CN109983603A - 双极二次电池以及电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和包含其的电子设备 - Google Patents

双极二次电池以及电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和包含其的电子设备 Download PDF

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Abstract

一种二次电池，其包括：正极，包括正极集电体和设置于正极集电体上的第一正极活性材料层；负极，包括负极集电体和设置于负极集电体上且面对第一正极活性材料层并且包含含钛化合物的第一负极活性材料层；中间电极，设置于正极和负极之间并包括中间集电体、设置于中间集电体上且面对第一正极活性材料层并且包含含钛化合物的第二负极活性材料层，和设置于中间集电体上且面对第一负极活性材料层的第二正极活性物质材料层；和电解质溶液，包含溶剂和电解质盐并具有等于或大于溶剂的分子数的电解质盐分子数。

Description

双极二次电池以及电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工 具和包含其的电子设备
相关申请的引用
本申请要求2016年12月22日提交的美国专利申请第62/438058号和2017年8月11日提交的美国专利申请第15/654989号的优先权，上述每个的全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
本技术涉及一种二次电池，其中中间电极设置于正极和负极之间，并涉及以下每种均使用该二次电池的电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备。
背景技术
诸如移动电话的各种电子设备已被广泛使用，并需要进一步减小电子设备的尺寸和重量和实现其更长的寿命。因此，已经开发了具有实现高能量密度的能力的小而轻重型的二次电池作为电子设备的电源。
应该注意的是，二次电池的应用并不仅限于上述电子设备，并还考虑将二次电池应用于各种其他应用。这种其他应用的实例可以包括：电池组，可附接和可拆卸地安装于，例如，电子设备上；电动车，如电动车辆；电力存储系统，如家用电力服务器；和电动工具，如电钻。
二次电池包括正极、负极和电解质溶液。二次电池的构造对电池特性产生很大影响。因此，已经对二次电池的构造设计进行了各种研究。
更具体而言，为了获得高电压，已经提出了双极二次电池(参见国际公开第WO2010/010717号)。在双极二次电池中，中间电极设置于正极和负极之间，且中间电极包括正极活性材料层和负极活性材料层。
发明内容
技术问题
为了改进二次电池的电池特性，已经提出了具体的建议；然而，二次电池的电池特性仍然并不充分。因此，仍有改进的空间。
因此，提供一种使之能够实现优异电池特性的二次电池以及电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备，是合乎需要的。
问题的解决方案
根据本技术的一个实施方式，提供了一种二次电池，包括：正极，负极，中间电极和电解质溶液。正极包括正极集电体和第一正极活性材料层，第一正极活性材料设置于正极集电体上。负极包括负极集电体和第一负极活性材料层，第一负极活性材料层设置于负极集电体上以面对(面向，朝向，face)第一正极活性材料层并包含含钛化合物。中间电极设置于正极和负极之间，并包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层。第二负极活性材料层设置于中间集电体上以面对第一正极活性材料层并包含含钛化合物。第二正极活性材料层设置于中间集电体上以面对第一负极活性材料层。电解质溶液包含溶剂和电解质盐，并具有等于或大于溶剂分子数的电解质盐分子数。
根据本技术的各个实施方式，提供了电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备，其中每一个都包括二次电池，并且二次电池具有类似于根据本技术的实施方式的前述二次电池的构造。
本发明的有益效果
根据本技术的实施方式的二次电池，负极和中间电极每个都包含含钛化合物，并且在电解质溶液中，电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数，这使之能够实现优异的电池特性。此外，在本技术的各个实施方式的电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备每一个中，都能够实现类似的效果。
应注意，本文中描述的效果是非限制性的。通过该技术实现的效果可以是该技术中描述的一种或多种效果。
应该理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都是示例性的，并提供用于提供对权利要求要求保护的技术的进一步诠释。
附图说明
附图包括在内以提供对该技术的进一步理解，并引入并构成本说明书中的一部分。附图图示出了各实施方式，并且与说明书一起用于解释本技术的原理。
[图1]图1是根据本技术的一个实施方式的二次电池的构造的横截面图。
[图2]图2是二次电池的构造的变形例的横截面视图。
[图3]图3是二次电池的应用实例(电池组：单电池)的构造的透视图。
[图4]图4是示出了图3中所示的电池组的构造的框图。
[图5]图5是示出了二次电池的应用实例(电池组：组装电池)的构造的框图。
[图6]图6是示出了二次电池的应用实例(电动车辆)的构造的框图。
[图7]图7是示出了二次电池的应用实例(电力存储系统)的构造的框图。
[图8]图8是示出了二次电池的应用实例(电动工具)的构造的框图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细描述了本技术的一些实施方式。应该注意的是，按以下顺序进行描述。
1.二次电池
1-1.构造
1-2.运行
1-3.制造方法
1-4.作用和影响
2.变形例
3.二次电池的应用
3-1.电池组(单电池)
3-2.电池组(组装电池)
3-3.电动车辆
3-4.电力存储系统
3-5.电动工具
<1.二次电池>
对根据本技术的一个实施方式的二次电池进行描述。
二次电池是使用锂作为电极反应物的二次电池。电极反应物是涉及充放电反应的材料。更具体而言，二次电池可以是例如锂离子二次电池，其在这种二次电池中利用了锂嵌入现象和锂脱嵌现象获得电池容量(负极容量)。
本文中描述的二次电池具体而言是双极二次电池，其中中间电极设置于正极和负极之间。
<1-1.构造>
首先，描述了二次电池的构造。图1示出了二次电池的横截面构造。
二次电池可以包括，例如，正极10，负极20，中间电极30和隔膜40，如图1所示。正极10、负极20、中间电极30和隔膜40可以用，例如，作为液体电解质的电解质溶液进行浸渍。
中间电极30设置于正极10和负极20之间。隔膜40可以嵌入于，例如，正极10和中间电极30之间，而隔膜40可以嵌入于，例如，负极20和中间电极30之间。换言之，二次电池可以具有，例如，正极10、负极20和中间电极30采用隔膜嵌入其间进行堆叠的堆叠结构。
正极
正极10包括正极集电体11和设置于正极集电体11上的第一正极活性材料层12。换句话说，第一正极活性材料层12设置于正极集电体11的一个表面上。
(正极集电体)
正极集电体11可以包括，例如，一种或多种导电材料。导电材料的种类没有特别限制；然而，导电材料的非限制性实例可以包括金属材料如铝、镍和不锈钢。正极集电体11可以由单层构成或可以由多层构成。
(第一正极活性材料层)
第一正极活性材料层12可以包括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材料。应注意，第一正极活性材料层12可以进一步包括一种或多种其他材料如正极粘合剂和正极导体。
(正极材料：含锂化合物)
