电池、电子装置、电动车辆、电存储装置及电力系统的制作方法
本申请是申请日2014年5月23日、申请号为201410223116.1、发明名称为“电池、电池组、电子装置、电动车辆和电存储装置”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
本申请要求于2013年5月31日提交的日本在先专利申请jp2013-116059的权益，通过引用将其全部内容结合在此。
背景技术：
本公开涉及电池、电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置以及电力系统。
对诸如具有高性能的锂离子二次电池等二次电池的需求日益增加。要求增强包括高容量和高功率的电池特征。例如，日本专利申请公开第2001-68088号和第2008-152985号(以下分别简称为“专利文献1”和“专利文献2”)中已经公开了涉及二次电池的隔膜的某些技术；并且日本专利申请公开第2009-146612号和第2011-175933号中已经公开了涉及具有高功率的二次电池的某些技术。
技术实现要素：
通常，要求电池具有高容量和高功率。
鉴于上述情况，希望提供能够实现高容量和高功率的电池，以及各自应用了该电池的电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置以及电力系统。
根据本公开的实施方式，提供一种包括正极、负极、至少包括多孔膜的隔膜以及电解质的电池。正极包括具有一对表面的正极集电体和设置在正极集电体的各个表面上的正极活性物质层。正极活性物质层包含正极活性物质。正极活性物质具有选自由以下物质构成的组中的至少一种化合物：锂镍复合氧化物，该锂镍复合氧化物将镍作为主要成分，该锂镍复合氧化物具有层状结构，该锂镍复合氧化物包含具有高含量镍的至少锂和镍；锂镍钴锰复合氧化物，该锂镍钴锰复合氧化物具有层状结构，该锂镍钴锰复合氧化包含具有低含量镍的至少锂、镍、钴以及锰；锂锰复合氧化物，该锂锰复合氧化物具有尖晶石结构，该锂锰复合氧化物包含至少锂和锰；以及磷酸铁锂化合物，该磷酸铁锂化合物具有橄榄石结构，该磷酸铁锂化合物包含至少锂、铁以及磷。正极活性物质层具有大于或者等于30mg/cm2的面积密度s[mg/cm2]。多孔膜具有满足下列公式的孔隙率ε[％]和透气性t[sec/100cc]：
t＝a×ln(ε)-4.02a+100
和
-1.87×1010×s-4.96≤a≤-40
其中，ε是孔隙率[％]，t是透气性[sec/100cc]，s是正极活性物质层[mg/cm2]的面积密度并且ln是自然对数。
根据本公开的另一些其他实施方式，提供具有上述电池的电池组、电子装置、电动车辆、电存储装置以及电力系统。
根据本公开，可以实现电池的高容量和高功率两者。
根据附图中示出的最佳模式实施方式的下列细节描述，本公开的这些目标及其他目标、特性以及优点将变得更为显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本公开的第一实施方式的二次电池的实例的截面图；
图2是示出了图1中所示的螺旋形卷绕电极体的一部分的放大截面图；
图3a是示出了根据本公开的实施方式的第一隔膜的构成例的示意性截面图；
图3b是示出了根据本公开的实施方式的第二隔膜的构成例的示意性截面图；
图4是示出了根据本公开的第二实施方式的电池组的构成例的框图；
图5是示出了使用根据本公开的实施方式的电池的家用电力存储系统的应用例的示意图；
图6是示意性地示出了应用本公开的实施方式的采用串联混合系统的混合动力车辆的构成的实例的示图；
图7是示出了满足透气性(t)、孔隙率(s)以及面积密度(s)的t-ε-s三维坐标公式的区域的图表；
图8a是通过绘制有关面积密度(s)＝31mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例1以及比较例1和2的隔膜测量值获得的图表；
图8b是通过绘制有关面积密度(s)＝32mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例2和比较例3的隔膜的测量值获得的图表；
图9a是通过绘制有关面积密度(s)＝33mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例3和比较例4的隔膜的测量值获得的图表；
图9b是通过绘制有关面积密度(s)＝34mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例4和比较例5的隔膜的测量值获得的图表；
图10a是通过绘制有关面积密度(s)＝35mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例5和比较例6的隔膜的测量值获得的图表；
图10b是通过绘制有关面积密度(s)＝37mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例6和比较例7至9的隔膜的测量值获得的图表；
图11a是通过绘制有关面积密度(s)＝40mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例7和比较例10的隔膜的测量值获得的图表；
图11b是通过绘制有关面积密度(s)＝42mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例8的隔膜的测量值获得的图表；
图12a是通过绘制有关面积密度(s)＝43mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例9和比较例11至13的隔膜的测量值获得的图表；
图12b是通过绘制有关面积密度(s)＝45mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例10的隔膜的测量值获得的图表；以及
图13是通过绘制有关面积密度(s)＝49mg/cm2的ε-t平面坐标上实施例11和比较例14的隔膜的测量值获得的图表。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本公开的实施方式。将按照下列顺序进行描述：
1.第一实施方式(电池实例)
2.第二实施方式(电池组实例)
3.第三实施方式(电力存储系统等的实例)
4.其他实施方式(变形例)
下面通过非限制性例证方式给出了本公开的特定实施方式的具体实例。应当注意到，本公开中示出的效果均为非限制性例子。本公开的实施方式可具有不同于本公开中示出的实施方式的效果。
1.第一实施方式
【技术背景】
首先，为便于理解本公开，将描述有关本公开的技术背景。例如，为了实现诸如具有如18650-型(18mm直径和65mm长度)额定尺寸的锂离子二次电池等高容量和高功率的电池，电流密度越大，每单位时间流经隔膜的细孔的锂离子总量(即，电量)则越大。
在电流密度变得相对较大的系统中的锂离子的移动将主要发生在具有最低转移电阻的部分。因此，具有不均匀导电性的隔膜可能由于电流密度的局部不平衡而产生过电压。过电压的产生将导致电解质溶液分解，从而可能致使涂层增加并且导致内部电阻增加。因此，存在难以实现高功率的一些情况。
例如，上述专利文献1和2中所描述的一些隔膜为诸如聚乙烯膜等多孔膜经过磺化处理、氟化处理、电晕处理等获得的隔膜。在这样的隔膜中，不均匀处理可能是一种重要的因素；在执行的处理不均匀的情况下，产生的隔膜将具有不均导电性，从而导致内部电阻增加并且使得难以实现高功率。
为了实现额定尺寸内的高容量，通常，可增加电极的厚度。在这种情况下，电极的每单位面积内进行反应的锂离子量趋于增加。因此，除非选择合适的隔膜，否则，从正极排出的锂离子可能在负极的表面上不能很好地扩散。这就产生了过电压，从而导致电解质溶液分解并且由此使得进行涂层形成反应。因为这将导致内部电阻增加，所以难以同时实现高容量和高功率。
在这种情况下，发明人进行了集中研究，发现能够抑制内部电阻增加并且能够实现高容量和高功率；通过使用满足预定结构的隔膜，在正极活性物质层的面积密度被设置为大于或者等于30mg/cm2的情况下，实现了电池的高容量。
在下文中，将详细描述根据本公开的第一实施方式的能够实现高容量和高功率的电池。
【电池的构成】
参考图1，将描述根据本公开的第一实施方式的电池的结构。图1是示出了根据本公开的第一实施方式的电池的实例的截面图。例如，根据本公开的第一实施方式的电池可以是非水性的电解质电池。例如，可以是可充电和放电的非水性电解质二次电池。例如，还可以是锂离子二次电池。电池为所谓的圆柱型电池并且包括具有近似空心圆柱形状的电池壳11。电池具有包含在电池壳11内的是液体(未示出)形态的电解质的非水性电解质溶液和螺旋形卷绕的电极体20。螺旋卷绕的电极体20具有插入在两者之间的隔膜23的螺旋卷绕的带状正极21和带状负极22。
例如，电池壳11可由以镀有镍的铁制成。电池壳11可具有其一端开放并且另一端封闭的结构。在电池壳11中，一对绝缘极板12a和12b可以布置在在相对于螺旋形卷绕的电极体20的卷绕外围表面的垂直方向上夹住螺旋卷绕的电极体20的位置。
电池壳11的材料实例包括铁(fe)、镍(ni)、不锈钢(sus)、铝(al)、钛(ti)等。例如，电池壳11还可以镀有诸如镍等材料，以防止可能因电池充放电引起的非水性电解质溶液的电化学腐蚀。在电池壳11的开口端中，通过将用于绝缘和密封的垫圈18的嵌填而安装作为正极引线板的电池盖13以及设置在电池盖13的内侧的安全阀机构和正温度系数器件(ptc器件)17。
例如，电池盖13由类似于电池盖11的材料制成。电池盖13可设置有用于排放电池内产生的气体的开口。安全阀机构可具有依次堆叠的安全阀14、盘保持部15以及截止盘16。安全阀14的凸起部分14a可通过被设置成覆盖形成在截止盘16的中央中的孔部分16a的子盘19而连接至从螺旋卷绕的电极体20突出的正极引线25。通过子盘19将安全阀14和正极引线25彼此连接，可以防止在安全阀14反转时正极引线25从孔部分16a被拖出。此外，安全阀机构可通过ptc器件17电连接到电池盖13。
在安全阀机构中，当电池内部压力因电池内部短路或者从电池外部加热而变成预定值以上时，安全阀14将反转。这允许凸起部分14a和电池盖13从螺旋卷绕的电极体20电断开。即，当安全阀14反转时，正极引线25将被截止盘16按压，使得安全阀14与正极引线25之间的连接被释放。盘保持部15可由绝缘材料制成。当安全阀14反转时，安全阀14和截止盘16将由此被绝缘。
此外，当电池内部产生气体并且电池内部压力进一步增加时，安全阀14的一部分可能断开，使得气体能够被排放到电池盖13一侧。
此外，例如，多个气体排放孔(未示出)可设置在截止盘16的孔部分16a的外围，使得在从螺旋卷绕的电极体20产生气体的情况下，气体能够被有效地排放到电池盖13一侧。
