特許 6962477 二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6962477

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20211025BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALI20211025BHJP

   H01M 4/587 20100101ALN20211025BHJP

   H01M 4/36 20060101ALN20211025BHJP

   H01M 4/38 20060101ALN20211025BHJP

   H01M 10/052 20100101ALN20211025BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/04 W

   H01M10/0587

   !H01M4/587

   !H01M4/36 E

   !H01M4/38 Z

   !H01M10/052

【請求項の数】9

【全頁数】44

(21)【出願番号】特願2020-536316(P2020-536316)

(86)(22)【出願日】2019年4月15日

(86)【国際出願番号】JP2019016146

(87)【国際公開番号】WO2020031431

(87)【国際公開日】20200213

【審査請求日】2020年10月22日

(31)【優先権主張番号】特願2018-150509(P2018-150509)

(32)【優先日】2018年8月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松井 貴昭

(72)【発明者】

【氏名】本多 一輝

(72)【発明者】

【氏名】井本 理佳子

(72)【発明者】

【氏名】中井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆史

【審査官】 前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１６４９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０１４４２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１８１４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１１１８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４４８３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ１０／００−１０／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極、負極およびセパレータを含むと共に、前記セパレータを介して互いに積層された前記正極および前記負極が巻回軸を中心として巻回されている巻回電極体を備え、
前記巻回軸と直交する前記巻回電極体の断面は、平坦部と、前記平坦部を介して互いに対向する一対の湾曲部とにより画定される扁平形状を有し、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体に形成された負極活物質層とを含み、
前記巻回電極体の幅と、
前記巻回電極体の巻回層数と、
前記平坦部において互いに隣り合う２つの前記負極集電体の間の第１距離に対する、前記湾曲部において互いに隣り合う２つの前記負極集電体の間の第２距離の比と
は、下記の条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかを満たす、
二次電池。
条件Ａ：
前記幅は、３０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であり、
前記巻回層数は、８以上１９以下であり、
前記比は、０．９８９以下である。
条件Ｂ：
前記幅は、１６０ｍｍよりも大きく、
前記巻回層数は、１５以上であり、
前記比は、０．９８９以下である。

【請求項2】

前記比は、０．９３０以上である、
請求項１記載の二次電池。

【請求項3】

前記負極は、天然黒鉛および人造黒鉛のうちの少なくとも一方を含む、
請求項１または請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記負極は、さらに、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物のうちの少なくとも１種を含む、
請求項３記載の二次電池。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池と、
前記二次電池の動作を制御する制御部と、
前記制御部の指示に応じて前記二次電池の動作を切り換えるスイッチ部と
を備えた、電池パック。

【請求項6】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池と、
前記二次電池から供給される電力を駆動力に変換する変換部と、
前記駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記二次電池の動作を制御する制御部と
を備えた、電動車両。

【請求項7】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池と、
前記二次電池から電力を供給される１または２以上の電気機器と、
前記二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備えた、電力貯蔵システム。

【請求項8】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池と、
前記二次電池から電力を供給される可動部と
を備えた、電動工具。

【請求項9】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池を電力供給源として備えた、
電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、セパレータを介して互いに積層された正極および負極が巻回されている巻回電極体を備えた二次電池、ならびにその二次電池を用いた電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話機などの多様な電子機器が広く普及しており、その電子機器の小型化、軽量化および長寿命化が要望されている。そこで、電源として、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。

【0003】

二次電池は、上記した電子機器に限らず、他の用途への適用も検討されている。一例を挙げると、電子機器などに着脱可能に搭載される電池パック、電気自動車などの電動車両、家庭用電力サーバなどの電力貯蔵システム、および電動ドリルなどの電動工具である。

【0004】

二次電池は、正極、負極およびセパレータを含む巻回電極体を備えている。この巻回電極体では、セパレータを介して正極および負極が互いに積層されていると共に、その正極、負極およびセパレータが巻回されている。

【0005】

二次電池の構成は、電池特性に大きな影響を及ぼすため、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている。具体的には、平坦部および湾曲部を有する扁平状電極体において、正極と負極との間の絶縁性を確保しながら出力を向上させるために、平坦部における正極と負極との間の距離の０．９９倍以上となるように、湾曲部における正極と負極との間の距離を設定している（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６−１８１４０９号公報

【発明の概要】

【0007】

電子機器などは、益々、高性能化および多機能化している。このため、電子機器などの使用頻度は増加していると共に、その電子機器などの使用環境は拡大している。よって、二次電池の電池特性に関しては、未だ改善の余地がある。

【0008】

本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた電池特性を得ることが可能な二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器を提供することにある。

【0009】

本技術の一実施形態の二次電池は、正極、負極およびセパレータを含むと共に、そのセパレータを介して互いに積層された正極および負極が巻回軸を中心として巻回されている巻回電極体を備えたものである。巻回軸と直交する巻回電極体の断面は、平坦部と、その平坦部を介して互いに対向する一対の湾曲部とにより画定される扁平形状を有する。負極は、負極集電体と、その負極集電体に形成された負極活物質層とを含む。巻回電極体の幅と、その巻回電極体の巻回層数と、平坦部において互いに隣り合う２つの負極集電体の間の第１距離に対する湾曲部において互いに隣り合う２つの負極集電体の間の第２距離の比とは、下記の条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかを満たす。

【0010】

条件Ａ：幅は３０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であり、巻回層数は８以上１９以下であり、比は０．９８９以下である。

【0011】

条件Ｂ：幅は１６０ｍｍよりも大きく、巻回層数は１５以上であり、比は０．９８９以下である。

【0012】

また、本技術の一実施形態の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器のそれぞれは、二次電池を備え、その二次電池が上記した本技術の一実施形態の二次電池と同様の構成を有するものである。

【0013】

上記した第１距離は、巻回電極体のうちの平坦部の構成に基づいて求められるパラメータであると共に、第２距離は、巻回電極体のうちの湾曲部の構成に基づいて求められるパラメータである。より具体的には、第１距離は、平坦部において測定された複数の距離（互いに隣り合う２つの負極集電体の間の距離）の中央値（メジアン値）であると共に、第２距離は、湾曲部において測定された複数の距離（互いに隣り合う２つの負極集電体の間の距離）の中央値（メジアン値）である。

【0014】

また、上記した巻回電極体の幅は、巻回軸と直交する方向における巻回電極体の寸法であり、より具体的には、その巻回軸と直交する断面が扁平形状である巻回電極体のうちの長軸方向の寸法である。

【0015】

さらに、上記した巻回電極体の巻回層数は、正極、負極およびセパレータが巻回されている回数を表す指標であり、より具体的には、後述する基準線（直線Ｓ１）と交差するように延在している正極の数（層数）である。

【0016】

なお、第１距離、第２距離、巻回電極体の幅および巻回電極体の巻回層数のそれぞれの詳細（定義および測定方法など）に関しては、後述する。

【0017】

本技術の一実施形態の二次電池によれば、巻回軸と直交する断面が扁平形状を有する巻回電極体において、巻回電極体の幅、巻回電極体の巻回層数および第１距離に対する第２距離の比に関して条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかが満たされているので、優れた電池特性を得ることができる。また、本技術の一実施形態の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器のそれぞれにおいても、同様の効果を得ることができる。

【0018】

なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本技術の一実施形態の二次電池の構成を表す斜視図である。

【図2】図１に示した巻回電極体の構成を表す断面図である。

【図3】図２に示した巻回電極体の構成を模式的に表す平面図である。

【図4】図２に示した巻回電極体の構成の一部（部分Ｐ）を拡大して表す断面図である。

【図5】図２に示した巻回電極体の構成の一部（平坦部および湾曲部）を拡大して模式的に表す図である。

【図6】図２に示した巻回電極体の構成の一部（平坦部）を拡大して模式的に表す図である。

【図7】コンピュータ断層撮影法を用いて測定された巻回電極体（湾曲部）のラインプロファイルを表す図である。

【図8】コンピュータ断層撮影法を用いて測定された巻回電極体（平坦部）のラインプロファイルを表す図である。

【図9】巻回電極体の形成方法を説明するための平面図である。

【図10】二次電池の適用例（電池パック：単電池）の構成を表す斜視図である。

【図11】図１０に示した電池パックの構成を表すブロック図である。

【図12】二次電池の適用例（電池パック：組電池）の構成を表すブロック図である。

【図13】二次電池の適用例（電動車両）の構成を表すブロック図である。

【図14】二次電池の適用例（電力貯蔵システム）の構成を表すブロック図である。

【図15】二次電池の適用例（電動工具）の構成を表すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

１．二次電池
１−１．全体構成
１−２．巻回電極体の構成
１−３．巻回電極体の構成に関する条件（幅、巻回層数および距離比）
１−４．動作
１−５．製造方法
１−６．作用および効果
２．変形例
３．二次電池の用途
３−１．電池パック（単電池）
３−２．電池パック（組電池）
３−３．電動車両
３−４．電力貯蔵システム
３−５．電動工具

【0021】

＜１．二次電池＞
まず、本技術の一実施形態の二次電池に関して説明する。

【0022】

ここで説明する二次電池は、例えば、電極反応物質の吸蔵放出現象を利用して電池容量（後述する負極２０の容量）が得られる二次電池である。この電極反応物質は、電極反応（いわゆる充電反応）に関わる物質であり、その電極反応物質の種類は、特に限定されない。

【0023】

以下では、例えば、電極反応物質としてリチウムを用いる場合に関して説明する。電極反応物質としてリチウムを用いる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。

【0024】

＜１−１．全体構成＞
図１は、二次電池の斜視構成を表している。ただし、図１では、外装部材１と巻回電極体１００とが互いに離間された状態を示している。

【0025】

この二次電池は、例えば、図１に示したように、柔軟性（または可撓性）を有するフィルム状の外装部材１の内部に巻回電極体１００が収納されたラミネートフィルム型の二次電池である。巻回電極体１００には、例えば、正極リード２および負極リード３が接続されている。外装部材１と正極リード２との間には、例えば、密着フィルム４が挿入されていると共に、外装部材１と負極リード３との間には、例えば、密着フィルム５が挿入されている。