正极材料可以是，例如，含锂化合物，这使之可以实现高能量密度。含锂化合物的种类没有特别限定；然而，含锂化合物的非限制性实例可以包括含锂复合氧化物和含锂磷酸盐化合物。
“含锂复合氧化物”是包含锂(Li)和一种或多种其他元素作为构成元素的氧化物的总称。含锂复合氧化物可以具有，例如，诸如层状岩盐晶体结构和尖晶石晶体结构的晶体结构之一。
“含锂磷酸盐化合物”是包含锂和一种或多种其他元素作为构成元素的磷酸盐化合物的总称。含锂磷酸盐化合物可以具有，例如，诸如橄榄石晶体结构的晶体结构。
应该注意的是，“其他元素”是除锂之外的元素。其他元素的种类没有特别限制；然而，其他元素的非限制性实例可以包括属于元素周期表的长形式的第2至15族的元素。其他元素的具体而非限制性的实例可以包括镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)和铁(Fe)，其使之可以获得高电压。
具有层状岩盐晶体结构的含锂复合氧化物的非限制性实例可以包括由下式(11)至(13)表示的化合物。
LiaMn(1-b-c)NibM11cO(2-d)Fe...(11)
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≦0.20≦e≦0.1，应该注意的是，锂的成分根据充电和放电状态而变化，而“a”是完全放电状态的值。
LiaNi(1-b)M12bO(2-c)Fd...(12)
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，应注意的是，锂的成分根据充电和放电状态而变化，而“a”是完全放电状态的值。
LiaCo(1-b)M13bO(2-c)Fd...(13)
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，应注意的是，锂的成分根据充电和放电状态而变化，而“a”是完全-放电状态的值。
具有层状岩盐晶体结构的含锂复合氧化物的具体而非限制性实例可以包括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。
应该注意的是，在具有层状岩盐晶体结构的含锂复合氧化物包括镍、钴、锰和铝作为构成元素的情况下，镍的原子比率可以优选为50at％以上，这使之可以获得高能量密度。
具有尖晶石晶体结构的含锂复合氧化物的非限制性实例可以包括由下式(14)表示的化合物。
LiaMn(2-b)M14bOcFd...(14)
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，应该注意的是，锂的成分根据充电和放电状态而变化，而“a”是完全-放电状态的值。
具有尖晶石晶体结构的含锂复合氧化物的具体而非限制性实例可以包括LiMn2O4。
具有橄榄石晶体结构的含锂磷酸盐化合物的非限制性实例可一包括由下式(15)表示的化合物。
LiaM15PO4...(15)
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，应该注意的是，锂的成分根据充电和放电状态而变化，而“a”是完全放电状态的值。
具有橄榄石晶体结构的含锂磷酸盐化合物的具体而非限制性实例可以包括LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4和LiFe0.3Mn0.7PO4。
应该注意的是，含锂复合氧化物可以是，例如，由下式(16)表示的化合物。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x...(16)
其中“x”满足0≦x≦1，应该注意的是，锂的成分根据充电和放电状态而变化，而“x”是完全放电状态下的值。
(其他正极材料)
此外，正极材料的非限制性实例可以包括氧化物、二硫化物、硫族化物和导电聚合物。氧化物的非限制性实例可以包括钛的氧化物、氧化钒和二氧化锰。二硫化物的非限制性实例可以包括二硫化钛和硫化钼。硫族化物的非限制性实例可以包括硒化铌。导电聚合物的非限制性实例可以包括硫、聚苯胺和聚噻吩。
(正极粘合剂)
正极粘合剂可以包括，例如，合成橡胶和聚合物化合物中的一种或多种。合成橡胶的非限制性实例可以包括苯乙烯-丁二烯-基橡胶、氟基橡胶和乙烯丙烯二烯。聚合物化合物的非限制性实例可以包括聚偏二氟乙烯和聚酰亚胺。
(正极导体)
正极导体可以包括，例如，一种或多种导电材料如碳材料。碳材料的非限制性实例可以包括石墨、碳黑、乙炔黑和科琴黑(Ketjen black)。可替换地，正极导体可以是任何其他材料如金属材料和导电聚合物，只要正极导体是具有导电性的材料即可。
负极
负极20包括负极集电体21和设置于负极集电体21上的第一负极活性材料层22。换句话说，第一负极活性材料层22设置于负极集电体21的一个表面上。应注意，第一负极活性材料层22设置为面对正极10(第一正极活性材料层12)。
(负极集电体)
负极集电体21可以包括，例如，一种或多种导电材料。导电材料的种类没有特别限制，但可以是，例如，金属材料如铜、铝、镍和不锈钢。负极集电体21可以由单层构成，或可以由多层构成。
负极集电体21的表面可以优选进行粗糙化。这使之可以通过所谓的锚定效应改进第一负极活性材料层22相对于负极集电体21的粘附性。在这种情况下，至少在面对第一负极活性材料层22的区域中使负极集电体21的表面粗糙化变得必要。粗糙化方法的非限制性实例可以包括采用电解处理形成精细粒子的方法。通过电解处理，精细粒子通过电解法在电解槽中形成于负极集电体21的表面上，而使负极集电体21的表面变粗糙。通过电解法制成的铜箔通常称为“电解铜箔”。
(第一负极活性材料层)
第一负极活性材料层22可以包括作为负极活性材料的一种或多种具有嵌入和脱嵌锂的能力的负极材料。应该注意的是，第一负极活性材料层22可以进一步包括一种或多种其他材料如负极粘合剂和负极导体。
为了防止锂在充电过程中意外沉淀于负极20上，负极材料的可充电容量可以优选大于正极10的放电容量。换句话说，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大于正极10的电化学当量。
(负极材料：含钛化合物)
负极材料包含含钛化合物。由于含钛化合物是电化学稳定的(具有低反应活性)，因此与后面描述的碳材料等相比，含钛化合物会抑制由负极22的反应活性引起的电解质溶液的分解反应。含钛化合物的种类没有特别限制；然而，含钛化合物的非限制性实例可以包括钛的氧化物、锂-钛复合氧化物和氢-钛化合物。
“钛的氧化物”是钛(Ti)和氧(O)的化合物的总称。“锂-钛复合氧化物”是包含钛、锂和一种或多种其他元素作为构成元素的氧化物的总称。例如，其他元素的细节可以如上文的描述。“氢-钛化合物”是包含氢(H)和钛作为构成元素的化合物的总称。应注意，本文中描述的氢-钛化合物不包括前述锂-钛复合氧化物。
具体而言，钛的氧化物可以是，例如，由下式(1)表示的化合物。更具体而言，钛的氧化物的非限制性实例可以包括青铜型钛的氧化物。
TiOw...(1)
其中w满足1.85≦w≦2.15。
钛的氧化物的具体而非限制性实例可以包括锐钛矿型钛的氧化物(TiO2)，金红石型钛的氧化物和板钛矿型钛的氧化物。
应注意，钛的氧化物可以是复合氧化物，其包括与钛一起的一种或多种元素如磷(P)、钒(V)、锡(Sn)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co)。复合氧化物的具体而非限制性实例可以包括TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2和TiO2-P2O5-MeO，其中Me可以是，例如，一种或多种元素如铜、镍、铁和钴。
向这些钛氧化物中嵌入和从中脱嵌锂的电位可以为，例如，1V至2V(相对于Li/Li+)。
锂-钛复合氧化物的非限制性实例可以包括由下式(2)至(4)表示的各种化合物。更具体而言，锂-钛复合氧化物的非限制性实例可以包括斜方锰矿型钛酸锂。式(2)中的M1是有可能成为二价离子的金属元素。式(3)中的M2是有可能成为三价离子的金属元素。式(4)中的M3是有可能成为四价离子的金属元素。
