CN106233523A - 二次电池、电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具及电子设备 - Google Patents

二次电池、电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具、电子设备和使用其可以获得特殊的电池特性的二次电池。这种二次电池被提供有正极、负极和非水电解液。负极含有碳材料和硅氧化物，并且硅氧化物在碳材料和硅氧化物的总量中的比例为0.01％‑20％(以重量计)。非水电解液含有不饱和环状碳酸酯。

Description

二次电池、电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具及电子设备
技术领域
本技术涉及包括正极、负极和非水电解液的二次电池，以及使用了所述二次电池的电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具和电子设备。
背景技术
诸如移动电话和个人数字助理(PDA)等各种电子食品已经被广泛使用，并且已经要求进一步减少电子设备的尺寸和重量并且实现它们更长的寿命。因此，已经开发了具有实现高能量密度的电池(特别是小巧轻便的二次电池)作为电子设备的电源。
二次电池的应用并不局限于上述的电子设备，并且已经考虑将二次电池应用于各种其它应用。此种其它应用的例子可以包括：可安装和可拆卸地安装在例如电子设备上的电池组；电动车辆，例如电动汽车；蓄电系统，诸如家用电力服务器；和电动工具，例如电钻。
已经提议了利用各种充电和放电原理以获得电池容量的二次电池。特别地，已经关注利用电极反应物的嵌入和脱嵌(insertion and extraction)的二次电池，其使得能够实现比其它电池(诸如铅-酸电池和镍-镉电池)更高的能量密度。
二次电池包括正极、负极和电解液(electrolytic solution)。正极包括涉及充放电反应的正极活性物质，并且负极包括涉及充放电反应的负极活性物质。电解液包括溶剂和电解质盐。二次电池的构造对电池特性施加了重大影响。因此，对二次电池的构造已经进行了各种研究。
更具体地，为了实现优异的电池特性，将金属类材料诸如硅用作负极活性物质，并且例如，将不饱和环状碳酸酯用作电解液的添加剂(例如，参见专利文献1)。另外，为了抑制负极在充放电过程中的膨胀和收缩，将合金材料与碳材料的混合物用作负极活性物质(例如，参见专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-131395号公报
专利文献2：日本特开2009-238663号公报
发明内容
更频繁地使用与更高性能和更多多功能性有关的电子设备和其它设备。因此，二次电池倾向于频繁地充电和放电。为此，仍然存在提高二次电池的电池特性的空间。
因此，期望提供二次电池、电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具和电子设备，它们的每一个均使得可以实现更优异的电池特性。
根据本技术的一个实施方式的二次电池包括正极、负极和非水电解液。负极含有碳材料和硅氧化物。硅氧化物相对于碳材料和硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01至20％的范围内。非水电解液含有不饱和环状碳酸酯。
根据本技术的实施方式的电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具和电子设备各自包括二次电池，并且该二次电池与根据本技术前述实施方式的二次电池具有相似的构造。
应当注意的是，重量比(％)是通过[硅氧化物的重量/(碳材料的重量+硅氧化物的重量)]×100来计算的。此外，不饱和环状碳酸酯是具有一个或多个不饱和键(碳-碳双键)的环状碳酸酯。
根据本技术实施方式的二次电池，负极含有碳材料和硅氧化物，硅氧化物的重量比在0.01％至20％的范围内，并且非水电解液含有不饱和环状碳酸酯。这使得可以实现更优异的电池特性。此外，在根据本技术实施方式的电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具或电子设备中，可实现相似的效果。应当注意，此处所述的效果是非限制性的。通过本技术所实现的效果可以是本技术中描述的效果的一种或多种。
附图说明
[图1]是根据本技术的实施方式的二次电池(圆柱型)的构造的截面图。
[图2]是图1中示出的螺旋卷绕电极体的一部分的放大截面图。
[图3]是根据本技术的实施方式的另一种二次电池(层压膜型)的构造的透视图。
[图4]是沿图3中示出的螺旋卷绕电极体的线IV-IV截取的截面图。
[图5]是二次电池的应用例(电池组：单电池)的构造的透视图。
[图6]是描述图5中示出的电池组的构造的框图。
[图7]是描述二次电池的应用例(电池组：组装电池)的构造的框图。
[图8]是描述二次电池的应用例(电动车辆)的构造的框图。
[图9]是描述二次电池的应用例(蓄电系统)的构造的框图。
[图10]是描述二次电池的应用例(电动工具)的构造的框图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细地描述了本技术的一些实施方式，应当注意的是以如下顺序给出说明。
1.二次电池
1-1.锂离子二次电池(圆柱型)
1-2.锂离子二次电池(层压膜型)
2.二次电池的应用
2-1.电池组(单电池)
2-2.电池组(组装电池)
2-3.电动车辆
2-4.蓄电系统
2-5.电动工具
<1.二次电池>
首先，描述根据本技术的实施方式的二次电池。
<1-1.锂离子二次电池(圆柱型)>
图1和图2各自描绘了二次电池的截面构造。图2描绘了图1中示出的螺旋卷绕电极体20的放大部分。
此处所描述的二次电池可以是例如其中通过作为电极反应物的锂的嵌入和脱嵌获得负极22的容量的二次电池(锂离子二次电池)。
[二次电池的整体构造]
二次电池可以是例如所谓的圆柱型二次电池。例如，二次电池可以含有一对绝缘板12和13以及处于大致中空圆柱形形状的电池壳11内的螺旋卷绕电极体20，如图1所示。在螺旋卷绕电极体20中，例如，正极21和负极22可以与在其间的隔膜23堆叠在一起并且可以螺旋卷绕。螺旋卷绕电极体20可以浸渍有是液体电解质的电解液。
电池壳11具有中空结构，其中电池壳11的一端是封闭的并且电池壳11的另一端是开口的。电池壳11可以由例如铁(Fe)、铝(Al)、它们的合金、或任何其它材料制成。电池壳的表面可以电镀有例如镍。一对绝缘板12和13经配置以便夹层在螺旋卷绕电极体20之间并且垂直地延伸到螺旋卷绕电极体20的螺旋卷绕的周面。
在电池壳11的开口端，利用用垫圈17嵌塞(锻造，swage)电池盖14、安全阀机构15和正温度系数器件(PTC器件)16，通过垫圈17而密封电池壳11。电池盖14由例如与电池壳11的材料类似的材料制成。安全阀机构15和PTC器件16的每一个均被提供在电池盖14的内侧，并且安全阀机构15通过PTC器件16被电耦合到电池盖14。在安全阀机构15中，由于内部短路或外部加热，电池壳11的内部压力达到某一水平或更高，盘状板15A翻转。这将电池盖14和螺旋卷绕电极体20之间的电连接切断。为了抑制由大电池引起的异常发热，PTC器件16的阻力随着温度的升高而增加。垫圈17可以由例如绝缘材料制成。垫圈17的表面可以涂布有沥青。
例如，中心销24可以嵌入到螺旋卷绕电极体20的中心。然而，中心销24可以不嵌入到螺旋卷绕电极体20的中心。由例如导电材料诸如铝制成的正极引线25可以耦合到正极21，并且由例如导电材料诸如镍制成的负极引线26可以耦合到负极22。例如，正极引线25可以被附接到安全阀机构15，并且可以电耦合到电池盖14。例如，负极引线26可以被附接到电池壳11，并且可以电耦合到电池壳11。
[正极]
正极21可以包括例如存在于正极集电体21A的两个表面上的正极活性物质层21B，如图2所示。替代地，正极活性物质层21B可以仅被提供在正极集电体21A的单一表面上。
正极集电体21A可以含有例如一种或多种导电材料。导电材料的种类不受特别地限制，但是可以是例如金属材料诸如铝(Al)、镍(Ni)和不锈钢。正极集电体21A可以被构造为单层或可以构造为多层。
正极活性物质层21B可以含有一种或多种具有嵌入和脱嵌锂的能力的正极材料作为正极活性物质。此外，正极活性物质层21B可以进一步含有一种或多种其它材料，诸如负极粘合剂和负极导体。
正极材料可以优选地为含锂的化合物。更具体，正极材料可以优选的为含锂的复合氧化物和含锂的磷酸盐化合物之一或两者，这使得可以实现高能量密度。
含锂的复合氧化物是含有锂和除了锂(Li)之外的一种或多种元素(在下文中，称为“其它元素”)作为组成元素的氧化物，并且可以具有例如诸如层状岩盐型的结晶结构和尖晶石晶体结构的晶体结构。含锂的磷酸盐化合物是指含有锂和一种或多种其它元素作为组成元素的磷酸盐化合物，并且可以具有例如橄榄石晶体结构等晶体结构。
其它元素的种类没有特别地限制，只要其它元素是任何元素的一种或多种。特别地，其它元素可以优选地为属于长元素周期表中第2族至第15族的一种或多种元素。更具体地，其它元素可以更优选地包括镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)和铁(Fe)中的一种或多种金属元素，这使得可以获得高电压。
特别地，具有层状岩盐型晶体结构的含锂的复合氧化物可以优选地是由下式(21)至(23)各自表示的化合物的一种或多种。
LiaMn(1-b-c)NibM11cO(2-d)Fe...(21)
(其中，M11是钴(Co)、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)和钨(W)中的一种或多种，a至e满足0.8≤a≤1.2、0<b<0.5、0≤c≤0.5、(b+c)<1、-0.1≤d≤0.2和0≤e≤0.1，应当注意的是，锂的组成取决于充电和充电状态而变化，并且a是处于完全放电状态下的值。)
LiaNi(1-b)M12bO(2-c)Fd...(22)
(其中，M12是钴(Co)、锰(Mn)、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)和钨(W)中的一种或多种，a至d满足0.8≤a≤1.2、0.005≤b≤0.5、-0.1≤c≤0.2和0≤d≤0.1，应当注意的是，锂的组成取决于充电和放电状态而变化，并且a是在完全放电状态下的值。)
LiaCo(1-b)M13bO(2-c)Fd...(23)
(其中，M13是镍(Ni)、锰(Mn)、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)和钨(W)中的一种或多种，a至d满足0.8≤a≤1.2、0≤b<0.5、-0.1≤c≤0.2和0≤d≤0.1，应当注意的是，锂的组成取决于充电和放电状态而变化，并且a是在完全放电状态下的值。)
具有层状岩盐型晶体结构的含锂的复合氧化物的非限制性具体例子可以包括LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2和Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2。
应当注意的是，在其中具有层状岩盐型晶体结构的含锂的复合氧化物含有镍、钴、锰和铝作为组成元素的情况下，镍的原子比可以优选地为50原子％或更多，这使得可以实现高能量密度。
具有尖晶石晶体结构的含锂的复合氧化物可以是例如由下式(24)表示的化合物。
LiaMn(2-b)M14bOcFd...(24)
(其中，M14是钴(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)和钨(W)中的一种或多种，a至d满足0.9≤a≤1.1、0≤b≤0.6、3.7≤c≤4.1和0≤d≤0.1，应当注意的是，锂的组成取决于充电和放电状态而变化，并且a是在在完全放电状态下的数值。)
具有尖晶石晶体结构的含锂的复合氧化物的非限制性具体例子可以包括LiMn2O4。
具有橄榄石晶体结构的含锂的磷酸盐化合物可以是例如由下式(25)表示的化合物。
LiaM15PO4...(25)
(其中，M15是钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、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)和锆(Zr)中的一种或多种，a满足0.9≤a≤1.1，应当注意的是，锂的组成取决于充电和放电状态而变化，并且a是在完全放电状态下的值。)
具有橄榄石晶体结构的含锂的磷酸盐化合物的非限制性具体例子可以包括LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4和LiFe0.3Mn0.7PO4。
应当注意的是，含锂的复合氧化物可以是由下式(26)表示的化合物。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x...(26)
(其中，x满足0≤x≤1，应当注意的是，锂的组成取决于充电和放电状态而变化，并且x是在完全放电状态下的值。)
另外，正极材料可以是例如氧化物、二硫化物、硫族化物和导电聚合物中的一种或多种。氧化物的非限制性例子可以是氧化钛、氧化钒和二氧化锰。二硫化物的非限制性例子可以包括二硫化钛和硫化钼。硫族化物的非限制性例子可以包括硒化铌。导电性聚合物的非限制性例子可以包括硫、聚苯胺和聚噻吩。但是，正极材料可以是除了前述材料之外的材料。
应当注意的是，正极粘合剂和正极导体的详细信息如下文所述。
[负极]
如图2所示，负极22可以在负极集电体22A的两面上包括负极活性物质层22B。替代地，负极活性物质层22B可以仅被提供在负极集电体22A的单个表面上。
