JP3242878B2 - リチウム二次電池 - Google Patents
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49108—Electric battery cell making
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、極めて優れた安
全性を有し、かつ高エネルギー密度を有する、特に電気
自動車のモータ駆動用として好適に用いられるリチウム
二次電池に関する。
全性を有し、かつ高エネルギー密度を有する、特に電気
自動車のモータ駆動用として好適に用いられるリチウム
二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、環境保護運動の高まりを背景と
して、二酸化炭素排出規制が切に望まれる中、自動車業
界ではガソリン車等の化石燃料を使用する自動車に替え
て、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（Ｈ
ＥＶ）の導入を促進すべく、ＥＶ実用化の鍵を握るモー
タ駆動用電池の開発が鋭意行われている。
して、二酸化炭素排出規制が切に望まれる中、自動車業
界ではガソリン車等の化石燃料を使用する自動車に替え
て、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（Ｈ
ＥＶ）の導入を促進すべく、ＥＶ実用化の鍵を握るモー
タ駆動用電池の開発が鋭意行われている。
【０００３】 このＥＶ、ＨＥＶ用電池として、近年、
エネルギー密度の大きいリチウム二次電池が注目を集め
ており、これにより、従来の鉛蓄電池やニッケル水素電
池を使用した場合に比べて、一充電当たりの走行距離を
長くすることができる。
エネルギー密度の大きいリチウム二次電池が注目を集め
ており、これにより、従来の鉛蓄電池やニッケル水素電
池を使用した場合に比べて、一充電当たりの走行距離を
長くすることができる。
【０００４】 リチウム二次電池は、正極活物質にリチ
ウム化合物を用い、負極活物質には種々の炭素質材料を
使用し、また、電解液には有機溶媒にリチウムイオン電
解質を溶解したものを用いて構成され、充電時には正極
活物質中のリチウムイオンが電解液中を、正極活物質か
ら負極活物質へと、正極活物質と負極活物質とを隔離す
る多孔性のセパレータを透過して移動し、放電時には逆
に負極活物質に捕捉されていたリチウムがイオンとなっ
て正極活物質へ移動することで、充放電が行われる。
ウム化合物を用い、負極活物質には種々の炭素質材料を
使用し、また、電解液には有機溶媒にリチウムイオン電
解質を溶解したものを用いて構成され、充電時には正極
活物質中のリチウムイオンが電解液中を、正極活物質か
ら負極活物質へと、正極活物質と負極活物質とを隔離す
る多孔性のセパレータを透過して移動し、放電時には逆
に負極活物質に捕捉されていたリチウムがイオンとなっ
て正極活物質へ移動することで、充放電が行われる。
【０００５】 ここで、リチウム二次電池は従来の二次
電池と比較して大きなエネルギー密度を有することか
ら、その安全性についても厳しいガイドラインが設けら
れている。たとえば、社団法人日本蓄電池工業会による
「リチウム二次電池安全評価基準ガイドライン（通称、
ＳＢＡガイドライン）」には、リチウム二次電池には、
外部短絡や釘差し試験等による内部短絡により、完全充
電された全エネルギーが瞬時に放出され、電池が発熱し
た場合にも電池の破裂、発火のないことが必要とされる
旨が規定されている。
電池と比較して大きなエネルギー密度を有することか
ら、その安全性についても厳しいガイドラインが設けら
れている。たとえば、社団法人日本蓄電池工業会による
「リチウム二次電池安全評価基準ガイドライン（通称、
ＳＢＡガイドライン）」には、リチウム二次電池には、
外部短絡や釘差し試験等による内部短絡により、完全充
電された全エネルギーが瞬時に放出され、電池が発熱し
た場合にも電池の破裂、発火のないことが必要とされる
旨が規定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 上述した釘差し試験
と同様な内部短絡は、電極活物質の仕込量（充填重量）
が適量に定められていないことによっても生ずる可能性
がある。すなわち、特に充電時の反応に着目すると、正
極活物質中のリチウムイオンが負極活物質に捕捉される
際に、負極活物質が有するリチウム保持能力（リチウム
充放電容量、以下、「充放電容量」という。）を超えて
リチウムイオンが供給されると、負極活物質表面上に金
属リチウムが析出し、この金属リチウムの析出が、デン
ドライト成長を起こして正極活物質と負極活物質とを短
絡させるおそれが生ずる。このデンドライト成長は、特
に初回充電時に起こりやすい。
と同様な内部短絡は、電極活物質の仕込量（充填重量）
が適量に定められていないことによっても生ずる可能性
がある。すなわち、特に充電時の反応に着目すると、正
極活物質中のリチウムイオンが負極活物質に捕捉される
際に、負極活物質が有するリチウム保持能力（リチウム
充放電容量、以下、「充放電容量」という。）を超えて
リチウムイオンが供給されると、負極活物質表面上に金
属リチウムが析出し、この金属リチウムの析出が、デン
ドライト成長を起こして正極活物質と負極活物質とを短
絡させるおそれが生ずる。このデンドライト成長は、特
に初回充電時に起こりやすい。
【０００７】 このデンドライトによる内部短絡が起こ
ると、釘差し試験と同様に、負極活物質に蓄えられたエ
ネルギーが急激に放出され、電池の温度上昇、内圧上昇
を伴い、最悪の場合には電池の破裂や発火が生ずる。Ｅ
Ｖ用等の大容量のリチウム二次電池では蓄えられるエネ
ルギーも大きいことから、このような内部短絡は、大事
故につながりかねない。
ると、釘差し試験と同様に、負極活物質に蓄えられたエ
ネルギーが急激に放出され、電池の温度上昇、内圧上昇
を伴い、最悪の場合には電池の破裂や発火が生ずる。Ｅ
Ｖ用等の大容量のリチウム二次電池では蓄えられるエネ
ルギーも大きいことから、このような内部短絡は、大事
故につながりかねない。
【０００８】 一方、このような金属リチウムのデンド
ライト成長の発生を防止するために、負極活物質の充放
電容量を正極活物質の充放電容量よりも大きくすること
は可能である。しかしながら、極端に不必要な負極活物
質の充填は、電池のエネルギー密度を低下させるため、