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4...(2)
其中M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)和锶(Sr)中的一种或多种，并且“x”满足0≦x≦1/3。
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4...(3)
其中M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)和钇(Y)中的一种或多种，并且“y”满足0≦y≦1/3。
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4...(4)
其中M3是钒(V)、锆(Zr)和铌(Nb)中的一种或多种，并且“z”满足0≦z≦2/3。
锂钛复合氧化物的晶体结构没有特别限制；然而，具体而言，尖晶石型晶体结构可以是优选的。尖晶石型晶体结构在充电和放电期间不易变化，这使之可以获得稳定的电池特性。
由式(2)表示的化合物的具体而非限制性实例可以包括Li3.75Ti4.875Mg0.375O12。由式(3)表示的化合物的具体而非限制性实例可以包括LiCrTiO4。由式(4)表示的化合物的非限制性实例可以包括Li4Ti5O12和Li4Ti4.95Nb0.05O12。
氢-钛化合物的具体而非限制性实例可以包括H2Ti3O7(3TiO2·1H2O)、H6Ti12O27(3TiO2·0.75H2O)、H2Ti6O13(3TiO2·0.5H2O)、H2Ti7O15(3TiO2·0.43H2O)和H2Ti12O25(3TiO2·0.25H2O)。
不言而喻，钛的氧化物、锂-钛复合氧化物和氢-钛化合物中的两种或多种可以组合使用。
(其他负极材料)
应该注意的是，负极材料连同前述含钛化合物一起可以包括一种或多种其他负极材料。其他负极材料的种类没有特别限制；然而，其他负极材料的非限制性实例可以包括碳材料和金属基材料。
(碳材料)
“碳材料”是包含碳作为构成元素的材料的总称。在嵌入和脱嵌锂期间，碳材料只在其晶体结构引起极小变化，这稳定地实现了高能量密度。此外，碳材料还用作负极导体，其改进了第一负极活性材料层22的导电性。
碳材料的非限制性实例可以包括可石墨化碳、不可石墨化碳和石墨。不可石墨化碳中的(002)面的间距可以优选为0.37nm或更大，而石墨中的(002)面的间距可以优选为0.34nm或更小。碳材料的更具体实例可以包括热解碳、焦炭、玻璃碳纤维、有机聚合物化合物烧成体、活性碳和碳黑。焦炭的非限制性实例可以包括沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭。有机高分子化合物烧成体是在适当的温度下烧成(碳化)的高分子化合物。高分子化合物的非限制性实例可以包括酚醛树脂和呋喃树脂。除了上述材料之外，碳材料可以是在约1000℃或更低的温度下经过热处理的低晶碳，或可以是无定形碳。应该注意的是，碳材料的形状可以是纤维形状、球形形状、颗粒形状和鳞片状形状中的一种或多种。
(金属-基材料)
“金属基材料”是包括金属元素和准金属元素中的一种或多种作为构成元素的材料的通用名称，并且金属-基材料实现了高能量密度。然而，前述含锂化合物不包括于此处描述的金属-基材料中。
金属基材料可以是单质、合金或化合物中的任何一种，可以是其中的两种或多种，或可以至少部分是其一个或多个相。本文中描述的单质仅指一般意义上的单质，并可以包括少量杂质。换句话而言，单质的纯度不必限于100％。此外，合金可以是由两种或更多种金属元素构成的材料，包括一种或多种金属元素和一种或多种非金属元素的材料，并且该合金可以包括一种或多种非金属元素。金属-基材料的结构的非限制性实例可以包括固溶体、低共熔晶体(低共熔混合物)、金属间化合物和其中两种或更多种共存的结构。
金属元素可以是，例如，能够与锂形成合金的金属元素，并且准金属元素可以是，例如，能够与锂形成合金的准金属元素。金属元素和准金属元素的具体而非限制性实例可以包括镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌、铪(Hf)、锆、钇(Y)、钯(Pd)和铂(Pt)。
具体而言，硅、锡或两者都可以是优选的。硅和锡具有优异的嵌入和脱嵌锂的能力，并因此实现非常高的能量密度。
包含硅、锡或两者作为构成元素的材料可以是单质、合金和硅的化合物中的任何一种，可以是单质、合金和锡的化合物中的任何一种，可以是其两种或多种，或可以是至少部分具有其一个或多个相的材料。单质和合金中的每一种都如上进行定义。
硅的合金可以包括，例如，一种或多种元素如锡、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬，作为除了硅之外的其他构成元素。硅的化合物可以包括，例如，一种或多种诸如碳和氧的元素作为除硅之外的构成元素。应该注意的是，硅的化合物可以包括，例如，与硅的合金有关的一种或多种元素作为除硅之外的构成元素。
硅的合金和硅的化合物的具体而非限制性实例可以包括SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2)和LiSiO。应该注意的是，SiOv中的“v”可以，例如，处于0.2<v<1.4的范围内。
锡的合金可以包括，例如，一种或多种元素如硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬，作为除了锡之外的其他构成元素。锡的化合物可以包括，例如，一种或多种元素如碳和氧，作为除锡之外的构成元素。应该注意的是，锡化合物可以包括，例如，与锡合金有关的一种或多种元素，作为除锡之外的构成元素。
锡的合金和锡的化合物的具体而非限制性实例可以包括SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnO和Mg2Sn。
具体而言，包含锡作为构成元素的材料可以优选是，例如，包括与作为第一构成元素的锡一起的第二构成元素和第三构成元素的含锡材料。第二构成元素可以包括，例如，一种或多种诸如钴、铁、镁、钛、钒、铬、锰、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铯(Ce)、铪(Hf)、钽、钨、铋和硅的元素。第三构成元素可以包括，例如，一种或多种诸如硼、碳、铝和磷的元素。包含第二构成元素和第三构成元素的含锡材料使之可以实现，例如，高电池容量和优异循环特性。
具体而言，含锡材料可以优选是包含锡、钴和碳作为构成元素的含锡-钴-碳材料。在含锡-钴-碳材料中，例如，碳的含量可以为9.9质量％至29.7质量％(包括两个端点)，而锡和钴的含量比率(Co/(Sn+Co))可以为20质量％至70质量％(包括两个端点)。这使之可以实现高能量密度。
含锡-钴-碳材料可以具有包括锡、钴和碳的相。这种相可以优选是低结晶的或无定形的。这种相是能够与锂反应的相(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-射线的情况下，通过该反应相的X-射线衍射获得的衍射峰的半宽度(衍射角2θ)可以优选为1°或更大，并且嵌入速率为1°/min。这使之可以更顺利地嵌入和脱嵌锂，并降低与电解质溶液的反应性。应该注意的是，在一些情况下，除了低结晶相或非晶相之外，含锡-钴-碳材料可以包括包含各构成元素的简单物质或其部分的相。
在与锂的电化学反应之前和之后的X-射线衍射图之间的比较使之可以很容易地确定通过X-射线衍射获得的衍射峰是否对应于能够与锂反应的反应相。例如，如果与锂的电化学反应后的衍射峰的位置从与锂的电化学反应之前的衍射峰的位置改变，则所获得的衍射峰就对应于能够与锂反应的反应相。在这种情况下，例如，在2θ的20°至50°(包括端值)的范围内就可以看到低结晶反应相或无定形反应相的衍射峰。这样的反应相可以包括，例如，上述各个构成元素，并且这可以认为这种反应相主要是因为碳的存在而已经变为低结晶或无定形的。