【0026】

［外装部材］
外装部材１は、巻回電極体１００を収納するフィルム状の収納部材である。この外装部材１は、例えば、矢印Ｒの方向に折り畳み可能な１枚のフィルムであり、その外装部材１には、例えば、巻回電極体１００を収納するための窪み１Ｕが設けられている。

【0027】

この外装部材１は、例えば、融着層、金属層および表面保護層が内側からこの順に積層された積層体（ラミネートフィルム）である。二次電池の製造工程では、例えば、融着層同士が巻回電極体１００を介して互いに対向するように外装部材１が折り畳まれたのち、その融着層のうちの外周縁部同士が互いに融着される。融着層は、例えば、ポリプロピレンなどの高分子フィルムである。金属層は、例えば、アルミニウムおよびステンレス（ＳＵＳ）などの金属箔である。表面保護層は、例えば、ナイロンなどの高分子フィルムである。ただし、外装部材１は、例えば、接着剤などを介して互いに貼り合わされた２枚のフィルムでもよい。

【0028】

［巻回電極体］
巻回電極体１００は、充放電反応を進行させる二次電池の主要部（電池素子）であり、後述するように、正極１０、負極２０およびセパレータ３０と共に液状の電解質である電解液を含んでいる。

【0029】

この巻回電極体１００は、幅Ｗ、高さＨおよび厚さＴを有している。ここで説明した幅Ｗは、上記したように、巻回軸Ｊ（後述する図２参照）と直交する方向における巻回電極体１００の寸法であり、より具体的には、その巻回軸Ｊと直交する断面が扁平形状を有する巻回電極体１００のうちの長軸方向（Ｘ軸方向）の寸法である。また、高さＨは、巻回軸Ｊに沿った方向（Ｙ軸方向）の寸法であると共に、厚さＴは、巻回軸Ｊと直交する方向（Ｚ軸方向）の寸法である。

【0030】

なお、巻回電極体１００の詳細な構成に関しては、後述する（図２〜図４参照）。

【0031】

［正極リードおよび負極リード］
正極リード２は、正極１０（後述する正極集電体１１）に接続されており、外装部材１の内部から外部に向かって導出されている。この正極リード２は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を含んでおり、その正極リード２の形状は、例えば、薄板状および網目状などのうちのいずれかである。

【0032】

負極リード３は、負極２０（後述する負極集電体２１）に接続されており、外装部材１の内部から外部に向かって導出されている。負極リード３の導出方向は、例えば、正極リード２の導出方向と同様の方向である。この負極リードは、例えば、銅などの導電性材料を含んでおり、その負極リード３の形状は、例えば、正極リード２の形状と同様である。

【0033】

［密着フィルム］
密着フィルム４，５のそれぞれは、外装部材１の内部に外気が侵入することを防止する部材である。密着フィルム４は、例えば、正極リード２に対して密着性を有する材料を含んでおり、密着フィルム５は、例えば、負極リード３に対して密着性を有する材料を含んでいる。これらの材料は、例えば、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂である。

【0034】

＜１−２．巻回電極体の構成＞
図２は、図１に示した巻回電極体１００の断面構成を表している。図３は、図２に示した巻回電極体１００の平面構成を模式的に表している。図４は、図２に示した巻回電極体１００の断面構成の一部（部分Ｐ）を拡大している。ただし、図２では、ＸＺ面に沿った巻回電極体１００の断面を示していると共に、図３では、巻回電極体１００の外縁（輪郭）だけを示している。

【0035】

この巻回電極体１０では、図２に示したように、セパレータ３０を介して正極１０および負極２０が互いに積層されていると共に、その正極１０、負極２０およびセパレータ３０が巻回軸Ｊを中心として巻回されている。この巻回軸Ｊは、所定の方向（Ｙ軸方向）に延在する軸（仮想軸）である。ここでは、例えば、正極１０が最外周に配置されるように、その正極１０および負極２０が巻回されている。電解液は、例えば、正極１０、負極２０およびセパレータ３０のそれぞれに含浸されている。なお、巻回電極体１００の表面は、例えば、保護テープなどの被覆部材により保護されていてもよい。

【0036】

特に、二次電池の製造工程では、例えば、後述するように、平坦部３００Ａおよび一対の湾曲部３００Ｂを含む治具３００を用いて正極１０、負極２０およびセパレータ３０が巻回されることにより、巻回電極体１００が形成される（図９参照）。このため、巻回軸Ｊと直交する巻回電極体１００の断面（ＸＺ面）は、図２に示したように、扁平形状を有している。

【0037】

より具体的には、巻回電極体１００の断面は、治具３００の形状に対応した形状（扁平形状）を有している。すなわち、巻回電極体１００の断面の形状（扁平形状）は、図３に示したように、平坦部１００Ａと、その平坦部１００Ａを介して互いに対向する一対の湾曲部１００Ｂとにより画定されている。図３では、平坦部１００Ａと湾曲部１００Ｂとを互いに識別しやすくするために、その平坦部１００Ａと湾曲部１００Ｂとの境界に破線を付している。

【0038】

［正極］
正極１０は、例えば、図４に示したように、正極集電体１１と、その正極集電体１１に形成された正極活物質層１２とを含んでいる。

【0039】

正極集電体１１は、内側面および外側面を有しており、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を含んでいる。正極活物質層１２は、正極集電体１１の内側面に形成された内側層１２Ａと、その正極集電体１１の外側面に形成された外側層１２Ｂとを含んでいる。

【0040】

この正極活物質層１２、すなわち内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのそれぞれは、正極活物質として、リチウムを吸蔵放出可能である正極材料を含んでいる。ただし、正極活物質層１２は、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。

【0041】

正極材料は、例えば、リチウム含有化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。リチウム含有化合物の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウム含有複合酸化物およびリチウム含有リン酸化合物などである。リチウム含有複合酸化物は、リチウムと１種類または２種類以上の他元素とを構成元素として含む酸化物の総称であり、例えば、層状岩塩型およびスピネル型などの結晶構造を有している。リチウム含有リン酸化合物は、リチウムと１種類または２種類以上の他元素とを構成元素として含むリン酸化合物の総称であり、例えば、オリビン型などの結晶構造を有している。

【0042】

他元素は、リチウム以外の元素である。他元素の種類は、特に限定されないが、例えば、長周期型周期表のうちの２族〜１５族に属する元素であり、より具体的には、ニッケル、コバルト、マンガンおよび鉄などである。高い電圧が得られるからである。

【0043】

層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物は、例えば、ＬｉＮｉＯ₂ 、ＬｉＣｏＯ₂ 、ＬｉＣｏ_0.98Ａｌ_0.01Ｍｇ_0.01Ｏ₂ 、ＬｉＮｉ_0.5 Ｃｏ_0.2 Ｍｎ_0.3 Ｏ₂ 、ＬｉＮｉ_0.8 Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂ 、ＬｉＮｉ_0.33Ｃｏ_0.33Ｍｎ_0.33Ｏ₂ 、Ｌｉ_1.2 Ｍｎ_0.52Ｃｏ_0.175 Ｎｉ_0.1 Ｏ₂ およびＬｉ_1.15（Ｍｎ_0.65Ｎｉ_0.22Ｃｏ_0.13）Ｏ₂ などである。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物は、例えば、ＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ などである。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物は、例えば、ＬｉＦｅＰＯ₄ 、ＬｉＭｎＰＯ₄ 、ＬｉＦｅ_0.5 Ｍｎ_0.5 ＰＯ₄ およびＬｉＦｅ_0.3 Ｍｎ_0.7 ＰＯ₄ などである。

【0044】

内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、３７．５μｍ〜５５μｍである。また、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのそれぞれの面積密度は、特に限定されないが、例えば、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂの双方を併せて３０ｍｇ／ｃｍ² 〜４５ｍｇ／ｃｍ² である。

【0045】

正極結着剤は、例えば、合成ゴムおよび高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリフッ化ビニリデンおよびポリイミドなどである。

【0046】

正極導電剤は、例えば、炭素材料などの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その炭素材料は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、正極導電剤は、金属材料および導電性高分子などでもよい。

【0047】

この正極１０では、例えば、正極活物質層１２が正極集電体１１の一部だけに形成されている。具体的には、正極集電体１１は、例えば、図２に示したように、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂの双方が形成されていない非形成部１１Ｓ，１１Ｅを含んでいる。非形成部１１Ｓは、例えば、正極１０の巻回方向における巻外側（最外周）の端部から巻内側に向かって延在していると共に、非形成部１１Ｅは、例えば、正極１０の巻回方向における巻内側（最内周）の端部から巻外側に向かって延在している。正極１０の巻回方向における非形成部１１Ｓの長さは、特に限定されないが、例えば、巻外側の端部から約半周分の長さである。正極１０の巻回方向における非形成部１１Ｅの長さは、特に限定されないが、例えば、巻内側の端部から約半周分の長さである。

【0048】

巻外側における内側層１２Ａの形成範囲と巻外側における外側層１２Ｂの形成範囲とは、例えば、互いに異なっている。具体的には、巻外側における内側層１２Ａの端部の位置は、例えば、巻外側における外側層１２Ｂの端部の位置よりも巻外側にずれている。

【0049】

巻内側における内側層１２Ａの形成範囲と巻内側における外側層１２Ｂの形成範囲とは、例えば、互いに一致している。すなわち、巻内側における内側層１２Ａの端部の位置は、例えば、巻内側における外側層１２Ｂの端部の位置に一致している。

【0050】

なお、巻外側および巻内側のそれぞれにおける内側層１２Ａの端部およびその近傍には、例えば、その端部に起因する段差の影響を抑制するために、段差緩和用のテープが設けられていてもよい。同様に、巻外側および巻内側のそれぞれにおける外側層１２Ｂの端部およびその近傍には、例えば、段差緩和用のテープが設けられていてもよい。