ptc元件17内的电阻值会在温度上升时增加。这就使得电池盖13和螺旋卷绕的电极体20电断开，并且通过切断电流，可以防止因过量电流量而异常产生热。例如，垫圈18可以由绝缘材料制成。垫圈18的表面可以涂布有沥青。
容纳在电池内部的螺旋卷绕的电极体20可以绕中心销24螺旋地卷绕。通过依次层压正极21和负极22(隔膜23插入在两者之间)并且在纵向方向上螺旋卷绕可形成螺旋卷绕的电极体20。
正极引线25和负极引线26可分别连接到正极21和负极22。如上所述，正极引线25可被焊接至安全阀14以电连接至电池盖13。负极引线26可被焊接至电池盖11以电连接至电池盖11。
图2是示出了图1中所示的螺旋卷绕的电极体20的一部分的放大截面图。在根据本公开的第一实施方式的电池中，正极活性物质层21b的面积密度s[mg/cm2]被设置为大于或者等于30mg/cm2，并且隔膜23具有预定结构。
在下文中，将详细描述正极21、负极22以及隔膜23。
【正极】
例如，正极21具有正极集电体21a和双面沉积部分，正极集电体21a具有一个主表面和另一主表面，以及双面沉积部分，双面沉积部分包括设置在正极集电体21a的各个表面上的正极活性物质层21b。尽管未示出，然而，正极21也可具有单面沉积部分，单面沉积部分包括仅设置在正极集电体21a的一个表面上的正极活性物质层21b。例如，正极集电体21a可由诸如铝箔等金属箔制成。
正极活性物质层21b可包括作为正极活性物质的能够嵌入和脱嵌锂的一种或者多种正极材料。正极活性物质层21b可进一步根据需要包括诸如粘合剂和导电剂等其他材料。
作为正极材料，可以采用适合于高功率使用的正极活性物质。该正极活性物质可包括选自于由下化合物构成的组中的至少一种化合物：锂镍复合氧化物，锂镍复合氧化物将镍作为主要成分并且具有层状结构；锂镍钴锰复合氧化物，锂镍钴锰复合氧化物具有层状结构；锂锰复合氧化物，锂锰复合氧化物具有尖晶石结构；以及具有橄榄石结构的磷酸铁锂化合物。应当注意的是，包含钴的锂钴氧化物(licoo2)及其他复合氧化物具有层状结构，但基本上不包含镍，因为在高负荷放电过程中产生大量热的特征，所以可能不适合于高功率使用。
镍作为主要成分并且具有层状结构的锂镍复合氧化物是具有层状结构、具有高含量镍以及包含至少锂和镍的锂镍复合氧化物。本文中使用的，具有高含量镍是指，例如，相对于锂镍复合氧化物的构成元素(锂和氧以外的构成元素；并且如果包含任何卤素元素，则构成元素还不包括卤素元素)，包含按摩尔分数计大于或者等于50％的镍。
具有层状结构的锂镍钴锰复合氧化物是具有层状结构、具有低含量镍、以及包含至少锂、镍、钴与锰的锂镍钴锰复合氧化物。本文使用的，具有低含量镍是指，例如，相对于锂镍钴锰复合氧化物的构成元素(锂和氧以外的构成元素；并且如果其中包含任何卤素元素，则构成元素还不包括卤素元素)，包含按摩尔分数计小于或者等于50％的镍。
具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物是具有尖晶石结构并且包含至少锂和锰的锂锰复合氧化物。
具有橄榄石结构的磷酸铁锂化合物是具有橄榄石结构并且包含至少锂、铁以及磷的磷酸铁锂化合物。
镍作为主要成分并且具有层状结构的锂镍复合氧化物的实例包括可由下式(1)表示的复合氧化物。
lixniycozm1(1-y-z)ob...(1)
(在式(1)中，m1表示选自于由下列元素构成的组的至少一种元素：硼(b)、镁(mg)、铝(al)、硅(si)、磷(p)、硫(s)、钛(ti)、铬(cr)、锰(mn)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、钙(ga)、锗(ge)、钇(y)、锆(zr)、钼(mo)、银(ag)、钯(ba)、钨(w)、铟(in)、锡(sn)、铅(pb)以及锑(sb)。在该式中，x、y、z以及b各自是0.8<x≤1.2、0.5≤y≤1.0、0≤z≤0.5、y+z≤1以及1.8≤b≤2.2范围内的值。应当注意到，锂的组成根据充放电状态而变化，并且x值表示完全放电状态下的值。)
式(1)中复合氧化物的具体实例包括lixni0.80co0.15al0.05o2(其中，x具有上述的相同含义)；lixni0.5co0.2mn0.3o2(其中，x具有上述的相同含义)；lixni0.7co0.1mn0.2o2(其中，x具有上述的相同含义)等。
锂镍钴锰复合氧化物的实例可包括可由下式(2)表示的复合氧化物。
lifnigcoimn(1-g-i-h)m2ho(2-j)...(2)
(在式(2)中，m2表示选自于由下列元素构成的组的至少一种元素：镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、锆(zr)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)以及钨(w)。在该式中，f、g、h、j以及i各自是在0.8≤f≤1.2、0<g≤0.5、0≤h≤0.5、g+h+i<1、-0.1≤j≤0.2以及0<i≤0.5范围内的值。应当注意到，锂的组成根据充放电状态而变化，并且f值表示完全放电状态下的值。)
式(2)中复合氧化物的具体实施例包括lifni1/3co1/3al1/3o2(其中，f具有上述的相同含义)等。
具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物的实例可包括可由下式(3)表示的复合氧化物。
livni(2-w)m3wos...(3)
(在式(3)中，m3表示选自于由下列元素构成的组中的至少一种元素：钴(co)、镍(ni)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)以及钨(w)。在公式中，v、w以及s各自是在0.9≤v≤1.1、0≤w≤0.6以及3.7≤s≤4.1范围内的值。应当注意的是，锂的组成根据充放电状态而变化，并且v值表示完全放电状态下的值。)
式(3)中复合氧化物的具体实例包括livmn2o4(其中，v具有上述的相同含义)等。
具有橄榄石结构的磷酸铁锂化合物的实例可包括可由下式(4)表示的磷酸盐化合物。
liuferm4(1-r)po4...(4)
(在式(4)中，m4表示选自于由下列元素构成的组中的至少一种元素：钴(co)、锰(mn)、镍(ni)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铌(nb)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、钙(ca)、锶(sr)、钨(w)以及锆(zr)。在该式中，r和u各自是在0<r≤1与0.9≤u≤1.1范围内的值。应当注意的是，锂的组成根据充放电状态而变化，并且v值表示完全放电状态下的值。)
式(4)中磷酸盐化合物的具体实例包括liufepo4(其中，u具有上述的相同含义)等。
【正极材料的组成】
优选正极材料可包含lixni0.80co0.15al0.05o2(其中，x具有上述的相同含义)作为镍作为主要成分并具有层状结构的锂镍复合氧化物。在这种情况下，优选lixni0.80co0.15al0.05o2的含量(其中，x具有上述的相同含义)按重量计为大于等于正极材料的总质量的80％并且小于等于正极材料的总质量的98％。当lixni0.80co0.15al0.05o2的含量(其中，x具有上述的相同含义)在该范围内，其可以实现具有更高容量的电池并且还可以实现足够高的功率。
优选，例如，正极材料可以是具有层状结构的锂镍钴锰复合氧化物与具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物的混合物。优选混合物中“具有层状结构的锂镍钴锰复合氧化物的质量与具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物”的质量比可以是在5:5至9:1的范围内。当混合物的质量比在该范围内时，其可以实现具有更高容量的电池，并且在重复充电-放电循环之后抑制电池内部电阻增加。
优选，例如，正极材料还可为镍作为主要成分并且具有层状结构的锂镍复合氧化物、或者该锂镍复合氧化物与具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物的混合物(在此称之为“特别正极活性物质”)。优选该特别正极活性物质中“镍作为主要成分并且具有层状结构的锂镍复合氧化物的质量与具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物的质量”的质量比可以在5:5至10:1的范围内。通过添加锂锰复合氧化物，其可以抑制在重复充放电循环之后的电池的内部电阻增加。当质量比在该范围内时，其可以实现具有更高容量的电池。
【导电剂】
能够用作导电剂的材料的实例包括诸如碳黑和石墨等的碳材料。
【粘合剂】
能够用作粘合剂的材料的实例包括诸如聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚丙烯腈(pan)、丁苯橡胶(sbr)以及羧甲基纤维素(cmc)等树脂材料以及选自于具有一种或者多种这些树脂材料作为主要成分的共聚物等中的至少一种材料。
【正极活性物质层的面积密度】
从实现高容量的观点而言，正极活性物质层21b可将其面积密度s[mg/cm2]设置为例如大于或者等于30mg/cm2。顺便提及，当正极活性物质层21b的面积密度s[mg/cm2]以这种方式增加时，通常，电极中每单位面积内进行反应的锂离子量趋于增加。因此，希望采用具有根据本公开的实施方式的预定结构的隔膜；否则，其可能导致内部电阻增加，从而使得难以同时实现高容量和高功率。
应当注意的是，正极活性物质层21b的面积密度s[mg/cm2]是在正极活性物质层21b设置在正极集电体21a的两个表面上的部分(双面沉积部分)中的一侧的正极活性物质层21b与另一侧的正极活性物质层21b的单位面积(1cm2)的总质量。例如，正极活性物质层21b的面积密度s[mg/cm2]可以按照下列方式进行测量。
【用于测量正极活性物质层的面积密度s[mg/cm2]的方法】
在使电池完全放电之后，拆解电池，从而能够取出其正极极板(正极21)。以溶剂(例如，dmc(碳酸二甲酯)等)洗涤正极极板，然后充分干燥。切出预定面积[cm2](称之为“切出面积”)的正极活性物质层21b设置在正极集电体21a的两个表面上的部分(双面沉积部分)。然后，测量其切出部分的质量[mg](称之为“质量a”)。同样，切出正极集电体21a的任一表面均没有设置有任何正极混合层的部分，并且测量其切出部分的质量[mg](称之为“质量b”)。通过下列等式计算面积密度s。
面积密度s[mg/cm2]＝(质量a-质量b)÷切出面积
【负极】
例如，负极22包括具有一个主表面和另一主表面以及双面沉积部分的负极集电体22a，并且双面沉积部分包括设置在负极集电体22a的两个表面上的负极活性物质层22b。尽管未示出，然而，负极22也可具有包括仅设置在负极集电体22a的表面中的一个上的负极活性物质层22b的单面沉积部分。例如，负极集电体22a可由诸如铜箔的金属箔制成。