负极集电体22A可以含有例如一种或多种导电材料。导电材料的种类没有特别地限制，但是可以例如是金属材料，诸如铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和不锈钢。负极集电体22A可以被构造为单层或可以被构造为多层。
负极集电体22A的表面可以优选地被粗糙化。这使得可以通过所谓的粘固效应而提高负极活性物质层22B相对于负极集电体22A的粘附性。在这种情况下，可能仅需要至少在面向负极活性物质层22B的区域中粗糙化负极集电体22A的表面。粗糙化方法的非限制性例子可以包括使用电解处理形成粗细颗粒的方法。通过电解处理，在电解浴中通过电解方法在负极集电体22A的表面上形成精细颗粒而使得负极集电体22A的表面变粗糙。通过电解方法制造的铜箔通常称为电解铜箔。
负极活性物质层22B含有具有嵌入和脱嵌锂的能力的负极材料的一种或多种作为负极活性物质。此外，负极活性物质层22B可以进一步含有一种或多种其它材料，诸如负极粘合剂和负极导体。
为了防止锂在充电的中间意外地沉淀在负极22上，负极材料的可充电容量可以优选地大于正极21的放电容量。换言之，具有嵌入和脱嵌锂的能力的负极材料的电化学当量可以优选地大于正极21的电化学当量。
因为下列四个原因，负极材料同时含有碳材料和硅氧化物。
第一，在充电和放电过程中，碳材料导致晶体结构极其微小的变化，这使得可以稳定地实现高能量密度。另外，碳材料还充当负极导体，这改善了负极活性物质层22B的导电性。
第二，作为硅氧化物中的组成元素的硅(Si)的理论容量高于碳材料的理论容量，这使得可以实现更高的能量密度。另外，硅氧化物比硅(单质)更耐受劣化。因此，能够从充放电的起始循环实现高放电容量，并且放电容量更不容易降低，甚至重复充电和放电也如此。
第三，通过组合碳材料和硅氧化物实现了多重优势。更具体地，硅氧化物在二次电池充电或放电时具有容易完全地膨胀或收缩的问题，而硅氧化物具有如上所述高理论容量的优点。相反，碳材料在二次电池充电或放电时具有不易于膨胀或收缩的优点，而碳材料具有低理论容量的问题。因此，同时使用碳材料和金属类材料使得在二次电池的充放电过程中能够抑制膨胀和收缩，同时实现高的理论容量。
第四，电解液含有随后描述的不饱和环状碳酸酯，因此，可以认为即使重复充电和放电，碳材料和硅氧化物的协同效应使得可以具体地在使用高反应性硅氧化物的同时抑制电解液的分解反应。因此，尽管实现了极高的能量密度，但即使重复充电和放电，放电容量也不易降低。
然而，为了实现前述的优点，有必要具有合适的碳材料和硅氧化物的混合比，以便防止硅氧化物含量过大。
更具体地，硅氧化物相对于碳材料和硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内。重量比(％)是通过[硅氧化物的重量/(碳材料的重量+硅氧化物的重量)]×100％来计算的，如上所述。
应当注意的是，如后所述，在某些情况下，如同负极活性物质，负极导体可以含有碳材料。在这种情况下，用于计算前述重量比的“碳材料的重量”是作为负极活性物质的碳材料的重量与作为负极粘合剂的碳材料的重量的总和。不言而喻，在其中还含有除了负极活性物质和负极导体含有的碳材料之外的碳材料的情况下，碳材料的重量也被包括在前述的“碳材料的重量”中。
计算重量比的程序如下。首先，在惰性气氛中分解二次电池，并且从二次电池中取出负极22，然后，从负极集电体22A剥离负极活性物质层22B。惰性气氛可以是例如惰性气体诸如氩(Ar)气体的气氛，其中负极22不易于接触例如水和氧。随后，将负极活性物质层22B溶解于例如有机溶剂中以收集负极活性物质层22B中含有的负极活性物质。之后，测量收集的负极活性物质的重量。在这种情况下，使用N-甲基-2-吡咯烷酮作为有机溶剂溶解并除去可溶性组分诸如负极粘合剂。随后，使用例如燃烧法测量负极活性物质中含有的碳材料的重量。随后，使用例如ICP光学发射光谱和ICP质谱，利用感应耦合等离子体(ICP)，具体指明负极活性物质中含有的元素的种类和比例，以确定硅的比例。在这种情况下，使用例如X-射线光电子能谱(XPS或ESCA)，检查硅和氧的结合状态(随后描述SiOx中的x的值，即氧化态)。因此，具体指明了硅氧化物的组成，并且计算了硅氧化物的重量。应当注意的是，为了确定硅氧化物的重量，可以使用用来确定碳材料的重量的负极活性物质的残留物，或者可以使用从残留物中独立收集的负极活性物质。最后，基于碳材料的重量和硅氧化物的重量计算重量比。
应当注意的是，为了确定碳材料的重量和硅氧化物的重量，例如，可以测量负极活性物质的重量，此后，可以使负极活性物质经受使用能量色散X射线荧光光谱(EDX)法的元素分析。在这种情况下，具体指明了负极活性物质中各个元素的重量比，这使得基于重量比可以具体指明碳材料的重量和硅氧化物的重量。
在此处收集了负极活性物质中混合了负极粘合剂和/或任何其它材料的情况下，负极粘合剂和/或其它材料的重量可以优选地从负极活性物质的重量中减去。给出一个例子，在负极活性物质中混合了负极粘合剂的情况下，例如，基于例如重量损失曲线相对于玻璃化转变温度Tg的变化来估计负极粘合剂的比例(重量)。
应当注意的是，在存在不面向负极活性物质层22B的非面向区(non-facingregion)的情况下，优选地可以确定该非面向区中的碳材料的重量和硅氧化物的重量。该非面向区不涉及充放电反应；因此，在非面向区中可以容易地保持负极活性物质层22B的物理和化学状态。因此，可以测量碳材料的重量和硅氧化物的重量而不影响充放电反应。
碳材料可以是例如可石墨化碳、非可石墨化碳和石墨中的一种或多种。应当注意的是，非可石墨化碳中的(002)平面的间隔可以优选地为0.37nm或更大，并且石墨中的(002)平面的间隔可以优选地为0.34nm或更小。碳材料的更具体的例子可以包括热解碳、焦炭、玻璃状碳纤维、有机聚合化合物烧成体、活性炭和炭黑。焦炭的非限制性例子可以包括沥青焦炭、针状焦炭和石油焦。有机聚合化合物烧成体是通过燃烧(碳化)聚合物化合物诸如酚树脂和呋喃树脂获得的材料。燃烧可以任何适合的温度下进行。除了上述的材料之外，碳材料还可以是在约1000℃或更低的温度下经受热处理的低结晶碳，或可以是无定形碳。应当注意的是，碳材料的形状可以是纤维状、球形、颗粒状形状和鳞片状中的任一种。
特别地，碳材料优选地可以是石墨，其对硅氧化物具有优异的亲和力。因此，可获得更高的效果。
应当注意的是，可以优选地将碳材料的一部分粉碎。更具体地，可以优选地将粉末(球形)碳材料的一部分粉碎以便碳材料含有未粉碎(大颗粒直径)碳材料和粉碎(小颗粒直径)碳材料的混合物。这可以改善碳材料的填充性能，由此改善单位体积的能量密度。应当注意的是，此处描述的颗粒直径是中值体系(D50：μm)。
硅氧化物具有由SiOx(x>0)表示的组成。硅氧化物的种类没有特别的限制，只要硅氧化物是由SiOx(x>0)表示的化合物中的一种或多种即可。
特别地，硅氧化物可以优选地具有由SiOx(0<x<2)表示的组成，并且确定所述组成的x可以更优选地满足0.5≤x≤1.5，这使得可以实现能量密度和耐劣化性之间的适合平衡，由此实现更高的效果。
硅氧化物的平均粒径(μm)和比表面积(m2/g)没有特别地限制。平均粒径为所谓的中值直径(D50)。特别地，平均粒径可以优选地在0.1μm至10μm范围内，并且比表面积优选地可以在1m2/g至10m2/g范围内，这使得可以实现更高的效果。应当注意的是，通过例如由Horiba,Ltd制造的激光散射颗粒分布分析仪(LA-920)测量平均粒径。通过例如典型的氮吸附法测量比表面积。更具体地，使用由岛津公司(Shimadzu Corporation)制造的自动比表面积分析仪Micromeritics TirStar测量比表面积。
应当注意的是，负极材料可以进一步含有除了前述碳材料和前述硅氧化物的一种或多种其它材料。
其它材料的例子可以包括含有金属元素和类金属元素(下文中称为“金属类材料”)中的一种或多种的材料，这使得可以实现高能量密度。然而，前述硅氧化物被排除在此处的金属类材料之外。
金属类材料可以是任何单质、合金、或化合物，可以是它们中的两种或更多种，或者可以至少部分地具有它们中的一相或多相。应当注意的是，除了由两种或更多种金属元素构成的材料之外，“合金”还涵盖含有一种或多种金属元素以及一种或多种类金属元素的材料。另外，“合金”可以含有非金属元素。金属类材料的结构的非限制性例子可以包括固溶体、共晶(共晶混合物)、金属间化合物和其中共存它们中的两种或更多种的结构。
上述的金属元素和类金属元素可以是例如可以与锂形成合金的金属元素或类金属元素的一种或多种。它们的非限制性具体例子可以包括镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、镓(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)和铂(Pt)。
特别地，可以优选硅、锡或两者。硅和锡具有嵌入和脱嵌锂的优异能力，并且因此实现显著高的能量密度。
含有硅、锡或两者作为组成元素的材料可以是硅的单质、合金和化合物的任何一种，可以是锡的单质、合金和化合物的任何一种，可以是它们的两种或更多种，或者可以是至少部分地具有它们的一相或两相的材料。需要注意的是，此处所述的单质仅是指一般意义上的单质(其中可以含有少量的杂质)，并且不一定是指具有100％纯度的单质。
除了硅之外，硅的合金可以含有例如诸如锡、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬等元素中的一种或多种作为组成元素。除了硅之外，硅的化合物可以含有例如诸如碳和氧等元素中的一种或多种作为组成元素。应当注意的是，硅的化合物可以含有例如关联硅的合金所述的元素的一种或多种作为除了硅之外的组成元素。
硅的合金和硅的化合物的非限制性例子可以包括SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiO2和LiSiO。
锡的合金可以含有例如诸如硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬等元素的一种或多种作为除了锡之外的组成元素。锡的化合物可以含有例如诸如碳和氧等元素中的一种或多种作为除了锡之外的组成元素。应当注意的是，锡的化合物可以含有例如关联锡的合金所述的元素的一种或多种作为除了锡之外的组成元素。
锡的合金和锡的化合物的非限制性具体例子可以包括SnOw(0<w≤2)、SnSiO3、LiSnO和Mg2Sn。
特别地，含有锡作为组成元素的材料优选地可以是例如含有作为组成元素的锡、第二组成元素和第三组成元素的材料(含Sn材料)。第二组成元素可以是例如诸如钴(Co)、铁(Fe)、镁(Mg)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、银(Ag)、铟(In)、铯(Ce)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、铅(Bi)和硅(Si)等元素中的一种或多种。第三组成元素可以是例如诸如硼(B)、碳(C)、铝(Al)和磷(P)等元素中的一种或多种。含有第二组成元素和第三组成元素使得可以实现例如但不限于高的电池容量和优异的循环特性。
特别地，含Sn的材料可以优选地是含有锡、钴和碳作为组成元素的材料(含SnCoC的材料)。在含SnCoC的材料中，例如，碳的含量可以是9.9质量％至29.7质量％，锡和钴的含量的比率(Co/(Sn+Co))可以是20质量％至70质量％。这使得可以实现高能量密度。
含SnCoC的材料可以优选地具有含锡、钴和碳的相。此种相优选地可以是低结晶性或无定形的。这种相是可以与锂反应的反应相。因此，反应相的存在导致优异特性的实现。在使用CuKα射线作为特定X-射线且嵌入率为1°/min的情况下，这种反应相的X-射线衍射获得的衍射峰的半峰宽(衍射角2θ)可以优选地为1°或更大。这使得可以更顺畅地嵌入和脱嵌锂，以及降低与电解液的反应性。应当注意的是，在一些情况下，含SnCoC的材料可以包括含有各个组成元素或其部分的单质的相以及低结晶相或无定形相。
与锂电化学反应前后的X射线衍射图之间的比较使得可以容易地确定由X-射线衍射获得的衍射峰是否对应于可以与锂反应的反应相。例如，如果与锂电化学反应后的衍射峰的位置跟与锂电化学反应前的衍射峰的位置发生了改变，所获得的衍射峰对应于可以与锂反应的反应相。在这种情况下，例如，在20°至50°的2θ范围内看到了低结晶反应相或无定形反应相的衍射峰。此种反应相可以包括例如上述的各个组成元素，并且可以认为此反应相已经主要因为碳的存在而变成了低结晶或无定形。
在含SnCoC的材料中，其组成元素的碳的部分或全部可以优选地结合到其另一组成元素的金属元素或类金属元素。碳的结合部分或全部抑制了例如锡的凝聚或结晶。例如，通过X射线光电子能谱(XPS)可以确认元素的结合状态。在市售的装置中，例如，可以将Al-Kα射线或Mg-Kα射线用作软X-射线。在其中碳的一部分或全部结合到金属元素、类金属元素或其他元素的情况下，碳(C1s)的1s轨道的合成波的峰出现在低于284.5eV的区域中。应当注意的是，进行能量校准以便金原子(Au4f)的4f轨道峰在84.0eV获得。在这种情况下，通常，表面污染碳存在于材料表面上。因此，表面污染碳的C1s的峰被认为是在284.8eV，并且这一峰被用作能量标准。在XPS测量中，C1s峰的波形被获得为包括表面污染碳的峰和含SnCoC的材料中的碳的峰的形式。因此，可以将所述两个峰彼此分开，例如，通过使用市售的软件分析。在波形的分析中，存在于最低束缚能侧的主峰的位置被认为是能量标准(284.8eV)。
应当注意的是，含SnCoC的材料并不限于仅含有锡、钴和碳作为组成元素的材料(SnCoC)。除了锡、钴和碳之外，含SnCoC的材料可以进一步含有例如诸如硅、铁、镍、铬、铟、铌、锗、钛、钼、铝、磷、镓和铋等元素中的一种或多种作为组成元素。