【0051】

［負極］
負極２０は、例えば、図４に示したように、負極集電体２１と、その負極集電体２１に形成された負極活物質層２２とを含んでいる。

【0052】

負極集電体２１は、内側面および外側面を有しており、例えば、銅などの導電性材料を含んでいる。負極活物質層２２は、例えば、負極集電体２１の内側面に形成された内側層２２Ａと、その負極集電体２１の外側面に形成された外側層２２Ｂとを含んでいる。

【0053】

この負極活物質層２２、すなわち内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂのそれぞれは、負極活物質として、リチウムを吸蔵放出可能である負極材料を含んでいる。ただし、負極活物質層２２は、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。

【0054】

充電途中において意図せずにリチウム金属が負極２０の表面に析出することを防止するために、負極材料の充電可能な容量は、正極１０の放電容量よりも大きいことが好ましい。すなわち、負極材料の電気化学当量は、正極１０の電気化学当量よりも大きいことが好ましい。

【0055】

負極材料は、例えば、炭素材料および金属系材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。

【0056】

炭素材料は、炭素を構成元素として含む材料の総称であり、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。リチウムの吸蔵放出時において炭素材料の結晶構造がほとんど変化しないため、高いエネルギー密度が安定に得られるからである。また、炭素材料が負極導電剤としても機能するため、負極活物質層２２の導電性が向上するからである。

【0057】

より具体的には、炭素材料は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭およびカーボンブラック類などであり、そのコークス類は、例えば、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどを含んでいる。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂およびフラン樹脂などの高分子化合物が適当な温度で焼成（炭素化）された焼成物である。この他、炭素材料は、例えば、約１０００℃以下の温度で熱処理された低結晶性炭素でもよいし、非晶質炭素でもよい。炭素材料の形状は、例えば、繊維状、球状、粒状および鱗片状などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。

【0058】

中でも、炭素材料は、天然黒鉛および人造黒鉛のうちの一方または双方を含んでいることが好ましい。十分に高いエネルギー密度が安定に得られると共に、負極活物質層２２の導電性が十分に向上するからである。

【0059】

金属系材料は、金属元素および半金属元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を構成元素として含む材料の総称である。より高いエネルギー密度が得られるからである。

【0060】

この金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの２種類以上の混合物でもよいし、それらの１種類または２種類以上の相を含む材料でもよい。ここで説明する単体は、微量の不純物を含んでいてもよいため、その単体の純度は、必ずしも１００％に限られない。ただし、合金は、例えば、２種類以上の金属元素を含んでいるだけでなく、１種類または２種類以上の金属元素と１種類または２種類以上の半金属元素とを含んでいてもよい。また、合金は、１種類または２種類以上の非金属元素を含んでいてもよい。金属系材料の組織は、例えば、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物およびそれらの２種類以上の共存物などである。

【0061】

金属元素および半金属元素のそれぞれは、例えば、リチウムと合金を形成可能である。具体的には、金属元素および半金属元素は、例えば、マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、ビスマス、カドミウム、銀、亜鉛、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、パラジウムおよび白金などである。

【0062】

中でも、金属系材料は、ケイ素を構成元素として含む材料であることが好ましい。すなわち、金属系材料は、上記したように、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上であることが好ましい。十分に高いエネルギー密度が安定に得られるからである。

【0063】

ケイ素の合金は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、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などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、炭素および酸素などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金に関して説明した一連の構成元素を含んでいてもよい。

【0064】

ケイ素の合金およびケイ素の化合物は、例えば、ＳｉＢ₄ 、ＳｉＢ₆ 、Ｍｇ₂ Ｓｉ、Ｎｉ₂ Ｓｉ、ＴｉＳｉ₂ 、ＭｏＳｉ₂ 、ＣｏＳｉ₂ 、ＮｉＳｉ₂ 、ＣａＳｉ₂ 、ＣｒＳｉ₂ 、Ｃｕ₅ Ｓｉ、ＦｅＳｉ₂ 、ＭｎＳｉ₂ 、ＮｂＳｉ₂ 、ＴａＳｉ₂ 、ＶＳｉ₂ 、ＷＳｉ₂ 、ＺｎＳｉ₂ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ｓｉ₂ Ｎ₂ Ｏ、ＳｉＯ_v （０＜ｖ≦２）、およびＬｉＳｉＯなどである。ただし、ｖの範囲は、例えば、０．２＜ｖ＜１．４でもよい。

【0065】

中でも、負極材料は、以下で説明する理由により、炭素材料および金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。

【0066】

金属系材料、特に、ケイ素を構成元素として含む材料は、理論容量が高いという利点を有する反面、充放電時において激しく膨張収縮しやすいという懸念点を有する。一方、炭素材料は、理論容量が低いという懸念点を有する反面、充放電時において膨張収縮しにくいという利点を有する。よって、炭素材料と金属系材料とを併用することにより、高い理論容量（すなわち電池容量）が担保されながら、充放電時において負極活物質層２２の膨張収縮が抑制される。

【0067】

内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、４７．５μｍ〜７２．５μｍである。また、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂのそれぞれの面積密度は、特に限定されないが、例えば、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂの双方を併せて１５ｍｇ／ｃｍ² 〜２５ｍｇ／ｃｍ² である。

【0068】

負極結着剤に関する詳細は、例えば、上記した正極結着剤に関する詳細と同様である。負極導電剤に関する詳細は、例えば、上記した負極導電剤に関する詳細と同様である。

【0069】

負極活物質層２２の形成方法は、特に限定されないが、例えば、塗布法、気相法、液相法、溶射法および焼成法（焼結法）などである。気相法は、例えば、物理堆積法および化学堆積法などであり、より具体的には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長、化学気相成長法（ＣＶＤ）およびプラズマ化学気相成長法などである。液相法は、例えば、電解鍍金法および無電解鍍金法などである。焼成法は、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法およびホットプレス焼成法などである。

【0070】

この負極２０では、例えば、負極活物質層２２が負極集電体２１の一部だけに形成されている。具体的には、負極集電体２１は、例えば、図２に示したように、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂの双方が形成されていない非形成部２１Ｓ，２１Ｅを含んでいる。非形成部２１Ｓは、例えば、負極２０の巻回方向における巻外側（最外周）の端部から巻内側に向かって延在していると共に、非形成部２１Ｅは、例えば、負極２０の巻回方向における巻内側（最内周）の端部から巻外側に向かって延在している。負極２０の巻回方向における非形成部２１Ｓの長さは、特に限定されないが、例えば、巻外側の端部から約半周分の長さである。負極２０の巻回方向における非形成部２１Ｅの長さは、特に限定されないが、例えば、巻内側の端部から約半周分の長さである。

【0071】

巻外側における内側層２２Ａの形成範囲と巻外側における外側層２２Ｂの形成範囲とは、例えば、互いに一致している。すなわち、巻外側における内側層２２Ａの端部の位置は、例えば、巻外側における外側層２２Ｂの端部の位置に一致している。

【0072】

巻内側における内側層２２Ａの形成範囲と巻内側における外側層２２Ｂの形成範囲とは、例えば、互いに異なっている。具体的には、巻内側における内側層２２Ａの端部の位置は、例えば、巻内側における外側層２２Ｂの端部の位置よりも巻外側にずれている。

【0073】

なお、正極１０と同様に、負極２０に段差緩和用のテープが設けられていてもよい。具体的には、例えば、巻外側および巻内側のそれぞれにおける内側層２２Ａの端部およびその近傍に段差緩和用のテープが設けられていてもよいし、巻外側および巻内側のそれぞれにおける外側層２２Ｂの端部およびその近傍に段差緩和用のテープが設けられていてもよい。

【0074】

［セパレータ］
セパレータ３０は、例えば、多孔質膜を含んでいる。セパレータ３０の厚さは、特に限定されないが、例えば、５μｍ〜２０μｍである。この多孔質膜は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その合成樹脂は、例えば、ポリエチレンなどである。ただし、セパレータ３０は、例えば、２種類以上の多孔質膜が互いに積層された積層膜でもよい。

【0075】

なお、セパレータ３０は、例えば、上記した多孔質膜（基材層）と、その基材層の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいてもよい。高分子化合物層は、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでおり、さらに、無機粒子などの絶縁性粒子を含んでいてもよい。無機粒子の種類は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムなどである。

【0076】

［電解液］
電解液は、例えば、溶媒および電解質塩を含んでいる。

【0077】

溶媒は、例えば、有機溶媒などの非水溶媒のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その非水溶媒は、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ラクトン、鎖状カルボン酸エステルおよびニトリル（モノニトリル）化合物などである。環状炭酸エステルは、例えば、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンなどである。鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸ジメチルおよび炭酸ジエチルなどである。ラクトンは、例えば、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンなどである。鎖状カルボン酸エステルは、例えば、酢酸メチル、酢酸エチルおよびプロピオン酸メチルなどである。ニトリル化合物は、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリルおよび３−メトキシプロピオニトリルなどである。

【0078】

また、非水溶媒は、例えば、不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化炭酸エステル、スルホン酸エステル、酸無水物、ジシアノ化合物（ジニトリル化合物）およびジイソシアネート化合物、リン酸エステルなどでもよい。不飽和環状炭酸エステルは、例えば、例えば、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレンおよび炭酸メチレンエチレンなどである。ハロゲン化炭酸エステルは、例えば、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンおよび炭酸フルオロメチルメチルなどである。スルホン酸エステルは、例えば、１，３−プロパンスルトンおよび１，３−プロペンスルトンなどである。酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水エタンジスルホン酸、無水プロパンジスルホン酸、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸および無水スルホ酪酸などである。ジニトリル化合物は、例えば、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリルおよびフタロニトリルなどである。ジイソシアネート化合物は、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートなどである。リン酸エステルは、例えば、リン酸トリメチルおよびリン酸トリエチルなどである。