负极活性物质层22b可包括作为负极活性物质的能够嵌入和脱嵌锂的一种或者多种负极材料。负极活性物质层22b可进一步根据需要包括诸如粘合剂和导电剂等其他材料，其类似于包括在正极活性物质层21b中的材料。
例如，在此电池中，能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的电化学当量可以大于正极21的电化学当量，使得在理论上能够防止充电过程中锂金属在负极22上的意外沉积。
能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的实例包括难石墨化碳、易石墨化碳、石墨、热解碳、焦炭、玻璃碳、被烘焙的有机高分子化合物、碳纤维、活性碳和其他碳材料。这些材料中的焦炭的实例包括沥青焦炭、针状焦炭以及石油焦炭。被烘焙的有机高分子化合物是在适当温度烘焙并碳化诸如酚醛树脂和呋喃树脂的高分子材料的材料。被烘焙的有机高分子化合物中的一些还能够被分类为难石墨化碳或者易石墨化碳。因为这些材料的晶体结构在充放电时的变化可能性非常小，并且可以实现高充放电容量和良好的循环特性，所以这些碳材料是所优选的。特别地，因为石墨具有大的电化学当量和提供高能量密度的能力而比较理想。此外，难石墨化碳因为其提供良好循环特性的能力而比较理想。此外，呈现低充放电电势的碳材料，具体地，呈现出充放电电势接近于锂金属的充放电电势的碳材料是比较理想的；因为这样的材料可更易于实现电池的高能量密度。
此外，能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的实例包括能够嵌入和脱嵌锂并且包含作为构成元素的至少一种金属元素或者准金属元素的材料。这是因为当使用该种材料时能够实现高能量密度。具体地，当该材料与碳材料一起使用时可能更加理想，因为其可以实现高能量密度并且还可实现良好的循环特性。此负极材料可以是金属元素和准金属元素中的一种或者两种的任一形式(例如单质、合金以及化合物)，以及至少一部分包括这些形式中的一种或者多种的材料。在本文中使用的，术语“合金”包括包含两种或者更多种金属元素的合金，并且还包括包含一种或者多种金属元素和一种或者多种准金属元素的合金。此外，这些合金还可包含非金属元素。这些合金的结构的实例包括固溶体、共晶(共晶混合物)、金属间化合物以及其两种或者更多种共存的状态。
能够用于组成该负极材料的金属元素和准金属元素的实例包括能够与锂形成合金的金属元素和准金属元素。包含能够与锂形成合金的元素的这样的负极材料被称之为“合金型负极材料”。能够与锂形成合金的金属元素和准金属元素的具体实例包括镁(mg)、硼(b)、铝(al)、钛(ti)、钙(ga)、铟(in)、硅(si)、锗(ge)、锡(sn)、铅(pb)、铋(bi)、镉(cd)、银(ag)、锌(zn)、铪(hf)、锆(zr)、钇(y)、钯(pd)以及铂(pt)。这些材料可以是晶态或者非晶态。
优选负极材料可以是包含属于短周期表的4b族的金属元素或者准金属元素作为构成元素的负极材料。包含硅(si)和锡(sn)中的至少一种的负极材料是更优选的，并且包含硅的负极材料是尤其优选的。这是因为硅(si)和锡(sn)嵌入和脱嵌锂的能力高，并且使得可以实现高能量密度。具有硅和锡中至少一种的负极材料的实例包括作为单质、合金及其化合物的硅、作为单质、合金及其化合物的锡、以及其至少一部分中包括这些形式中的一种或者多种的材料。
硅合金的实例包括包含作为其不同于硅(si)的第二构成元素的选自于由下列元素构成的组中的至少一种元素的合金，即，锡(sn)、镍(ni)、铜(cu)、铁(fe)、钴(co)、锰(mn)、锌(zn)、铟(in)、银(ag)、钛(ti)、锗(ge)、铋(bi)、锑(sb)以及铬(cr)。锡合金的实例包括包含作为其不同于锡(sn)的第二构成元素的选自于由下列元素构成的组中的至少一种元素的合金，即，硅(si)、镍(ni)、铜(cu)、铁(fe)、钴(co)、锰(mn)、锌(zn)、铟(in)、银(ag)、钛(ti)、锗(ge)、铋(bi)、锑(sb)以及铬(cr)。
锡(sn)的化合物或者硅(si)的化合物的实例包括包含氧(o)和碳(c)中的一种或者两种的化合物。除锡(sn)或者硅(si)之外，这样的化合物还可包含如上任意的上述第二构成元素。
在这些材料中，包含钴(co)、锡(sn)以及碳(c)作为构成元素的含sncoc材料优选作为作为负极材料，其中，碳(c)的含量按质量计为等于大于9.9％并且小于等于29.7％，并且锡(sn)和钴(co)总和中钴(co)的比例为按质量计大于等于30％并且小于等于70％。这是因为以在该组成范围内能够实现高能量密度和良好的循环特性。
含sncoc的材料可根据需要进一步包含一种或者多种其他构成元素。优选其他构成元素为例如硅(si)、铁(fe)、镍(ni)、铬(cr)、铟(in)、铌(nb)、锗(ge)、钛(ti)、钼(mo)、铝(al)、磷(p)、钙(ga)、铋(bi)等，并且还可以包含其两种或者更多种元素。通过使用该材料，能够进一步改善容量特性或者循环特性。
此外，优选含sncoc的材料具有包含锡(sn)、钴(co)以及碳(c)的相，其中，该相具有低晶态或者非晶态结构。此外，在含sncoc的材料中，优选作为构成元素的碳的至少一部分结合到作为其他构成元素的金属元素或者准金属元素。这是因为循环特性可能由于锡(sn)等的聚集或者结晶而下降，因此，通过结合到其他元素的碳原子，使得可以抑制这样的聚集或者结晶。
用于检查元素的结合状态的测量方法的实例包括x-射线光电子能谱法(xps)。在xps中，就石墨来说，碳的1s轨道(c1s)的峰在能量校准的装置(在84.0ev获得金原子的4f轨道(au4f)的峰)中出现在284.5ev。此外，就表面污染碳而言，碳的1s轨道(c1s)的峰出现在284.8ev。另一方面，当碳元素的电荷密度较高时，例如，当碳结合到金属元素或者准金属元素时，c1s的峰出现在比284.5ev低的区域内。即，当在含sncoc的材料上获得的c1s的复合波的峰出现在比284.5ev低的区域中时，意味着包含在含sncoc材料中的碳(c)的至少一部分结合到作为其他构成元素的金属元素或者准金属元素。
此外，在xps测量中，例如，c1s的峰用于校正光谱的能量轴。在大多数情况下，一些表面污染碳存在于该表面上，使得能够将表面污染碳的c1s的峰固定在284.8ev，并且该峰能够用作能量基准。在xps测量中，c1s的峰的波形可以获得为包括表面污染碳的峰和来自含sncoc材料的碳的峰的形式，因此，例如，通过使用商用软件程序进行分析，表面污染碳的峰与来自含sncoc的材料的碳的峰能够彼此分离。在波形分析中，在靠近最低结合能处存在的主峰的位置用作能量基准(284.8ev)。
此外，能够嵌入和脱嵌锂的负极材料的实施例包括金属氧化物和高分子化合物，它们均能够嵌入和脱嵌锂。金属氧化物的实例包括含锂和钛的锂钛氧化物(例如钛酸锂(li4ti5o12))、氧化铁、氧化钌以及氧化钼等。高分子化合物的实例包括聚乙炔、聚苯胺以及聚吡咯。
能够嵌入和脱嵌锂的负极材料可以是上述材料以外的负极材料。此外，还可以以两种或者更多种种的任意组合混合上述的负极材料。
例如，通过下列中任一种方法可形成负极活性物质层22b：气相法、液相法、喷雾法、烘焙法或者涂敷法、或者两种或者更多种这些方法的组合方法。当通过使用气相法、液相法、喷雾法、烘焙法或者两种或更多种这些方法的组合方法形成负极活性物质层22b时，优选在负极活性物质层22b和负极集电体22a之间的界面的至少一部分上合金化。具体地，优选在界面上负极集电体22a的构成元素扩散到负极活性物质层22b，负极活性物质层22b的构成元素扩散到负极集电体22a，或者这些构成元素扩散到彼此中。这是因为能够抑制在充放电后负极活性物质层22b因膨胀和收缩而破损，并且还能够改善负极活性物质层22b与负极集电体22a之间的电子导电性。
气相法的实例包括物理沉积法和化学沉积法，具体地，气相沉积法、溅射法、离子电镀法、激光磨削法、热化学气相沉积(cvd)法以及等离子体化学气相沉积法。作为液相法，能够使用诸如电解电镀和无电镀等已知技术。本公开中提及的烘焙法是例如以下的方法：在微粒负极活性物质与粘合剂等混合之后，将混合物分散到溶剂中并且涂敷，然后以高于粘合剂等的熔点温度加热涂敷材料。作为烘焙法，还可使用已知技术，并且其实例包括气氛烘焙法、反应烘焙法以及热压制烘焙法。
【隔膜】
隔膜23具有至少包括多孔膜23a的构成。隔膜23的厚度可被设置为大于或者等于能够维持足够强度的厚度的任一厚度。优选可以这样一种方式设置隔膜23的厚度：隔膜23能够提供正极21与负极22之间的绝缘以防止短路等；具有离子渗透性以经由隔膜23适当进行电池反应；并且允许在电池中用于电池反应的活性物质层的体积效率尽可能地高。具体地，优选隔膜23可具有例如大于等于3μm并且小于等于18μm的厚度。
隔膜23的实例包括下列第一隔膜和第二隔膜。图3a示出了第一隔膜的构成例。图3b示出了第二隔膜的构成例。
【第一隔膜】
如图3a所示，第一隔膜仅由多孔膜23a制成。
【多孔膜】
多孔膜23a具有满足下列公式的结构：
t＝a×ln(ε)-4.02a+100
和
-1.87×1010×s-4.96≤a≤-40
其中，ε是孔隙率[％]，t是透气性[sec/100cc]，s是正极活性物质层[mg/cm2]的面积密度并且ln是自然对数。
此外，如上所述，正极活性物质层21b的面积密度s[mg/cm2]大于等于30mg/cm2。而且，考虑到满足该公式的可能的值的范围，优选正极活性物质层21b的面积密度s[mg/cm2]小于等于50mg/cm2。
多孔膜23a的树脂材料的实例包括聚烯烃树脂(诸如，聚丙烯和聚乙烯)、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚酯树脂、尼龙树脂等。在树脂材料中，优选使用容易形成满足上述公式的结构、具有防止短路的良好效果并且具有改善电池安全性的关闭(shutdown)效果的聚烯烃树脂(聚烯烃膜)。此外，多孔膜23a可具有各自由树脂材料制成的两个或者更多个树脂层的结构。多孔膜23a可以是由熔融混炼的两种或者更多种树脂材料形成的树脂膜。多孔膜23a还可包含诸如抗氧化剂等添加剂。
【制备多孔膜的方法】
例如，可以按照下列方式制备多孔膜23a。例如，通过将诸如聚烯烃树脂的聚合物与溶剂(增塑剂)在高温下混合而制备的基本均匀的溶液可以通过t模法、吹胀法等形成膜。之后，形成膜被拉伸，然后，通过将溶剂萃取到易挥发的不同溶剂中，去除溶剂并且由此形成多孔膜23a。作为溶剂，能够在高温下溶解聚合物的一种或者多种非挥发性有机溶剂可单独使用或者混合使用。相分离的形式可根据聚合物和溶剂的组合而不同，并且多孔结构也可改变。能够采用的用于拉伸的方法的实例包括通过滚筒拉伸和拉幅机拉伸的顺序双轴拉伸法、通过同时双轴拉幅机的同时双轴拉伸法等。在生产工艺中，通过控制增塑剂的量、拉伸比以及伸长温度中的至少一种条件，可以获得具有希望的孔隙率和希望的透气性的多孔膜23a。应当注意的是，制备多孔膜23a的方法并不局限于上述实例。