除了含SnCoC的材料之外，含有锡、钴和碳作为组成元素的材料(含SnCoFeC的材料)也是优选的。含SnCoFeC的材料的任何组成均可以使用。给出一个例子，在其中铁含量设定较小的情况下，碳的含量可以为9.9质量％至29.7质量％，铁的含量可以为0.3质量％至5.9质量％，并且锡和钴的含量的比(Co/(Sn+Co))可以为30质量％至70质量％。替代地，在其中铁的含量被设定较大的情况下，碳的含量可从11.9质量％至29.7质量％，锡、钴和铁的含量的比((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))可以为26.4质量％至48.5质量％，并且钴和铁的含量的比(Co/(Co+Fe))可以为9.9质量％至79.5质量％。此种组成范围允许实现高能量密度。应当注意的是，含SnCoFeC的材料的物理特性(诸如半峰宽)与前述含SnCoC的材料的物理特性类似。
除了上述的材料之外，其它材料可以是例如金属氧化物和聚合物材料。金属氧化物的非限制性例子可以包括氧化铁、氧化钌和氧化钼。聚合物化合物的非限制性例子可以包括聚乙炔、聚苯胺和聚吡咯。然而，其它材料可以是除了上述化合物之外的化合物。
负极粘合剂可以含有例如合成橡胶和聚合物材料中的一种或多种。合成橡胶的非限制性例子可以包括苯乙烯-丁二烯类橡胶、氟类橡胶和乙烯丙烯二烯。聚合物材料的非限制性例子可以包括聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、前述两种或更多种的共聚物。
负极导体可以含有例如碳材料的一种或多种。碳材料的非限制性例子可以包括石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纳米管。特别地，负极导体可以优选地含有具有纤维状的碳材料，诸如碳纳米管，其显著的改善负极22的导电性。应当注意的是，负极导体可以是金属材料、导电性聚合物或任何其它材料，只要负极导体是具有导电性的材料。
负极活性物质层22B可以通过例如涂布法、气相法、液相法、喷雾法、和烧制法(烧结法)中的一种或多种来形成。涂布法可以例如是这样一种方法，其中在将颗粒状(粉末)负极活性物质与例如负极粘合剂混合之后，将混合物分散于溶剂诸如有机溶剂中，并且将所得物施加在负极集电体22A上。气相法的非限制性例子可以包括物理沉积法和化学沉积方法。更具体地，其非限制性的例子可以包括真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、激光烧蚀法、热化学气相沉积法、化学气相沉积(CVD)方法、和等离子体化学气相沉积法。液相法的非限制性的例子可以包括电解电镀法和无电电镀法。喷雾法是一种其中将负极活性物质以熔融状态或半熔融状态喷雾到负极集电体22A上。烧制方法可以例如这样的方法，其中在通过涂布法将分散于溶剂中的混合物施加到负极集电体22A之后，使所得物经受在高于例如负极粘合剂的熔点的温度下的热处理。例如，可以将气氛中烧制方法、反应性烧制法、热压烧制方法和其他烧制方法用作烧制法。
负极活性物质层22B在完全充电状态下的体积密度(g/cm3)此处没有特别地限制，但特别地，可以优选地处于0.8g/cm3至1.55g/cm3的范围内，这使得可以实现更高的效果。
应当注意的是，前述的完全充电状态是指其中二次电池在锂离子二次电池(单电池)的产品说明书指导的标准充电条件下被充电至上限电压的状态。
充电条件没有特别地限制，只要充电条件符合前述的标准充电条件。然而，负极22在完成充电后的电势(相对于锂对电极)为0.2V或更低。以下描述了具体的充电条件的例子。二次电池在0.5C的电流下充电直到电压达到上限电压，此后，在上限电压下给二次电池充电直到电流达到0.05C。上限电压没有特别地限制，但是上限电压可以优选地处于4.2V至4.4V的范围内，优选4.3V至4.4V，并且更优选4.35V。完全充电后负极22的电势(相对于锂对电极)如上所述。应当注意的是，0.5C是指电池容量在2小时内完全放电的电流值，并且0.05C是指电池容量在20小时内完全放电的电流值。
计算体积密度的程序可以如下，例如，首先，在惰性气氛中解开处于完全充电状态下的二次电池，从二次电池中取出负极22。惰性气氛的详细细节如上所述。随后，使用例如切片刀将处于完全充电状态的负极22切开，之后，测量负极22的截面中的负极活性物质层22B的厚度(cm)。随后，测量负极活性物质层22B的每单位面积(cm2)的负极活性物质的重量(g)，以确定面积密度(g/cm2)。最后，从上述的厚度以及面积密度确定体积密度(g/cm3)＝面积密度(g/cm2)/厚度(cm)。
在其中(在正极21和负极22以隔膜23处于其间而彼此面对的状态下)负极活性物质层22B的形成区域宽于正极活性物质层21B的形成区域的情况下，负极活性物质层22B的部分(非面向区)不会面向正极活性物质层21B。非面向区不涉及充放电反应；因此，负极活性物质层22B的物理和化学状态倾向于被容易地保持在非面向区中。因此，为了确定前述的体积密度，可以优选地确定非面向区中的面积密度。
应当注意的是，例如，在不存在非面向区的情况下，可以例如基于负极22的容量或基于负极活性物质层22B的组成分析来确定面积密度。
[隔膜]
隔膜23将正极21和负极22分隔开，并且通过其传递锂离子，同时防止由于正极21和负极22的接触导致的电流短路。隔膜23可以是例如由例如合成树脂或陶瓷制成的多孔膜。隔膜23可以是层压膜，其中层压了两个或更多个多孔膜。合成树脂的非限制性例子可以包括聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯。
特别地，隔膜23可以包括例如前述的多孔膜(基底材料层)和提供在该基底材料层的单面或两面上的聚合物化合物层。这允许提高隔膜23相对于正极21和负极22各自的粘附力，由于抑制螺旋卷绕电极体20的变形。这使得可以抑制电解液的分解反应并且抑制浸渍基底材料层的电解液的液体泄漏。因此，即使重复充电和放电，电阻也不易于增加，并且抑制了电池的膨胀。
聚合物化合物层可以包括例如一种或多种聚合物材料，诸如聚偏氟乙烯。此种聚合物材料具有优异的物理强度和电化学稳定性。然而，聚合物材料并不限于聚偏氟乙烯。当形成聚合物化合物层时，例如，可以制备其中溶解了聚合物材料的溶液，其后，将溶液施用在基底材料层上，并且随后干燥该基底材料层。替代地，可以将基底材料层浸泡于溶液中，并且随后进行干燥。
[电解液]
电解液含有一种或多种不饱和环状碳酸酯。不饱和环状碳酸酯是具有一个或多个不饱和键(碳-碳双键)的环状碳酸酯，如上所述。应当注意的是，不饱和环状碳酸酯是一种非水溶剂，并且含有非水溶剂的电解液因此是所谓的非水电解液。
不饱和环状碳酸酯的种类没有特别地限制，只要该不饱和环状碳酸酯是一种或多种具有一个或多个不饱和键的环状碳酸酯。
电解液因为下列原因含有不饱和环状碳酸酯。当在不饱和环状碳酸酯的存在下同时共存碳材料和硅氧化物时，碳材料和硅氧化物的协同效应达到了特定的优势，如上所述。更具体地，来源于不饱和环状碳酸酯的涂层膜在充电和放电过程中形成在负极22的表面上，由此保护负极22不受电解液的影响。因此，即使重复充电和放电，在使用高反应性硅氧化物的同时，电解液的分解反应受到特别地抑制。因此，虽然实现了极高的能量密度，但是放电容量不易于下降，即使重复充电和放电也如此。
不饱和环状碳酸酯可以优选地含有由下式(1)至(3)表示的化合物中的一种或多种，其可以容易地被合成。
[化学式1]
(其中，X是二价基团，其中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合在一起，R1至R4各自是氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基和其中结合了它们的两种或更多种的基团中的一种，R1至R4中的两个或更多个可选地彼此结合，m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
[化学式2]
(其中R5和R6各自是氢基和一价饱和烃基中的一个，R7至R10各自是氢基、氢基、一价饱和烃基和一价不饱和烃基，并且R7至R10中的一个或多个是一价不饱和烃基。)
在下文中，由式(1)表示的化合物被称为“第一不饱和环状碳酸酯”，由式(2)表示的化合物被称为“第二不饱和环状碳酸酯”，并且由式(3)表示的化合物被称为“第三不饱和环状碳酸酯”。此外，在必要的基础上，第一不饱和环状碳酸酯、第二不饱和环状碳酸酯和第三不饱和环状碳酸酯统称为“不饱和环状碳酸酯”。
第一不饱和环状碳酸酯是碳酸亚甲酯类化合物。
式(1)中的X是这样的基团，其中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4结合在一起作为整体为二价(在两个端部的每一个上存在一个原子键)。彼此相邻(结合)的基团可以是相同种类的基团(诸如>C＝CR1R2)或不同种类的基团(诸如>C＝CR1R2和>CR3R4)。换言之，用来形成二价基团的>C＝CR1R2的数目(m)和>CR3R4的数目(n)各自是任何数目，并且这些基团可以任何顺序结合。
>C＝CR1R2是具有碳-碳双键的二价不饱和基团，而>CR3R4是不具有碳-碳双键的二价饱和基团。由于n≥0成立，作为饱和基团的>CR3R4可以被包含在X中或可以不被包含在X中。相反，由于m≥1成立，一个或多个作为不饱和基团的>C＝CR1R2被包含在X中。因此，X可以仅由>C＝CR1R2构成，或可以仅由>C＝CR1R2和>CR3R4构成。第一不饱和环状碳酸酯必然地具有一个或多个不饱和基团。
数值m和n没有特别地限制，只要数值m和n是满足m≥1和n≥0的整数。特别地，在其中>C＝CR1R2是>C＝CH2且>CR3R4是>CH2的情况下，优选地满足(m+n)≤5，这防止X中碳原子的数目过大。因此，第一不饱和环状碳酸酯的溶解性和相容性得到了保证。
应当注意的是，R1至R4中的任何两个或更多个可以彼此结合，并且所结合的基团可以形成环。给出一个例子，R1和R2可以结合，R3和R4可以结合，或R2和R3或R4可以结合。
R1至R4的详细内容如下。需要注意的是，R1至R4可以是相同种类的基团或不同种类的基团。R1至R4中的任何两个或多个可以是相同种类的基团。
R1至R4的种类没有特别地限制，只要R1至R4各自是氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基和其中它们的两种或更多种结合在一起的基团中的一个或多个。具有一个或多个碳-碳双键(>C＝CR1R2)的X使得可以实现前述的优点，而与R1至R4的种类无关。
卤素基团可以是例如氟基(-F)、氯基(-Cl)、溴基(-Br)和碘基(-I)中的一个。特别地，优选氟基，这使得可以实现更高的效果。
一价烃基是由碳(C)和氢(H)构成的一价基团的一般名称，并且可以具有直链结构或具有一个或多个侧链的支链结构。一价烃基可以是例如具有1至12个碳原子的烷基、具有2至12个碳原子的烯基、具有2至12个碳原子的炔基、具有6至18个碳原子的芳基和具有3至18个碳原子的环烷基中的一个，这使得可以实现前述的优点，同时确保了例如但不限于溶解性和相容性。
烷基的非限制性具体例子可以包括甲基(-CH3)、乙基(-C2H5)和丙基(-C3H7)。烯基的非限制性具体例子可以包括乙烯基(-CH＝CH2)和烯丙基(-CH2-CH＝CH2)。炔基的非限制性具体例子可以包括乙炔基(-C≡CH)。芳基的非限制性具体例子可以包括苯基和萘基。环烷基的非限制性具体例子可以包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
一价含氧烃基是含有碳、氢和氧(O)的一价基团的一般名称，并且可以是例如具有1至12个碳原子的烷基氧，这使得可以实现前述的优点，同时确保例如但不限于溶解性和相容性。烷氧基的非限制性具体例子可以包括甲氧基(-OCH3)和乙氧基(-OC2H5)。
一价卤化烃基是其中前述一价烃基中的一个或多个氢基(-H)被卤素基团取代(卤化)的基团。同样地，一价卤化含氧烃基是其中前述一价含氧烃基中的一个或多个氢基被卤素基团取代的基团。在该两种情况下，取代氢基的卤素基团的细节类似于前述卤素基团的细节。
一价卤化烃基可以是例如被卤化的前述烷基，即例如烷基中的一个或多个氢基被卤素基团取代的基团。一价卤化烃基的非限制性具体例子可以包括三氟甲基(-CF3)和五氟乙基(-C2F5)。
此外，一价卤化含氧烃基可以是例如其中例如前述烷氧基中的一个或多个氢基被卤素基团取代的基团。一价卤化的含氧烃基的非限制性具体例子可以包括三氟甲氧基(-OCF3)和五氟乙氧基(-OC2F5)。
其中与一价烃基相关的两种或多种结合在一起的基团是其中两种或多种前述基团诸如具有1至12个碳原子结合在一起作为整体为一价的基团。该基团的非限制性例子可以包括基中烷基和芳基结合在一起的基团，以及其中烷基和环烷基结合在一起的基团。更具体地，其中烷基和芳基结合在一起的基团可以是例如但不限于苄基。
其中与R1至R4相关的两种或更多种结合在一起的基团可以是例如其中两种或更多种前述一价烃基结合在一起作为整体为一价的基团。该基团的非限制性例子可以包括其中烷氧基和烷基结合在一起的基团。
应当注意的是，R1至R4各自可以是除了前述基团之外的基团。更具体地，R1至R4各自可以是任何前述基团的衍生物。衍生物是其中并入了一个或多个取代基的任一所述基团，并且取代基可以是任何种类。
特别地，第一不饱和环状碳酸酯可以优选地含有由下式(4)表示的化合物和由下式(5)表示的化合物中的一者或两者，它们是容易合成的。
[化学式3]
(其中，R11至R16各自是氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基以及其中它们的两种或更多种结合在一起的基团中的一个，R11和R12可选地彼此结合，并且R13至R16中的任何两个或多个可选地彼此结合。)
当将注意力集中在式(1)和式(4)之间的关系上时，由式(4)表示的化合物具有对应于>C＝CR1R2的一个不饱和基团(>C＝CH2)和对应于>CR3R4的一个饱和基团(>CR11R12)作为式(1)中的X。相比之下，当将注意力集中在式(1)和式(5)之间的关系上时，式(5)表示的化合物具有对应于>C＝CR1R2的一个不饱和基团(>C＝CH2)以及对应于>CR3R4的两个饱和基团(>CR13R14和>CR15R16)作为X。需要注意的是，所述一个不饱和基团和所述两个饱和基团以>CR13R14、>CR15R16和>C＝CH2的顺序结合。