【0079】

電解質塩は、例えば、リチウム塩などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、そのリチウム塩は、例えば、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＳＯ₂ Ｆ）₂ ）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ ）、ジフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ₂ Ｏ₂ ）およびフルオロリン酸リチウム（Ｌｉ₂ ＰＦＯ₃ ）などである。電解質塩の含有量は、特に限定されないが、例えば、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下である。

【0080】

＜１−３．巻回電極体の構成に関する条件（幅、巻回層数および距離比）＞
図５および図６のそれぞれは、図２に示した巻回電極体１００の構成の一部を拡大している。ただし、図５では、平坦部１００Ａおよび湾曲部１００Ｂを示していると共に、図６では、平坦部１００Ａを示している。また、図５および図６のそれぞれでは、正極１０および負極２０のそれぞれの構成を模式的に示していると共に、セパレータ３０の図示を省略している。

【0081】

この二次電池では、巻回電極体１００のうちの場所に応じて、互いに隣り合う２つの負極集電体２１の間の距離Ｄ（いわゆる負極間距離）が適正化されている。以下では、距離Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）および巻回層数Ｎのそれぞれの定義に関して説明したのち、巻回電極体１００の構成に関する条件（幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１）およびその構成条件の測定方法に関して説明する。

【0082】

［距離Ｄ２の定義］
湾曲部１００Ｂにおける距離Ｄは、距離Ｄ２（第２距離）である。この距離Ｄ２は、上記したように、湾曲部１００Ｂの構成に基づいて求められるパラメータであり、より具体的には、その湾曲部１００Ｂにおいて測定された複数の距離Ｄ（互いに隣り合う２つの負極集電体２１の間の距離Ｄ）の中央値（メジアン値）である。

【0083】

距離Ｄ２の定義（特定手順）は、以下で説明する通りである。ここでは、距離Ｄ２の定義を説明するために、図５を参照する。図５では、例えば、上記したように、最外周に正極１０が配置されていると共に、その最外周の正極１０では正極集電体１１に内側層１２Ａだけが形成されている。また、例えば、最内周に負極２０が配置されていると共に、その最内周の負極２０では負極集電体２１に外側層２２Ｂだけが形成されている。なお、図５では、例えば、巻回層数Ｎが１１である場合を示している。

【0084】

距離Ｄ２を特定するためには、最初に、最内周の負極集電体２１の折り返し点を点Ａとしたのち、その点Ａを通る厚さ方向（Ｚ軸方向）の直線Ｓ１を引く。続いて、最外周の負極集電体２１が直線Ｓ１と交わる２つの点を点Ｂ，Ｃとする。続いて、負極集電体２１に沿うように点Ｂから湾曲部１００Ｂの内側に向かって０．０５ｍｍだけシフトした点を点Ｄとしたのち、点Ａ，Ｄのそれぞれを通る直線Ｓ２を引く。続いて、最外周の負極集電体２１よりも内側に位置している各負極集電体２１が直線Ｓ２と交わる点を点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉとする。続いて、点Ｄ，Ｅ間の距離、点Ｅ，Ｆ間の距離、点Ｆ，Ｇ間の距離、点Ｇ，Ｈ間の距離および点Ｈ，Ｉ間の距離を測定する。

【0085】

続いて、負極集電体２１に沿うように点Ｄから湾曲部１００Ｂの内側に向かって０．０５ｍｍだけシフトした点を新たな点Ｄとすると共に、点Ａ，Ｄのそれぞれを通る直線Ｓ２を新たに引いたのち、その直線Ｓ２に基づいて再び点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉを設定することにより、再び点Ｄ，Ｅ間の距離、点Ｅ，Ｆ間の距離、点Ｆ，Ｇ間の距離、点Ｇ，Ｈ間および点Ｈ，Ｉ間の距離の距離を測定する。図５では、図示内容を簡略化するために、新たな直線Ｓ２をだけを示しており、新たな点Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの図示を省略している。こののち、新たに設定された点Ｄが点Ｃを越えない範囲内において、ここで説明した新たな直線Ｓ２および新たな点Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉに基づいて４箇所の距離を測定する作業を繰り返す。

【0086】

最後に、上記した手順により測定された一連の距離の中央値（メジアン値）を演算することにより、そのメジアン値を距離Ｄ２とする。この距離Ｄ２は、上記した特定手順から明らかなように、湾曲部１００Ｂの内部において測定された一連の距離Ｄの平均値（中央値）である。なお、距離Ｄ２の値は、小数点第二位の値を四捨五入した値とする。

【0087】

［距離Ｄ１の定義］
平坦部１００Ａにおける距離Ｄは、距離Ｄ１（第１距離）である。この距離Ｄ１は、上記したように、平坦部１００Ａの構成に基づいて求められるパラメータであり、より具体的には、その平坦部１００Ａにおいて測定された複数の距離Ｄ（互いに隣り合う２つの負極集電体２１の間の距離Ｄ）の中央値（メジアン値）である。

【0088】

距離Ｄ１の定義（特定手順）は、以下で説明する通りである。ここでは、距離Ｄ１の定義を説明するために、図５および図６を参照する。図５に関して説明した前提条件は、図６に関しても同様である。

【0089】

距離Ｄ１を特定するためには、最初に、図５を参照しながら説明した手順により、点Ａを通る直線Ｓ１を引くと共に、点Ｂ，Ｃを設定する。続いて、図５および図６に示したように、負極集電体２１に沿うように点Ｂから平坦部１００Ａの内側に向かって５ｍｍだけシフトした点を点Ｊとすると共に、負極集電体２１に沿うように点Ｃから平坦部１００Ａの内側に向かって５ｍｍだけシフトした点を点Ｋとしたのち、点Ｊ，Ｋのそれぞれを通る直線Ｓ３を引く。続いて、図６に示したように、点Ｊからさらに平坦部１００Ａの内側に向かって５ｍｍだけシフトした点を点Ｌとすると共に、点Ｋからさらに平坦部１００Ａの内側に向かって５ｍｍだけシフトした点を点Ｍとしたのち、点Ｌ，Ｍのそれぞれを通る直線Ｓ４を引く。続いて、最外周の負極集電体２１（点Ｊ，Ｋ）よりも内側に位置している各負極集電体２１が直線Ｓ３と交わる点を点Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗとする。続いて、点Ｊ，Ｎ間の距離、点Ｎ，Ｏ間の距離、点Ｏ，Ｐ間の距離、点Ｐ，Ｑ間の距離、点Ｑ，Ｒ間の距離、点Ｋ，Ｓ間の距離、点Ｓ，Ｔ間の距離、点Ｔ，Ｕ間の距離、点Ｕ，Ｖ間の距離および点Ｖ，Ｗ間の距離を測定する。

【0090】

続いて、負極集電体２１に沿うように点Ｊから平坦部１００Ａの内側に向かって０．０５ｍｍだけシフトした点を新たな点Ｊとすると共に、負極集電体２１に沿うように点Ｋから平坦部１００Ａの内部に向かって０．０５ｍｍだけシフトした点を新たな点Ｋとすることにより、点Ｊ，Ｋのそれぞれを通る直線Ｓ３を新たに引いたのち、その直線Ｓ３に基づいて再び点Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗを設定することにより、再び点Ｊ，Ｎ間の距離、点Ｎ，Ｏ間の距離、点Ｏ，Ｐ間の距離、点Ｐ，Ｑ間の距離、点Ｑ，Ｒ間の距離、点Ｋ，Ｓ間の距離、点Ｓ，Ｔ間の距離、点Ｔ，Ｕ間の距離、点Ｕ，Ｖ間の距離および点Ｖ，Ｗ間の距離を測定する。図６では、図示内容を簡略化するために、新たな直線Ｓ３をだけを示しており、新たな点Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗの図示を省略している。こののち、新たに設定された点Ｊが点Ｌを越えないと共に新たに設定された点Ｋが点Ｍを越えない範囲内において、ここで説明した新たな直線Ｓ３および新たな点Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗに基づいて１０箇所の距離を測定する作業を繰り返す。

【0091】

最後に、上記した手順により測定された一連の距離の中央値（メジアン値）を演算することにより、そのメジアン値を距離Ｄ１とする。この距離Ｄ１は、上記した特定手順から明らかなように、平坦部１００Ａの内部において測定された一連の距離Ｄの平均値（中央値）である。なお、距離Ｄ１の値は、小数点第二位の値を四捨五入した値とする。

【0092】

［巻回層数Ｎの定義］
巻回層数Ｎは、上記したように、正極１０、負極２０およびセパレータ３０が巻回されている回数を表す指標であり、より具体的には、図５に示したように、基準線である直線Ｓ１と交差するように延在している正極１０の数（層数）である。

【0093】

ただし、直線Ｓ１と交差している正極１０において、正極集電体１１に内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂの双方が設けられている場合には、巻回層数Ｎを決定するためにカウントされる正極１０のカウント数を１とする。また、直線Ｓ１と交差している正極１０において、正極集電体１１に内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのうちのいずれか一方だけが設けられている場合には、巻回層数Ｎを決定するためにカウントされる正極１０のカウント数を０．５とする。

【0094】

図５では、例えば、上記したように、直線Ｓ１に対して交差している正極１０において、内側層１２Ａだけを含む正極１０の数が２個であると共に、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂの双方を含む正極１０の数が１０個である。よって、巻回層数Ｎは、Ｎ＝０．５×２＋１×１０＝１１となる。

【0095】

［構成条件（幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１）］
この二次電池では、幅Ｗおよび巻回層数Ｎとの関係において距離比Ｄ２／Ｄ１が適正化されている。なお、距離比Ｄ２／Ｄ１の値は、小数点第四位の値を四捨五入した値とする。具体的には、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１という三者のパラメータに関して、以下で説明する条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかが満たされている。