在含锡-钴-碳材料中，作为其构成元素的部分或全部碳都可以优选地与作为其它构成元素的金属元素和准金属元素中的一种或两种结合。部分或全部碳的结合抑制了，例如，锡的内聚或结晶。例如，通过X-射线光电子能谱(XPS)就有可能验证元素的结合状态。在市售的装置中，例如，可以使用Al-Kα射线或Mg-Kα射线作为软X-射线。在部分或全部碳与金属元素和准金属元素中的一种或两种结合的情况下，碳的1s轨道(C1s)的合成波的峰出现于低于284.5eV的能量区域中。应该注意的是，能量校准使使之在84.0eV处获得金原子4f轨道(Au4f)的峰值。在这种情况下，通常而言，表面污染碳存在于材料表面上。因此，表面污染碳的C1s的峰被认为在284.8eV，并且该峰被用作能量标准。在XPS测量中，获得作为包括表面污染碳的峰和含锡-钴-碳材料中碳的峰的形式的C1s峰的波形。因此，两个峰，例如，通过使用市售软件分析就可以彼此分离。在波形的分析中，存在于最低束缚能量侧的主峰位置被当作能量标准(284.8eV)。
含锡-钴-碳材料不限于仅包含锡、钴和碳作为构成元素的材料。含锡-钴-碳材料可以进一步包括除锡、钴和碳外的一种或多种元素如硅、铁、镍、铬、铟、铌、锗、钛、钼、铝、磷、镓和铋作为构成元素。
除了含锡-钴-碳材料之外，还可以优选包含锡、钴、铁和碳作为构成元素的含锡-钴-铁-碳材料。任何组成的锡-钴-铁-碳材料都可以采用。举例而言，在铁的含量设定得较小的情况下，碳的含量可以为9.9质量％至29.7质量％(包括两端点)，铁的含量可以为0.3质量％至5.9质量％(包括端点)，而锡和钴的含量比率(Co/(Sn+Co))可以为30质量％至70质量％(包括两个端点)。可替换地，在铁的含量设定得较大的情况下，碳含量可以为11.9质量％至29.7质量％(包括两个端点)，而锡、钴和铁的含量比率((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))可以为26.4质量％至48.5质量％，并且钴和铁的含量比率(Co/(Co+Fe))可以为9.9质量％至79.5质量％(包括两端点)。这种组成范围允许实现高能量密度。应该注意的是，含锡-钴-铁-碳材料的物理性质(如半宽)类似于前述含锡-钴-碳材料的物理性质。
除了上述材料之外，其他负极材料的非限制性实例可以包括金属氧化物和聚合物化合物。金属氧化物的非限制性实例可以包括氧化铁、氧化钌和氧化钼。高分子化合物的非限制性实例可以包括聚乙炔、聚苯胺和聚吡咯。
在二次电池中，正如上文的描述，为了防止锂金属在充电期间意外沉淀于负极20的表面上，具有嵌入和脱嵌锂能力的负极材料的电化学当量可以优选大于正极的电化学当量。在完全充电状态下的开路电压(即电池电压)为4.25V以上的情况下，即使使用相同的正极活性材料，每单位质量的锂脱嵌量大于开路电压为4.20V的情况下的锂脱嵌量。因此，正极活性材料和负极活性材料的量据此进行调节。由此，实现了高能量密度。
(负极粘合剂和负极导体)
负极粘合剂的细节可以类似于，例如，前述正极粘合剂的细节。此外，负极导体的细节可以类似于，例如，前述正极导体的细节。
中间电极
中间电极30包括中间集电体31、第二负极活性材料层32和第二正极活性材料层33。第二负极活性材料层32和第二正极活性材料层33都设置于中间集电体31上。换句话说，第二负极活性材料层32设置于中间集电体31的一个表面上，而第二正极活性材料层33则设置于中间集电体31的另一个表面上。
应注意，第二负极活性材料层32设置为面对正极10(第一正极活性材料层12)，而第二正极活性材料层33则设置为面对负极20(第一负极活性材料层22)。
中间电极30是包括用作负极20的第二负极活性材料层32和用作正极10的第二正极活性材料层33的双极电极。
(中间集电体)
中间集电体31可以包括，例如，一种或多种导电材料。导电材料的种类没有特别限制；然而，导电材料的种类可以类似于，例如，正极集电体11的形成材料或负极集电体21的形成材料。中间集电体31可以由单层构成或可以由多层构成。
在导电材料的种类类似于负极集电体21的形成材料的情况下，中间集电体31的表面可以类似于负极集电体21的表面进行粗糙化。
(第二负极活性材料层)
第二负极活性材料层32可以具有与前述第一负极活性材料层22的构造构造结构类似的构造结构。换句话说，第二负极活性材料层32可以包括作为负极活性材料的一种或多种具有嵌入和脱嵌锂能力的负极材料，并可以进一步包括一种或多种其他材料，如负极粘合剂和负极导体。负极材料包括含钛化合物。
(第二正极活性材料层)
第二正极活性材料层33可以具有与前述第一正极活性材料层12的构造结构类似的构造结构。换句话说，第二正极活性材料层33可以包括作为正极活性材料的一种或多种具有嵌入和脱嵌锂的能力的正极材料，并可以进一步包括一种或多种其他材料，如正极粘合剂和正极导体。
隔膜
正如上文的描述，隔膜40可以设置于，例如，正极10和中间电极30之间。隔膜40使锂离子从其中通过，而同时防止由正极10和中间电极30之间的接触引起的电流短路。此外，隔膜40可以设置于，例如，负极20和中间电极30之间，如上文的描述。隔膜40使锂离子从其中通过，而同时防止由负极20和中间电极30之间的接触引起的电流短路。
具体而言，隔膜40可以包括，例如，一种或多种多孔膜如合成树脂、天然树脂和陶瓷的多孔膜。隔膜40可以是其中层压两层或更多层多孔膜的层压膜。合成树脂的非限制性实例可以包括聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯。天然树脂的非限制性实例可以包括纤维素。
具体而言，在正极10(正极活性材料)包括含锂磷酸盐化合物的情况下，隔膜40可以优选包括纤维素。在负极20(负极活性材料)包含含钛化合物而正极10包含含锂磷酸盐化合物的情况下，含钛化合物和含锂磷酸盐化合物二者的热稳定性都导致二次电池耐热性失控。这使之可以使用具有极高孔隙率而同时确保二次电池安全性的纤维素作为隔膜40的形成材料，从而有利于锂离子穿过隔膜40的平稳而安全的迁移。
应该注意的是，隔膜40可以包括，例如，前述多孔膜(基础层)和设置于基础层的单个表面或两个表面上的聚合物化合物层。这使之可以改进隔膜23相对于正极10、负极20和中间电极30中每一个的粘附性，从而抑制整个二次电池的变形。这使之可以抑制电解质溶液的分解反应并抑制浸渍基础层的电解质溶液的液体泄漏。因此，即使重复充电和放电，电阻也不易增加，并且二次电池也不易于溶胀。
高分子化合物层可以包括，例如，聚合物化合物如聚偏二氟乙烯，其具有高物理强度，并是电化学稳定的。应注意，聚合物化合物的种类不限于聚偏二氟乙烯。为了形成聚合物化合物层，例如，基础层可以用通过将聚合物化合物溶解于，例如，有机溶剂中制备的溶液进行涂层，并随后可以干燥基础层。可替换地，基础层可以浸入溶液中，而随后可以干燥基础层。
聚合物化合物层可以包括，例如，一种或多种绝缘颗粒如无机颗粒。这使隔膜40变得耐氧化，从而使之不易发生短路。这使之可以提高二次电池的安全性。无机颗粒的种类可以是，例如，氧化铝和氮化铝。
电解质溶液
电解质溶液可以包括一种或多种溶剂和一种或多种电解质盐。更具体而言，电解质溶液可以包括一种溶剂和一种电解质盐，可以包括两种或更多种溶剂和一种电解质盐，可以包括两种或更多种溶剂和一种电解质盐，或可以包括两种或更多种溶剂和两种或更多种电解质盐。应注意，电解质溶液可以进一步包括一种或多种其他材料如添加剂。
(溶剂)
溶剂可以包括，例如，一种或多种非水性溶剂(有机溶剂)。包含非水性溶剂的电解质溶液就是所谓的非水性电解质溶液。
非水性溶剂的非限制性实例可以包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯和腈(单腈)，这使之可以实现，例如，高电池容量、优异循环特性和卓越储存特性。