式(4)中的R11和R12的细节以及式(5)中的R13至R16的细节与式(1)中的R1至R4的细节相似。
第一不饱和环状碳酸酯的非限制性具体例子可以包括由下式(1-1)至(1-56)各自表示的化合物，其包括几何异构体。需要注意的是，第一不饱和环状碳酸酯的具体例子可以包括除了前述化合物之外的化合物。
[化学式4]
[化学式5]
[化学式6]
[化学式7]
特别地，例如，可以优选对应于式(4)的式(1-1)，并且例如，可以优选对应于式(5)的式(1-32)。它们使得可以实现更高的效果。
第二不饱和环状碳酸酯是碳酸亚乙烯酯类化合物。
式(2)中的R5和R6可以是相同种类的基团或不同种类的基团。R5和R6的种类没有特别地限制，只要R5和R6各自是氢基和一价饱和烃基中的一种或多种。具有碳-碳双键(>C＝C<)的第二不饱和环状碳酸酯使得可以实现前述的优点，而与R5和R6的种类无关。
一价饱和烃基是一种在前述一价烃基中不具有不饱和碳-碳键的基团。一价饱和烃基的非限制性具体例子可以包括具有1至12个碳原子的烷基具有3至18个碳原子的环烷基。特别地，具有1至12个碳原子的烷基可以是优选的，这使得可以确保例如但不限于第三不饱和环状碳酸酯的溶解性和相容性。烷基和环烷基的细节类似于例如在描述前述第一不饱和环状碳酸酯的情况下的那些细节。
第二不饱和环状化合物的非限制性具体例子可以包括碳酸亚乙烯酯(1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、甲基碳酸亚乙烯酯(4-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、乙基碳酸亚乙烯酯(4-乙基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮、4,5-二乙基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮、4-氟-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮和4-三氟甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮。特别地，可以优选碳酸亚乙烯酯，其可容易地合成。
第三不饱和环状碳酸酯是碳酸乙烯基亚乙酯类化合物。
式(3)中的R13至R16可以是相同种类的基团或不同种类的基团。不言而喻，R13至R16中的一些可以是相同种类的基团。R13至R16的种类没有特别地限制，只要R13至R16各自是氢基、一价饱和烃基和一价不饱和烃基的一种。需要注意的是，R13至R16中的一个或多个是一价不饱和烃基。具有一个或多个碳-碳双键(>C＝C<)的第三不饱和环状碳酸酯使得可以实现前述的优点，而与R13至R16的种类无关。
一价不饱和烃基是在前述一价烃基中具有不饱和碳-碳键的基团。一价不饱和烃基的非限制性例子可以包括具有2至12个碳原子的烯基以及具有6至18个碳原子的芳基，并且特别地，优选具有2至12个碳原子的烯基，这使得可以确保例如但不限于第三不饱和环状碳酸酯的溶解性和相容性。烯基和芳基的细节可以类似于例如描述前述第一不饱和环状碳酸酯的情况中的那些细节。
第三不饱和环状化合物的非限制性具体例子可以包括碳酸乙烯基亚乙酯(4-乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮)、4-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4-乙基-4-乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4-正丙基-4-乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、5-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4,4-二乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮和4,5-二乙烯基-1,3-二氧杂戊环-2-酮。特别地，可以优选碳酸乙烯基亚乙酯，其可容易地合成。不言而喻地，R13和R16全部都可以是乙烯基或烯丙基，或者R13至R16中可以混合有乙烯基和烯丙基。
特别地，不饱和环状碳酸酯可以优选地含有前述第一不饱和环状碳酸酯、前述第二不饱和环状碳酸酯和前述第三不饱和环状碳酸酯中的第一不饱和环状碳酸酯。这使得可以实现更高的效果。
电解液中不饱和环状碳酸酯的含量(重量％)没有特别地限制，但特别地可以优选处于0.01重量％至10重量％的范围内，这使得可以实现更高的效果。应当注意的是，在其中不饱和环状碳酸酯含有第一不饱和环状碳酸酯、第二不饱和环状碳酸酯和第三不饱和环状碳酸酯中的两种或更多种的情况下，前述的“不饱和环状碳酸酯的含量”是它们的两种或更多种的含量的总和。
因此，电解液中不饱和环状碳酸酯的量以及负极活性物质中硅氧化物的量可以优选地建立适合的关系。更具体地，比C/R优选地处于0.002至2的范围内，其中电解液中不饱和环状碳酸酯的含量(重量％)是C并且硅氧化物相对于碳材料和硅氧化物的总和的重量比(9)％为R。这使得在不饱和环状碳酸酯的存在下可以稳定地实现碳材料和硅氧化物的协同效应。
应当注意的是，电解液可以含有除了前述不饱和环状碳酸酯之外的一种或多种其它材料。
该其它材料可以是例如一种或多种溶剂，诸如非水溶剂。应当注意的是，前述不饱和环状碳酸酯被排除在此处所述的溶剂之外。
该溶剂的非限制性例子可以包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链羧酸酯和腈，这使得可以实现例如但不限于高的电池容量、优异的循环特性、和优异的存储特性。环状碳酸酯的非限制性例子可以包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯及碳酸亚丁酯。链状碳酸酯的非限制性例子可以包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯。内酯的非限制性例子可以包括γ-丁内酯和γ-戊内酯。羧酸酯的非限制性例子可以包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯和三甲基乙酸乙酯。腈的非限制性例子可以包括乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈和3-甲氧基丙腈。
另外，溶剂的非限制性例子可以包括1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N’-二甲基咪唑啉酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯和二甲亚砜，这使得可以实现相似的优点。
特别地，可以优选碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，这使得能够实现例如但不限于更高的电池容量、更优异的循环特性和更优异的存储特性。在这种情况下，高粘度(高介电常数)溶剂(具有例如特定介电常数ε≥30)(诸如碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯)与低粘度溶剂(具有例如粘度≤1mPa·s)(诸如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯)的组合可以是更优选的。该组合允许改善电解质盐的离解性质以及离子迁移率。
此外，溶剂的非限制性例子可以包括卤化碳酸酯、磺酸酯、酸酐、二氰化合物以及二异氰酸酯化合物，这使得能够改善电解液的化学稳定性。
卤化碳酸酯是含有卤素作为组成元素的环状或链状碳酸酯。环状卤化碳酸酯的非限制性例子可以包括4-氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮和4,5-二氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮。链状卤化碳酸酯的非限制性例子可以包括碳酸氟甲基甲酯、碳酸二(氟甲基)酯、和碳酸三氟甲基甲酯。
磺酸酯的非限制性例子可以包括丙烷磺内酯和丙烯磺内酯。
酸酐的非限制性例子可以包括羧酸酐、磺酸酐、和羧酸-磺酸酐。羧酸酐的非限制性例子可以包括琥珀酸酐、戊二酸酐和马来酸酐。二磺酸酐的非限制性例子可以包括乙烷二磺酸酐和丙烷二磺酸酐。羧酸-磺酸酐的非限制性例子可以包括磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐和磺基丁酸酐。
二氰基化合物可以是例如由NC-CmH2m-CN(其中m是1以上的整数)表示的化合物，并且更具体地，可以是例如但不限于丁二腈(NC-C2H4-CN)。二异氰酸酯化合物可以是例如由OCN-CnH2n-NCO(其中n是1以上的整数)表示的化合物，并且更具体地，可以是例如但不限于六亚甲基二异氰酸酯(OCN-C6H12-NCO)。
特别地，溶剂可以优选地含有环状卤化碳酸酯，并且可以更优选地含有4-氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮。主要来源于环状卤化碳酸酯的涂布膜在充电和放电过程中形成在负极22的表面上，由此显著地抑制电解液的分解反应。
电解质盐可以含有例如诸如锂盐等盐的一种或多种。需要注意的是，电解质盐可以含有除了锂盐之外的任何盐。除了锂之外的盐的非限制性例子可以包括除了锂之外的轻金属的盐。
锂盐的非限制性例子可以包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)和溴化锂(LiBr)，这使得能够实现但不限于高的电池容量、优异的循环特性和优异的存储特性。
特别地，可以优选LiPF6、LiBF4、LiClO4和LiAsF6中的一种或多种，并且可以更优选LiPF6，这使得能够降低内部电阻，由此实现更高的效果。需要注意的是，电解质盐可以是除了上述化合物之外的化合物(盐)。
电解质盐的含量没有特别地限制，但特别地相对于溶剂可以优选处于0.3mol/kg至3.0mol/kg的范围内，这使得能够实现高离子导电性。
[二次电池的运行]
例如，二次电池可以运行如下。
当二次电池充电时，从正极21脱嵌锂离子，并且将该脱嵌的锂离子通过电解液嵌入到负极22中。相反，当二次电池放电时，从负极22脱嵌锂离子，并且该脱嵌的锂离子通过电解液嵌入到正极21中。
[制造二次电池的方法]
例如，可通过下列程序来制造二次电池。
当制造正极21时，首先，例如，混合正极活性物质、正极粘合剂和正极导体以获得正极混合物。随后，将正极混合物分散在例如有机溶剂中以获得糊状正极混合物浆料。之后，将正极混合物浆料施加在正极集电体22A的两面上，此后，干燥所施加的正极混合物浆料以形成正极活性物质层21B。此后，在必要的基础上加热的同时，使用例如辊压机将正极活性物质层21B压缩成型。在这种情况下，可以将正极活性物质层21B压缩成型多次。
当制造负极22时，通过与前述制造正极21的工序类似的工序在负极集电体22A上形成负极活性物质层22B。更具体地，将负极混合物(其中混合了含有碳材料和硅氧化物的负极活性物质、负极粘合剂和负极导体)分散在例如有机溶剂中以获得糊状负极混合物浆料。其次，将负极混合物浆料施加在负极集电体22A的两面上，此后，干燥所施加的负极混合物以形成负极活性物质层22B。此后，加热的同时，使用例如辊压机将负极活性物质层22B压缩成型，或者可以压缩成型多次。
当制备电解液时，将电解质盐溶解或分散在溶剂中，此后，向溶剂中加入不饱和环状碳酸酯。
在组装二次电池时，使用焊接法将正极引线25附接到正极集电体21A，并且使用焊接法将负极引线26附接到负极集电体22A。随后，以隔膜23介于其间层叠正极21和负极22，并且将所得的层叠体螺旋地卷绕以形成螺旋卷绕电极体20。此后，将中心销24插入到螺旋卷绕电极体20的中心。随后，螺旋卷绕电极体20夹层在一对绝缘板12和13之间，并且容纳于电池壳11的内部。在这种情况下，通过焊接法将正极引线25的尖端附接到安全阀机构15，并且通过例如焊接法将负极引线26的尖端附接到电池壳11。随后，将电解液注入到电池壳11中，并且将螺旋卷绕电极体20浸渍于注射电解液中。此后，在电池壳11的开口端处将垫圈17嵌塞在电池盖14、安全阀机构15和PTC器件16上。
[二次电池的作用和效果]
根据所述二次电池，负极22含有碳材料和硅氧化物，硅氧化物的重量比处于0.01％至20％的范围内，并且电解液含有不饱和环状碳酸酯。在这种情况下，即使重复充电和放电，碳材料和硅氧化物的协同效应使得在使用高反应性硅氧化物的同时能够特别地抑制电解液的分解反应，如上所述。因此，虽然实现了极高的能量密度，即使重复充电和放电，放电容量不易下降。这使得能够实现优异的电池特性。
特别地，当碳材料含有石墨并且不饱和环状碳酸酯含有第一不饱和环状碳酸酯、第二不饱和环状碳酸酯和第三不饱和环状碳酸酯中的一种或多种时，能够实现更高的效果。特别地，含有第一不饱和环状碳酸酯的不饱和环状碳酸酯使得能够实现还更高的效果。
此后，当硅氧化物(SiOx:0<x<2)中的x满足0.5≤x≤1.5，硅氧化物的平均粒径(D50)处在0.1μm至10μm的范围内，或硅氧化物的比表面积处在1m2/g至10m2/g的范围内，能够实现更高的效果。
另外，电解液中不饱和环状碳酸酯的含量处于0.01重量％至10重量％的范围内，并且不饱和环状碳酸酯的含量C与硅氧化物的重量比R的比值C/R处于0.002至2的范围内，或者负极22在完全充电状态下的体积密度处于0.8g/cm3至1.55g/cm3的范围内，能够实现更高的效果。
<1-2.锂离子二次电池(层压膜型)>