【0096】

条件Ａでは、幅Ｗが３０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であると共に、巻回層数がＮ８以上１９以下である場合には、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９８９以下である。条件Ｂでは、幅Ｗが１６０ｍｍよりも大きいと共に、巻回層数Ｎが１５以上である場合には、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９８９以下である。

【0097】

上記した条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかが満たされているのは、互いに隣り合う２つの負極集電体２１の間の距離が平坦部１００Ａよりも湾曲部１００Ｂにおいて適正に小さくなるからである。この場合には、巻回電極体１００の形成時、すなわち正極１０、負極２０およびセパレータ３０の巻回時において、平坦部１００Ａよりも湾曲部１００Ｂにおいて正極１０、負極２０およびセパレータ３０が強く巻かれるため、その正極１０、負極２０およびセパレータ３０が強く締め付けられる。これにより、湾曲部１００Ｂでは、巻回時の締め付けに起因する拘束力が平坦部１００Ａより増加するだけでなく、物理的強度も平坦部１００Ａより増加するため、充放電時において巻回電極体１００が幅方向（Ｘ軸方向）に膨張しにくくなる。よって、充放電時において放電容量が担保されながら二次電池が膨張しにくくなる。

【0098】

なお、条件Ａおよび条件Ｂにおいて巻回層数Ｎが８以上であるのは、その巻回層数Ｎが８未満であると、上記した巻回時の締め付けに起因する拘束力が根本的に不足するため、幅Ｗおよび距離比Ｄ２／Ｄ１のそれぞれを調整しても二次電池の膨張を抑制することができないからである。

【0099】

中でも、距離比Ｄ２／Ｄ１は、０．９３０以上であることが好ましい。充電時において、巻回電極体１００が幅方向に膨張しにくくなるだけでなく厚さ方向（Ｚ軸方向）にも膨張しにくくなるため、二次電池がより膨張しにくくなるからである。

【0100】

［測定方法］
図７および図８のそれぞれは、コンピュータ断層撮影法を用いて測定された巻回電極体１００のラインプロファイルを表している。ただし、図７では、図５に示した湾曲部１００Ｂのラインプロファイルを示しており、図７中に示したＩ，Ｈ，Ｇ，Ｆ，Ｅ，Ｄという文字は、図５に示した点Ｉ，Ｈ，Ｇ，Ｆ，Ｅ，Ｄに対応している。図８では、図６に示した平坦部１００Ａのラインプロファイルを示しており、図８中に示したＫ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｒ，Ｑ，Ｐ，Ｏ，Ｎ，Ｊという文字は、図６に示した点Ｋ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｒ，Ｑ，Ｐ，Ｏ，Ｎ，Ｊに対応している。

【0101】

距離Ｄ２を求めるためには、例えば、光源としてＸ線を用いたコンピュータ断層撮影装置、いわゆるＸ線ＣＴ（Computed Tomography ）スキャンを用いて湾曲部１００Ｂを測定する。これにより、図７に示したように、湾曲部１００Ｂのラインプロファイルが得られる。このラインプロファイルでは、横軸が距離（湾曲部１００Ｂ中の位置）を表していると共に、縦軸がＸ線の検出強度を表している。例えば、正極活物質層１２がリチウム含有化合物（コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂ ））を含んでいると共に、負極集電体２１が銅を含んでいる場合には、図７に示したように、リチウム含有化合物のＸ線透過性と銅のＸ線透過性との差違に起因して、正極活物質層１２の存在位置に複数のピークＰ０が検出されると共に、負極集電体２１の存在位置にピークＰ１〜Ｐ６が検出される。ピークＰ１〜Ｐ６のそれぞれは、点Ｉ，Ｈ，Ｇ，Ｆ，Ｅ，Ｄのそれぞれに存在する負極集電体２１に起因している。

【0102】

この湾曲部１００Ｂのラインプロファイルに基づいて、点Ｄ，Ｅ間の距離、点Ｅ，Ｆ間の距離、点Ｆ，Ｇ間の距離、点Ｇ，Ｈ間の距離および点Ｈ，Ｉ間の距離を測定する。すなわち、ピークＰ１，Ｐ２間の距離（ピークトップ間距離）Ｘ１は、点Ｈ，Ｉ間の距離である。ピークＰ２，Ｐ３間の距離Ｘ２は、点Ｇ，Ｈの間距離である。ピークＰ３，Ｐ４間の距離Ｘ３は、点Ｆ，Ｇ間の距離である。ピークＰ４，Ｐ５間の距離Ｘ４は、点Ｅ，Ｆ間の距離である。ピークＰ５，Ｐ６間の距離Ｘ５は、点Ｄ，Ｅ間距離である。もちろん、距離Ｄ２を求める場合には、直線Ｓ２ごとに、湾曲部１００Ｂのラインプロファイルに基づいて４箇所の距離を測定する作業を繰り返す。距離Ｄ２を求めるために必要な一連の距離を測定したのち、その一連の距離の中央値を演算することにより、距離Ｄ２を求めることができる。

【0103】

距離Ｄ１を求めるためには、例えば、距離Ｄ２を求めた場合と同様の手順により、図８に示したように、湾曲部１００Ｂのラインプロファイルに代えて平坦部１００Ａのラインプロファイルを得たのち、その平坦部１００Ａのラインプロファイルに基づいて距離Ｄ１を演算する。

【0104】

具体的には、図８に示したように、ピークＰ７〜Ｐ１８のそれぞれは、点Ｋ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｒ，Ｑ，Ｐ，Ｏ，Ｎ，Ｊのそれぞれに存在する負極集電体２１に起因していると共に、複数のピークＰ０は、正極活物質層１２（リチウム含有化合物であるコバルト酸リチウム）の存在に起因している。平坦部１００Ａのラインプロファイルに基づいて、点Ｊ，Ｎ間の距離（ピークＰ１７，Ｐ１８間の距離Ｙ１０）、点Ｎ，Ｏ間の距離（ピークＰ１６，Ｐ１７間の距離Ｙ９）、点Ｏ，Ｐ間の距離（ピークＰ１５，Ｐ１６間の距離Ｙ８）、点Ｐ，Ｑ間の距離（ピークＰ１４，Ｐ１５間の距離Ｙ７）、点Ｑ，Ｒ間の距離（ピークＰ１３，Ｐ１４間の距離Ｙ６）、点Ｋ，Ｓ間の距離（ピークＰ７，Ｐ８間の距離Ｙ１）、点Ｓ，Ｔ間の距離（ピークＰ８，Ｐ９間の距離Ｙ２）、点Ｔ，Ｕ間の距離（ピークＰ９，Ｐ１０間の距離Ｙ３）、点Ｕ，Ｖ間の距離（ピークＰ１０，Ｐ１１間の距離Ｙ４）および点Ｖ，Ｗ間の距離（ピークＰ１１，Ｐ１２間の距離Ｙ５）を測定する。もちろん、距離Ｄ１を求める場合には、直線Ｓ３ごとに、平坦部１００Ａのラインプロファイルに基づいて１０箇所の距離を測定する作業を繰り返す。一連の距離を測定したのち、その一連の距離の中央値を演算することにより、距離Ｄ１を求めることができる。

【0105】

上記した距離Ｄ１，Ｄ２のそれぞれの測定手順から明らかなように、平坦部１００Ａおよび湾曲部１００Ｂのそれぞれのラインプロファイルに基づいて求められる距離Ｄ１，Ｄ２のそれぞれは、厳密には、互いに隣り合う２つのピークトップ間の距離であり、すなわち互いに隣り合う２つの負極集電体２１の中心位置間の距離である。

【0106】

＜１−４．動作＞
この二次電池では、例えば、充電時において、正極１０からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して負極２０に吸蔵される。また、二次電池では、例えば、放電時において、負極２０からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して正極１０に吸蔵される。

【0107】

＜１−５．製造方法＞
この二次電池は、例えば、以下で説明する手順により製造される。図９は、巻回電極体１００の形成方法を説明するために、図３に対応する平面構成を示している。

【0108】

［正極の作製］
最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合することにより、正極合剤とする。続いて、有機溶剤などに正極合剤を分散させることにより、ペースト状の正極合剤スラリーとする。最後に、正極集電体１１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る。これにより、正極活物質層１２（内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂ）が形成されるため、正極１０が作製される。この場合には、正極１０に非形成部１１Ｓ，１１Ｅを設けるために、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのそれぞれの形成範囲を調整する。こののち、ロールプレス機などを用いて正極活物質層１２を圧縮成型してもよい。この場合には、正極活物質層１２を加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。

【0109】

［負極の作製］
上記した正極１０の作製手順と同様の手順により、負極集電体２１の両面に負極活物質層２２（内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂ）を形成する。具体的には、負極活物質と、必要に応じて負極結着剤および負極導電剤などとを混合することにより、負極合剤としたのち、有機溶剤などに負極合剤を分散させることにより、ペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、負極集電体２１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る。これにより、負極活物質層２２が形成されるため、負極２０が作製される。この場合には、負極２０に非形成部２１Ｓ，２１Ｅを設けるために、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂのそれぞれの形成範囲を調整する。こののち、負極活物質層２２を圧縮成型してもよい。

【0110】

［電解液の調製］
溶媒に電解質塩を加えたのち、その溶媒を撹拌する。これにより、溶媒中において電解質塩が溶解または分散されるため、電解液が調製される。

【0111】

［二次電池の組立］
最初に、溶接法などを用いて正極集電体１１に正極リード２を接続させると共に、溶接法などを用いて負極集電体２１に負極リード３を接続させる。続いて、セパレータ３０を介して正極１０および負極２０を互いに積層させることにより、図９に示したように、積層体２００を得る。