【孔隙率】
例如，优选就确保良好的离子导电性而言，多孔膜23a的孔隙率ε[％]可以大于等于20％；就维持物理强度和防止短路而言，小于等于57％。
【用于测量孔隙率的方法】
通过使用重量分析法可测量多孔膜23a的孔隙率ε[％]。根据此方法，在多孔膜23a的厚度方向上将十个区的多孔膜23a切出，形成直径2cm的圆形状；并且测量切出圆形膜中心部分的厚度h和膜的质量w。然后，通过使用这些厚度h和质量w，确定十片膜的体积v和十片膜的质量w。按照下列等式计算孔隙率ε[％]。
孔隙率ε[％]＝{(ρv-w)/(ρv)}×100
此处，ρ是多孔膜23a的材料的密度。
【透气性】
例如，优选就维持物理强度和防止短路而言，多孔膜23a的透气性t[sec/100cc]大于等于100sec/100cc；并且就确保良好的离子导电性而言，小于等于1000sec/100cc。
【用于测量透气性的方法】
透气性t[sec/100cc]为格利(gurley)透气性。根据jisp8117能够测量格利透气性。格利透气性表示在1.22kpa压力下100cc的空气经过膜的时间(sec)。
【第二隔膜】
如图3b所示，第二隔膜包括多孔膜23a和设置在多孔膜23a的至少一个表面上的表面层23b。图3b示出了表面层23b设置在多孔膜23a的一个表面上的实例。尽管附图中未示出，然而，表面层23b还可在多孔膜23a的两个表面上均设置。
【多孔膜23a】
多孔膜23a可具有类似于上述的构成。
【表面层】
表面层23b可包含树脂材料、无机微粒以及有机微粒。
【树脂材料】
树脂材料包含在表面层23b中用于将微粒结合到多孔膜23a的表面并且用于使微粒相互结合在一起。例如，此树脂材料可以原纤维化并且形成原纤维连续相互连接的三维网络结构。通过由具有诸如三维网络结构的树脂材料保持，微粒可保持处于分散状态而不固定在一起。或者，树脂材料也可结合到多孔膜23a的表面并且在不被原纤维化地情况下将微粒相互结合在一起。在这种情况下，可以获得更佳的结合性能。
能够包含在表面层23b中的树脂材料的实例包括：含氟树脂，诸如，聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯；含氟橡胶，诸如，偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物；苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物；丙烯腈-丁二烯共聚物及其氢化物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其氢化物；异丁烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物；乙烯-丙烯橡胶；聚乙酸乙烯酯等；纤维素衍生物，诸如，乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素以及羧甲基纤维素；聚苯醚；聚砜；聚醚砜；聚苯硫醚；聚醚酰亚胺；聚酰亚胺；聚酰胺(尤其芳族聚酰胺)；聚酰胺亚胺；聚丙烯腈；聚乙烯醇；聚醚；丙烯酸酯树脂、聚酯以及具有熔点和玻璃化转变温度中的至少一种温度高于或者等于180℃的其他树脂；酚醛树脂、环氧树脂以及其他热固性树脂。
【无机微粒】
能够包含在表面层23b中的无机微粒的实例包括电绝缘无机微粒，诸如，金属氧化物、金属氧化物水合物、金属氢氧化物、金属氮化物、金属碳化物以及金属硫化物。能够适当使用的金属氧化物或者金属氧化物水合物的实例包括：氧化铝(矾土，al2o3)、勃姆石(al2o3h2o或者alooh)、氧化镁(镁砂，mgo)、氧化钛(钛白，tio2)、氧化锆(锆土，zro2)、氧化硅(硅土，sio2)、三氧化二钇(氧化钇，y2o3)、氧化锌(zno)等。能够适当使用的金属氮化物的实例包括：氮化硅(si3ni4)、氮化铝(aln)、氮化硼(bn)、氮化钛(锡)等。能够适当使用的金属碳化物的实例包括：碳化硅(sic)、碳化硼(b4c)等。能够适当使用的金属硫化物的实例包括：硫酸钡(baso4)等。能够使用的金属氢氧化物的实例包括：氢氧化铝(al(oh)3)等。此外，还可使用诸如沸石(m2/no·al2o3·xsio2·yh2o，其中，m是金属元素，x≥2，y≥0)等多孔铝硅酸盐、诸如滑石(mg3si4o10(oh)2)等层状硅酸盐、或者诸如钛酸钡(batio3)和钛酸锶(srtio3)等矿石。此外，还可使用诸如li2o4、li3po4以及lif等锂化合物。还可使用诸如石墨、碳纳米管以及金刚石等碳材料。在这些材料中，优选使用矾土、勃姆石、滑石、钛白(尤其具有金红石结构的钛白)、硅土或者镁砂。可更优选使用矾土或者勃姆石。
这些无机微粒可单独使用或者两种或者更多种混合使用。无机微粒的形状并没有特别限制，可以采用具有球形状、纤维形状、针形状、鳞片形状、板形状、随机形状中任一种的形状
【有机微粒】
有机微粒的材料的实例包括：含氟树脂，诸如，聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯；含氟橡胶，诸如，偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物；苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物；丙烯腈-丁二烯共聚物及其氢化物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其氢化物；异丁烯酸酯-丙烯酸酯共聚物；苯乙烯-丙烯酸酯共聚物；丙烯腈-丙烯酸酯共聚物；乙烯-丙烯橡胶；聚乙烯乙酸脂等；纤维素衍生物，诸如，乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素以及羧甲基纤维素；聚苯醚；聚砜；聚醚砜；聚苯硫醚；聚醚酰亚胺；聚酰亚胺；聚酰胺，诸如，全芳族聚酰胺(芳族聚酰胺)；聚酰胺酰亚胺；聚丙烯腈；聚乙烯醇；聚醚；丙烯酸树脂、聚酯以及具有熔点和玻璃化转变温度中的至少一种温度高于或者等于180℃的高耐热性的其他树脂；酚醛树脂、环氧树脂以及其他热塑性树脂。这些材料可单独使用或者两种或者更多种混合使用。有机微粒的形状并没有特别限制，可以采用具有球形状、纤维形状、针形状、鳞片形状、板形状、随机形状中任一种的形状。
例如，通过将树脂材料与微粒一起混合；将得到的混合物添加到诸如n-甲基-2-吡咯烷酮等分散溶剂中以溶解树脂材料并且获得树脂溶液；并且在多孔膜23a的至少一个表面上涂敷树脂溶液，之后对其进行干燥等可获得表面层23b。
【非水性电解质溶液】
非水性电解质溶液可包含电解盐和非水性溶剂。
例如，电解盐可包含诸如锂盐的一种或者多种轻金属盐。锂盐的实例包括六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、六氟砷酸锂(liasf6)、四苯硼酸锂(lib(c6h5)4)、甲基磺酸锂(lich3so3)、三氟甲基磺酸锂(licf3so3)、四氯铝酸锂(lialcl4)、六氟硅酸二锂(li2sif6)、氯化锂(licl)、溴化锂(libr)等。在这些轻金属盐中，优选使用选自于由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂以及六氟砷酸锂构成的组中的至少一种。更加优选使用六氟磷酸锂。
非水性溶剂的实例包括内酯类溶剂，诸如，γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯以及ε-已内酯；碳酸酯类溶剂，诸如，碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二乙酯；醚溶剂，诸如，1,2-二甲氧基乙烷、1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃以及2-甲基四氢呋喃；腈类溶剂，例如乙腈；环丁砜类溶剂；磷酸类；磷酸酯类溶剂；吡咯烷酮类以及其他非水性溶剂。任一种非水性溶剂可单独使用或者可以两种或者更多种混合使用。
此外，作为非水性溶剂，优选使用环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物。更优选使用至少包括环状碳酸酯或者链状碳酸酯的可取代氢原子的部分或者所有被氟化的化合物的非水溶剂。可优选使用的氟化化合物的实例包括碳酸氟代亚乙酯(4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮：fec)和碳酸二氟代亚乙酯(4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮：dfec)。这是因为即使在负极22包括包含硅(si)、锡(sn)、锗(ge)等化合物的情况下，作为负极活性物质，它们能够提供改善的充放电循环特性，此外，在上述非水性溶剂中，更加优选使用碳酸二氟代亚乙酯作为非水性溶剂。这是因为其在改善循环特性方面的良好的效果。
【生产电池的方法】
【生产正极的方法】
通过将正极材料、导电剂以及粘合剂混合制备正极混合物。将正极混合物分散到诸如n-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中以制备膏状的正极混合浆体。然后，正极混合浆体涂敷在正极集电体21a上，干燥溶剂，并且通过使用滚筒压制等压缩成型使得到的材料形成正极活性物质层21b。由此制备正极21。
【生产负极的方法】
通过将负极材料与粘合剂混合制备负极混合物。将负极混合物分散到诸如n-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中来制备膏状的负极混合浆体。然后，负极混合浆体涂敷在负极集电体22a上，干燥溶剂，并且通过使用滚筒压制等压缩成型使得到的材料形成负极活性物质层。由此制备负极22。
【非水性电解质溶液的制备】
通过将电解质盐溶解在非水性溶剂中制备非水性电解质溶液。
【电池组装】
正极引线25通过焊接等安装在正极集电体21a中，并且负极引线26通过焊接等安装在负极集电体22a中。然后，正极21和负极22与插入在它们之间的本公开的实施方式的隔膜23螺旋卷绕以形成螺旋卷绕的电极体20。
随后，正极引线25的一端被焊接到安全阀机构，并且负极引线26的一端被焊接到电池壳11的壳底部。之后，通过一对绝缘极板12a和12b从螺旋卷绕的电极体20的卷绕外周表面夹住电极体20，并且这些部分共同容纳在电池壳11内部。在将螺旋卷绕的电极体20容纳在电池壳11内之后，将非水性电解质溶液注入到电池壳11中，并且用非水性电解质溶液浸渍隔膜23。然后，通过用垫圈18嵌填将电池盖13、包括安全阀14的安全阀机构、以及ptc器件17固定在电池壳11的开口端。因此，能够形成图1中所示的本公开的实施方式的电池。