图3示出了根据本技术实施方式的另一种二次电池的透视构造。图4示出了沿图3示出的螺旋卷绕电极体30的线IV-IV的截面图。应当注意的是，图3示出了螺旋卷绕电极体30和外包装构件40处于彼此分离的状态。在以下的说明中，在适合的情况下，使用已经描述的圆柱型二次电池的组件。
[二次电池的总体构造]
二次电池可以是例如所谓的圆柱型二次电池。例如，螺旋卷绕电极体30可以被容纳在膜装外包装构件40内部，如图3所示。在螺旋卷绕电极体30中，例如，正极33和负极34可以与隔膜35层叠并且电解质层36位于它们之间，并且可以旋转卷绕所得到的层叠体。将正极引线31附接到正极33，并且将负极引线32附接到负极34。螺旋卷绕电极体30的最外周通过保护带37来保护。
例如，正极引线31和负极引线32可以在相同的方向上从内部引向外包装构件40的外侧。正极引线31可以由例如一种或多种导电材料诸如铝制成。负极引线32可以由例如一种或多种导电材料诸如铜、镍和不锈钢制成。例如，这些导电材料可以具有薄板状或网状。
外包装构件40可以是例如在图3所示的箭头R的方向上可折叠的一层膜，并且外包装构件40可以具有用于将螺旋卷绕电极体30部分地容纳于其中的凹部。外包装构件40可以是层压膜，其中按顺序层压了熔融粘结层、金属层和表面保护层。在制造二次电池的过程中，将外包装构件40折叠以便熔融粘结层的部分彼此面对，螺旋卷绕电极体30处于该熔融粘结层之间，此后，将熔融粘结层的部分的外边缘熔融粘结。替代地，通过例如粘合剂将两个层压膜彼此结合可以形成外包装构件40。熔融粘结层的例子可以包括由聚乙烯、聚丙烯和其它材料的一种或多种制成的膜。金属层可以包括例如铝箔和其它金属材料的一种或多种。表面保护层可以是例如由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯和其它材料制成的膜。
特别地，外包装构件40可以优选地是铝层压膜，其中按顺序层压了聚乙烯膜、铝箔和尼龙膜。然而，外包装构件40可以是具有任何其它层压结构的层压膜、聚合膜诸如聚丙烯、或金属膜。
用于防止外侧空气入侵的粘合膜41可以被插入在外包装构件40和正极引线31之间，并且粘合膜41也可以被插入到外包装构件40和负极引线32之间。粘合膜41由相对于正极引线31和负极引线32具有粘合性的材料制成。具有粘合性的该材料的非限制性例子可以包括聚烯烃树脂。其更具体的例子可以包括聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯和改性聚丙烯中的一种或多种。
[正极、负极和隔膜]
如图4所示，正极33可以包括例如在正极集电体33A的两面上的正极活性物质层33B。负极34可以包括例如在负极集电体34A的两面上的负极活性物质层34B。正极集电体33A、正极活性物质层33B、负极集电体34A和负极活性物质层34B的构造分别与正极集电体21A、正极活性物质层21B、负极集电体22A和负极活性物质层22B的构造相似。隔膜35的构造与隔膜23的构造相似。
[电解质层]
电解质层36包括电解液和聚合物化合物。电解液由聚合物化合物保持。电解质层36是所谓的凝胶电解质。凝胶电解质实现高的离子导电率(例如，在室温下为1mS/cm以上)，并且防止电解液的泄漏。除了前述的电解液以及前述聚合物化合物之外，电解质层36可以进一步包括一种或多种其它材料，诸如添加剂。
聚合物材料可以含有例如聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚氧化乙烯、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。除了它们之外，聚合物材料可以是共聚物。该共聚物可以是例如二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物。特别地，聚偏氟乙烯可以优选地为均聚物，并且二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物可以优选的为共聚物。此种聚合物化合物是电化学稳定的。
例如，电解液的组成可以类似于在圆柱型二次电池中使用的电解液的组成。然而，在作为凝胶电解质的电解质层36中，包含在电解液中的溶剂是指宽泛的概念，其不仅涵盖液体材料，还涵盖了具有离子导电性并且具有离解电解质盐的材料。因此，在其中使用了具有离子导电性的聚合物化合物的情况下，该聚合物化合物也被该溶剂所涵盖。
应当注意的是，可以使用电解液来替代凝胶电解质层36。在这种情况下，使用电解液浸渍螺旋卷绕电极体30。
[二次电池的运行]
例如，可以如下运行二次电池。
当二次电池充电时，锂离子从正极33脱嵌，并且脱嵌的锂离子通过电解质层36被嵌入到负极34中。相反，当二次电池放电时，锂离子从负极34脱嵌，并且脱嵌的锂离子通过电解质层36嵌入到正极33。
[制造二次电池的方法]
可以例如通过下列三种程序之一来制造包括凝胶电解质层36的二次电池。
在第一种程序中，通过类似于正极21和负极22的制造程序制造正极33和负极34。更具体地，通过在正极集电体33A的两面上形成正极活性物质层33B以制造正极33，并且通过在负极集电体34A的两面上形成负极活性物质层34B以制造负极34。随后，例如，混合电解液、聚合物化合物和溶剂以制备前体溶液。溶剂的非限制性例子可以包括有机溶剂。随后，使用前体溶液涂布正极33和负极34，并且将前体溶液干燥以形成凝胶电解质层36。随后，通过例如焊接法将正极引线31附接到正极集电体33A，并且通过例如焊接法将负极引线32附接到负极集电体34A。此后，将保护带37附接到螺旋卷绕体30的最外周。随后，以隔膜35介于其间层叠正极33和负极34，并且旋转地卷绕以制造螺旋卷绕电极体30。随后，折叠外包装构件40以介入螺旋卷绕电极体30，此后，通过例如热熔融接合方法接外包装构件40的外边缘，以将螺旋卷绕电极体30包裹于外包装构件40中。在这种情况下，将粘合膜41插入在正极引线31和外包装构件40之间以及在负极引线32和外包装构件40之间。
在第二种程序中，将正极引线31附接到正极33，并且将负极引线32附接到负极34。随后，以隔膜35介于其间层叠正极33和负极34，并且螺旋卷绕以制造作为螺旋卷绕电极体30的前体的螺旋卷绕体。此后，将保护带37粘附到螺旋卷绕体的最外周。随后，折叠外包装构件40以介入螺旋卷绕电极体30，此后，通过例如热熔融接合方法接合除了外包装构件40的一侧之外的外部边缘，并且将螺旋卷绕体容纳于由外包装构件40形成的袋内。随后，混合电解液、作为聚合物化合物的原材料的单体、聚合引发剂和在必要的基础上的其它材料诸如聚合抑制剂，以制备电解质组合物。随后，将电解质组合物注入到由外包装构件40形成的袋内。此后，通过热熔融接合法密封由外包装构件40形成的袋。随后，将单体热聚合以形成聚合物化合物。由此形成凝胶电解质层36。
在第三种程序中，以类似于上述第二种程序的方法，制造螺旋卷绕体并且将其容纳于由外包装构件40形成的袋内，不同之处在于使用两面均涂布了聚合物化合物的隔膜35。涂布隔膜35的聚合物化合物的非限制性例子可以包括含有二氟乙烯作为组分的聚合物(均聚物、共聚物或多组分共聚物)。均聚物的非限制性具体例子可以包括聚偏氟乙烯。共聚物的非限制性具体例子可以包括含有二氟乙烯和六氟丙烯作为组分的二元共聚物。多组分共聚物的非限制性具体例子可以包括含有二氟乙烯、六氟丙烯和氯三氟乙烯作为组分的三元共聚物。应当注意的是，可以与含有二氟乙烯作为组分的聚合物一起使用一种或多种其它聚合物化合物。随后，制备电解液并且注射到由外包装构件40形成的袋内。此后，通过例如热熔融接合方法密封由外包装构件40形成的袋的开口。随后，将所得物加热并同时向外包装构件40施加重量以使隔膜35由聚合物化合物紧密地附接到正极33，并且使隔膜35由聚合物化合物紧密地附接到负极34。因此，聚合物化合物浸渍有电解液，并且聚合物化合物凝胶化。由此形成电解质层36。
在该第三种程序中，二次电池的膨胀比在第一种程序中更受到抑制。另外，在该第三种程序中，例如，与第二种程序相比，作为聚合物化合物的原材料的单体以及溶剂几乎不会残留在电解质层36中。因此，聚合物化合物的形成过程得到顺利地控制。因此，正极33、负极34和隔膜35各自充分紧密地附接到电解质层36。
[二次电池的作用和效果]
根据所述二次电池，负极34含有碳材料和硅氧化物，硅氧化物的重量比处在0.01％至20％的范围内，并且电解质层36(电解液)含有不饱和环状碳酸酯。因此，基于与圆柱型二次电池中的原因类似的原因，可以获得优异的电池特性。除上述的那些作用和效果之外的作用和效果与圆柱型二次电池的那些相似。
<2.二次电池的应用>
其次，描述任何上述二次电池的应用例。
只要二次电池被应用到例如能够使用二次电池作为驱动电源、用于电力蓄积的电力存储源或任何其它源的机器、设备、仪表、装置和系统(例如，多个装置的集合实体)中，该二次电池的应用就没有特别地限制。用作电源的二次电池可以是主电源(优先使用的电源)，或者可以是辅助电源(替代主电源使用的电源，或从主电源切换使用的电源)。在其中二次电池被用作辅助电源的情况下，主电源的种类并不局限于所述二次电池。
二次电池的应用的例子可以包括电子设备(包括便携式电子设备)诸如视频摄像机、数字照相机、移动电话、笔记本型个人计算机、无绳电话、立体耳机、便携式收音机、便携式电视、和便携式信息终端。它们的其它例子可以包括：移动生活家电诸如电动剃须刀；存储装置如备用电源和存储卡；电动工具诸如电钻和电锯；用作例如笔记本个人计算机的可安装和可拆卸电池的电池组；医疗电子设备诸如心脏起搏器和助听器；电动车辆诸如电动汽车(包括混合动力汽车)；和蓄电系统，诸如用于例如紧急情况的电源累积用的家用电池系统。不言而喻，二次电池可以被应用于除了上述应用之外的应用。
特别地，二次电池可以有效地被应用于例如但不限于电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具和电子设备。在这些应用中，需要优异的电池特性，并且使用本技术的二次电池能够有效地改善性能。应当注意的是，电池组是使用二次电池的电源，并且可以是例如所谓的组装电池。电动车辆是使用二次电池作为驱动电源运行(奔跑)的车辆，并且可以是包括除了如上所述的二次电池之外的驱动源的汽车(诸如混合动力汽车)。蓄电系统是一种使用二次电池作为电力存储源的系统。例如，在家庭蓄电系统中，电力累积在作为电力存储源的二次电池中，这使得能够使用例如使用了积累电力的家用电器产品。电动工具是一种工具，其中可移动部分(诸如钻头)可以使用二次电池作为驱动电源来移动。电子设备是一种使用二次电池作为驱动电源(电力供应源)以执行各种功能的设备。
给出了二次电池的一些应用例的具体描述。应当注意的是，以下描述的各个应用例的构造仅是例子，并且可以适当地改变。
<2-1.电池组(单电池)>
图5示出了使用单电池的电池组的透视构造。图6示出了图5所示的电池组的框图构造。应当注意的是，图5示出了分解后状态的电池电池组。
此处描述的电池组是单电池组(所谓的软组)，并且被安装在例如以手机为代表的电子设备中。例如，电池组可以包括作为层压膜型二次电池的电源111和耦合到电源111的电路板116，如图5所示。正极引线112和负极引线113附接到电源111。
一对粘合带118和119被粘合到电源111的两个侧面。保护电路模块(PCM)形成在电路板116中。并且电路板116通过拉环114耦合到正极112，并且通过拉环115耦合到负极引线113。此外，电路板116被耦合到提供有用于外部连接的连接器的引线117。应当注意的是，虽然电路板116被耦合到电源111，但通过标签120和绝缘片121保护电路板116不受上侧和下侧的影响。粘附标签120以固定例如电路板116和绝缘片121。
此外，例如，电池组可以包括电源111和电路板116，如图6所示。电路板116可以包括例如控制器121、开关部122、PTC 123和温度检测器124。电源111可通过正极端子125和负极端子127连接到外侧，并且由此通过正极端子125和负极端子127来充电放电。温度检测器124被允许使用温度检测端子(所谓的T端子)126来检测温度。
控制器121控制整个电池组(包括电源111的使用状态)的运行，并且可以包括例如中央处理器(CPU)和存储器。
例如，在其中电池电压达到过充电检测电压的情况下，控制器121可以导致开关部122断开，由此充电电流不能流入电源111的电流通路。此外，例如，在充电期间流动大电流的情况下，控制器121可以促使开关部122断开，由此阻断充电电流。
另外，例如，在电池电压达到过放电检测电压的情况下，控制器121可以促使开关部122断开，以便放电电流不流入电源111的电流通路。此外，例如，在放电期间流动大电流的情况下，控制器121可以促使开关部122断开，由此阻断放电电流。
应当注意的是，二次电池的过充电检测电压可以是例如4.20V±0.05V，并且过放电检测电压可以是例如2.4V±0.1V。
开关部122根据来自控制器121的指令切换电源111的使用状态(电源111是否可连接到外部装置)。开关部122可以包括例如充电控制开关和放电控制用开关。充电控制开关和放电控制开关各自可以是例如半导体开关，诸如使用金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)。应当注意的是，可以在开关部122的导通电阻的基础上检测充电电流和放电电流。
温度检测器124测量电源111的温度，并且将测量的结果输出入控制器121。温度检测器124可以包括例如温度检测元件诸如热敏电阻。应当注意的是，例如但不限于在异常发热时控制器121进行充放电控制的情况下以及在计算剩余容量时控制器121进行校正过程的情况下，可以使用温度检测器124测量的结果。
应当注意的是，电路板116可以不包括PTC 123。在这种情况下，PTC元件可以独立地附接到电路板116。
<2-2.电池组件(组装电池)>
图7示出了使用组装电池的电池组的框图构造。例如，电池组可以在由例如塑料材料制成的壳体60中包括控制器61、电源62、开关部63、电流测量部64、温度检测器65、电压检测器66、开关控制器67、存储器68、温度检测元件69、电流检测电阻70、正极端子71和负极端子72。