环状碳酸酯的具体而非限制性实例可以包括碳酸乙二酯、碳酸丙二酯和碳酸丁二酯。链状碳酸酯的具体而非限制性实例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。内酯的具体而非限制性实例可以包括γ-丁内酯和γ-戊内酯。链状羧酸酯的具体而非限制性实例可以包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯和三甲基乙酸乙酯。腈的具体而非限制性实例可以包括乙腈、甲氧基乙腈和3-甲氧基丙腈。
除了上述材料之外，非水性溶剂的非限制性实例可以包括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、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N'-二甲基咪唑烷酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯和二甲基亚砜。这些溶剂使之可以实现类似的优点。
此外，非水性溶剂的非限制性实例可以包括不饱和环状碳酸酯、卤代碳酸酯、磺酸酯、酸酐、二腈化合物、二异氰酸酯化合物和磷酸酯，这使之可以进一步提高电解质溶液的化学稳定性。
“不饱和环状碳酸酯”是具有一个或多个不饱和碳-碳键(碳-碳双键)的环状碳酸酯的总称。不饱和环状碳酸酯的具体而非限制性实例可以包括由下式(21)至(23)表示的各个化合物。非水性溶剂中的不饱和环状碳酸酯的含量没有特别限制，但可以是，例如，0.01wt％至10wt％(包括两个端点)。
[化学式1]
其中R11和R12每个都为氢基和烷基中的之一，R13至R16每个都为氢、烷基、乙烯基和烯丙基中的之一，R13至R16中的一个或多个为乙烯基和烯丙基中的之一，R17是由>CR171R172表示的基团，而R171和R172每个都是氢和烷基中的之一。
由式(21)表示的化合物是碳酸亚乙烯酯-基的化合物。只要R11和R12中每一个是氢和烷基中之一，R11和R12中的每一个没有特别限制，这如上文的描述。烷基中的碳数没有特别限制。烷基的具体而非限制性实例可以包括甲基、乙基和丙基。R11和R12可以是相同种类的基团或不同种类的基团。R11和R12可以彼此键连。
碳酸亚乙烯酯的化合物的具体而非限制性实例可以包括碳酸亚乙烯酯(1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸甲基亚乙烯酯(4-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸乙基亚乙烯酯(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-酮和4,5-二乙基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮。
由式(22)表示的化合物是碳酸乙烯基乙二酯的化合物。只要R13至R16中的每一个是氢、烷基、乙烯基和烯丙基中的之一，R13至R16中的每一个没有特别限制，这如上文的描述，条件是R13至R16中的一个或多个是乙烯基和烯丙基中之一。烷基的细节如上文的描述。应该注意的是，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类型的基团。R13至R16中的两个或更多个可以彼此键连。
碳酸乙烯基乙二酯-基化合物的具体而非限制性实例可以包括碳酸乙烯基乙二酯(4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮)、4-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-正丙基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、5-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮和4,5-二乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮。
由式(23)表示的化合物是碳酸亚甲基乙二酯-基的化合物。只要R171和R172中每一个是氢和烷基中的之一，R171和R172中的每一个没有特别限制，这如上文的描述。应该注意的是，R171和R172可以是相同种类的基团或不同种类的基团。R171和R172可以彼此键连。
碳酸亚甲基乙二酯-基的化合物的具体而非限制性实例可以包括碳酸亚甲基乙二酯(4-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)、4,4-二甲基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮和4,4-二乙基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮。
此外，不饱和环状碳酸酯的非限制性实例可以包括具有苯环的儿茶酚碳酸酯。
“卤代碳酸酯”是包含一种或多种卤素元素作为构成元素的环状或链状碳酸酯的总称。卤代碳酸酯的具体而非限制性实例可以包括由下式(24)和(25)表示的各个化合物。非水性溶剂中卤代碳酸酯的含量没有特别限制，但可以是，例如，0.01wt％至10wt％(包括两个端点)。
[化学式2]
其中R18至R21每个为氢、卤素、烷基和卤代烷基中的之一，R18至R21中的一个或多个是卤素和卤代烷基中的之一，R22至R27是氢、卤素、烷基和卤代烷基中的之一，R22至R27中的一个或多个是卤素和卤代烷基中的之一。
由式(24)表示的化合物是卤代环状碳酸酯。只要R18至R21中的每一个是氢、卤素、烷基和卤代烷基中的之一，R18至R21中的每一个没有特别限制，这如上文的描述，条件是R18至R21中的一个或多个是卤素和卤代烷基中的之一。应该注意的是，R18至R21可以是相同种类的基团或不同种类的基团。不言而喻，R18至R21中的一些可以是相同类型的基团。R18至R21中的两个或更多个可以彼此键连。
卤素基团的非限制性实例可以包括氟基团、氯基团、溴基团和碘基团，并且特别优选氟基团。卤素基团的数量可以是一个或多个，并且可以采用一种或多种类型的卤素基团。烷基的细节如上文的描述。“卤代烷基”是烷基中的一个或多个氢基被卤素基团取代(卤化)的基团的总称，并且卤素基团的细节如上文的描述。
卤代环状碳酸酯的具体而非限制性实例可以包括由下式(24-1)至(24-21)表示的各个化合物，其包括几何异构体。具体而言，例如，由式(24-1)表示的4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮和由式(24-3)表示的4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮都可以是优选的。
[化学式3]
由式(25)表示的化合物是卤代链状碳酸酯。只要R22至R27中的每一个是氢基团、卤素基团、烷基基团和卤代烷基基团中的之一R22至R27中的每一个没有特别限制，这如上文的描述，条件是R22至R27中的一个或多个是卤素基团和卤代烷基基团中的之一。卤素基团、烷基基团和卤代烷基基团的细节如上文的描述。应该注意的是，R22至R27可以是相同类型的基团或不同类型的基团。不言而喻，R22至R27中的一些可能是同一类型的基团。R22至R27中的两个或更多个可以彼此键连。
卤化链状碳酸酯的具体而非限制性实例可以包括氟甲基甲基碳酸酯、双(氟甲基)碳酸酯和二氟甲基甲基碳酸酯。
磺酸酯的非限制性实例可以包括单磺酸酯和二磺酸酯。非水性溶剂中磺酸酯的含量没有特别限制，但可以为，例如，0.01wt％至10wt％(包括两个端点)。
单磺酸酯可以是环状单磺酸酯或链状单磺酸酯。环状单磺酸酯的具体而非限制性实例可以包括磺内酯如1,3-丙磺酸内酯和1,3-丙烯磺内酯。链状单磺酸酯的具体而非限制性实例可以包括环状单磺酸酯在中间位点裂开的化合物。
二磺酸酯可以是环状二磺酸酯或链状二磺酸酯。环状二磺酸酯的具体而非限制性实例可以包括由式(26-1)至(26-3)表示的各个化合物。链状二磺酸酯的具体而非限制性实例可以包括环状二磺酸酯在中间位点裂开的化合物。