对于此电池，当充电时，例如，可从正极活性物质层21b提取锂离子并且经由浸渍在隔膜23中的非水性电解质溶液嵌入到负极活性物质层22b。当放电时，例如，可从负极活性物质层22b提取锂离子并且经浸渍在隔膜23中的非水性电解质溶液嵌入到正极活性物质层21b。
2.第二实施方式
【电池组的实例】
图4是示出了本公开的第一实施方式的电池(以下也适当地称之为“二次电池”)应用至电池组的情况下的电路构成例的框图。电池组包括组装电池301、外包装、具有充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关单元304、电流检测电阻307、温度检测器件308以及控制单元310。
此外，电池组包括正极端子321和负极端子322。在充电时，正极端子321和负极端子322分别连接到充电器的正极端子和负极端子，并且进行充电。另一方面，当使用电子装置时，正极端子321和负极端子322分别连接到该装置的正极端子和负极端子，并且进行放电。
组装电池301配置有彼此串联和/或并联的多个二次电池301a。二次电池301a是本公开的实施方式的二次电池。应当注意的是，尽管图4中示出了六个二次电池301a中两个电池并联连接并且三个串联连接(2p3s配置)作为实例的情况，然而，还也可以是其他情况，例如n个并联并且m个串联(其中，n和m均为整数)，并且可以采用任何方式的连接。
开关单元304包括充电控制开关302a和二极管302b以及放电控制开关303a和二极管303b并且由控制单元310控制。二极管302b具有相对于从正极端子321流入组装电池301的充电电流的反方向上和相对于从负极端子322流入组装电池301的放电电流的正方向上的极性。二极管303b具有相对于充电电流的正方向上和相对于放电电流的反方向上的极性。应当注意的是，尽管在本实例中，开关单元304设置在正极端子侧，然而，其可以另行设置在负极端子侧。
充电控制开关302a被配置为在电池电压达到过充电检测电压的情况下断开，并且通过控制单元310控制使得充电电流不在组装电池301的电流路径中流动。在充电控制开关302a断开时，仅能够经由二极管302b执行放电。此外，在充电时大量电流流入的情况下，充电控制开关302a断开并且由控制单元301控制使得在组装电池301的电流路径中流动的充电电流被切断。
放电控制开关303a被配置为在电池电压达到过放电检测电压的情况下断开，并且通过控制单元310控制使得放电电流并不流入组装电池301的电流路径。在放电控制开关303a断开之后，仅能够经由二极管303b执行充电。此外，在放电时大量电流流入的情况下，放电控制开关303a断开，并且通过控制单元310控制使得在组装电池301的电流路径中流动的放电电流被切断。
例如，温度检测器件308是设置在组装电池301的附近处的热敏电阻。温度检测器件308被配置为测量组装电池301的温度并且将测量温度供给控制单元310。电压检测单元311被配置为测量组装电池301以及包括在组装电池301中的每个二次电池301a的电压，然后，a/d转换测量电压，并且将其供给控制单元310。电流测量单元313被配置为使用电流检测电阻307测量电流并且将测量出的电流供给控制单元310。
开关控制单元314被配置为基于从电压检测单元311和电流测量单元313输入的电压和电流来控制开关单元304的充电控制开关302a和放电控制开关303a。开关控制单元314被配置为在二次电池301a中任一个的电压达到过充电检测电压以下或者过放电检测电压以下时或者大量电流迅速流入时传输开关单元304的控制信号，从而防止过充电、过放电以及过电流充放电。
此处，在二次电池是锂离子二次电池的情况下，例如，过充电检测电压被定义为例如4.20v±0.05v，并且过放电检测电压被定义为例如2.4v±0.1v。
对于充放电控制开关，可以使用诸如mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体开关。在这种情况下，mosfet的寄生二极管用作二极管302b和303b的功能。在p-沟道fet(场效应晶体管)用作充放电控制开关的情况下，开关控制单元314分别将控制信号do和控制信号co供给充电控制开关302a的栅极和放电控制开关303a的栅极。在充电控制开关302a和放电控制开关303a均为p-沟道型的情况下，充电控制开关302a和放电控制开关303a通过栅极电势低于源电势预定值以上来接通。换言之，在正常充放电的操作中，控制信号co和do被确定为低电平并且充电控制开关302a和放电控制开关303a均接通。
此外，例如，当过充电或者过放电时，控制信号co和do被确定为高电平并且充电控制开关302a和放电控制开关303a均断开。
存储器317包括ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、用作非易失性存储器的eprom(可擦除的可编程只读存储器)等。在存储器317中，由控制单元310计算的数字值、在制造工艺阶段中测量的各个二次电池301a的初始状态下电池的内部电阻值等被事先存储并且可根据需要重写。此外，当存储二次电池301a的完全充电容量时，例如，能够与控制单元310一起计算剩余容量。
提供有温度检测单元318，以使用温度检测器件308测量温度并且在产生异常热时控制充电或者放电，或者在计算剩余容量时执行校正。
3.第三实施方式
例如，在将电力提供给诸如电子装置、电动车辆以及电存储装置等装置时，可安装或者使用根据本公开的第一实施方式的上述电池以及使用该电池的根据第二实施方式的电池组。
电子装置的实例为膝上型电脑、pda(个人数字助理)、蜂窝电话、无线电话听筒、摄像机、数字照相机、电子书、电子词典、音乐播放器、耳机、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、冰箱、空调、电视、立体声系统、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、干燥器、照明装置、玩具、医疗器械、机器人、负载调节器、交通灯等。
电动车辆的实施例为铁道车辆、高尔夫球车、电车(electriccart)、电动车(electricmotorcar，电动汽车)(包括混合动力摩托车)等。上述实施方式将用作其驱动动力源或者辅助动力源。
电存储装置的实例包括用于由发电设施或者诸如住宅的建筑物使用的电存储用电源。
在上述的应用的实例中，下面即将描述采用本公开的实施方式的电池的电力存储系统的具体实例。
例如，电力存储系统可采用下列配置。第一电力存储系统是一种具有被配置为由从可再生能源产生电力的发电设备充电的电存储装置的电力存储系统。第二电力存储系统具有电存储装置并且被配置为将电力提供给连接到电存储装置的电子装置。第三电力存储系统是一种以从电存储装置接收电力供应的电子装置的配置。这些电力存储系统实现为系统以有效地结合外部电力供应网络来供应电力。
此外，第四电力存储系统是一种电动车辆的配置，其中包括被配置为从电存储装置接收电力供应并且将电力转换成对车辆的驱动力的转换器，并且进一步包括被配置为基于关于电存储装置的信息来处理关于车辆控制的信息的控制器。第五电力存储系统是一种电力系统，其中包括被配置为经由网络将信号传输给其他装置并且从其他装置接收信号的电力信息传输接收单元，从而基于由传输接收单元接收的信息来控制上述电存储装置的充放电。第六电力存储系统是一种被配置为从上述电存储装置接收电力供应或者从发电设备和电力网络中的至少一个为电存储装置提供电的电力系统。下面描述电力存储系统。
3-1)住宅的电力存储系统作为应用例。
将参考图5描述使用本公开的实施方式的电池的电存储装置应用于住宅所用电力存储系统的情况的实例。例如，在用于住宅401的电力存储系统400中，从包括热力发电402a、核能发电402b、水力发电402c等经由电力网络409、信息网络412、智能电表407以及电力枢纽408等将电力提供给电存储装置403。与此同时，从诸如内部发电设备404等独立电源也将电力提供给电存储装置403。因此，存储供应到电存储装置403的电力。通过使用电存储装置403，能够供应住宅401内使用的电力。不仅对于住宅401，而且对于其他建筑物，均能够应用类似的电力存储系统。
住宅401设置有发电设备404、电力消耗装置405、电存储装置403、控制各个设备或者装置的控制设备410、智能电表407、获得各种信息的传感器411。设备或者装置通过电力网络409和信息网络412彼此连接。对于发电设备404，使用太阳能电池、燃料电池等，并且将生成的电力供给电力消耗装置405和/或电存储装置403。电力消耗装置405的实例包括冰箱405a、空调405b、电视接收器405c、以及浴室405d。此外，电力消耗装置405包括电动车辆406。电动车辆406的实例包括电动车406a、混合动力电车406b以及电动摩托车406c。
本公开的实施方式的上述电池应用于电存储装置403。例如，本公开的实施方式的电池可配置锂离子二次电池。智能电表407具有测量商业电的用量并且将测量出的用量传输给电力公司的功能。电力网络409可以是dc供电、ac供电以及非接触供电中的任一种，或者可以是其两种或者更多种的组合。
各种传感器411的实例包括人体检测传感器、照明传感器、物体检测传感器、电力消耗传感器、振动传感器、接触式传感器、温度传感器以及红外传感器。由各种传感器411获得的信息被传输给控制设备410。基于来自传感器411的信息了解天气条件的状态、个人状态等，并且能够自动控制电力消耗装置405以使能量消耗最小化。此外，可以使控制设备410通过因特网将有关住宅401的信息传输给外部电力公司等。
通过使用电力枢纽408执行诸如将电力线路分支和dc/ac转换等处理。用于与控制设备410连接的信息网络412的通信方案的实例包括使用通信接口的方法，诸如，uart(通用异步接收器-转发器：用于异步串联通信的传输和接收电路)；和使用基于无线通信标准(例如蓝牙、zigbee、以及wifi)的传感器网络的方法。蓝牙方法能够应用于多媒体通信，因此，能够执行一到多连接通信。zigbee使用ieee(电气和电子工程师协会)802.15.4的物理层。ieee802.15.4是称为个人局域网(pan)或者无线(w)pan的短距离无线网络标准的名称。
控制设备410连接到外部服务器413。服务器413可由住宅401、电力公司以及服务供应商中的一个管理。例如，由服务器413传输并且接收的信息是有关电力消耗信息、生活模式信息、电费、天气信息、自然灾害信息以及电力交易的信息。可从住宅内部的电力消耗装置(例如，电视接收器)传输并且接收这些信息。或者，从室外设备(例如，手机等)传输并且接收这些信息。这些信息可以显示在具有显示功能的设备上，例如，电视接收器、手机或者个人数字助理(pda)。