好ましくない。
ライト成長の発生を防止するために、負極活物質の充放
電容量を正極活物質の充放電容量よりも大きくすること
は可能である。しかしながら、極端に不必要な負極活物
質の充填は、電池のエネルギー密度を低下させるため、
好ましくない。
【０００９】 したがって、理論的には、負極活物質と
正極活物質の充放電容量を同じくすると、エネルギー密
度を大きくすることができるため、従来の携帯用電子機
器等の小型リチウム二次電池の作製においては、この点
に着目して、正負各電極板の全体的な仕込比を考慮した
設計がなされていた。なお、仕込比とは、正負各電極活
物質の仕込量の比であって、正極活物質の仕込量を負極
活物質の仕込量で除した値と定義する。
正極活物質の充放電容量を同じくすると、エネルギー密
度を大きくすることができるため、従来の携帯用電子機
器等の小型リチウム二次電池の作製においては、この点
に着目して、正負各電極板の全体的な仕込比を考慮した
設計がなされていた。なお、仕込比とは、正負各電極活
物質の仕込量の比であって、正極活物質の仕込量を負極
活物質の仕込量で除した値と定義する。
【００１０】 しかし、このような設計方針に基づい
て、ＥＶ用等の大容量のリチウム二次電池を作製する
と、製品の不良率が高くなる問題が生ずる。この問題に
対して、発明者らは、大容量のリチウム二次電池におい
ては、従来の小型リチウム二次電池と比較して、電極面
積が極端に大きくなることから、正負各電極板が対向す
る充放電領域全体にわたって、リチウム金属のデンドラ
イト成長が起きないように、正負各電極活物質の仕込比
を十分に安全な値に設定しなければならない、と考え
た。
て、ＥＶ用等の大容量のリチウム二次電池を作製する
と、製品の不良率が高くなる問題が生ずる。この問題に
対して、発明者らは、大容量のリチウム二次電池におい
ては、従来の小型リチウム二次電池と比較して、電極面
積が極端に大きくなることから、正負各電極板が対向す
る充放電領域全体にわたって、リチウム金属のデンドラ
イト成長が起きないように、正負各電極活物質の仕込比
を十分に安全な値に設定しなければならない、と考え
た。
【００１１】 つまり、１つの電池内の正負各電極板に
おける正負各電極活物質の仕込比の部分的なばらつき、
すなわち、電極活物質層の厚み斑や充填状態の粗密とい
った正負各電極板における部分的な仕込量のばらつきの
分布、についても考慮する必要があると考えられる。
おける正負各電極活物質の仕込比の部分的なばらつき、
すなわち、電極活物質層の厚み斑や充填状態の粗密とい
った正負各電極板における部分的な仕込量のばらつきの
分布、についても考慮する必要があると考えられる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】 本発明は、上述した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、すなわ
ち、本発明によれば、正極板と負極板とを多孔性ポリマ
ーからなるセパレータを介して当該正極板と当該負極板
とが直接に接触しないように捲回または積層した内部電
極体を電池ケースに収容したリチウム二次電池であっ
て、正極活物質がリチウム遷移金属複合酸化物で、負極
活物質が炭素質材料であり、負極利用率が１００％とな
るときの正負各電極活物質の仕込比の最小値を実験的安
全仕込比Ｘ 3 とし、当該正極板および当該負極板の電極
面積をそれぞれｎ個のエレメントに分割したときの、当
該エレメントにおける当該正負各電極活物質の仕込比の
平均値を平均仕込比Ｘ av とするとともに、当該正負各電
極活物質の仕込比が分散σの正規分布をとるものとし、
かつ、当該エレメントを用いた電池の不良率を当該正規
分布の上側確率Ｑ（ｕ）（但し、ｕ＝（Ｘ 3 −Ｘ av ）／
σ）で表すときに、当該リチウム二次電池の不良率たる
ｎ×Ｑ（ｕ）を１ｐｐｍ以下としたことを特徴とするリ
チウム二次電池、が提供される。
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、すなわ
ち、本発明によれば、正極板と負極板とを多孔性ポリマ
ーからなるセパレータを介して当該正極板と当該負極板
とが直接に接触しないように捲回または積層した内部電
極体を電池ケースに収容したリチウム二次電池であっ
て、正極活物質がリチウム遷移金属複合酸化物で、負極
活物質が炭素質材料であり、負極利用率が１００％とな
るときの正負各電極活物質の仕込比の最小値を実験的安
全仕込比Ｘ 3 とし、当該正極板および当該負極板の電極
面積をそれぞれｎ個のエレメントに分割したときの、当
該エレメントにおける当該正負各電極活物質の仕込比の
平均値を平均仕込比Ｘ av とするとともに、当該正負各電
極活物質の仕込比が分散σの正規分布をとるものとし、
かつ、当該エレメントを用いた電池の不良率を当該正規
分布の上側確率Ｑ（ｕ）（但し、ｕ＝（Ｘ 3 −Ｘ av ）／
σ）で表すときに、当該リチウム二次電池の不良率たる
ｎ×Ｑ（ｕ）を１ｐｐｍ以下としたことを特徴とするリ
チウム二次電池、が提供される。
【００１３】
【００１４】 このような本発明のリチウム二次電池に
おいては、正負各電極活物質の充放電容量が等しくなる
ときの、正負各電極活物質の重量比を理論仕込比Ｘ 1 と
したときに、実験的安全仕込比Ｘ 3 は、理論仕込比Ｘ 1 の
９０％以下であることが好ましく、下限仕込比Ｘ 2 は、
理論仕込比Ｘ 1 の４０％以上であることが好ましい。ま
た、平均仕込比Ｘavと実験的安全仕込比Ｘ3との差は、
分散σの６倍以上であることが好ましく、分散σの６倍
以上２０倍以下であるとさらに好ましい。更に、正負各
電極活物質の充放電容量が等しくなるときの、正負各電
極活物質の重量比を理論仕込比Ｘ1としたときに、平均
仕込比Ｘavと理論仕込比Ｘ1との差は、分散σの１１倍
以上であることが好ましく、分散σの１１倍以上３０倍
以下であると、さらに好ましい。
おいては、正負各電極活物質の充放電容量が等しくなる
ときの、正負各電極活物質の重量比を理論仕込比Ｘ 1 と
したときに、実験的安全仕込比Ｘ 3 は、理論仕込比Ｘ 1 の
９０％以下であることが好ましく、下限仕込比Ｘ 2 は、
理論仕込比Ｘ 1 の４０％以上であることが好ましい。ま
た、平均仕込比Ｘavと実験的安全仕込比Ｘ3との差は、
分散σの６倍以上であることが好ましく、分散σの６倍
以上２０倍以下であるとさらに好ましい。更に、正負各