【0112】

続いて、巻回用の治具３００を用いて積層体２００を巻回させる。この治具３００は、巻回軸Ｊと直交する断面が扁平形状を有するように積層体２００を巻回させるために用いられる部材であり、平坦部１００Ａに対応する平坦部３００Ａと、一対の湾曲部１００Ｂに対応する一対の湾曲部３００Ｂとを含んでいる。治具３００を用いて積層体２００を巻回させる場合には、巻回軸Ｊに対応する回転軸Ｒを中心として治具３００を左回りに回転させることにより、その治具３００の周囲に積層体２００を巻き付ける。これにより、治具３００の表面に沿うように積層体２００が巻かれるため、その治具３００の断面形状（扁平形状）を反映するように積層体２００が成形されながら巻回される。よって、平坦部１００Ａおよび一対の湾曲部１００Ｂを含む巻回体２１０が形成される。この巻回体２１０の構成は、電解液が含浸されていないことを除いて、巻回電極体１００の構成と同様である。

【0113】

この場合には、治具３００を用いた積層体２００の巻回工程において、その治具３００の回転速度を適宜変化させることにより、その積層体２００を締め付ける力が平坦部１００Ａよりも一対の湾曲部１００Ｂにおいて強くなるようにする。具体的には、積層体２００の巻回工程において、平坦部１００Ａでは治具３００の回転速度を相対的に遅くすると共に、一対の湾曲部１００Ｂでは治具３００の回転速度を相対的に速くする。これにより、積層体２００の巻回工程により形成される巻回体２１０では、その積層体２００を締め付ける力が平坦部１００Ａよりも一対の湾曲部１００Ｂにおいて相対的に強くなるため、互いに隣り合う２つの負極集電体２１同士が互いに接近する。すなわち、上記したように、治具３００の回転速度を適宜調整することにより、距離Ｄ１，Ｄ２のそれぞれが変化するため、距離比Ｄ２／Ｄ１を制御することができる。

【0114】

続いて、巻回体２１０を挟むように外装部材１を折り畳んだのち、熱融着法などを用いて外装部材１のうちの一片の外周縁部を除いた残りの外周縁部同士を互いに接着させることにより、袋状の外装部材１の内部に巻回体２１０を収納する。この場合には、正極リード２と外装部材１との間に密着フィルム４を挿入すると共に、負極リード３と外装部材１との間に密着フィルム４を挿入する。最後に、袋状の外装部材１の内部に電解液を注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材１を密封する。これにより、電解液が巻回体２１０に含浸されるため、巻回電極体１００が形成される。よって、外装部材１の内部に巻回電極体１００が封入されるため、二次電池が完成する。

【0115】

＜１−６．作用および効果＞
この二次電池では、巻回軸Ｊと直交する断面が扁平形状を有する巻回電極体１００において、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１に関して、上記した条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかが満たされている。この場合には、上記したように、湾曲部１００Ｂにおいて、巻回時の締め付けに起因する拘束力が平坦部１００Ａより増加すると共に、物理的強度も平坦部１００Ａより増加するため、充放電時において巻回電極体１００が幅方向に膨張しにくくなる。よって、充放電時において放電容量が担保されながら二次電池が膨張しにくくなるため、優れた電池特性を得ることができる。

【0116】

特に、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９３０以上であれば、充電時において巻回電極体１００が厚さ方向にも膨張しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。

【0117】

また、負極２０が天然黒鉛および人造黒鉛のうちの一方または双方を含んでいれば、高い放電容量を得られるため、より高い効果を得ることができる。この場合には、負極２０がケイ素の単体、ケイ素の化合物およびケイ素の合金のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいれば、放電容量が増加するため、さらに高い効果を得ることができる。

【0118】

＜２．変形例＞
上記した二次電池の構成は、適宜、変更可能である。なお、以下で説明する一連の変形例に関しては、任意の２種類以上が互いに組み合わされてもよい。

【0119】

具体的には、巻回電極体１００の巻回層数Ｎは、任意に変更可能である。すなわち、図５および図６では、巻回層数Ｎが１１である場合に関して説明したが、その巻回層数Ｎは、条件Ａおよび条件Ｂにおいて規定される値であれば、任意に設定可能である。

【0120】

また、条件Ａおよび条件Ｂにおいて規定されている適正な範囲となるように距離比Ｄ２／Ｄ１を設定するために、巻回電極体１００の形成時（積層体２００の巻回時）における治具３００の回転速度を変更したが、その距離比Ｄ２／Ｄ１を制御する方法は、特に限定されない。すなわち、適正な範囲となるように距離Ｄ２／Ｄ１を制御可能であれば、治具３００の回転速度を変更させる方法以外の他の方法を用いてもよい。

【0121】

＜３．二次電池の用途＞
上記した二次電池の用途は、その二次電池を駆動用の電源および電力蓄積用の電力貯蔵源などとして利用可能である機械、機器、器具、装置およびシステム（複数の機器などの集合体）などであれば、特に限定されない。電源として用いられる二次電池は、主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、例えば、主電源の代わりに用いられる電源でもよいし、必要に応じて主電源から切り替えられる電源でもよい。二次電池を補助電源として用いる場合には、主電源の種類は二次電池に限られない。

【0122】

二次電池の用途は、例えば、以下の通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオ、携帯用テレビおよび携帯用情報端末などの電子機器（携帯用電子機器を含む。）である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。着脱可能な電源としてノート型パソコンなどに搭載される電池パックである。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などの電動車両である。非常時に備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。もちろん、二次電池の用途は、上記した用途以外の他の用途でもよい。

【0123】

なお、電池パックは、後述するように、単電池を用いてもよいし、組電池を用いてもよい。電動車両は、二次電池を駆動用電源として作動（走行）する車両であり、上記したように、二次電池以外の駆動源を併せて備えた自動車（ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）など）でもよい。電力貯蔵システムは、二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である二次電池に電力が蓄積されているため、その電力を利用して家庭用の電気製品などを使用可能である。電動工具は、二次電池を駆動用の電源として可動部（例えばドリルなど）が可動する工具である。電子機器は、二次電池を駆動用の電源（電力供給源）として各種機能を発揮する機器である。

【0124】

ここで、二次電池のいくつかの適用例に関して、具体的に説明する。ただし、以下で説明する適用例の構成は、あくまで一例であるため、その適用例の構成に関しては、適宜、変更可能である。

【0125】

＜３−１．電池パック（単電池）＞
図１０は、単電池を用いた電池パックの斜視構成を表していると共に、図１１は、図１０に示した電池パックのブロック構成を表している。ただし、図１０では、電池パックが分解された状態を示している。

【0126】

ここで説明する電池パックは、１個の二次電池を用いた簡易型の電池パック（いわゆるソフトパック）であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器などに搭載される。この電池パックは、例えば、図１０に示したように、ラミネートフィルム型の二次電池である電源１１１と、その電源１１１に接続される回路基板１１６とを備えている。この電源１１１には、正極リード１１２および負極リード１１３が取り付けられている。

【0127】

電源１１１の両側面には、一対の粘着テープ１１８，１１９が貼り付けられている。回路基板１１６には、保護回路（ＰＣＭ：Protection・Circuit・Module ）が形成されている。この回路基板１１６は、タブ１１４を介して正極リード１１２に接続されていると共に、タブ１１５を介して負極リード１１３に接続されている。また、回路基板１１６は、外部接続用のコネクタ付きリード線１１７に接続されている。なお、回路基板１１６が電源１１１に接続された状態において、その回路基板１１６は、ラベル１２０および絶縁シート１２１により保護されている。

【0128】

また、電池パックは、例えば、図１１に示したように、電源１１１と、回路基板１１６とを備えている。回路基板１１６は、例えば、制御部１２１と、スイッチ部１２２と、ＰＴＣ素子１２３と、温度検出部１２４とを備えている。電源１１１は、正極端子１２５および負極端子１２７を介して外部と接続可能であるため、その電源１１１は、正極端子１２５および負極端子１２７を介して充放電される。温度検出部１２４は、温度検出端子（いわゆるＴ端子）１２６を用いて温度を検出する。なお、回路基板１１６がＰＴＣ素子１２３を備えていないため、別途、回路基板１１６にＰＴＣ素子が付設されていてもよい。

【0129】

制御部１２１は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリなどを含んでおり、電池パック全体の動作を制御する。この制御部１２１は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部１２２を切断させることにより、電源１１１の電流経路に充電電流が流れないようにすると共に、充電時において大電流が流れると、スイッチ部１２２を切断させることにより、充電電流を遮断する。過充電検出電圧は、特に限定されないが、例えば、４．２Ｖ±０．０５Ｖである。また、制御部１２１は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部１２２を切断させることにより、電源１１１の電流経路に放電電流が流れないようにすると共に、放電時において大電流が流れると、スイッチ部１２２を切断させることにより、放電電流を遮断する。過放電検出電圧は、特に限定されないが、例えば、２．４Ｖ±０．１Ｖである。

【0130】

スイッチ部１２２は、例えば、充電制御スイッチおよび放電制御スイッチなどを含んでおり、制御部１２１の指示に応じて電源１１１の使用状態（電源１１１と外部機器との接続の有無）を切り換える。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチのそれぞれは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチであり、充放電電流は、例えば、スイッチ部１２２のＯＮ抵抗に基づいて検出される。

【0131】

温度検出部１２４は、例えば、サーミスタなどの温度検出素子を含んでおり、電源１１１の温度を測定すると共に、その温度の測定結果を制御部１２１に出力する。

【0132】

＜３−２．電池パック（組電池）＞
図１２は、組電池を用いた電池パックのブロック構成を表している。この電池パックは、例えば、筐体６０の内部に、制御部６１と、電源６２と、スイッチ部６３と、電流測定部６４と、温度検出部６５と、電圧検出部６６と、スイッチ制御部６７と、メモリ６８と、温度検出素子６９と、電流検出抵抗７０と、正極端子７１および負極端子７２とを備えている。

【0133】

制御部６１は、例えば、ＣＰＵなどを含んでおり、電池パック全体の動作を制御する。電源６２は、２個以上の二次電池を含む組電池であり、その２個以上の二次電池の接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源６２は、２並列３直列となるように互いに接続された６個の二次電池を含んでいる。