控制各个单元的控制设备410包括中央处理单元(cpu)、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等。在此实例中，控制设备410存放在电存储装置403中。控制设备410通过信息网络412连接到电存储装置403、内部发电设备404、电力消耗装置405、各种传感器411以及服务器413，并且具有调整商业电的用量以及电力生成量的功能。此外，控制设备410可具有在电力市场执行电力交易的功能。
如上所述，不仅电力来自热力发电402a、核能发电402b、水力发电402c等的中央电力系统402，而且来自家庭内发电设备404(太阳能发电、风力发电)的生成电力也能够存储在电存储装置403中。因此，即使家庭内发电设备404的生成电力改变，也可以执行控制使得被发送到外部的电量恒定或者仅进行必要量的放电。例如，可以如下地使用：通过使用太阳能发电获得的电力存储在电存储装置403中，费用在夜间较低的午夜电力存储在电存储装置403中，以及在费用在白天较高的时段放电和使用由电存储装置403存储的电力。
在本实例中，已经描述了控制设备410容纳在电存储装置403的实例。或者，控制设备410可容纳在智能电表407中或者可以是单独配置。此外，可针对在一幢公寓楼内的多个家庭或者针对多个独院式住宅使用电力存储系统400。
3-2)车辆用电力存储系统作为应用例
将参考图6来描述将本公开的实施方式应用于车辆用电力存储系统的情况的实例。图6示意性地示出了采用串联混合动力系统的混合动力车辆的配置的实例，其中，应用了本公开的实施方式。串联混合动力系统是一种使用引擎驱动的发电机生成的电力或者使用暂时存储在电池中的电力通过使用电力驱动力转换器运行的汽车。
混合动力车辆500配备有引擎501、发电机502、电力驱动力转换器503、驱动轮504a、驱动轮504b、车轮505a、车轮505b、电池508、车辆控制设备509、各种传感器510以及充电插槽511。本公开的实施方式的上述电池应用于电池508。
混合动力车辆500通过使用作为动力源的电力驱动力转换器503运行。电力驱动力转换器503的实例为电机。电力驱动力转换器503使用电池508的电力运转，并且电力驱动力转换器503的转动力被传输给驱动轮504a和504b。通过在所需位置使用直流交流电(dc-ac)或者逆转换(ac-dc转换)，电力驱动力转换器503能够使用ac电机和dc电机中的任一种。各种传感器510被配置为通过车辆控制设备509控制引擎转速或者控制节流阀的开口(节流开口)，尽管附图中未示出。各种传感器510包括速度传感器、加速度传感器、引擎转速传感器等。
引擎501的转动力被传输给发电机502，并且使用转动力由发电机产生的电力能够存储在电池508中。
当混合动力车辆500通过制动机构减速时，尽管附图中未示出，然而，在减速时的阻力作为转动力被添加到电力驱动力转换器503。使用转动力通过电力驱动力转换器503产生的再生电力能够存储在电池508中。
电池508由于连接到混合动力车辆500的外部电源而通过使用作为输入插槽的充电插槽511从外部电源接收电力供应并且能够存储所接收的电力。
尽管附图中未示出，然而，本公开的实施方式可包括信息处理设备，其基于关于二次电池的信息进行信息处理用于车辆控制。这样的信息处理设备的实例包括基于电池剩余量的信息执行电池剩余量显示的信息处理设备。
在上述内容中，参考使用电机运行的串联混合动力汽车的实例进行描述，其中该电机使用由引擎驱动的发电机生成的电力或者使用已存储在电池中的电力。然而，根据本公开的实施方式能够有效地应用于并联混合动力汽车，其中，引擎和电机的输出均用作驱动源，并且其中，根据需要在三种方法(即，仅使用引擎运行，仅使用电机运行，以及使用引擎和电机运行)之间切换。此外，根据本公开的实施方式能够有效地应用于通过仅使用驱动电机而不使用引擎驱动而运行的所谓电机驱动车辆。
【实施例】
现通过其实施例更为详细地描述本公开。然而，应当注意的是，本公开并不局限于这些实施例。
【实施例1】
【正极的制备】
通过混合作为粘结剂(粘合剂)的5克聚偏二氟乙烯、作为导电剂的10克碳黑以及作为正极活性物质的85克lini0.80co0.15al0.05o2，并且将n-甲基-2-吡咯烷酮(以下称之为“nmp”)添加到所得混合物中，制备膏状的正极混合浆体。顺便提及，根据需要调整添加nmp的量以形成能够涂敷在作为集电体的铝箔上的膏状。
正极混合浆体涂敷在作为集电体的铝箔(两侧上)，其中，铝箔具有30μm的厚度。随后，通过以热空气进行加热来干燥nmp并将其从浆体移除，然后，进行压制。调整厚度和密度，因此，获得具有形成在正极集电体的两侧上的正极活性物质层的正极。顺便提及，在压制过程中，通过使用滚筒压制等压缩成型，同时根据需要进行加热，并且通过由此调整厚度和密度，可以调整面积密度。在此情况下，可以执行压缩成型若干次。在实施例1中，将正极活性物质层的面积密度调整为31mg/cm2。
【负极的制备】
通过混合作为粘结剂(粘合剂)的3克聚偏二氟乙烯和作为负极活性物质的95克天然石墨，将n-甲基-2-吡咯烷酮(以下称之为“nmp”)添加到所得混合物中，制备出膏状的负极混合浆体。顺便提及，根据需要调整添加nmp的量以形成能够涂敷在作为负极集电体的铜箔上的膏状。
负极混合浆体涂敷在作为负极集电体的铜箔(两侧上)，其中，铜箔具有20μm的厚度。然后，通过以热空气加热来干燥nmp并从浆体将其移除，然后，进行压制。调整厚度和密度，由此获得负极。
【隔膜的制备】
将下列聚乙烯膜制备成隔膜。按质量计2份具有2.5×106重均分子量(mw)的超高分子量的聚乙烯与按质量计13份具有2.4×105重均分子量(mw)的聚乙烯被混合在一起的原料树脂进一步以对应于希望的孔隙率和透气性(在实施例1中，35％的孔隙率和394sec/100cc的透气性)的量与液体石蜡混合，以制备聚乙烯组合物的溶液。
接着，将按质量计0.125份的2,6-二-叔丁基-对甲酚和按质量计0.25份的四[亚甲基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]甲烷作为抗氧化剂添加到按质量计100份的聚乙烯组合物的溶液中。将得到的混合物填充到配备有搅拌器的高压釜，并且在200℃下搅拌90分钟以获得基本均匀的溶液。
使用45mm直径的挤出机通过t模(t-die)挤出溶液并且在通过冷却辊恢复下形成凝胶片。
获得的片材被放置到双轴拉伸机器，并且以对应于所希望的膜厚度、孔隙率以及透气性(在实施例1中，12μm的膜厚度、35％的孔隙率以及394sec/100cc的透气性)的伸长温度和拉伸比下进行同时双轴拉伸。
以二氯甲烷洗涤所得拉伸膜，并且萃取剩余液体石蜡以将其除去，然后干燥该膜，以获得具有12μm膜厚度、35％孔隙率以及394sec/100cc透气性的聚乙烯膜。
【电解质溶液的制备】
作为电解质溶液，使用如下溶液：溶剂为碳酸亚乙酯(ec)与碳酸二甲酯(dmc)按质量比以ec:dmc＝25:75的比例混合的混合物并且以1.1mol/l的浓度将六氟磷酸锂(lipf6)作为支持盐溶解在此溶剂中。
【电池的组装】
将正极和负极切割成预定尺寸。对于各个电极的未形成部分(其中没有形成对应的活性物质层)，超声焊接对应的集电体突出部(tab)。作为集电体突出部，正极中使用铝引线片，并且负极中使用镍引线片。随后，将由多孔聚乙烯膜制成的隔膜在插入到正极与负极之间的情况下螺旋卷绕。将此螺旋卷绕体插入在电池壳中，并且将其负极突出部通过电阻焊接连接到电池壳底部。正极盖通过超声焊接连接到正极突出部。接着，将电解质溶液注入到电池壳中。之后，通过用正极盖嵌填而密封电池壳。由此，获得所需的锂离子二次电池。
【实施例2】
将正极活性物质层的面积密度调整为32mg/cm2。制备具有12μm膜厚度、42％孔隙率以及152sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例3】
将正极活性物质层的面积密度调整为33mg/cm2。制备具有12μm膜厚度、42％孔隙率以及113sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例4】
将正极活性物质层的面积密度调整为34mg/cm2。制备具有9μm膜厚度、35％孔隙率以及197sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例5】
将正极活性物质层的面积密度调整为35mg/cm2。制备具有7μm膜厚度、32％孔隙率以及206sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例6】
将正极活性物质层的面积密度调整为37mg/cm2。制备具有16μm膜厚度、45％孔隙率以及166sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例7】
将正极活性物质层的面积密度调整为40mg/cm2。制备16μm膜厚度、49％孔隙率以及120sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例8】
将正极活性物质层的面积密度调整为42mg/cm2。制备7μm膜厚度、44％孔隙率以及110sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例9】
将正极活性物质层的面积密度调整为43mg/cm2。制备5μm膜厚度、35％孔隙率以及119sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例10】
将正极活性物质层的面积密度调整为45mg/cm2。制备7μm膜厚度、40％孔隙率以及121sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【实施例11】
将正极活性物质层的面积密度调整为49mg/cm2。制备16μm膜厚度、46％孔隙率以及113sec/100cc的透气性的聚乙烯膜作为隔膜。除这些差异之外，以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池。
【比较例1】
以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有16μm膜厚度、36％孔隙率以及451sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例2】
以与实施例1中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有16μm膜厚度、38％孔隙率以及505sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例3】
以与实施例2中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有16μm膜厚度、35％孔隙率以及445sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例4】