電極活物質の充放電容量が等しくなるときの、正負各電
極活物質の重量比を理論仕込比Ｘ1としたときに、平均
仕込比Ｘavと理論仕込比Ｘ1との差は、分散σの１１倍
以上であることが好ましく、分散σの１１倍以上３０倍
以下であると、さらに好ましい。
【００１５】 このような本発明のリチウム二次電池
は、電池容量が５Ａｈ以上のものに好適に採用され、電
気自動車用もしくはハイブリッド電気自動車用として好
適に用いられる。
は、電池容量が５Ａｈ以上のものに好適に採用され、電
気自動車用もしくはハイブリッド電気自動車用として好
適に用いられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】 上述の通り、本発明のリチウム
二次電池は、内部電極体における充放電領域全体にわた
って、電極活物質の仕込量、および仕込量の分布のばら
つきが制御されているため、高い安全性を確保しつつ、
高いエネルギー密度を有する。以下、本発明の実施形態
について説明するが、本発明が以下の実施の形態に限定
されるものでないことはいうまでもない。
二次電池は、内部電極体における充放電領域全体にわた
って、電極活物質の仕込量、および仕込量の分布のばら
つきが制御されているため、高い安全性を確保しつつ、
高いエネルギー密度を有する。以下、本発明の実施形態
について説明するが、本発明が以下の実施の形態に限定
されるものでないことはいうまでもない。
【００１７】 本発明におけるリチウム二次電池（以
下、「電池」という。）の内部電極体は、正極板と負極
板とを多孔性ポリマーフィルムからなるセパレータを介
して正極板と負極板とが直接に接触しないように捲回ま
たは積層して構成されている。具体的には、図１に示す
ように、捲回型の内部電極体１は、正極板２と負極板３
とをセパレータ４を介して捲回して作製され、各電極板
２・３にリード線５が設けられる。
下、「電池」という。）の内部電極体は、正極板と負極
板とを多孔性ポリマーフィルムからなるセパレータを介
して正極板と負極板とが直接に接触しないように捲回ま
たは積層して構成されている。具体的には、図１に示す
ように、捲回型の内部電極体１は、正極板２と負極板３
とをセパレータ４を介して捲回して作製され、各電極板
２・３にリード線５が設けられる。
【００１８】 一方、積層型の内部電極体７は、図２に
示すように、正極板８と負極板９とをセパレータ１０を
介しながら交互に積層し、各電極板８・９のそれぞれに
リード線６を接続したものである。このような内部電極
体１・７は、基本的に対向する正極板および負極板から
なる複数の要素電池が並列に接続された構造である。な
お、正極板２・８および負極板３・９は、それぞれ基材
としてのアルミニウム箔、銅箔にそれぞれ電極活物質を
塗布して薄板状に形成される。
示すように、正極板８と負極板９とをセパレータ１０を
介しながら交互に積層し、各電極板８・９のそれぞれに
リード線６を接続したものである。このような内部電極
体１・７は、基本的に対向する正極板および負極板から
なる複数の要素電池が並列に接続された構造である。な
お、正極板２・８および負極板３・９は、それぞれ基材
としてのアルミニウム箔、銅箔にそれぞれ電極活物質を
塗布して薄板状に形成される。
【００１９】 これに対し、図３の断面図に示す積層構
造の内部電極体１９は、板状もしくは箔状の正極基材１
１の一表面上に正極活物質層１４が形成され、一方、負
極基材１２の一表面上には負極活物質層１５が形成され
て、各電極基材１１・１２のそれぞれ電極活物質層が形
成されていない表面どうしを電気的に接続し、かつ、正
極活物質層１４の表面と負極活物質層１５の表面とが互
いにセパレータ１７あるいは固体電解質１８を介して対
向するように複数段に積層して構成されている。この場
合の内部電極体１９は、上述の内部電極体１・７と異な
り、要素電池が直列に接続された構成となる。
造の内部電極体１９は、板状もしくは箔状の正極基材１
１の一表面上に正極活物質層１４が形成され、一方、負
極基材１２の一表面上には負極活物質層１５が形成され
て、各電極基材１１・１２のそれぞれ電極活物質層が形
成されていない表面どうしを電気的に接続し、かつ、正
極活物質層１４の表面と負極活物質層１５の表面とが互
いにセパレータ１７あるいは固体電解質１８を介して対
向するように複数段に積層して構成されている。この場
合の内部電極体１９は、上述の内部電極体１・７と異な
り、要素電池が直列に接続された構成となる。
【００２０】 上記いずれの構造を有する電池であって
も、一般的に、正極活物質としては、コバルト酸リチウ
ム（ＬｉＣｏＯ2）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉ
Ｏ2）あるいはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）等
のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。また、こ
れら正極活物質の導電性を向上させるために、アセチレ
ンブラックやグラファイト粉末等のカーボン粉末を電極
活物質に混合することが頻繁に行われる。一方、負極活
物質としては、ソフトカーボンやハードカーボンといっ
たアモルファス系炭素質材料や天然黒鉛等の炭素質粉末
が用いられる。
も、一般的に、正極活物質としては、コバルト酸リチウ
ム（ＬｉＣｏＯ2）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉ
Ｏ2）あるいはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）等
のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。また、こ
れら正極活物質の導電性を向上させるために、アセチレ
ンブラックやグラファイト粉末等のカーボン粉末を電極
活物質に混合することが頻繁に行われる。一方、負極活
物質としては、ソフトカーボンやハードカーボンといっ
たアモルファス系炭素質材料や天然黒鉛等の炭素質粉末
が用いられる。
【００２１】 また、セパレータ４等としては、マイク
ロポアを有するリチウムイオン透過性のポリエチレンフ
ィルムを、多孔性のリチウムイオン透過性のポリプロピ
レンフィルムで挟んだ三層構造としたものが好適に用い
られる。これは、内部電極体の温度が上昇した場合に、