【0134】

スイッチ部６３は、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオードなどを含んでおり、制御部６１の指示に応じて電源６２の使用状態（電源６２と外部機器との接続の有無）を切り換える。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチのそれぞれは、例えば、上記した半導体スイッチである。

【0135】

電流測定部６４は、電流検出抵抗７０を用いて電流を測定すると共に、その電流の測定結果を制御部６１に出力する。温度検出部６５は、温度検出素子６９を用いて温度を測定すると共に、その温度の測定結果を制御部６１に出力する。電圧検出部６６は、電源６２（二次電池）の電圧を測定すると共に、アナログ−デジタル変換された電圧の測定結果を制御部６１に供給する。

【0136】

スイッチ制御部６７は、電流測定部６４および電圧検出部６６のそれぞれから入力される信号に応じて、スイッチ部６３の動作を制御する。このスイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部６３（充電制御スイッチ）を切断することにより、電源６２の電流経路に充電電流が流れないようにする。過充電検出電圧は、特に限定されないが、例えば、４．２Ｖ±０．０５Ｖである。これにより、電源６２では、放電用ダイオードを介して放電だけが可能になると共に、スイッチ制御部６７は、例えば、充電時に大電流が流れると、充電電流を遮断する。また、スイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部６３（放電制御スイッチ）を切断することにより、電源６２の電流経路に放電電流が流れないようにする。過放電検出電圧は、特に限定されないが、例えば、２．４Ｖ±０．１Ｖである。これにより、電源６２では、充電用ダイオードを介して充電だけが可能になると共に、スイッチ制御部６７は、例えば、放電時に大電流が流れると、放電電流を遮断する。

【0137】

メモリ６８は、例えば、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭなどを含んでいる。温度検出素子６９は、例えば、サーミスタなどを含んでおり、電源６２の温度を測定すると共に、その温度の測定結果を制御部６１に出力する。正極端子７１および負極端子７２のそれぞれは、電池パックを用いて稼働する外部機器（例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ）および電池パックを充電するために用いられる外部機器（例えば、充電器）などに接続される端子である。電源６２は、正極端子７１および負極端子７２を介して充放電される。

【0138】

＜３−３．電動車両＞
図１３は、電動車両の一例であるハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のブロック構成を表している。このＨＥＶは、例えば、筐体７３の内部に、制御部７４と、エンジン７５と、電源７６と、駆動用のモータ７７と、差動装置７８と、発電機７９と、トランスミッション８０およびクラッチ８１と、インバータ８２，８３と、各種センサ８４とを備えている。この他、ＨＥＶは、例えば、差動装置７８およびトランスミッション８０に接続された前輪用駆動軸８５および前輪８６と、後輪用駆動軸８７および後輪８８とを備えている。

【0139】

ここで説明するＨＥＶは、例えば、エンジン７５およびモータ７７のうちのいずれか一方を駆動源として用いて走行可能である。エンジン７５は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジンなどである。エンジン７５を動力源とする場合、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して、エンジン７５の駆動力（回転力）が前輪８６および後輪８８に伝達される。なお、エンジン７５の回転力が発電機７９に伝達されるため、その回転力を利用して発電機７９が交流電力を発生すると共に、その交流電力がインバータ８３を介して直流電力に変換されるため、その直流電力が電源７６に蓄積される。一方、変換部であるモータ７７を動力源とする場合には、電源７６から供給された電力（直流電力）がインバータ８２を介して交流電力に変換されるため、その交流電力を利用してモータ７７が駆動する。このモータ７７により電力から変換された駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６および後輪８８に伝達される。

【0140】

なお、制動機構を介してＨＥＶが減速すると、その減速時の抵抗力がモータ７７に回転力として伝達されるため、その回転力を利用してモータ７７が交流電力を発生させてもよい。この交流電力は、インバータ８２を介して直流電力に変換されるため、その直流回生電力は、電源７６に蓄積されることが好ましい。

【0141】

制御部７４は、例えば、ＣＰＵなどを含んでおり、ＨＥＶ全体の動作を制御する。電源７６は、１個または２個以上の二次電池を含んでおり、外部電源と接続可能である。各種センサ８４は、例えば、速度センサ、加速度センサおよびエンジン回転数センサなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、エンジン７５の回転数を制御すると共にスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御するために用いられる。

【0142】

なお、電動車両がＨＥＶである場合を例に挙げたが、その電動車両は、エンジン７５を用いずに電源７６およびモータ７７だけを用いて作動する車両（電気自動車）でもよいし、外部充電機能が追加されたプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）でもよいし、水素燃料電池自動車（ＦＣＶ）でもよいし、それら以外の他の自動車でもよい。

【0143】

＜３−４．電力貯蔵システム＞
図１４は、電力貯蔵システムのブロック構成を表している。この電力貯蔵システムは、例えば、一般住宅および商業用ビルなどの家屋８９の内部に、制御部９０と、電源９１と、スマートメータ９２と、パワーハブ９３とを備えている。なお、電力貯蔵システムは、１戸（１世帯）ごとに設置されていてもよいし、複数戸（複数世帯）ごとに設置されていてもよい。

【0144】

ここでは、電源９１は、例えば、家屋８９の内部に設置された電気機器９４に接続されていると共に、家屋８９の外部に停車された電動車両９６に接続可能である。また、電源９１は、例えば、家屋８９に設置された自家発電機９５にパワーハブ９３を介して接続されていると共に、スマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して外部の集中型電力系統９７に接続可能である。

【0145】

なお、電気機器９４は、例えば、冷蔵庫、エアコン、テレビおよび給湯器などの家電製品のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。自家発電機９５は、例えば、太陽光発電機および風力発電機などの発電機のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。電動車両９６は、例えば、電気自動車、電気バイクおよびハイブリッド自動車などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。集中型電力系統９７は、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所および風力発電所などの発電所のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。

【0146】

制御部９０は、例えば、ＣＰＵなどを含んでおり、電力貯蔵システム全体の動作を制御する。電源９１は、１個または２個以上の二次電池を含んでいる。スマートメータ９２は、例えば、電力需要側の家屋８９に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能である。

【0147】

この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統９７からスマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機９５からパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積される。この電源９１に蓄積された電力は、制御部９０の指示に応じて電気機器９４および電動車両９６に供給されるため、その電気機器９４が稼働可能になると共に、その電動車両９６が充電可能になる。

【0148】

＜３−５．電動工具＞
図１５は、電動工具のブロック構成を表している。ここで説明する電動工具は、例えば、電動ドリルであり、工具本体９８の内部に、制御部９９と、電源１００とを備えている。この工具本体９８には、例えば、可動部であるドリル部１０１が稼働（回転）可能に取り付けられている。制御部９９は、例えば、ＣＰＵなどを含んでおり、電動工具全体の動作を制御する。電源１００は、１個または２個以上の二次電池を含んでいる。この制御部９９は、動作スイッチの操作に応じて電源１００からドリル部１０１に電力を供給する。

【実施例】

【0149】

以下では、本技術の実施例に関して説明する。

【0150】

（実験例１−１〜１−１３２）
以下で説明するように、二次電池を作製したのち、その二次電池の電池特性を評価した。

【0151】

［二次電池の作製］
最初に、以下で説明する手順により、図１〜図４に示したラミネートフィルム型の二次電池（リチウムイオン二次電池）を作製した。

【0152】

（正極の作製）
正極１０を作製する場合には、最初に、正極活物質（ＬｉＣｏＯ₂ ）９１質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン）３質量部と、正極導電剤（黒鉛）６質量部とを混合することにより、正極合剤とした。続いて、有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）に正極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを得た。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体１１（アルミニウム箔，厚さ＝１２μｍ）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ることにより、正極活物質層１２（内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂ）を形成した。この場合には、図２に示したように、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのそれぞれの形成範囲を調整した。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層１２を圧縮成型した。

【0153】

なお、正極１０を作製する場合には、表１〜表１１に示したように、正極活物質層１２の厚さ（μｍ）および面積密度（ｍｇ／ｃｍ² ）を設定した。この厚さは、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂのそれぞれの厚さであると共に、面積密度は、内側層１２Ａおよび外側層１２Ｂの双方を併せた面積密度である。

【0154】

（負極の作製）
負極２０を作製する場合には、最初に、負極活物質（炭素材料である人造黒鉛）９５質量部と、負極結着剤（ポリフッ化ビニリデン）５質量部とを混合することにより、負極合剤とした。続いて、有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）に負極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを得た。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体２１（銅箔，厚さ＝８μｍ）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ることにより、負極活物質層２２（内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂ）を形成した。この場合には、図２に示したように、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂのそれぞれの形成範囲を調整した。最後に、ロールプレス機を用いて負極活物質層２２を圧縮成型した。

【0155】

なお、負極２０を作製する場合には、表１〜表１１に示したように、負極活物質層２２の厚さ（μｍ）および面積密度（ｍｇ／ｃｍ² ）を設定した。この厚さは、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂのそれぞれの厚さであると共に、面積密度は、内側層２２Ａおよび外側層２２Ｂの双方を併せた面積密度である。

【0156】

（電解液の調製）
電解液を調製する場合には、溶媒（炭酸エチレンおよび炭酸エチルメチル）に電解質塩（六フッ化リン酸リチウム）を加えたのち、その溶媒を撹拌した。この場合には、溶媒の混合比（重量比）を炭酸エチレン：炭酸エチルメチル＝５０：５０とすると共に、電解質塩の含有量を溶媒に対して１ｍｏｌ／ｋｇとした。

【0157】

（二次電池の組み立て）
二次電池を組み立てる場合には、最初に、正極１０（正極集電体１１）にアルミニウム製の正極リード２を溶接すると共に、負極（負極集電体２１）に銅製の負極リード３を溶接した。続いて、セパレータ３０（微多孔性ポリエチレンフィルム，厚さ＝１５μｍ）を介して正極１０および負極２０を互いに積層させることにより、積層体２００を得た。