[化学式4]
酸酐的非限制性实例可以包括羧酸酐，二磺酸酐和羧酸-磺酸酐。非水性溶剂中酸酐的含量没有特别限制，但可以为，例如，0.01wt％至10wt％(包括两个端点)。
羧酸酐的具体而非限制性实例可以包括琥珀酸酐、戊二酸酐和马来酸酐。二磺酸酐的具体而非限制性实例可以包括乙二磺酸酐和丙二磺酸酐。羧酸-磺酸酐的具体而非限制性实例可以包括磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐和磺基丁酸酐。
二腈化合物的具体而非限制性实例可以包括由NC-R28-CN表示的化合物，其中R28是亚烷基和亚芳基之一。非水性溶剂中的二腈化合物的含量没有特别限制，但可以为，例如，0.5wt％至5wt％(包括两个端点)。
亚烷基的非限制性实例可以包括亚甲基、亚乙基和亚丙基，而亚芳基的非限制性实例可以包括亚苯基和亚萘基。亚烷基中的碳数没有特别限制，但可以是，例如，1至18，而亚芳基中的碳数没有特别限制，但可以是，例如，6至18。
二腈化合物的具体而非限制性实例可以包括丁二腈(NC-C2H4-CN)、戊二腈(NC-C3H6-CN)、己二腈(NC-C4H8-CN)、癸二腈(NC-C8H10-CN)和邻苯二甲腈(NC-C6H4-CN)。
二异氰酸酯化合物的非限制性实例可以包括由OCN-R29-NCO表示的化合物，其中R29是亚烷基和亚芳基之一。亚烷基和亚芳基每一个的细节可以是，例如，如上的那些。非水性溶剂中的二异氰酸酯化合物的含量没有特别限制，但可以是，例如，0.1wt％至10wt％(包括两个端点)。二异氰酸酯化合物的具体而非限制性实例可以包括OCN-C6H12-NCO。
磷酸酯的具体而非限制性实例可以包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三烯丙酯。应该注意的是，非水性溶剂中磷酸酯的含量没有特别限制，但可以是，例如，0.5wt％至5wt％(包括两个端点)。
(电解质盐)
电解质盐可以包括，例如，一种或多种锂盐。然而，电解质盐可以包括除锂盐之外的盐。除锂之外的盐的非限制性实例可以包括除锂之外的轻金属盐。
锂盐的具体而非限制性实例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)。
具体而言，六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种可以是优选的，而更优选的是六氟磷酸锂。这些锂盐使之可以降低内电阻。
此外，电解质盐的非限制性实例可以包括由下式(27)至(29)表示的各个化合物。应该注意的是，R41和R43可以是相同类型的基团或不同类型的基团。R51至R53可以是相同类型的基团或不同类型的基团。不言而喻，R51至R53中的一些可能是同一类型的基团。R61和R62可以是相同类型的基团或不同类型的基团。
[化学式5]
其中X41是长形式元素周期表的第1族元素和第2族元素和铝(Al)中的之一，M41是过渡金属和长形式元素周期表的第13族元素、第14族元素和第15族元素中的之一，R41是卤素基团，Y41是-C(＝O)-R42-C(＝O)-、-C(＝O)-CR432-和-C(＝O)-C(＝O)-中的之一，R42是亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基中的之一，R43是烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基中的之一，a4是1至4的整数，b4是0、2或4的整数，并且c4、d4、m4和n4每个都是1至3的整数。
[化学式6]
其中X51是长形式元素周期表中的第1族元素和第2族元素中的之一，M51是过渡金属和长形式元素周期表的第13族元素、第14族元素和第15族元素中的之一，Y51是-C(＝O)-(CR512)b5-C(＝O)-、-R532C-(CR522)c5-C(＝O)-、-R532C-(CR522)c5-CR532-、-R532C-(CR522)c5-S(＝O)2-、-S(＝O)2-(CR522)d5-S(＝O)2-和-C(＝O)-(CR522)d5-S(＝O)2-中的之一，R51和R53每个都是氢、烷基、卤素和卤代烷基中的之一，一个或多个R51是卤素和卤代烷基中的之一，一个或多个R53是卤素基团和卤代烷基基团之一，R52是氢、烷基、卤素和卤代烷基中的之一，a5、e5和n5每个都为1或2的整数，b5和d5每个都是1至4的整数，c5是0至4的整数，f5和m5每个都是1至3的整数。
[化学式7]
其中X61是长形式元素周期表中的第1族元素和第2族元素中的之一，M61是过渡金属和长形式元素周期表中的第13族元素、第14族元素和第15族元素中的之一，Rf是氟化烷基和氟化芳基中的之一，氟化烷基和氟化芳基每个的碳数为1至10，Y61为-C(＝O)-(CR612)d6-C(＝O)-、-R622C-(CR612)d6-C(＝O)-、-R622C-(CR612)d6-CR622-、-R622C-(CR612)d6-S(＝O)2-、-S(＝O)2-(CR612)e6-S(＝O)2-和-C(＝O)-(CR612)e6-S(＝O)2-，R61是氢、烷基、卤素和卤代烷基中的之一，R62是氢、烷基、卤素和卤代烷基中的之一，R62中的一个或多个是卤素和卤代烷基中的之一，a6、f6和n6每个都是1或2的整数，b6、c6和e6每个都是1至4的整数，d6是0至4的整数，而g6和m6每一个都是1至3的整数。
应该注意的是，第1族元素包括氢(H)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)。第2族元素包括铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)和镭(Ra)。第13族元素包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和铊(Tl)。第14族元素包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb)。第15族元素包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。
由式(27)表示的化合物的具体而非限制性实例可以包括由下式(27-1)至(27-6)表示的各个化合物。由式(28)表示的化合物的具体而非限制性实例可以包括由下式(28-1)至(28-8)表示的各个化合物。由式(29)表示的化合物的具体而非限制性实例可以包括由下式(29-1)表示的化合物。
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
此外，电解质盐可以是，例如，由下式(30)至(32)表示的各个化合物。m和n的值可以彼此相同或不同。p、q和r的值可以彼此相同或不同。不言而喻，p、q和r中的两个的值可以彼此相同。
LiN(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)...(30)
其中m和n中的每一个是1或更大的整数。
[化学式11]
其中R71是具有2至4个碳的直链全氟亚烷基或具有2至4个碳的支化全氟亚烷基。
LiC(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2)...(32)
其中p、q和r每一个都是1或更大的整数。
由式(30)表示的化合物是链状酰胺化合物。链状酰胺化合物的具体而非限制性实例可以包括双(氟磺酰基)酰胺锂(LiN(SO2F)2)、双(三氟甲磺酰基)酰胺锂(LiN(CF3SO2)2)、双(五氟乙磺酰基)酰胺锂(LiN(C2F5SO2)2)、(三氟甲磺酰基)(五氟乙磺酰基)酰胺锂(LiN(CF3SO2)(C2F5SO2))，(三氟甲磺酰基)(七氟丙磺酰基)酰胺锂(LiN(CF3SO2)(C3F7SO2))和(三氟甲磺酰基)(九氟丁烷磺酰基)酰胺锂(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2))。