ポリエチレンフィルムが約１３０℃で軟化してマイクロ
ポアが潰れてリチウムイオンの移動、すなわち電池反応
を抑制する安全機構を兼ねたものである。そして、この
ポリエチレンフィルムを、より軟化温度の高いポリプロ
ピレンフィルムで挟持することによって、セパレータ４
等と正負各電極板２・３等との接触・溶着を防止するこ
とができる。
ロポアを有するリチウムイオン透過性のポリエチレンフ
ィルムを、多孔性のリチウムイオン透過性のポリプロピ
レンフィルムで挟んだ三層構造としたものが好適に用い
られる。これは、内部電極体の温度が上昇した場合に、
ポリエチレンフィルムが約１３０℃で軟化してマイクロ
ポアが潰れてリチウムイオンの移動、すなわち電池反応
を抑制する安全機構を兼ねたものである。そして、この
ポリエチレンフィルムを、より軟化温度の高いポリプロ
ピレンフィルムで挟持することによって、セパレータ４
等と正負各電極板２・３等との接触・溶着を防止するこ
とができる。
【００２２】 このような部材を用いた電池の作製に当
たっては、まず最初に、使用する正負各電極活物質のリ
チウム容量がどの程度であるかを知ることが、電池容量
を決定する上で極めて重要である。また、正負各電極板
に形成すべき電極活物質層の単位面積当たりの重量を決
定するためにも、必要である。
たっては、まず最初に、使用する正負各電極活物質のリ
チウム容量がどの程度であるかを知ることが、電池容量
を決定する上で極めて重要である。また、正負各電極板
に形成すべき電極活物質層の単位面積当たりの重量を決
定するためにも、必要である。
【００２３】 そこでまず、正極活物質の単位重量当た
りの初回充電時の容量、すなわち初回充電時のリチウム
イオン離脱量を正極容量（Ｃc）と定義し、また、負極
活物質の単位重量当たりの初回充電時の容量、すなわち
初回充電時のリチウムイオン挿入量を負極容量（Ｃa）
として定義する。したがって、正極容量および負極容量
の単位は、ともに「Ａｈ／ｇ」で表される。そして、こ
の正負各電極容量は、たとえば、それぞれ対極に金属リ
チウムを用いたコインセルを作製して測定することがで
きる。
りの初回充電時の容量、すなわち初回充電時のリチウム
イオン離脱量を正極容量（Ｃc）と定義し、また、負極
活物質の単位重量当たりの初回充電時の容量、すなわち
初回充電時のリチウムイオン挿入量を負極容量（Ｃa）
として定義する。したがって、正極容量および負極容量
の単位は、ともに「Ａｈ／ｇ」で表される。そして、こ
の正負各電極容量は、たとえば、それぞれ対極に金属リ
チウムを用いたコインセルを作製して測定することがで
きる。
【００２４】 具体的には、正極容量は、対極に金属リ
チウムを用いて、電池を使用する場合の充電電圧、たと
えば４．１Ｖ、で定電流−定電圧充電を行い、得られる
初回充電容量として求められる。一方、負極容量は、対
極に金属リチウムを用いて、定電流−定電圧（５ｍＶ）
でリチウムイオンを挿入し、得られる初回充電量として
求められる。なお、ここで、対極に金属リチウムを使用
した場合、負極活物質の容量測定では放電反応となる
が、電池として使用した場合との対応により、充電と表
現する。
チウムを用いて、電池を使用する場合の充電電圧、たと
えば４．１Ｖ、で定電流−定電圧充電を行い、得られる
初回充電容量として求められる。一方、負極容量は、対
極に金属リチウムを用いて、定電流−定電圧（５ｍＶ）
でリチウムイオンを挿入し、得られる初回充電量として
求められる。なお、ここで、対極に金属リチウムを使用
した場合、負極活物質の容量測定では放電反応となる
が、電池として使用した場合との対応により、充電と表
現する。
【００２５】 こうして得られた正極容量と負極容量を
もとに、１つの電池における電池内の正極活物質の仕込
量をＷc（ｇ）とし、負極活物質の仕込量をＷa（ｇ）と
したときに、正極活物質の仕込量を負極活物質の仕込量
で除した比Ｗc／Ｗaを仕込比Ｘと定義し、さらに初回充
電時に、正極全体の容量（単位はＡｈ）と負極全体の容
量（単位はＡｈ）が等しくなる、すなわち、 Ｃc・Ｗc＝Ｃa・Ｗa の関係が成立するときの正負各電極活物質の仕込比を、
理論仕込比Ｘ1と定義すると、Ｘ1は下式で表される。 Ｘ1＝Ｗc／Ｗa（＝Ｃa／Ｃc） したがって、理論仕込比Ｘ1は、使用する正負各電極活
物質が異なれば、その正負各電極容量に応じて変化する
こととなる。
もとに、１つの電池における電池内の正極活物質の仕込
量をＷc（ｇ）とし、負極活物質の仕込量をＷa（ｇ）と
したときに、正極活物質の仕込量を負極活物質の仕込量
で除した比Ｗc／Ｗaを仕込比Ｘと定義し、さらに初回充
電時に、正極全体の容量（単位はＡｈ）と負極全体の容
量（単位はＡｈ）が等しくなる、すなわち、 Ｃc・Ｗc＝Ｃa・Ｗa の関係が成立するときの正負各電極活物質の仕込比を、
理論仕込比Ｘ1と定義すると、Ｘ1は下式で表される。 Ｘ1＝Ｗc／Ｗa（＝Ｃa／Ｃc） したがって、理論仕込比Ｘ1は、使用する正負各電極活
物質が異なれば、その正負各電極容量に応じて変化する
こととなる。
【００２６】 次に、こうして、理論仕込比Ｘ1が明ら
かとなった正負各電極活物質を用いて、実際に種々の仕
込比Ｘを有する直径２０ｍｍφのコインセルを作製して
電池容量と出力を測定し、実用的な電池として使用する
ことができる仕込比の下限値Ｘ2（以下、「下限仕込比
Ｘ2」という。）、および実験的に安全性が確保される
場合の仕込量の上限値Ｘ3（以下、「実験的安全仕込比
Ｘ3」という。）を求める。一例として、ここでは、正
極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）
を、負極活物質として高黒鉛化炭素繊維を用いる材料系
（以下、本材料系を「材料系１」という。）にて行った
試験結果を、図４および図５に示す。
かとなった正負各電極活物質を用いて、実際に種々の仕
込比Ｘを有する直径２０ｍｍφのコインセルを作製して
電池容量と出力を測定し、実用的な電池として使用する
ことができる仕込比の下限値Ｘ2（以下、「下限仕込比
Ｘ2」という。）、および実験的に安全性が確保される
場合の仕込量の上限値Ｘ3（以下、「実験的安全仕込比
Ｘ3」という。）を求める。一例として、ここでは、正
極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）
を、負極活物質として高黒鉛化炭素繊維を用いる材料系
（以下、本材料系を「材料系１」という。）にて行った
試験結果を、図４および図５に示す。