控制器61控制整个电池组(包括电池62的使用状态)的运行并且可以包括例如CPU。电源62包括一个或多个二次电池。电源62可以是例如包括两个或更多个二次电池的组装电池。二次电池可以串联、并联或串联-并联组合连接。给出一个例子，电源62可以包括六个二次电池，其中两组串联连接的三个电池彼此并联连接。
开关部63根据来自控制器61的指令切换电源62的使用状态(包括电源62是否可连接到外部装置)。开关部63可以包括例如充电控制开关、放电控制开关、充电二极管和放电二极管。充电控制开关和放电控制开关各自可以是例如半导体开关，诸如使用金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)。
电流测量部64使用电流检测电阻70测量电流，并且将测量的结果输出到控制器61。温度检测器65使用温度检测元件69测量温度，并且将测量的结果输出到控制器61。例如但不限于在异常发热时控制器61进行充放电控制的情况下以及在计算剩余容量时控制器61进行校正过程的情况下，可以使用所述温度测量的结果。电压检测器66测量电源62中二次电池的电压，在所测量的电压上进行模拟-数字转换，并且将结果供应到控制器61。
根据从电流测量部64和电压检测器66输入的信号，开关控制器67控制开关部63的运行。
例如，在电池电压达到过充电检测电压的情况下，开关控制器67可以促使开关部63(充电控制开关)断开以便充电电流不会流入到电源62的电流通路中。这使得能够仅通过电源62中的放电二极管进行放电。应当注意的是，例如，当在充电期间流动大电流时，开关控制器67可以阻断充电电流。
进一步地，例如，在其中电池电压达到过放电检测电压的情况下，开关控制器67可以导致开关部63(放电控制开关)断开，以便放电电流不会流入到电源62的电流通路中。这使得能够仅通过电源62的充电二极管进行充电。应当注意的是，例如，当在放电期间流动大电流时，开关控制器67可以阻断放电电流。
应当注意的是，二次电池的过充电检测电压可以是例如4.20V±0.05V，并且过放电检测电压可以是例如2.4V±0.1V。
存储器68可以是例如作为非易失性存储器的EEPROM。存储器68可以保持例如通过控制器61计算的数值以及在制造过程中测量的二次电池的信息(诸如初始状态下的内部电阻)。应当注意的是，在存储器68保持二次电池的全部充电容量的情况下，控制器61被允许理解信息诸如剩余容量。
温度检测元件69测量电源62的温度，并且将测量的结果输出到控制器61。温度检测元件69可以是例如热敏电阻。
正极端子71和负极端子72是可以被耦合到例如使用电池组驱动的外部装置(诸如笔记本个人计算机)或用于给电池组充电的外部装置(诸如电池充电器)的端子。电源62通过正极端子71和负极端子72进行充电和放电。
<2-3.电动车辆>
图8示出了作为电动车辆的一个例子的混合动力汽车的框图构造。电动车辆可以包括例如控制器74、发动机75、电源76、驱动电动机77、差速器78、发电机79、变速器80、离合器81、逆变器82和83以及处在由金属制成的壳体73内部的各种传感器84。除了上述的组件之外，电动车辆还可以包括例如前驱动轴85以及耦合到差速器78和变速器80的前轮86、以及后驱动轴87和后轮88。
例如，电动车辆可以使用发动机75和电动机77之一作为驱动源以进行运转。发动机75是主要的动力源，并且可以是例如汽油发动机。在其中使用发动机75作为动力源的情况下，例如，发动机75的驱动功率(扭矩)可以通过作为驱动部的差速器78、变速器80和离合器81传递到前轮86或后轮88。应当注意的是，发动机75的扭矩还可以被传递到发电机79。使用所述扭矩，发电机79产生交流电力。所产生的交流电力通过逆变器83被转化为直流电力，并且经转化的电力被积累在电源76中。在作为转换部分的电动机77被用作动力源的情况下，从电源76供应的电力(直流电力)通过逆变器82被转换成交流电力，使用该交流电力驱动电动机77。例如，通过由电动机77提供的电力的转换获得的驱动功率(扭矩)可以通过作为驱动部的差速器78、变速器80和离合器81被传递到前轮86或后轮88。
应当注意的是，当通过未示出的制动机构降低电动车辆的速度时，减速时的阻力可以作为扭矩被传递到电动机77，并且电动机77可以通过利用所述扭矩产生交流电力。可以优选的是，这种交流电力可以通过逆变器82被转化为直流电力，并且该直流再生电力累积在电源76中。
控制器74控制整个电动车辆的运转，并且可以包括例如CPU。电源76包括一个或多个二次电池。电源76可以被耦合到外部电源，并且电源76可以被允许通过接收来自该外部电源的电力供应而累积电力。可以使用各种传感器84来例如控制发动机75的转数以及用于控制未示出的节流阀的打开水平(节气门开启水平)。各种传感器84可以包括例如速度传感器、加速度传感器和发动机频率传感器。
应当注意的是，尽管已经对其中电动车辆为混合动力汽车的情况进行了描述，但是电动车辆可以是仅使用电源76和电动机77而不使用发动机75进行运转的车辆(电动汽车)。
<2-4.蓄电系统>
图9示出了电动存储系统的框图构造。蓄电系统可以包括例如处于房屋89诸如一般住宅或商业建筑中的控制器90、电源91、智能仪表92和电力枢纽93。
在这个例子中，例如，电源91可以被耦合到提供在房屋89内部的电气装置94，并且可以被允许耦合到停放在房屋89外部的电动车辆96。另外，电源91可以通过电力枢纽93被耦合到提供在房屋89内的私人发电机95，并且可以被允许通过智能仪表92和电力枢纽93耦合到外部集中电力系统97。
应当注意的是，电气装置94可以包括例如一个或多个家电制品。家电制品的非限制性例子可以包括冰箱、空调、电视和热水器。私人发电机95可以包括例如太阳能发电机、风力发电机和其它发电机中的一个或多个。电动车辆96可以包括例如电动汽车、电动摩托车、混合动力汽车和其它电动车辆中的一种或多种。集中电力系统97可以包括例如火力发电厂、原子发电厂、水力发电站、风力发电厂和其他电厂中的一种或多种。
控制器90控制整个蓄电系统(包括电源91的使用状态)的运转，并且可以包括例如CPU。电源91包括一个或多个二次电池。例如，智能仪表92可以是与电网相兼容的电功率表，并且被提供在需要电力的房屋89中，并且可以与电力供应商通信。因此，例如，虽然智能仪表92与外部进行通信，但是智能仪表92控制了房屋89中供应和需求的平衡，这允许有效且稳定的能源供应。
在蓄电系统中，例如，电力可以从集中电力系统97(外部电源)通过智能仪表92和电力枢纽93积累在电源91中，并且电力可以从私人发电机95(为独立的电源)通过电力枢纽93积累在电源91中。累积在电源91中的电力根据来自控制器91的指令被供应到电气装置94和电动车辆96。这允许电气装置94运转，并且允许电动车辆96充电。换言之，蓄电系统是一种使得能够使用电源91在房屋89中积累和供应电力的系统。
积累在电源91中的电力被允许可选地利用。因此，例如，当半夜电费低廉时，电力可以从集中电力系统97积累在电源91中，而在电费昂贵的白天，可以使用累积在电源91中的电力。
应当注意的是，前述的蓄电系统可以供应各家各户(每个家庭单位)或者可以供应多个住户(多个家庭单位)。
<2-5.电动工具>
图10示出了电动工具的框图构造。电动工具可以是例如电钻，并且例如可以在由塑料材料制成的工具主体98内部包括控制器99和电源100。例如，作为可移动部的钻孔部分101可以可运行(可旋转)的方式被附接到工具主体98。
控制器99控制整个电动工具(包括电源100的使用状态)的运转并且可以包括例如CPU。电源100包括一个或多个二次电池。根据由未示出的运行开关的运行，控制器99允许将来自电源100的电力供应到钻部101。
实施例
将详细地描述本技术的实施例。
(实验例1-1至1-19)
通过以下程序制造了图3和图4中示出的层压膜型锂离子二次电池。
如下制造正极33。首先，混合96质量份正极活性物质(LiCoO2)、3质量份正极粘合剂(聚偏氟乙烯)和1质量份正极导体(石墨)以获得正极混合物。随后，将正极混合物分散在有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)中以获得糊状正极混合物浆料。随后，使用涂布装置用正极混合物浆料涂布正极集电体33A(厚度为20μm的带形铝箔)的两面，此后，干燥正极混合物浆料以形成正极活性物质层33B。最后，使用辊压机将正极活性物质层33B压缩成型。
如下制造负极34。首先，混合90质量份负极活性物质(碳材料和硅氧化物)以及10质量份负极粘合剂(聚偏氟乙烯)以获得负极混合物。碳材料和硅氧化物的种类和重量比(％)示于表1中。表1中的“SiO”是其中SiOx中的x满足x＝1的化合物。应当注意的是，在硅氧化物中，平均粒径(D50)为5μm，并且比表面积为5m2/g。随后，将负极混合物分散在有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)中以获得糊浆负极混合物浆料。随后，使用负极混合物浆料涂布负极集电体34A(厚度为15μm的带状铜箔)的两个表面，此后，干燥负极混合物浆料以形成负极活性物质层34B。最后，使用辊压机将负极活性物质层34B压缩成型。在负极活性物质层34B中，在压缩成型之前的体积密度(g/cm3)为1.8g/cm3，并且完全充电状态下的体积密度(g/cm3)为1.1g/cm3。
如下制备电解液。将电解质盐(LiPF6)溶解于溶剂(碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯)中，此后，将不饱和环状碳酸酯(第一不饱和环状碳酸酯)添加到溶剂中。在这种情况下，溶剂的组成为碳酸亚乙酯:碳酸亚丙酯＝50:50(重量比)，并且电解质盐的含量相对于溶剂为1mol/kg。不饱和环状碳酸酯的种类和含量(重量％)示于表1中。
如下组装二次电池。首先，通过焊接将由铝制成的正极引线31附接到正极33(正极集电体33A)，并且通过焊接将由铜制成的负极引线32附接到负极34(负极集电体34A)。随后，以隔膜35(厚度为23μm的微孔性聚丙烯薄膜)介于中间层叠正极33和负极34，并且将所得到的层叠体在纵向方向上螺旋卷绕以制造螺旋卷绕电极体30。此后，将保护带37附接到螺旋卷绕电极体30的最外周。随后，折叠外包装构件40以介入螺旋卷绕电极体30，此后，将外包装构件40的三侧的外边缘热熔接。因此，将螺旋卷绕电极体30容纳于由外包装构件40形成的袋内。外包装构件40是防潮的铝层压膜(具有100μm的总厚度)，在该层压膜中从外侧开始层压了尼龙膜(具有30μm的厚度)、铝箔(具有40μm的厚度)和流延聚丙烯薄膜(具有30μm的厚度)。最后，将电解液注入到外包装构件40中，并且使用该电解液浸渍螺旋卷绕电极体30。此后，在减压环境中热熔接外包装构件40的剩余一侧的外边缘。在这种情况下，将粘合膜41(厚度为50μm的酸改性聚丙烯膜)插入在正极引线31和外包装构件40之间，并且以类似的方式将粘合膜41插入在负极引线32和外包装构件40之间。因此，完成了层压膜型二次电池。
应当注意的是，当制造二次电池时，正极活性物质层33B的厚度经调整以使得负极34的充电-放电容量大于正极33的充电-放电容量，由此防止在完全充电状态下锂金属离子沉积在负极34上。
当将循环特性、初始容量特性和负荷特性作为各个二次电池的电池特性进行检查，获得了表1中示出的结果。
如下检查循环特性。在周围温度环境(23℃)中对二次电池进行一个充电和放电循环，以稳定二次电池的电池状态，此后，在相同的环境中对二次电池再进行一个充电和放电循环，以在第二个循环测量放电容量。随后，在相同的环境中对二次电池重复充电和放电直到总循环数达到100个循环以在第100个循环时的放电容量。从这些结果计算容量保持率(％)＝(在第100次循环的放电容量/在第二次循环的放电容量)×100。当对二次电池进行充电时，在0.2C的电流下进行充电直到电压达到4.3V，此后，在4.3V的电压下再次进行充电直到电流达到0.05C。当对二次电池进行放电时，在0.2C的电流下进行放电直到电压达到2.5V。应当注意的是，0.2C是指在5小时内电池容量(理论容量)完全放电时的电流值，并且0.05C是指在20小时内电池容量完全放电时的电流值。
如下检查初始容量特性。使用通过类似于在检查循环特性的情况下的程序稳定的电池状态的二次电池。在周围温度环境(23℃)中对二次电池充电，以测量充电容量。随后，在相同的环境中对二次电池放电以测量放电容量。从这些结果计算初始容量(％)＝(放电容量/充电容量)×100。充电和放电条件类似于检查循环特性情况下的那些条件。需要注意的是，表1中示出的初始容量的值被以实验例1-7的初始容量作为100进行了归一化。
如下检查负荷特性。使用通过类似于在检查循环特性的情况下的程序稳定的电池状态的二次电池。在周围温度环境(23℃)中对二次电池进行充电和放电，以测量在第二次循环时的放电容量。随后，再次在相同的环境中对二次电池进行充电和放电，以测量在第三次循环的放电容量。从这些结果计算负荷保持率(％)＝(在第三次循环的放电容量/在第二次循环的放电容量)×100。在第二次循环的充电和放电条件类似于检查循环特性情况下的那些条件。在第三次循环的充电和放电条件类似于检查循环特性情况下的那些条件，不同之外在于放电期间的电流被改变为2C。应当注意的是，2C是指在0.5小时内电池容量被完全放电的电流值。
[表1]
循环保持率、初始容量以及负荷保持率随硅氧化物和第一不饱和环状碳酸酯各自的存在及不存在而变化。
更具体地，当使用负极活性物质仅含有碳材料且电解液不含第一不饱和环状碳酸酯的情况(实验例1-12)作为参照时，循环保持率、初始容量和负荷保持率表现出以下描述的趋势。
在其中负极活性物质含有硅氧化物与碳材料但电解液不含第一不饱和环状碳酸酯的情况下(实验例1-13至1-18)，与前述参照相比，循环保持率降低。甚至在其中负极活性物质仅含有硅氧化物并且电解液不含第一不饱和环状碳酸酯的情况下(实验例1-19)，也展现出类似的趋势。在这些情况下，特别地，随着硅氧化物的重量比增加，循环保持率大幅地下降。
