前記非水電解質は、２０℃での粘度が５ｃｐ以上であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質電池。
6. 請求項１〜５いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とする電池パック。
7. 請求項１〜５いずれか１項記載の非水電解質電池を具備することを特徴とする自動車。

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