【００２７】 図４は、仕込比Ｘとエネルギー密度との
関係を示したグラフである。ここで、エネルギー密度
は、電池ケースの重量等を含む電池重量ではなく、正負
各電極活物質量のみを考慮することとし、得られた放電
エネルギーを正負各電極活物質の合計重量で除して求め
たものである。本例における理論仕込比Ｘ1は２．９２
である。また、仕込比が１．２以上では、エネルギー密
度は、仕込比にほとんど依存せず、ほぼ一定とみなすこ
とができる。一方、仕込比Ｘが１．２以下では、急激に
エネルギー密度の低下が観察される。したがって、この
例においては、実用的な電池として使用することができ
る下限仕込比Ｘ2は１．２となり、この下限仕込比Ｘ
2は、理論仕込比Ｘ1の４１％に相当する。
関係を示したグラフである。ここで、エネルギー密度
は、電池ケースの重量等を含む電池重量ではなく、正負
各電極活物質量のみを考慮することとし、得られた放電
エネルギーを正負各電極活物質の合計重量で除して求め
たものである。本例における理論仕込比Ｘ1は２．９２
である。また、仕込比が１．２以上では、エネルギー密
度は、仕込比にほとんど依存せず、ほぼ一定とみなすこ
とができる。一方、仕込比Ｘが１．２以下では、急激に
エネルギー密度の低下が観察される。したがって、この
例においては、実用的な電池として使用することができ
る下限仕込比Ｘ2は１．２となり、この下限仕込比Ｘ
2は、理論仕込比Ｘ1の４１％に相当する。
【００２８】 図５は、仕込比Ｘと負極利用率との関係
を示したグラフであり、このグラフから、リチウムデン
ドライト成長の起こる可能性の有無を判断する。すなわ
ち、コインセルで得られた初回充電容量が、負極容量Ｃ
aと負極活物質の充填量Ｗaとの積（Ｃa×Ｗa）で求めら
れる負極全体の容量よりも大きい場合には、負極活物質
のリチウム保持量を超えたリチウムイオンが供給された
ことになるので、リチウムデンドライト成長が起こる可
能性が有る、と判断することができる。
を示したグラフであり、このグラフから、リチウムデン
ドライト成長の起こる可能性の有無を判断する。すなわ
ち、コインセルで得られた初回充電容量が、負極容量Ｃ
aと負極活物質の充填量Ｗaとの積（Ｃa×Ｗa）で求めら
れる負極全体の容量よりも大きい場合には、負極活物質
のリチウム保持量を超えたリチウムイオンが供給された
ことになるので、リチウムデンドライト成長が起こる可
能性が有る、と判断することができる。
【００２９】 このような判断手法に基づけば、理論仕
込比Ｘ1において、初回充電量と負極全体の容量が一致
するはずである。つまり、初回充電量を負極全体の容量
で除して得られる負極利用率は、理論仕込比Ｘ1におい
て１００％となるはずである。しかし、実際には、理論
仕込比Ｘ1以下でも負極利用率は１００％を越えてい
る。
込比Ｘ1において、初回充電量と負極全体の容量が一致
するはずである。つまり、初回充電量を負極全体の容量
で除して得られる負極利用率は、理論仕込比Ｘ1におい
て１００％となるはずである。しかし、実際には、理論
仕込比Ｘ1以下でも負極利用率は１００％を越えてい
る。
【００３０】 したがって、このような結果は、各電極
板における仕込比が面内である程度のばらつきをもって
おり、平均した仕込比、すなわちコインセル全体として
の仕込比は、理論仕込比Ｘ1以下であっても、部分的に
理論仕込比Ｘ1を越えた領域が存在し、そのような領域
において、リチウムデンドライトが成長したことによる
ものと考えることができる。こうして、図５から、実験
的安全仕込比Ｘ3は２．６と判断され、この実験的安全
仕込比Ｘ3は、理論仕込比Ｘ1の８９％に相当する。
板における仕込比が面内である程度のばらつきをもって
おり、平均した仕込比、すなわちコインセル全体として
の仕込比は、理論仕込比Ｘ1以下であっても、部分的に
理論仕込比Ｘ1を越えた領域が存在し、そのような領域
において、リチウムデンドライトが成長したことによる
ものと考えることができる。こうして、図５から、実験
的安全仕込比Ｘ3は２．６と判断され、この実験的安全
仕込比Ｘ3は、理論仕込比Ｘ1の８９％に相当する。
【００３１】 次に、別の例として、正極活物質として
ＬｉＣｏＯ2を用い、負極活物質としてハードカーボン
を用いた材料系（以下、本材料系を「材料系２」とい
う。）にて、上述した試験と同様にして行った試験の結
果を、図６および図７に示す。図６および図７に示され
る試験結果は、それぞれ図４および図５と類似してい
る。本例における理論仕込比Ｘ1は、３．４６である
が、図６および図７から、下限仕込比Ｘ2は１．４０、
実験的安全仕込比Ｘ3は、３．１０と判断される。つま
り、下限仕込比Ｘ2と実験的安全仕込比Ｘ3は、それぞれ
理論仕込比Ｘ1の４０％および９０％である。
ＬｉＣｏＯ2を用い、負極活物質としてハードカーボン
を用いた材料系（以下、本材料系を「材料系２」とい
う。）にて、上述した試験と同様にして行った試験の結
果を、図６および図７に示す。図６および図７に示され
る試験結果は、それぞれ図４および図５と類似してい
る。本例における理論仕込比Ｘ1は、３．４６である
が、図６および図７から、下限仕込比Ｘ2は１．４０、
実験的安全仕込比Ｘ3は、３．１０と判断される。つま
り、下限仕込比Ｘ2と実験的安全仕込比Ｘ3は、それぞれ
理論仕込比Ｘ1の４０％および９０％である。
【００３２】 このように、正負各電極活物質が異なっ
ても、下限仕込比Ｘ2は理論仕込比Ｘ1の４０％程度であ
り、また、実験的安全仕込比Ｘ3は理論仕込比Ｘ1の９０
％程度であることから、ある電池の作製における仕込比
Ｘを、この下限仕込比Ｘ2と実験的安全仕込比Ｘ3との間
に設定することにより、高いエネルギー密度と安全性と
を両立させることが可能となる。
ても、下限仕込比Ｘ2は理論仕込比Ｘ1の４０％程度であ
り、また、実験的安全仕込比Ｘ3は理論仕込比Ｘ1の９０
％程度であることから、ある電池の作製における仕込比
Ｘを、この下限仕込比Ｘ2と実験的安全仕込比Ｘ3との間
に設定することにより、高いエネルギー密度と安全性と
を両立させることが可能となる。
【００３３】 次に、実際にＥＶ用等として使用される
電池に使用される電極板のように、コインセルよりも遥
かに電極板の面積が広い場合について、上述した知見を
踏まえ、検討する。ここで、大面積の電極板を作製する
場合には、いくら高精度な電極活物質塗工機を用いて
も、正負各電極活物質の仕込比には、ばらつきが生じ
る。また、１枚の電極板内においても、塗布状態に粗密