此外，在负极活性物质仅含有碳材料且电解液含有不饱和环状碳酸酯的情况下(实验例1-1)，与前述的参照相比，循环保持率略微增加。
这些结果预期着，在负极活性物质含有硅氧化物与碳材料并且电解液含有第一不饱和环状碳酸酯的情况下，循环保持率将展现出前述大幅降低的趋势和上述略微增加的趋势的结合。因此，可以认为，与前述参照相比，循环保持率下降。
然而，事实上(实验例1-2至1-11)，当硅氧化物的重量比处于0.01％至20％的范围内(实验例1-2至1-6和1-9至1-11)时，与其中负极活性物质仅含有碳材料并且电解液含有第一不饱和环状碳酸酯的情况(实验例1-1)相比，实现了基本相等的循环保持率，并且实现了更高的初始容量和更高的负荷保持率。应当注意的是，在负极活性物质含有硅氧化物和碳材料并且电解液含有第一不饱和环状碳酸酯的情况下(实验例1-7和1-8)，当硅氧化物的重量比超出前述范围时，与前述参照相比，循环保持率大幅降低。
这一结果表明，当硅氧化物的重量比处于适合的范围(＝0.01％至20％)内时，与所预测的相反，在循环特性、初始容量特性和负荷特性方面能够实现特别的优势。换言之，在负极活性物质含有硅氧化物与碳材料并且电解液含有第一不饱和环状碳酸酯的情况下，当硅氧化物的重量比处于适合的范围内时，当使用高反应性硅氧化物时，能够特别地抑制电解液的分散反应。
(实验例2-1至2-16和3-1至3-16)
如表2和3所示，除了改变不饱和环状碳酸酯的种类之外，通过类似的程序制造二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。代替第一不饱和环状碳酸酯，使用作为第二不饱和环状碳酸酯的碳酸亚乙烯酯(VC)和作为第三不饱和环状碳酸酯的碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)作为不饱和环状碳酸酯。
[表2]
[表3]
尽管改变了不饱和环状碳酸酯的种类，仍然获得了表1中所示的那些结果类似的结果。换言之，在负极活性物质含有硅氧化物与碳材料并且电解液含有第二不饱和环状碳酸酯的情况下(表2)，当硅氧化物的重量比处于0.01％至20％范围内时，实现了高的循环保持率。甚至在负极活性物质含有硅氧化物与碳材料并且电解液含有第三不饱和环状碳酸酯的情况下(表3)，也表现出了这种趋势。
特别地，在第一不饱和环状化合物用作不饱和环状碳酸酯的情况下(表1)，循环保持率高于使用第二不饱和环状化合物和第三不饱和环状化合物的情况(表2和表3)。
(实验例4-1至4-6)
如表4所示的，除了改变了硅氧化物的组成(SiOx中的x值)之外，通过类似程序制造了二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。为了改变硅氧化物的组成，在原材料(硅)的熔化和凝固时调整氧的导入量以改变硅的氧化态。
[表4]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
当x满足0.5≤x≤1.5(实验例4-2至4-5)时，与其它情况(实验例4-1和4-6)相比，循环保持率更高。
(实验例5-1至5-7)
如表5所示，除了改变硅氧化物的平均粒径(D50：μm)之外，通过类似程序制造二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。为了改变硅氧化物的平均粒径，使用具有不同平均粒径的硅氧化物。
[表5]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
在平均粒径处于0.1μm至10μm范围内的情况下(实验例5-2至5-6)，与其它情况(实验例5-1和5-7)相比，循环保持率更高。
(实验例6-1至6-6)
如表6中所示的，除了改变硅氧化物的比表面积(m2/g)之外，通过类似程序制造了二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。为了改变硅氧化物的比表面积，使用了具有不同比表面积的硅氧化物。
[表6]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
循环保持率根据硅氧化物的比表面积而变化。在这种情况下，特别地，在比表面积处于1m2/g至10m2/g范围内的情况下(实验例6-2至6-5)，与其它情况(实验例6-1和6-6)相比，循环保持率更高。
(实验例7-1至7-9)
如表7中所示的，除了改变了电解液中不饱和环状碳酸酯的含量C(重量％)以及比率C/R之外，通过相似程序制造了二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。为了改变比率C/R，将硅氧化物的重量比R固定，并且改变不饱和环状碳酸酯的含量C。
[表7]
碳材料(石墨)＝95％
在含量C处于0.01重量％至10重量％范围内并且比率C/R处于0.002至2范围内的情况下(实验例7-2至7-8)，与其它情况(实验例7-1和7-9)相比，循环保持率更高。
(实验例8-1至8-9)
如表8所示，除了改变完全充电状态下负极22(负极活性物质层22B)的体积密度(g/cm3)之外，通过类似程序制造了二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。为了改变完全充电状态下负极活性物质层22B的体积密度，在压缩成型期间固定压力，并且在压缩成型之前改变负极活性物质层22B的体积密度。此处描述的完全充电状态是在与检查循环特性情况下的条件类似的条件下完成充电的状态，不同之外在于将用于充电的目标电压改变到4.35V。更具体地，在所述状态下，在0.2C的电流下对二次电池充电直到电压达到4.35V，此后，在4.35V的电压下对二次电池充电直到电流达到0.05C。
[表8]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
在完全充电状态下的体积密度处于0.8g/cm3至1.55g/cm3范围内的情况下(实验例8-2至8-8)，与其它情况(实验例8-1和8-9)相比，循环保持率更高。
(实验例9-1至9-3)
如表9所示，除了在负极混合物中含有负极导体之外，通过类似的程序制造了二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。该负极混合物是通过类似的程序制备的，不同之处在于将作为负极活性材的石墨(碳材料)的一部分(2％)替代为负极导体(作为具有纤维形状的碳材料的碳纳米管(CNT))。表9中示出了CNT的平均纤维直径(nm)。
[表9]
在负极混合物含有负极导体的情况下(实验例9-1至9-3)，与不含负极导体的情况(实验例1-4)相比，循环保持率得到了进一步的提高。在这种情况下，特别地，随着CNT的平均纤维直径变短，循环保持率逐渐增加。
(实验例10-1至10-3)
如表10所示，除了向电解液中添加添加剂之外，通过类似的程序制造二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。作为添加剂，使用作为循环卤化碳酸酯的4-氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮(FEC)、作为酸酐的丙烷二磺酸酐(PSAH)和作为二氰化合物的丁二腈(SN)。在这种情况下，FEC的含量为2重量％，并且PSAH和SN各自的含量为0.5重量％。
[表10]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
在电解液含有添加剂诸如FEC的情况下(实验例10-1至10-3)，与不含添加剂的情况(实验例1-4)相比，循环保持率更高。
(实验例11-1至11-6)
如表11所示，除了改变负极粘合剂的种类之外，通过类似的程序制造二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。代替聚偏氟乙烯(PVDF)，将聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、丁苯橡胶(SBR)、SBR与羧甲基纤维素(CMC)的混合物、聚丙烯腈(PAN)和聚四氟乙烯(PTFE)用作负极粘合剂。
[表11]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
尽管改变了负极粘合剂的种类，获得了与表1中所示的结果类似的结果。
(实验例12-1和12-2)
如表12所示，除了改变正极活性物质的种类之外，通过类似的程序制造了二次电池，并且检查了该二次电池的电池特性。替代LiCoO2，将Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2和Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2用作正极活性物质。
[表12]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
不饱和环状碳酸酯(式(1-4))＝3重量％
尽管改变了正极活性物质的种类，仍然获得了与表1中结果类似的结果。
(实验例13-1至13-4)
如表13所示，除了改变电解液的组成之外，通过类似程序制造了二次电池，并且作为电池特性，检查了过放电电阻特性。
通过类似的程序制备了电解液，不同之外在于将电解质盐溶解于溶剂中，此后，将环状卤化碳酸酯与第一不饱和环状碳酸酯一起加入到溶剂中。第一不饱和环状碳酸酯以及环状卤化碳酸酯的种类和含量(重量％)示于表13中。
如下检查过充电电阻特性。使用的二次电池具有通过与其中检查循环特性的情况类似的程序稳定化的电池状态。在周围温度环境(23℃)下使二次电池充电至完全充电状态，此后，测量处于完全充电状态下的二次电池的厚度(mm)。随后，使二次电池放电(过放电)直到电压达到表13中所示的电压(截止电压)。随后，再次在相同的环境中将二次电池充电至完全充电状态，此后，测量处于完全充电状态下的二次电池的厚度(mm)。从这些结果，计算膨胀率(％)＝(过放电后处于完全充电状态下的二次电池的厚度/过放电之前处于完全充电状态下的二次电池的厚度)×100。该充电和放电条件类似于检查循环特性情况中的那些条件，不同之外在于在必要的基础上改变了截止电压，如表13所示。此处所述的完全充电状态是这样的状态，其中在相似于检查循环特性情况下的那些条件下完成充电。更具体地，在所述状态下，在0.2C的电流下对二次电池充电直到电压达到4.3V，此后，在4.3V的电压下对二次电池充电直到电流达到0.05C。
[表13]
碳材料(石墨)＝95％，硅氧化物(SiO)＝5％
在负极活性物质含有硅氧化物与碳材料并且硅氧化物的重量比处于0.01％至20％的范围内、但是电解液不含第一不饱和环状碳酸酯的情况下(实验例13-3和13-4)，当截止电压较高时，几乎不发生膨胀。相反，当截止电压较低时，发生了明显的膨胀。
相比之下，在负极活性物质含有硅氧化物和碳材料、硅氧化物的重量比处于0.01％至20％的范围内并且电解液含有第一不饱和环状碳酸酯的情况下(实验例13-1和13-2)，几乎不发生膨胀，与截止电压无关。
如从表1至13可以看到的，当负极22含有碳材料和硅氧化物、硅氧化物的重量比处于0.01％至20％的范围内并且电解液含有不饱和环状碳酸酯时，实现了优异的电池特性。
尽管以上已经参照一些实施方式和实施例描述了本技术，但是本技术并不受它们的限制，并且可以进行各种修改。例如，已经参照其中电池结构为圆柱型和层压膜型且电池元件具有螺旋卷绕结构的实施例给出了说明。然而，电池结构和电池元件并不受它们的限制。类似地，本技术的二次电池还可以应用于其中采用了其它电池结构诸如方型、硬币型或纽扣型的情况。此外，本技术的二次电池还类似地可以应用于其中电池元件具有其它结构诸如层叠结构的情况。
此外，本技术的二次电池用电极不仅可以应用于二次电池，还可以应用于其它电化学装置。其它电化学装置的非限制性例子可以包括电容器。
应当注意的是，本技术可以具有下列构造。
(1)
一种二次电池，包括：
正极；
负极；和
非水电解液，
负极含有碳材料和硅氧化物，
硅氧化物相对于碳材料和硅氧化物的总量的重量比(％)处于0.01％至20％的范围内，并且
非水电解液含有不饱和环状碳酸酯。
(2)
根据(1)的二次电池，其中
碳材料含有石墨，
硅氧化物由SiOx(0<x<2)表示，并且
不饱和环状碳酸酯含有由下式(1)至式(3)表示的化合物中的一种或多种，
[化学式8]
(其中，X是二价基团，该二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合在一起，R1至R4各自是氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基和它们的两种或更多种结合在一起构成的基团中的一种，R1至R4的任何两个或更多个可选地彼此结合，m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
[化学式9]
(其中，R5和R6各自是氢基和一价饱和烃基中的一种，R7至R10各自是氢基、一价饱和烃基和一价不饱和烃基中的一种，并且R7至R10中的一个或多个是一价不饱和烃基。)
(3)
根据(2)的二次电池，其中
卤素基团是氟基、氯基、溴基和碘基中的一种，
一价烃基是具有1至12个碳原子的烷基、具有2至12个碳原子的烯基、具有2至12个碳原子的炔基、具有6至18个碳原子的芳基、具有3至18个碳原子的环烷基和它们的两种或更多种结合在一起形成的基团中的一种，
一价含氧烃基是具有1至12个碳原子的烷氧基，
一价卤化烃基是其中一价烃基中的一个或多个氢基被卤素基团取代的基团，
一价卤化含氧烃基是基中一价含氧烃基中的一个或多个氢基被卤素基团取代的基团，
一价饱和烃基是具有1至12个碳原子的烷基，并且
一价不饱和烃基是具有2至12个碳原子的烯基。
(4)