由式(31)表示的化合物是环状酰胺化合物。环状酰胺化合物的具体而非限制性实例可以包括由下式(31-1)至(31-4)表示的各个化合物。
[化学式12]
由式(32)表示的化合物是链状甲基化物。链状甲基化物化合物的具体而非限制性实例可以包括三(三氟甲磺酰基)甲基锂(LiC(CF3SO2)3)。
此外，电解质盐可以是含磷含氟盐如二氟磷酸锂(LiPF2O2)和氟代磷酸锂(Li2PFO3)。
(电解质盐含量)
电解质盐相对于溶剂的含量(下文中简称为“电解质盐的含量”)要设定得足够大。具体而言，电解质盐的含量设定为使电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数。
电解质盐的含量设定为使电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数，这改进了电解质溶液的耐电压性。因此，即使电解质溶液用于双极二次电池，电解质溶液也能够在充电和放电期间耐分解。
具体而言，如上文的描述，双极二次电池实现了获得高电压的优点。然而，在用于双极二次电池的电解质溶液中的电解质盐的含量较小的情况下，更具体而言，在电解质盐的含量被设定为使电解质盐的分子数小于溶剂的分子数的情况下，则电解质溶液的耐电压性就不足，因此电解质溶液在充放电时更易于分解。据认为，在电解质盐的含量较小的情况下，未溶剂化于电解质溶液中的电解质盐的溶剂的分子数太大。
相对而言，在用于双极二次电池的电解质溶液中电解质盐的含量足够大的情况下，更具体而言，在电解质盐的含量被设定为使电解质盐分子的数量等于或大于溶剂的分子数的情况下，确保了电解质溶液的耐电压性，因此电解质溶液在充电和放电期间能耐分解。据认为，在电解质盐的含量足够大的情况下，未溶剂化于电解质盐的溶剂的分子数足够小。
具体而言，在电解质盐的含量太小的情况下，由于充电和放电期间的耐电压性不足，则电解质溶液会严重分解。因此，从初始充电和初始放电很难对二次电池进行基本充电和放电。然而，在电解质盐的含量足够大的情况下，电解质溶液足以抵抗来自初始充电和初始放电的分解。这使其可以重复地对二次电池进行充电和放电。
电解质盐的含量没有特别限制，只要电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数即可。具体而言，电解质盐的含量可以优选为2mol/kg以上，更优选3mol/kg以上，这使未溶剂化于电解质盐中的溶剂的分子数足够小，从而使得电解质溶液在充电和放电过程中足以抵抗分解。
应该注意的是，为了检查电解质盐的含量是否设定为使电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数，例如，电解质溶液中溶剂分子的溶剂化状态可以使用正如描述于,例如，Yamada et al.,Chem Electro Chem 2015,2,1687-1694中的拉曼光谱法进行检测。具体而言，溶剂分子游离的游离状态下的拉曼位移(cm-1)从溶剂分子溶剂化于电解质盐(溶剂分子与电解质盐相互作用)的溶剂化状态的拉曼迁移发生变化。因此，在使用拉曼光谱法的电解质溶液的分析结果中，如果源自溶剂的拉曼位移的峰的位置从对应于游离状态的位置100％迁移到对应于溶剂化状态的位置，则就可以证实电解质盐的分子数足以溶剂化所有溶剂的分子。
(电解质溶液的优选组成)
电解质溶液的组成没有特别限制，只要电解质盐的含量设定为上述适当的含量即可。
电解质溶液的组成的具体而非限制性实例可以包括溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含四氟硼酸锂的电解质溶液(电解质盐的含量＝4mol/kg)、溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含六氟磷酸锂的电解质溶液(电解质盐的含量＝4mol/kg)和溶剂包含乙腈而电解质盐包含双(氟磺酰基)酰胺锂的电解质溶液(电解质盐的含量＝5mol/kg)。不言而喻，可以使用具有除上述组成之外的任何组成的电解质溶液。
具体而言，溶剂包含乙腈而电解质盐包含双(氟磺酰基)酰胺锂的电解质溶液(电解质盐的含量＝5mol/kg)可以是优选的，其除了改进耐电压性之外还增强了导电性并降低粘度。
此外，溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含四氟硼酸铝的电解质溶液(电解质盐的含量＝4mol/kg)可以是优选的，其进一步改进了耐电压性。
此外，溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含六氟磷酸锂的电解质溶液(电解质盐的含量＝4mol/kg)可以是优选的，其获得了足够的耐电压性。
其他组件
应该注意的是，二次电池可以包括除上述组件之外的一种或多种组件。除了偶联至正极10(正极集电体11)的正极引线和偶联至负极20(负极集电体21)的负极引线之外，其他组件的非限制性实例可以包括容纳正极10、负极20、中间电极30、隔膜40和其他组件的容纳构件(包装构件)。
<1-2.运行>
接着，要描述二次电池的运行。例如，二次电池可以如下运行。
当二次电池充电时，锂离子可以从正极10(第一正极活性材料层12)脱嵌，并且脱嵌的锂离子可以通过电解质溶液嵌入中间电极30(第二负极活性材料层32)。而且，当二次电池充电时，锂离子可以从中间电极30(第二正极活性材料层33)脱嵌，并且脱嵌的锂离子可以通过电解质溶液嵌入负极20(第一负极活性材料层22)。
相对而言，当二次电池放电时，锂离子可以从负极20(第一负极活性材料层22)脱嵌，并且脱嵌的锂离子通过电解质溶液嵌入中间电极30(第二正极活性材料层33)。而且，当二次电池放电时，锂离子可以从中间电极30(第二负极活性材料层32)脱嵌，并且脱嵌的锂离子通过电解质溶液嵌入正极10(第一正极活性材料层12)。
<1-3.制作方法>
接这，描述了制作二次电池的方法。例如，二次电池可以通过以下方法与步骤制作。
正极的制作
在制作正极10的情况下，首先，正极活性材料，和根据需要的，例如，正极粘合剂和正极导体进行混合而获得正极混合物。随后，正极混合物置入诸如有机溶剂的溶剂中，并可以搅拌溶剂而获得糊状正极混合物浆料。最后，可以用正极混合物浆料对正极集电体11的单个表面涂层，并随后，可以干燥涂层的正极混合物浆料而形成第一正极活性材料层12。之后，第一正极活性材料层12，例如，可以根据需要使用辊压机压制成型。在这种情况下，第一正极活性材料层12可以进行加热，或可以进行多次压缩模塑成型。
负极的制作
在制作负极20的情况下，第一负极活性材料层22可以通过与制作正极10的前述工序类似的方法与步骤而形成于负极集电体21的单个表面上。更具体而言，负极活性材料和任何其他材料如负极粘合剂和负极导体可以进行混合而获得负极混合物。随后，负极混合物置入诸如有机溶剂的溶剂中而获得糊状负极混合物浆料。接着，可以用负极混合物浆料对负极集电体21的单个表面涂层，并随后，可以干燥涂层的负极混合物浆料而形成第一负极活性材料层22。
中间电极的制作
在制作中间电极30的情况下，第二负极活性材料层32可以通过与制作负极20的上述工序类似的方法与步骤形成于中间集电体31的一个表面上，而第二正极活性材料33可以通过与制作正极10的前述工序类似的方法与步骤而形成于中间集电体31的另一个表面上。
电解质溶液的制备
在制备电解质溶液的情况下，电解质盐添加到溶剂中，并可以搅拌溶剂。在这种情况下，电解质盐的含量可以进行调节而使电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数。
二次电池的组装
在组装二次电池的情况下，正极10、负极20和中间电极30可以与其间浸渍有电解质溶液的隔膜40进行堆叠。在这种情况下，隔膜40可以嵌入正极10和中间电极30之间，而隔膜40可以嵌入负极20和中间电极30之间。