を生じている場所や電極活物質層の厚みに差が生じてい
る部分等のような、部分的に電極活物質の塗布量の異な
る領域の発生を回避することは不可能と言える。そこ
で、このようなばらつきについては、統計的に検討する
必要がある。
電池に使用される電極板のように、コインセルよりも遥
かに電極板の面積が広い場合について、上述した知見を
踏まえ、検討する。ここで、大面積の電極板を作製する
場合には、いくら高精度な電極活物質塗工機を用いて
も、正負各電極活物質の仕込比には、ばらつきが生じ
る。また、１枚の電極板内においても、塗布状態に粗密
を生じている場所や電極活物質層の厚みに差が生じてい
る部分等のような、部分的に電極活物質の塗布量の異な
る領域の発生を回避することは不可能と言える。そこ
で、このようなばらつきについては、統計的に検討する
必要がある。
【００３４】 このような大面積の電極板中の部分的な
仕込比のばらつきを調べるために、ある仕込比Ｘtを狙
って、金属箔の片面に正負各電極活物質を塗布した電極
板を作製する。このとき作製する電極板は、実際に使用
が予定されている大容量電池に使用するものと同面積ま
たはそれ以上の面積を有することが好ましい。なお、金
属箔の片面にのみ電極活物質を塗布するのは、両面に塗
布することにより、片面における塗布状態に生じている
ばらつきが、他方の面のばらつきによって相殺されない
ようにするためである。
仕込比のばらつきを調べるために、ある仕込比Ｘtを狙
って、金属箔の片面に正負各電極活物質を塗布した電極
板を作製する。このとき作製する電極板は、実際に使用
が予定されている大容量電池に使用するものと同面積ま
たはそれ以上の面積を有することが好ましい。なお、金
属箔の片面にのみ電極活物質を塗布するのは、両面に塗
布することにより、片面における塗布状態に生じている
ばらつきが、他方の面のばらつきによって相殺されない
ようにするためである。
【００３５】 次に、電極板からコインセルと同様の２
０ｍｍφの円板をできるだけ多く、無作為に打ち抜き、
その重量ばらつきを調べる。ここで、打ち抜かれた円板
における金属箔の重量は一定とし、重量ばらつきは、塗
布された電極活物質によるものとする。得られる電極活
物質の重量分布を正規分布とみなして、正極活物質の重
量平均値Ｗc-avとその分散σc、および負極活物質の重
量平均値Ｗa -avとその分散σaを求める。
０ｍｍφの円板をできるだけ多く、無作為に打ち抜き、
その重量ばらつきを調べる。ここで、打ち抜かれた円板
における金属箔の重量は一定とし、重量ばらつきは、塗
布された電極活物質によるものとする。得られる電極活
物質の重量分布を正規分布とみなして、正極活物質の重
量平均値Ｗc-avとその分散σc、および負極活物質の重
量平均値Ｗa -avとその分散σaを求める。
【００３６】 こうして得られたＷc-av、σc、
Ｗa-av、およびσaから、電池における平均仕込比Ｘav
および分散σは、下式で表される。 Ｘav＝Ｗc-av／Ｗa-av σ＝（Ｗa-av 2σc 2＋Ｗc-av 2σa 2）／Ｗa-av 4 ここで、平均仕込比Ｘavは、正確には、打ち抜いて得ら
れた円板における平均仕込比であるが、この平均仕込比
Ｘavは、電池における平均仕込比と同じと考えることが
できるので、以下、これらを同等に取り扱うこととす
る。
Ｗa-av、およびσaから、電池における平均仕込比Ｘav
および分散σは、下式で表される。 Ｘav＝Ｗc-av／Ｗa-av σ＝（Ｗa-av 2σc 2＋Ｗc-av 2σa 2）／Ｗa-av 4 ここで、平均仕込比Ｘavは、正確には、打ち抜いて得ら
れた円板における平均仕込比であるが、この平均仕込比
Ｘavは、電池における平均仕込比と同じと考えることが
できるので、以下、これらを同等に取り扱うこととす
る。
【００３７】 ここで、ＥＶ用等の大型電池は、上記平
均仕込比Ｘavと分散σの正規分布を持つ要素電池、すな
わち上記例においては、直径２０ｍｍφ、面積３．１４
ｃｍ2の要素電池を、電極板の全面積を要素電池の面積
で除した数だけ並列に接続したものと考えることができ
る。このうちの１つでも、前述の実験的安全仕込比Ｘ3
を越えた場合には、リチウムデンドライト成長による内
部短絡の危険性が、その電池においてあると判断され
る。その場合に、上述した正規分布を考えると、統計的
に不良率を完全に零にすることは理論上不可能である
が、実質的に不良率を零とすることは可能である。
均仕込比Ｘavと分散σの正規分布を持つ要素電池、すな
わち上記例においては、直径２０ｍｍφ、面積３．１４
ｃｍ2の要素電池を、電極板の全面積を要素電池の面積
で除した数だけ並列に接続したものと考えることができ
る。このうちの１つでも、前述の実験的安全仕込比Ｘ3
を越えた場合には、リチウムデンドライト成長による内
部短絡の危険性が、その電池においてあると判断され
る。その場合に、上述した正規分布を考えると、統計的
に不良率を完全に零にすることは理論上不可能である
が、実質的に不良率を零とすることは可能である。
【００３８】 すなわち、平均仕込比Ｘavと実験的安全
仕込比Ｘ3との差が、統計的に分散σより十分に大きけ
ればよい。一方、たとえば、ＥＶ用電池を考えると、電
池の不良率は１ｐｐｍ以下であることが要求されること
から、この場合には、電池１本当たりの電極面積を要素
電池の面積で除した値を、要素電池の不良率に乗じた値
が１ｐｐｍ以下になるように設定すればよい。このよう
な電池についての安全性を確保する考え方を定式化する
と以下のように表される。
仕込比Ｘ3との差が、統計的に分散σより十分に大きけ
ればよい。一方、たとえば、ＥＶ用電池を考えると、電
池の不良率は１ｐｐｍ以下であることが要求されること
から、この場合には、電池１本当たりの電極面積を要素
電池の面積で除した値を、要素電池の不良率に乗じた値
が１ｐｐｍ以下になるように設定すればよい。このよう
な電池についての安全性を確保する考え方を定式化する
と以下のように表される。
【００３９】 すなわち、正負各電極活物質について、
それぞれ独立に、対極に金属リチウムを用いて作製した
電池における正負各電極活物質の充放電容量を求め、次
に、得られた充放電容量を基にして作製された電池にお
ける負極利用率が１００％となる上限を与える正負各電
極活物質の重量比を実験的安全仕込比Ｘ3とし、その正
負各電極活物質を用いた１つの電池における正負各電極
板の電極面積をｎ個のエレメントに分割して、各エレメ