【0158】

続いて、図９に示した手順により、回転軸Ｒを中心として治具３００を回転させることにより、その治具３００の回転に応じて巻回軸Ｊを中心として積層体２００を巻回させたのち、その積層体２００の最外周部に保護テープを貼り付けることにより、巻回体２１０を得た。

【0159】

この場合には、表１〜表１１に示したように、巻回層数Ｎを設定した。また、積層体２００の巻回工程において治具３００の回転速度を調整することにより、表１〜表１１に示したように、距離Ｄ１，Ｄ２および距離比Ｄ２／Ｄ１のそれぞれを変化させた。

【0160】

続いて、巻回体２１０を挟むように外装部材１（表面保護層：ナイロンフィルム，厚さ＝２５μｍ／金属層：アルミニウム箔，厚さ＝４０μｍ，／融着層：ポリプロピレンフィルム，厚さ＝３０μｍ）を折り畳んだのち、その外装部材１のうちの２辺の外周縁部同士を互いに熱融着した。この場合には、外装部材１と正極リード２と外装部材１との間に密着フィルム４（ポリプロピレンフィルム，厚さ＝１５μｍ）を挿入すると共に、外装部材１と負極リード４との間に密着フィルム５（ポリプロピレンフィルム，厚さ＝１５μｍ）を挿入した。最後に、外装部材１の内部に電解液を注入することにより、その電解液を巻回体２１０に含浸させたのち、減圧環境中において外装部材１のうちの残りの１辺の外周縁部同士を互いに熱融着した。

【0161】

これにより、巻回電極体１００が形成されると共に、その巻回電極体１００が外装部材１の内部に封入されたため、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。この場合には、表１〜表１１に示したように、巻回電極体１００の幅Ｗ（μｍ）および高さＨ（μｍ）のそれぞれを設定した。

【0162】

［電池特性の評価］
二次電池の電池特性（膨張特性およびサイクル特性）を調べたところ、表１〜表１１に示した結果が得られた。

【0163】

（膨張特性）
膨張特性を調べる場合には、最初に、二次電池の状態を安定化させるために、常温環境中（温度＝２３℃）において二次電池を１サイクル充放電させた。充電時には、１Ｃの電流で電圧が４．４Ｖに到達するまで定電流充電したのち、４．４Ｖの電圧で電流が０．０５Ｃに到達するまで定電圧充電した。放電時には、１Ｃの電流で電圧が３．０Ｖに到達するまで定電流放電した。「１Ｃ」とは、電池容量（理論容量）を１時間で放電しきる電流値であると共に、「０．０５Ｃ」とは、その電池容量を２０時間で放電しきる電流値である。

【0164】

続いて、同環境中において二次電池を１サイクル充放電させたのち、２サイクル目の巻回電極体１００の厚さＴ（ｍｍ）を測定した。２サイクル目の充放電条件は、上記した１サイクル目の充放電条件と同様にした。

【0165】

続いて、同環境中において二次電池を５００サイクル充放電させたのち、５０２サイクル目の巻回電極体１００の厚さＴ（ｍｍ）を測定した。充放電条件は、充電時の電流を０．７Ｃに変更したと共に放電時の電流を０．７Ｃに変更したことを除いて、上記した１サイクル目の充放電条件と同様にした。「０．７Ｃ」とは、電池容量を１０／７時間で放電しきる電流値である。

【0166】

最後に、膨張率（％）＝［（５０２サイクル目の厚さＴ−２サイクル目の厚さＴ）／２サイクル目の厚さＴ］×１００という計算式に基づいて、その膨張率を算出した。

【0167】

（サイクル特性）
サイクル特性を調べる場合には、上記した膨張特性を調べた手順において、２サイクルの充放電後に二次電池の放電容量（２サイクル目の放電容量）を測定すると共に、５００サイクルの充放電後に二次電池の放電容量（５０２サイクル目の放電容量）を測定したのち、維持率（％）＝（５０２サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００という計算式に基づいて、その維持率を算出した。

【0168】

【表1】

【0169】

【表2】

【0170】

【表3】

【0171】

【表4】

【0172】

【表5】

【0173】

【表6】

【0174】

【表7】

【0175】

【表8】

【0176】

【表9】

【0177】

【表10】

【0178】

【表11】

【0179】

［考察］
表１〜表１１に示したように、膨張特性およびサイクル特性は、巻回電極体１００の構成（幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１）に応じて大きく変動した。

【0180】

具体的には、表１〜表７（実験例１−１〜１−８４）に示したように、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１に関して条件Ａ（幅Ｗ＝３０ｍｍ〜１６０ｍｍ，巻回層数Ｎ＝８〜１９，距離比Ｄ２／Ｄ１≦０．９８９）が満たされている場合には、その条件Ａが満たされてない場合と比較して、高い維持率が維持されながら膨張率が減少した。

【0181】

また、表８（実験例１−８５〜１−９６）に示したように、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１に関して条件Ｂ（幅Ｗ＞１６０μｍ，巻回層数Ｎ≧１５以上，距離比Ｄ２／Ｄ１≦０．９８９）が満たされている場合には、その条件Ｂが満たされていない場合と比較して、高い維持率が維持されながら膨張率が減少した。

【0182】

特に、条件Ａが満たされている場合には、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９３０以上であると、膨張率がより減少した。

【0183】

また、条件Ｂが満たされている場合においても距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９３０以上であると、膨張率がより減少した。

【0184】

この他、条件Ａが満たされている場合には、表９および表１０（実験例１−９７〜１−１２０）に示したように、高さＨを変更しても同様の傾向が得られたと共に、表１１（実験例１−１２１〜１−１３２）に示したように、正極活物質層１２および負極活物質層２２のそれぞれの構成（厚さおよび面積密度）を変更しても同様の傾向が得られた。

【0185】

（実験例２−１〜２−６）
表１２に示したように、負極活物質（炭素材料）として人造黒鉛に代えて天然黒鉛を用いたことを除いて同様の手順により、二次電池を作製したのち、その二次電池の電池特性（膨張特性およびサイクル特性）を調べた。

【0186】

【表12】

【0187】

負極活物質として炭素材料（天然黒鉛）を用いた場合（表１２）においても、負極活物質として炭素材料（人造黒鉛）を用いた場合（表１〜表１１）と同様の傾向が得られた。すなわち、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１に関して条件Ａが満たされている場合には、その条件Ａが満たされていない場合と比較して、高い維持率が維持されながら膨張率が減少した。また、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９３０以上であると、膨張率がより減少した。

【0188】

（実験例３−１〜３−６）
表１３に示したように、負極活物質として炭素材料（人造黒鉛）に代えて炭素材料（人造黒鉛）と金属系材料（酸化ケイ素（ＳｉＯ））との混合物を用いたことを除いて同様の手順により、二次電池を作製したのち、その二次電池の電池特性（膨張特性およびサイクル特性）を調べた。この場合には、負極活物質（炭素材料と金属系材料との混合物）中における金属系材料の割合を５重量％とした。

【0189】

【表13】

【0190】

負極活物質として炭素材料（人造黒鉛）と金属系材料（酸化ケイ素）との混合物を用いた場合（表１３）においても、負極活物質として炭素材料（人造黒鉛）を用いた場合（表１〜表１１）と同様の傾向が得られた。すなわち、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび比Ｄ２／Ｄ１に関して条件Ａが満たされている場合には、その条件Ａが満たされていない場合と比較して、高い維持率が維持されながら膨張率が減少した。また、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９３０以上であると、膨張率がより減少した。

【0191】

（実験例４−１〜４−６）
表１４に示したように、負極活物質として炭素材料（人造黒鉛）に代えて炭素材料（天然黒鉛）と金属系材料（酸化ケイ素）との混合物を用いたことを除いて同様の手順により、二次電池を作製したのち、その二次電池の電池特性（膨張特性およびサイクル特性）を調べた。この場合には、負極活物質（炭素材料と金属系材料との混合物）中における金属系材料の割合を５重量％とした。

【0192】

【表14】

【0193】

負極活物質として炭素材料（天然黒鉛）と金属系材料（酸化ケイ素）との混合物を用いた場合（表１４）においても、負極活物質として炭素材料（人造黒鉛）を用いた場合（表１〜表１１）と同様の傾向が得られた。すなわち、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび比Ｄ２／Ｄ１に関して条件Ａが満たされている場合には、その条件Ａが満たされていない場合と比較して、高い維持率が維持されながら膨張率が減少した。また、距離比Ｄ２／Ｄ１が０．９３０以上であると、膨張率がより減少した。

【0194】

［まとめ］
表１〜表１４に示した結果から、巻回軸Ｊと直交する断面が扁平形状を有する巻回電極体１００において、幅Ｗ、巻回層数Ｎおよび距離比Ｄ２／Ｄ１に関して条件Ａおよび条件Ｂのうちのいずれかが満たされていると、サイクル特性が担保されながら膨張特性が改善された。よって、優れた二次電池の電池特性を得ることができた。

【0195】

以上、一実施形態および実施例を挙げながら本技術に関して説明したが、その本技術の態様は一実施形態および実施例において説明された態様に限定されないため、その本技術の態様に関しては種々の変形が可能である。

【0196】

具体的には、本技術の二次電池がラミネートフィルム型の二次電池である場合に関して説明したが、これに限られない。例えば、本技術の二次電池は、ラミネートフィルム型の二次電池と同様に膨れが顕在化しやすい角型の二次電池などの他の二次電池でもよい。

【0197】

また、本技術の二次電池が電極反応物質としてリチウムを用いたリチウムイオン二次電池である場合に関して説明したが、これに限られない。例えば、本技術の二次電池は、電極反応物質としてリチウム以外の物質を用いた他の二次電池でもよい。

【0198】

なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本技術に関して他の効果が得られてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】