根据(2)或(3)的非水二次电池，其中由式(1)表示的化合物含有由下式(4)表示的化合物和由下式(5)表示的化合物中的一者或两者，
[化学式10]
(其中，R11至R16各自是氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基和它们的两种或更多种结合在一起形成的基团中的一种，R11和R12任选的彼此结合，并且R13至R16中的任何两个或更多个可选地彼此结合。)
(5)
根据(2)至(4)任一项的二次电池，其中x满足0.5≤x≤1.5。
(6)
根据(1)至(5)中任一项的二次电池，其中
硅氧化物的平均粒径(D50：μm)处于0.1μm至10μm的范围内，并且
硅氧化物的比表面积(m2/g)处于1m2/g至10m2/g的范围内。
(7)
根据(1)至(6)中任一项的二次电池，其中不饱和环状碳酸酯在非水电解液中的含量(重量％)处于0.01重量％至10重量％的范围内。
(8)
根据(1)至(7)中任一项的二次电池，其中非水电解液的不饱和环状碳酸酯的含量C(重量％)与硅氧化物相对于碳材料和硅氧化物的总量的重量比R(％)之间的比率C/R处于0.002至2的范围内。
(9)
根据(1)至(8)中任一项的二次电池，其中
负极包括提供在负极集电体上的负极活性物质层，
负极活性物质层含有碳材料和硅氧化物，并且
负极活性物质层在完全充电状态下的体积密度(g/cm3)处于0.8g/cm3至1.55g/cm3的范围内。
(10)
根据(1)至(9)中任一项的二次电池，其中二次电池是锂离子二次电池。
(11)
一种电池组，包括：
(1)至(10)中任一项的二次电池；
控制二次电池的运行的控制器；和
根据控制器的指令切换二次电池的运行的开关部。
(12)
一种电动车辆，包括：
(1)至(10)中任一项的二次电池；
将由二次电池供应的电力转换为驱动力的转换器；
根据驱动力运行的驱动部；和
控制二次电池运行的控制器。
(13)
一种蓄电系统，包括：
(1)至(10)中任一项的二次电池；
由二次电池供应电力的一种或多种电气装置；和
控制二次电池向一种或多种电气装置供应电力的控制器。
(14)
一种电动工具，包括：
(1)至(10)中任一项的二次电池；和
由二次电池供应电力的可移动部。
(15)
一种电子设备，其包括根据(1)至(10)中任一项的二次电池作为电力供应源。
本申请要求于2014年4月21日向日本专利局提交的日本专利申请号2014-087174为基础的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
本领域技术人员能够理解的是，在所附权利要求或其等同物的范围内，基于设计要求以及其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和变更。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种二次电池，包括：
正极；
负极；以及
非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含由以下式(1)表示的不饱和环状碳酸酯。
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
2.(修改后)根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述碳材料包含石墨，并且
所述硅氧化物由SiOx(0<x<2)表示。
3.(修改后)根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述卤素基团是氟基、氯基、溴基、以及碘基中的一种，
所述一价烃基是下述中的一种：具有1至12个碳原子的烷基、具有2至12个碳原子的烯基、具有2至12个碳原子的炔基、具有6至18个碳原子的芳基、具有3至18个碳原子的环烷基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团，
所述一价含氧烃基是具有1至12个碳原子的烷氧基，
所述一价卤化烃基是其中所述一价烃基中的一个或多个氢基被所述卤素基团取代的基团，并且
所述一价卤化含氧烃基是其中所述一价含氧烃基中的一个或多个氢基被所述卤素基团取代的基团。
4.(修改后)根据权利要求1所述的非水二次电池，其中由式(1)表示的化合物包含由下式(4)表示的化合物和由下式(5)表示的化合物中的一种或两者。
(其中，R11至R16各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R11和R12可选地彼此结合，并且R13至R16中的任何两个或更多个可选地彼此结合。)
5.(修改后)根据权利要求2所述的二次电池，其中x满足0.5≤x≤1.5。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述硅氧化物的平均粒径(D50：μm)在0.1μm至10μm的范围内，并且
所述硅氧化物的比表面积(m2/g)在1m2/g至10m2/g的范围内。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述不饱和环状碳酸酯在所述非水电解液中的含量(重量％)在0.01重量％至10重量％的范围内。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述不饱和环状碳酸酯在所述非水电解液中的含量C(重量％)与所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比R(％)的比率C/R在0.002至2的范围内。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述负极包括设置在负极集电体上的负极活性物质层，
所述负极活性物质层包含所述碳材料和所述硅氧化物，并且
所述负极活性物质层在完全充电状态下的体积密度(g/cm3)在0.8g/cm3至1.55g/cm3的范围内。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述二次电池是锂离子二次电池。
11.(修改后)一种电池组，包括：
二次电池；
控制所述二次电池的运行的控制器；以及
根据所述控制器的指令切换所述二次电池的运行的开关部，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含由以下式(1)表示的不饱和环状碳酸酯。
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
12.(修改后)一种电动车辆，包括：
二次电池；
将由所述二次电池供应的电力转换为驱动力的转换器；
根据所述驱动力运行的驱动部；以及
控制所述二次电池的运行的控制器，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含由以下式(1)表示的不饱和环状碳酸酯。
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
13.(修改后)一种蓄电系统，包括：
二次电池；
由所述二次电池供应电力的一个或多个电气装置；以及
控制由所述二次电池向所述一个或多个电气装置供应所述电力的控制器，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含由以下式(1)表示的不饱和环状碳酸酯。
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
14.(修改后)一种电动工具，包括：
二次电池；以及
由所述二次电池供应电力的可移动部，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含由以下式(1)表示的不饱和环状碳酸酯。
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
15.(修改后)一种包括二次电池作为电力供应源的电子设备，所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含由以下式(1)表示的不饱和环状碳酸酯。
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)

Claims (15)

1.一种二次电池，包括：
正极；
负极；以及
非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含不饱和环状碳酸酯。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述碳材料包含石墨，
所述硅氧化物由SiOx(0<x<2)表示，并且
所述不饱和环状碳酸酯包含由下式(1)表示的化合物、由下式(2)表示的化合物、以及由下式(3)表示的化合物中的一种或多种。
[化学式1]
(其中，X是二价基团，在所述二价基团中m个>C＝CR1R2和n个>CR3R4以任何顺序结合。R1至R4各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R1至R4中的任何两个或更多个可选地彼此结合。m是满足m≥1的整数，并且n是满足n≥0的整数。)
[化学式2]
(其中R5和R6各自是氢基和一价饱和烃基中的一种。R7至R10各自是氢基、一价饱和烃基、以及一价不饱和烃基中的一种，并且R7至R10中的一个或多个是所述一价不饱和烃基。)
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中
所述卤素基团是氟基、氯基、溴基、以及碘基中的一种，
所述一价烃基是下述中的一种：具有1至12个碳原子的烷基、具有2至12个碳原子的烯基、具有2至12个碳原子的炔基、具有6至18个碳原子的芳基、具有3至18个碳原子的环烷基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团，
所述一价含氧烃基是具有1至12个碳原子的烷氧基，
所述一价卤化烃基是其中所述一价烃基中的一个或多个氢基被所述卤素基团取代的基团，
所述一价卤化含氧烃基是其中所述一价含氧烃基中的一个或多个氢基被所述卤素基团取代的基团，
所述一价饱和烃基是具有1至12个碳原子的烷基，并且
所述一价不饱和烃基是具有2至12个碳原子的烯基。
4.根据权利要求2所述的非水二次电池，其中所述由式(1)表示的化合物包含由下式(4)表示的化合物和由下式(5)表示的化合物中的一种或两者。
[化学式3]
(其中，R11至R16各自是下述中的一种：氢基、卤素基团、一价烃基、一价含氧烃基、一价卤化烃基、一价卤化含氧烃基、以及其中它们中的两种或更多种结合的基团。R11和R12可选地彼此结合，并且R13至R16中的任何两个或更多个可选地彼此结合。)
5.根据权利要求2所述的二次电池，其中x满足0.5≤x≤1.5。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述硅氧化物的平均粒径(D50：μm)在0.1μm至10μm的范围内，并且
所述硅氧化物的比表面积(m2/g)在1m2/g至10m2/g的范围内。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述不饱和环状碳酸酯在所述非水电解液中的含量(重量％)在0.01重量％至10重量％的范围内。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述不饱和环状碳酸酯在所述非水电解液中的含量C(重量％)与所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比R(％)的比率C/R在0.002至2的范围内。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中
所述负极包括设置在负极集电体上的负极活性物质层，
所述负极活性物质层包含所述碳材料和所述硅氧化物，并且
所述负极活性物质层在完全充电状态下的体积密度(g/cm3)在0.8g/cm3至1.55g/cm3的范围内。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述二次电池是锂离子二次电池。
11.一种电池组，包括：
二次电池；
控制所述二次电池的运行的控制器；以及
根据所述控制器的指令切换所述二次电池的运行的开关部，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含不饱和环状碳酸酯。
12.一种电动车辆，包括：
二次电池；
将由所述二次电池供应的电力转换为驱动力的转换器；
根据所述驱动力运行的驱动部；以及
控制所述二次电池的运行的控制器，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含不饱和环状碳酸酯。
13.一种蓄电系统，包括：
二次电池；
由所述二次电池供应电力的一个或多个电气装置；以及
控制由所述二次电池向所述一个或多个电气装置供应所述电力的控制器，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含不饱和环状碳酸酯。
14.一种电动工具，包括：
二次电池；以及
由所述二次电池供应电力的可移动部，
所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含不饱和环状碳酸酯。
15.一种包括二次电池作为电力供应源的电子设备，所述二次电池包括正极、负极、以及非水电解液，
所述负极包含碳材料和硅氧化物，
所述硅氧化物相对于所述碳材料和所述硅氧化物的总量的重量比(％)在0.01％至20％的范围内，并且
所述非水电解液包含不饱和环状碳酸酯。
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