ントに塗布されている正負各電極活物質の重量分布の平
均値の比を平均仕込比Ｘavとし、当該重量分布が正規分
布をとるものとしたときの分散をσとしたときに、各エ
レメントを用いて作製した電池の不良率たる正規分布の
上側確率Ｑ（ｕ）が、 Ｑ（ｕ）×ｎ≦１ｐｐｍ （但し、ｕ＝（Ｘ3−Ｘav）
／σ） なる関係を満足するとき、電池の不良率を１ｐｐｍ以下
に抑えることが可能となる。なお、ｕ（＝（Ｘ3−
Ｘav）／σ）」は、分散σを単位として、平均からのず
れが何σの位置にあるかを示すパラメータであり、いわ
ゆる標準偏差である。
それぞれ独立に、対極に金属リチウムを用いて作製した
電池における正負各電極活物質の充放電容量を求め、次
に、得られた充放電容量を基にして作製された電池にお
ける負極利用率が１００％となる上限を与える正負各電
極活物質の重量比を実験的安全仕込比Ｘ3とし、その正
負各電極活物質を用いた１つの電池における正負各電極
板の電極面積をｎ個のエレメントに分割して、各エレメ
ントに塗布されている正負各電極活物質の重量分布の平
均値の比を平均仕込比Ｘavとし、当該重量分布が正規分
布をとるものとしたときの分散をσとしたときに、各エ
レメントを用いて作製した電池の不良率たる正規分布の
上側確率Ｑ（ｕ）が、 Ｑ（ｕ）×ｎ≦１ｐｐｍ （但し、ｕ＝（Ｘ3−Ｘav）
／σ） なる関係を満足するとき、電池の不良率を１ｐｐｍ以下
に抑えることが可能となる。なお、ｕ（＝（Ｘ3−
Ｘav）／σ）」は、分散σを単位として、平均からのず
れが何σの位置にあるかを示すパラメータであり、いわ
ゆる標準偏差である。
【００４０】 電池についての安全性を確保するための
上述の考え方に基づき、前述した材料系１および材料系
２の双方について、リバースコーターを用いて、２０Ａ
ｈ電池用の電極板を作製し、材料系１・２のそれぞれに
ついて、２０φの円板を１００個打ち抜き、平均仕込比
Ｘavおよび分散σを求めた。その結果、材料系１・２と
もに、その平均仕込比の分散σは、０．０７であった。
ここで、実際の２０Ａｈ用の電極板の面積は、１２６０
０ｃｍ2程度であることから、エレメント数ｎは４０１
３（＝１２６００／３．１４）と計算され、したがっ
て、正規分布の上側確率（不良率）を１ｐｐｍ以下とす
るためには、正規分布関数から算出して、６．２σ以上
が必要となる。つまり、平均仕込比Ｘavが、実験的安全
仕込比Ｘ3から、６．２×０．０７以上離れていればよ
く、これにより、安全性の極めて高い電池が実現され
る。
上述の考え方に基づき、前述した材料系１および材料系
２の双方について、リバースコーターを用いて、２０Ａ
ｈ電池用の電極板を作製し、材料系１・２のそれぞれに
ついて、２０φの円板を１００個打ち抜き、平均仕込比
Ｘavおよび分散σを求めた。その結果、材料系１・２と
もに、その平均仕込比の分散σは、０．０７であった。
ここで、実際の２０Ａｈ用の電極板の面積は、１２６０
０ｃｍ2程度であることから、エレメント数ｎは４０１
３（＝１２６００／３．１４）と計算され、したがっ
て、正規分布の上側確率（不良率）を１ｐｐｍ以下とす
るためには、正規分布関数から算出して、６．２σ以上
が必要となる。つまり、平均仕込比Ｘavが、実験的安全
仕込比Ｘ3から、６．２×０．０７以上離れていればよ
く、これにより、安全性の極めて高い電池が実現され
る。
【００４１】 また、理論仕込比Ｘ1と実験的安全仕込
比Ｘ3との差は、先に示した図４〜７により、材料系１
では０．３２（４．６σ）、材料系２では０．３６
（５．１σ）となるので、平均仕込比Ｘavは、平均仕込
比Ｘavと実験的安全仕込比Ｘ3との差である６．２σを
加えた約１１σ以上ほど、理論仕込比Ｘ1から離れてい
ればよいこととなる。
比Ｘ3との差は、先に示した図４〜７により、材料系１
では０．３２（４．６σ）、材料系２では０．３６
（５．１σ）となるので、平均仕込比Ｘavは、平均仕込
比Ｘavと実験的安全仕込比Ｘ3との差である６．２σを
加えた約１１σ以上ほど、理論仕込比Ｘ1から離れてい
ればよいこととなる。
【００４２】 さらに、実験的安全仕込比Ｘ3と下限仕
込比Ｘ2との差は、先に示した図４〜図７から、材料系
１においては１．４、材料系２においては１．７である
から、これらの差は、それぞれ２０σ、２４．３σに相
当する。よって、本条件で作製した電極板を用いた電池
であれば、平均仕込比Ｘavが、実験的安全仕込比Ｘ3か
ら６．２σ以上２０σ以下ほど離れた範囲にあれば、高
いエネルギー密度を維持しながら、安全性の高い電池を
実現することができる。
込比Ｘ2との差は、先に示した図４〜図７から、材料系
１においては１．４、材料系２においては１．７である
から、これらの差は、それぞれ２０σ、２４．３σに相
当する。よって、本条件で作製した電極板を用いた電池
であれば、平均仕込比Ｘavが、実験的安全仕込比Ｘ3か
ら６．２σ以上２０σ以下ほど離れた範囲にあれば、高
いエネルギー密度を維持しながら、安全性の高い電池を
実現することができる。
【００４３】 ここでまた、理論仕込比Ｘ1と下限仕込
比Ｘ2との差は、図４〜図７により、材料系１では２．
７２（３８．９σ）、材料系２では２．０６（２９．４
σ）となることから、平均仕込比Ｘavと理論仕込比Ｘ1
との差が、１１σ以上３０σ以下であれば、安全性が確
保されることとなる。
比Ｘ2との差は、図４〜図７により、材料系１では２．
７２（３８．９σ）、材料系２では２．０６（２９．４
σ）となることから、平均仕込比Ｘavと理論仕込比Ｘ1
との差が、１１σ以上３０σ以下であれば、安全性が確
保されることとなる。
【００４４】 上述の通りにして、電池の安全性は確保
されるが、さらに好ましくは、統計的にエネルギー密度
が低下する要素電池が無いようにもすることが必要であ
る。すなわち、電池の平均仕込比Ｘavが下限仕込比Ｘ2
からも十分に離れている必要があるが、その差もまた、
上述した安全性の確保の考え方と同じであるから、６．
２σである。したがって、電池の平均仕込比Ｘavと実験
的安全仕込比Ｘ3との差が、６σ以上１４σ以下であれ
ば、より均質性の高い高エネルギー密度と、高い安全性
とを両立させることができる。換言すれば、平均仕込比
Ｘavと理論仕込比Ｘ1との差は、１１σ以上２４σ以下
であればよいこととなる。
されるが、さらに好ましくは、統計的にエネルギー密度
が低下する要素電池が無いようにもすることが必要であ
る。すなわち、電池の平均仕込比Ｘavが下限仕込比Ｘ2