以与实施例3中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有12μm膜厚度、35％孔隙率以及389sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例5】
以与实施例4中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有9μm膜厚度、29％孔隙率以及423sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例6】
以与实施例5中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有12μm膜厚度、34％孔隙率以及405sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例7】
以与实施例6中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有9μm膜厚度、33％孔隙率以及276sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例8】
以与实施例6中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有12μm膜厚度、39％孔隙率以及249sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例9】
以与实施例6中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有16μm膜厚度、42％孔隙率以及235sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例10】
以与实施例7中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有16μm膜厚度、42％孔隙率以及163sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例11】
以与实施例9中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有12μm膜厚度、42％孔隙率以及152sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例12】
以与实施例9中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有9μm膜厚度、35％孔隙率以及197sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例13】
以与实施例9中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有7μm膜厚度、32％孔隙率以及206sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
【比较例14】
以与实施例11中相同的方式制备锂离子二次电池，但是制备具有12μm膜厚度、38％孔隙率以及157sec/100cc透气性的聚乙烯膜作为隔膜。
对于实施例1至11和比较例1至14，按照下列方式测量孔隙率ε[％]、透气性t[sec/100cc]以及正极活性物质层的面积密度s[mg/cm2]。
【用于测量孔隙率的方法】
通过使用重量分析法测量隔膜的孔隙率。根据本方法，在隔膜的厚度方向上切出十个区的隔膜，形成直径2cm的圆形状，并且测量切出的圆形膜中心部分的厚度h和膜的质量w。然后，通过使用这些厚度h和质量w，确定隔膜的十片膜的体积v和十片膜的质量w。按照下列等式确定孔隙率。
孔隙率[％]＝{(ρv-w)/(ρv)}×100
其中，ρ是隔膜的材料的密度。
作为质量测量设备，使用电子天平(由sartoriuscorporation制造的“mc210p”)。
【用于测量透气性的方法】
透气性是格利(gurley)透气性。根据jisp8117测量格利透气性。格利透气性表示在1.22kpa压力下100cc的空气穿过膜的时间(sec)。作为测量设备，使用空气阻力测量设备(由toyoseikiseisaku-sholtd.制造的“g-b2c”)。
【用于测量正极活性物质层的面积密度的方法】
使得电池完全放电，然后，拆解。由此，从电池中取出正极板。以溶剂(dmc：碳酸二甲酯)洗涤正极板，然后，充分干燥。切出预定面积(切出面积)的正极活性物质层设置在正极集电体的两个表面上的部分(双面沉积部分)。然后，测量其切出部分的质量[mg](称之为“质量a”)。同样，切出正极集电体的任一表面均没有设置任何正极混合层的部分，并且测量其切出部分的质量[mg](称之为“质量b”)。按照下列等式计算面积密度。
面积密度[mg/cm2]＝(质量a-质量b)÷切出面积
【评价】
为了评价所制备的电池的高输出特性，执行下列高负荷充放电测试。
【高负荷充放电测试】
以0.1c的恒定电流对制备出的电池进行充电，直至其达到4.2v电压，之后，以4.2v恒定电压进行充电2.5个小时。然后，在30分钟暂停之后，以0.1c的恒定电流使电池放电，直至其达到2.5v电压。执行此操作两次，并且在第二次操作之后获得作为电池低负荷放电容量的放电容量。接着，在上述条件下对同样电池进行充电之后，以12c恒定电流使电池放电并且确定其高负荷放电容量。
然后，将{(高负荷放电容量)÷(低负荷放电容量)}×100[％]计算为高负荷放电下电池的容量保留率[％]。
顺便提及，1c是能够在一个小时内使理论容量完全充电(或者放电)的电流量。因此，0.1c是在十个小时内能够使理论容量完全充电(或者放电)的电流量，并且12c是在5分钟内能够使理论容量完全充电(或者放电)的电流量。12c电流量是0.1c电流量的120倍。
表1中示出了有关实施例1至11和比较例1至14的测量和评价的结果。
【表1】
此外，图7至图13示出了便于理解这些实施例和比较例是否满足下列公式的一些图表。图7示出了透气性(t)、孔隙率(ε)以及面积密度(s)的t-ε-s三维坐标。图8a至图13各自示出了当面积密度(s)是预定值(31mg/cm2、32mg/cm2、33mg/cm2、34mg/cm2、35mg/cm2、37mg/cm2、40mg/cm2、42mg/cm2、43mg/cm2、45mg/cm2或者49mg/cm2)时的对应ε-t平面。
【公式】
t＝a×ln(ε)-4.02a+100
和
-1.87×1010×s-4.96≤a≤-40
其中，ε是孔隙率[％]，t是透气性[sec/100cc]，s是正极活性物质层的面积密度[mg/cm2]并且ln是自然对数。
在图7中，区域s1至s11示出了在值s是上述的对应预定值时满足该公式的透气性(t)和孔隙率(ε)的范围。此外，在图8a至图13的ε-t平面坐标上，绘制有关实例和比较例的测量值。当绘制点在区域s1至s11的范围内时，意味着隔膜(聚乙烯膜)满足公式。当绘制点在区域s1至s11的范围之外时，意味着隔膜(聚乙烯膜)不满足公式。
应当注意的是，图8a至13中的ε-t平面坐标(ε-t平面)各自示出了面积密度(s)为如下值的情况下的对应ε-t平面坐标。
图8a是其中s＝31[mg/cm2]的ε-t平面坐标。图8b是其中s＝32[mg/cm2]的ε-t平面坐标。
图9a是其中s＝33[mg/cm2]的ε-t平面坐标。图9b是其中s＝34[mg/cm2]的ε-t平面坐标。
图10a是其中s＝35[mg/cm2]的ε-t平面坐标。图10b是其中s＝37[mg/cm2]的ε-t平面坐标。
图11a是其中s＝40[mg/cm2]的ε-t平面坐标。图11b是其中s＝42[mg/cm2]的ε-t平面坐标。
图12a是其中s＝43[mg/cm2]的ε-t平面坐标。图12b是其中s＝45[mg/cm2]的ε-t平面坐标。
图13是其中s＝49[mg/cm2]的ε-t平面坐标。
此外，根据上述公式得到图8a至图13示出的区域s1至s11、tmin以及tmax。在下面，将描述有关区域s1至s11、tmin以及tmax的关系表达式。顺便提及，在隔膜中多孔膜的透气性t[sec/100cc]小于tmin的情况下，则变得难以确保适当的断开功能，并且这可能趋向于降低电池的安全性。
【区域s1】
区域s1：s＝31[mg/cm2]，tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×31-4.96)
【区域s2】
区域s2：s＝32[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×32-4.96)
【区域s3】
区域s3：s＝33[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×33-4.96)
【区域s4】
区域s4：s＝34[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×34-4.96)
【区域s5】
区域s5：s＝35[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×35-4.96)
【区域s6】
区域s6：s＝37[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×37-4.96)
【区域s7】
区域s7：s＝40[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×40-4.96)
【区域s8】
区域s8：s＝42[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×42-4.96)
【区域s9】
区域s9：s＝43[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×43-4.96)
【区域s10】
区域s10：s＝45[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×45-4.96)
【区域s11】
区域s11：s＝49[mg/cm2],tmin≤t≤tmax
tmin:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-40)
tmax:a×ln(ε)-4.02a+100(a＝-1.87×1010×49-4.96)
如表1和图7至图13所示，满足上述公式条件的实施例1至11具有良好的高负荷放电性能。相反，不满足上述公式条件的比较例1至14不具有良好的高负荷放电性能。顺便提及，有关高负荷放电测试的容量保留率，因为普通用户所需的容量保留率为约60％，所以该值(60％)用作基准来确定在该评价中高负荷放电性能是否良好。