からも十分に離れている必要があるが、その差もまた、
上述した安全性の確保の考え方と同じであるから、６．
２σである。したがって、電池の平均仕込比Ｘavと実験
的安全仕込比Ｘ3との差が、６σ以上１４σ以下であれ
ば、より均質性の高い高エネルギー密度と、高い安全性
とを両立させることができる。換言すれば、平均仕込比
Ｘavと理論仕込比Ｘ1との差は、１１σ以上２４σ以下
であればよいこととなる。
【００４５】
【発明の効果】 上述のように、本発明のリチウム二次
電池は、電極板における電極活物質の分布のばらつきを
考慮して、電極活物質の平均仕込比の値が適正化されて
いるため、電池内部でのリチウムデンドライト成長を回
避することができるので極めて安全性に優れており、か
つ、エネルギー密度の高い電池を得ることが可能である
という、顕著な効果を奏する。
電池は、電極板における電極活物質の分布のばらつきを
考慮して、電極活物質の平均仕込比の値が適正化されて
いるため、電池内部でのリチウムデンドライト成長を回
避することができるので極めて安全性に優れており、か
つ、エネルギー密度の高い電池を得ることが可能である
という、顕著な効果を奏する。
【図１】 捲回型内部電極体の構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】 積層型内部電極体の構造の一実施形態を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】 積層型内部電極体の構造の別の実施形態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】 リチウム二次電池における正負各電極活物質
の仕込比とエネルギー密度との関係の一例を示す説明図
である。
の仕込比とエネルギー密度との関係の一例を示す説明図
である。
【図５】 リチウム二次電池における正負各電極活物質
の仕込比と負極利用率との関係の一例を示す説明図であ
る。
の仕込比と負極利用率との関係の一例を示す説明図であ
る。
【図６】 リチウム二次電池における正負各電極活物質
の仕込比とエネルギー密度との関係の別の例を示す説明
図である。
の仕込比とエネルギー密度との関係の別の例を示す説明
図である。
【図７】 リチウム二次電池における正負各電極活物質
の仕込比と負極利用率との関係の別の例を示す説明図で
ある。
の仕込比と負極利用率との関係の別の例を示す説明図で
ある。
１…内部電極体、２…正極板、３…負極板、４…セパレ
ータ、５…リード線、６…リード線、７…内部電極体、
８…正極板、９…負極板、１０…セパレータ、１１…正
極基材、１２…負極基材、１４…正極活物質層、１５…
負極活物質層、１７…セパレータ、１８…固体電解質、
１９…内部電極体。
ータ、５…リード線、６…リード線、７…内部電極体、
８…正極板、９…負極板、１０…セパレータ、１１…正
極基材、１２…負極基材、１４…正極活物質層、１５…
負極活物質層、１７…セパレータ、１８…固体電解質、
１９…内部電極体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/40 H01M 4/02 - 4/04 B60L 11/18
Claims (9)
- 【請求項１】 正極板と負極板とを多孔性ポリマーから
なるセパレータを介して当該正極板と当該負極板とが直
接に接触しないように捲回または積層した内部電極体を
電池ケースに収容したリチウム二次電池であって、正極活物質がリチウム遷移金属複合酸化物で、負極活物
質が炭素質材料であり、 負極利用率が１００％となるときの正負各電極活物質の
仕込比の最小値を実験的安全仕込比Ｘ3とし、 当該正極板および当該負極板の電極面積をそれぞれｎ個
のエレメントに分割したときの、当該エレメントにおけ
る当該正負各電極活物質の仕込比の平均値を平均仕込比
Ｘavとするとともに、当該正負各電極活物質の仕込比が
分散σの正規分布をとるものとし、 かつ、当該エレメントを用いた電池の不良率を当該正規
分布の上側確率Ｑ（ｕ）（但し、ｕ＝（Ｘ3−Ｘav）／
σ）で表すときに、 当該リチウム二次電池の不良率たるｎ×Ｑ（ｕ）を１ｐ
ｐｍ以下としたことを特徴とするリチウム二次電池。 - 【請求項２】 当該正負各電極活物質の充放電容量が等
しくなるとき当該正負各電極活物質の重量比を理論仕込
比Ｘ 1 としたときに、 当該実験的安全仕込比Ｘ 3 が、当該理論仕込比Ｘ 1 の９０
％以下であることを特徴とする請求項１記載のリチウム
二次電池。 - 【請求項３】 当該正負各電極活物質の充放電容量が等
しくなるとき当該正負各電極活物質の重量比を理論仕込
比Ｘ 1 としたときに、 下限仕込比Ｘ 2 が、当該理論仕込比Ｘ 1 の４０％以上であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載のリチウム二次
電池。 - 【請求項４】 当該平均仕込比Ｘavと当該実験的安全仕
込比Ｘ3との差が、分散σの６倍以上であることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリチウム二
次電池。 - 【請求項５】 当該平均仕込比Ｘavと当該実験的安全仕
込比Ｘ3との差が、分散σの６倍以上２０倍以下である
ことを特徴とする請求項４記載のリチウム二次電池。 - 【請求項６】 当該正負各電極活物質の充放電容量が等
しくなるとき当該正負各電極活物質の重量比を理論仕込
比Ｘ1としたときに、 当該平均仕込比Ｘavと当該理論仕込比Ｘ1との差が、分
散σの１１倍以上であることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 - 【請求項７】 当該平均仕込比Ｘavと当該理論仕込比Ｘ
1との差が、分散σの１１倍以上３０倍以下であること
を特徴とする請求項６記載のリチウム二次電池。 - 【請求項８】 電池容量が５Ａｈ以上であることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のリチウム二
次電池。 - 【請求項９】 電気自動車用もしくはハイブリッド電気
自動車用として用いられることを特徴とする請求項１〜
８のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
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