4.其他实施方式
本公开并不局限于上述实施方式，但是在不背离本公开的主旨范围内可对实施方式做出各种变形和改造。
例如，在上述实施方式和实施例中，数字值、结构、形状、材料、原料、生产工艺等仅为示例性，并且根据需要，可使用不同于上述的数字值、结构、形状、材料、原料、生产工艺等。
而且，在不背离本公开的主旨的情况下，上述实施方式和实施例中的配置、方法、工艺、形状、材料、数字值等可彼此进行组合。
根据上述任一实施方式的电池并不局限于二次电池，而是也可应用于一次电池。
通过示出具有螺旋结构的圆柱型结构的电池(其中电极螺旋卷绕)描述上述实施方式和实施例，但本公开并不局限于这些电池。例如，本公开的实施方式也可应用于包括用作其外包装的层压膜的层压膜型电池；具有其中电极堆叠的结构的堆叠型电池；方型；硬币型；扁平型；钮扣型；或者其他结构类型的电池。堆叠型结构的实例可包括正极和负极与插入它们之间的隔膜片层压的电池结构；正极和负极与插入它们之间的以z字形折叠的隔膜层压；正极和负极与插入它们之间的、夹置负极的一对隔膜层压，该对隔膜折叠；等等。
此外，作为电解质，还可以使用由高分子化合物保持的非水性电解质溶液的凝胶电解质。用于保持非水性电解质溶液的高分子化合物的实例包括含氟的高分子化合物，例如，包括聚偏二氟乙烯(pvdf)或者其重复单元中包括偏二氟乙烯(vdf)和六氟丙烯的共聚物；醚类高分子化合物，例如聚氧化乙烯(peo)和包含聚氧化乙烯(peo)的交联产物；包括作为其重复单元的聚丙烯腈(pan)、聚环氧丙烷(ppo)或者聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的高分子化合物；以及可吸收非水性电解质溶液并且形成凝胶结构的其他高分子化合物。任何的该高分子化合物可单独使用或者混合使用其两种或者更多种。
特别地，就氧化还原稳定性而言含氟的高分子化合物是优选的。在上述化合物中，包括偏二氟乙烯和六氟丙烯作为其组成的共聚物是优选的。而且，此共聚物可包含作为其组成的不饱和二元酸的单酯，例如马来酸单甲酯(mmm)；卤代乙烯，例如三氟氯乙烯(pctfe)；不饱和化合物的环状碳酸酯，例如碳酸亚乙烯酯(vc)；含环氧基的丙烯醛基乙烯基(acrylvinyl)单体；等等。这是因为能够获得改善的特性。
此外，作为电解质，可以使用固态电解质等。电解质可包括离子液体(环境温度熔融盐)。
根据本公开的上述实施方式，当以高输出使电池放电时可以防止容量降低，并且由此提供具有高容量和高功率的电池。此外，通过抑制内部电阻增加，可以抑制产生与放电相关的焦耳热，并且抑制在高负荷放电过程中产生热。这可降低正极与负极之间因隔膜在高负荷放电过程中生成的热导致的收缩而发生短路的风险。
本公开可采用下列配置。
[1]一种电池，包括：
正极，所述正极包括具有一对表面的正极集电体和设置在所述正极集电体的各个所述表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包含正极活性物质；
所述正极活性物质具有选自于以下的至少一种化合物：
锂镍复合氧化物，所述锂镍复合氧化物具有作为主要成分的镍，所述锂镍复合氧化物具有层状结构，所述锂镍复合氧化物包含具有高含量镍的至少锂和镍；
锂镍钴锰复合氧化物，所述锂镍钴锰复合氧化物具有层状结构，所述锂镍钴锰复合氧化物包含具有低含量镍的至少锂、镍、钴以及锰；
锂锰复合氧化物，所述锂锰复合氧化物具有尖晶石结构，所述锂锰复合氧化物包含至少锂和锰；以及
磷酸铁锂化合物，所述磷酸铁锂化合物具有橄榄石结构，所述磷酸铁锂化合物包含至少锂、铁以及磷；
所述正极活性物质层具有大于或者等于30mg/cm2的面积密度s[mg/cm2]。
负极；
隔膜，所述隔膜至少包括多孔膜；
所述多孔膜具有满足下列公式的孔隙率ε[％]和透气性t[sec/100cc]：
t＝a×ln(ε)-4.02a+100
和
-1.87×1010×s-4.96≤a≤-40
其中，ε是所述孔隙率[％]，t是所述透气性[sec/100cc]，s是所述正极活性物质层的所述面积密度[mg/cm2]并且ln是自然对数；
以及电解质。
[2]根据[1]所述的电池，其中：
所述正极活性物质层具有小于或者等于50mg/cm2的面积密度。
[3]根据[1]或者[2]所述的电池，其中：
具有作为主要成分的镍的所述锂镍复合氧化物包括由以下式(1)表示的至少一种复合氧化物：
lixniycozm1(1-y-z)ob...(1)
其中，m1表示选自以下至少一种元素：硼(b)、镁(mg)、铝(al)、硅(si)、磷(p)、硫(s)、钛(ti)、铬(cr)、锰(mn)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、镓(ga)、锗(ge)、钇(y)、锆(zr)、钼(mo)、银(ag)、钡(ba)、钨(w)、铟(in)、锡(sn)、铅(pb)以及锑(sb)；
x、y、z以及b是在以下范围内的值：0.8<x≤1.2、0.5≤y≤1.0、0≤z≤0.5、y+z≤1以及1.8≤b≤2.2范围内的值；并且
锂的组成根据充放电状态而变化，并且x的值表示完全放电状态下的值。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的电池，其中：
所述锂镍钴锰复合氧化物包括由以下式(2)表示的至少一种复合氧化物：
lifnigcoimn(1-g-i-h)m2ho(2-j)...(2)
其中，m2表示选自以下的至少一种元素：镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、锆(zr)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)以及钨(w)；
f、g、h、j以及i为以下范围内的值：0.8≤f≤1.2、0<g≤0.5、0≤h≤0.5、g+h+i<1、-0.1≤j≤0.2以及0<i≤0.5范围内的值；并且
锂的组成根据充放电状态而变化，并且f的值表示完全放电状态下的值。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的电池，其中：
所述锂锰复合氧化物包括由以下式(3)表示的至少一种复合氧化物：
livni(2-w)m3wos...(3)
其中，m3表示选自以下的组中的至少一种元素：钴(co)、镍(ni)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铁(fe)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、锡(sn)、钙(ca)、锶(sr)以及钨(w)；
v、w以及s为以下范围内的值：0.9≤v≤1.1、0≤w≤0.6以及3.7≤s≤4.1范围内的值；并且
锂的组成根据充放电状态而变化，并且v的值表示完全放电状态下的值。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的电池，其中：
所述磷酸铁锂化合物包括由以下式(4)表示的至少一种磷酸盐化合物：
liuferm4(1-r)po4...(4)
其中，m4表示选自以下的至少一种元素：钴(co)、锰(mn)、镍(ni)、镁(mg)、铝(al)、硼(b)、钛(ti)、钒(v)、铌(nb)、铜(cu)、锌(zn)、钼(mo)、钙(ca)、锶(sr)、钨(w)以及锆(zr)；
r和u为以下范围内的值：0<r≤1与0.9≤u≤1.1范围内的值；并且
锂的组成根据充放电状态而变化，并且u的值表示完全放电状态下的值。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的电池，其中：
所述正极活性物质包含作为具有作为主要成分的镍的锂镍复合氧化物的以下化合物：
lixni0.80co0.15al0.05o2
其中，x是0.8<x≤1.2范围内的值；并且
锂的组成根据充放电状态而变化，并且x的值表示完全放电状态下的值；并且
lixni0.80co0.15al0.05o2的含量按质量计为大于等于所述正极活性物质的总质量的80％并且按质量计小于等于所述正极活性物质的所述总质量的98％。
[8]根据[1]、[2]、[4]以及[5]中任一项所述的电池，其中：
所述正极活性物质为所述锂镍钴锰复合氧化物和所述锂锰复合氧化物的混合物；并且
所述混合物中所述锂镍钴锰复合氧化物的质量与所述锂锰复合氧化物的质量的质量比在5:5至9:1的范围内。
[9]根据[1]、[2]、[3]以及[5]中任一项所述的电池，其中：
所述正极活性物质为
具有作为主要成分的镍的所述锂镍复合氧化物；或者
具有作为主要成分的镍的所述锂镍复合氧化物与所述锂锰复合氧化物的混合物；并且
所述正极活性物质中具有作为主要成分的镍的所述锂镍复合氧化物的质量与所述锂锰复合氧化物的质量的质量比在5:5至10:0的范围内。
[10]根据[1]至[9]中任一项所述的电池，其中：
所述多孔膜具有至少一个主表面；并且
所述隔膜进一步包括设置在所述多孔膜的至少一个表面上、包含微粒和树脂的表面层。
[11]根据[1]至[10]中任一项所述的电池，其中：
所述多孔膜为聚烯烃树脂膜。
[12]根据[1]至[11]中任一项所述的电池，其中：
所述隔膜具有大于等于3μm并且小于等于18μm的厚度。
[13]一种电池组，包括：
根据[1]至[12]中任一项所述的电池，
控制单元，所述控制单元被配置为控制所述电池；并且
外包装，所述外包装被配置为包含所述电池。
[14]一种电子装置，包括：
根据[1]至[12]中任一项所述的电池，
所述电子装置被配置为从所述电池接收电力供应。
[15]一种电动车辆，包括：
根据[1]至[12]中任一项所述的电池，
转换器，所述转换器被配置为：
从所述电池接收电力供应；并且
将所述电力转换成对车辆的驱动力；并且
控制器，所述控制器被配置为基于关于所述电池的信息处理关于车辆控制上的信息。
[16]一种电存储装置，包括：
根据[1]至[12]中任一项所述的电池，
所述电存储装置被配置为将电力提供给连接到所述电池的电子装置。
[17]根据[16]所述的电存储装置，进一步包括：
电力信息控制设备，所述电力信息控制设备被配置为经由网络将信号传输给其他装置并且从所述其他装置接收信号；
所述电存储装置被配置为基于所述电力信息控制设备接收的信息来控制所述电池的充放电。
[18]一种电力系统，被配置为：
从根据[1]至[12]中任一项所述的电池接收电力供应；或者
从发电设备和电力网络中的至少一个将电力提供给所述电池。
本领域技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求书、或者其等同物的范围内，根据设计需求和其他因素可做出各种变形、组合、子组合以及替换。
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