因此，包括正极10、负极20、中间电极30和隔膜40的堆叠结构就可以形成，并且正极10、负极20、中间电极30和隔膜40每个都可以浸渍电解质溶液。因此，二次电池就制作完成。
<1-4.作用和效果>
根据二次电池，在负极20和中间电极30每一个都包含含钛化合物的双极二次电池中，电解质盐的含量设定为使电解质盐的分子数等于或大于电解质溶液中溶剂的分子数。在这种情况下，正如上文的描述，改进了电解质溶液的耐电压性。因此，即使电解质溶液使用于双极二次电池中，电解质溶液在充电和放电期间会耐受分解。这使之可以实现优异的电池特性。
具体而言，电解质盐的含量为2mol/kg以上，更具体而言为3mol/kg以上，这使电解质溶液在充电和放电期间足以耐受分解。这使之可以实现更高的效果。
此外，在溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含四氟硼酸锂的情况下，在溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含六氟磷酸锂的情况下，或在溶剂包含乙腈而电解质盐包含双(氟磺酰基)酰胺锂的情况下，电解质溶液的耐电压性充分改进，这使之可以实现更高的效果。
此外，含钛化合物包含钛的氧化物和锂-钛复合氧化物中的一种或这两者，其充分抑制了由负极20的反应活性引起的电解质溶液的分解反应。这使之可以实现更高的效果。
<2.变形例>
根据本技术的实施方式的二次电池的构造可以进行适当修改。
变形例1
在图1中，一个中间电极30设置于正极10和负极20之间。
可替换地，在正极10和负极20之间可以提供两个或更多个中间电极30。在这种情况下，两个或更多个中间电极30可以在正极10和负极20之间堆叠，其间具有隔膜40。具体而言，彼此相邻的两个中间电极30可以经过设置而使第二负极活性材料层32和第二正极活性材料层33彼此面对，隔膜40则位于其间。
即使在这种情况下，电解质盐的含量也设定为上述适当的含量，这改进了电解质溶液的耐电压性。这使之可以实现类似的效果。
变形例2
在图1中，使用的电解质溶液是液体电解质。
可替换地，可以使用凝胶电解质的电解质层50代替上述电解质溶液，正如对应于图1的图2所示。
电解质层50可以设置于，例如，正极10(第一正极活性材料层12)和隔膜40之间，并且电解质层50可以设置于，例如，隔膜40和中间电极30(第二负极活性材料层32)之间。而且，电解质层50可以设置于，例如，负极20(第一负极活性材料层22)和隔膜40之间，并且电解质层50可以设置于，例如，隔膜40和中间电极30(第二正极活性材料层33)之间。
换句话说，图2中示出了四个电解质层50。然而，可以仅使用四个电解质层50中的任何一个、任何两个或任何三个电解质层50。
电解质层50可以包括电解质溶液和聚合物化合物。注意，电解质层50可以包括一种或多种其他材料如添加剂。电解质溶液的组成的细节如上文的描述。即，电解质盐的含量设定为使电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数。
本文中描述的电解质层50可以每个都是所谓的凝胶电解质，并且电解质溶液可以由聚合物化合物保持于电解质层50中。凝胶电解质实现了高离子电导率(例如，在室温下1mS/cm以上)，并防止了电解质溶液的液体泄漏。
聚合物化合物可以包括，例如，聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚环氧乙烷、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、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。除此之外，聚合物化合物可以是共聚物。共聚物可以是，例如，偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。具体而言，作为均聚物，优选聚偏二氟乙烯，而作为共聚物，优选偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。这种聚合物化合物是电化学稳定的。
例如，包括电解质层50的二次电池可以如下运行。
当二次电池充电时，锂离子可以从正极10(第一正极活性材料层12)脱嵌，并且脱嵌的锂离子可以通过电解质层50嵌入中间电极30(第二负极活性材料层32)。而且，当二次电池充电时，锂离子可以从中间电极30(第二正极活性材料层33)脱嵌，并且脱嵌的锂离子通过电解质层50嵌入负极20(第一负极活性材料层22)。
相对而言，当二次电池放电时，锂离子可以从负极20(第一负极活性材料层22)脱嵌，并且脱嵌的锂离子可以通过电解质层50嵌入中间电极30(第二正极活性材料层33)。而且，当二次电池放电时，锂离子可以从中间电极30(第二负极活性材料层32)中脱嵌，并且脱嵌的锂离子可以通过电解质层50嵌入正极10(第一正极活性材料层12)。
凝胶电解质层50可以，例如，通过以下方法与步骤进行制作。首先，电解质溶液、聚合物化合物、有机溶剂等可以进行混合而形成混合物，并可以搅拌混合物而制备溶胶前体溶液。随后，正极10(第一正极活性材料层12)可以用前体溶液涂层，并且涂层的前体溶液可以进行干燥而形成凝胶电解质层50。同样地，负极20(第一负极活性材料层22)和中间电极30(第二负极活性材料层32和第二正极活性材料层33)可以用前体溶液进行涂层，并且可以干燥涂层的前体溶液而形成凝胶电解质层50。
即使在包括电解质层50的二次电池中，电解质盐的含量也设定为上述合适的含量，这改进了电解质溶液的耐电压性。这使之可以实现类似的效果。
<3.二次电池的应用>
接着，描述了上述任何二次电池的应用实施例。
二次电池的应用不受特别限制，只要二次电池应用于，例如，能够使用二次电池作为驱动电源、电力累积的电力存储源或任何其他源的机器、设备、仪表、装置和系统(例如，多个设备的综合实体)。用作电源的二次电池可以是主电源或辅助电源。不管是否存在任何其他电源，主电源是优先使用的电源。辅助电源可以是用于代替主电源的电源，或根据需要用于从主电源切换的电源。在二次电池用作辅助电源的情况下，主电源的种类不限于二次电池。
二次电池的应用的实施例可以包括电子设备(包括便携式电子设备)如视频摄录机、数字静态照相机、移动电话、笔记本个人计算机、无绳电话、立体声耳机、便携式无线电、便携式电视和便携式信息终端。其进一步的实例可以包括：移动生活电器，如电动剃须刀；存储设备，如备用电源和存储卡；电动工具，如电钻和电锯；电池组，用作例如笔记本个人计算机的可连接和可拆卸电源；医用电子设备，如起搏器和助听器；电动车辆如电动车辆(包括混合动力汽车)；和电力存储系统，如家用电池系统，用于累积例如紧急情况的电力。不言而喻，二次电池可以用于除上述应用之外的应用。
具体而言，二次电池可以有效地应用于，例如，电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备。在这些应用中，要求优异的电池特性，并且使用本技术的实施方式的二次电池使之可以有效地改进性能。应该注意的是，电池组是使用二次电池的电源，并可以使用，例如，单个电池和组装电池，这如稍后。电动车辆是使用二次电池作为驱动电源(功率源，power source)进行运行(运转)的车辆，并可以是包括除了二次电池之外的驱动源的车辆(如混合动力汽车)，正如上文的描述。电力存储系统是使用二次电池作为电力存储源的系统。例如，在家用电力存储系统中，电力(电功率，电能，electric power)累积于作为电力存储源的二次电池中，这使之可以使用，例如，利用累积电力的家用电子产品。电动工具是允许使用二次电池作为驱动动力源进行移动的可移动部分(例如钻头)的工具。电子设备是使用二次电池作为驱动电源(电力供应源)而执行各种功能的设备。
在下文中，对二次电池的一些应用实施例给出了具体描述。应该注意的是，下面描述的各个应用实施例的构造仅仅是举例说明性的，而可以进行适当改变。
<3-1.电池组(单电池)>
图3示出了使用单个电池的电池组的透视构造。图4示出了图3中所示的电池组的方框构造。应该注意的是，图3示出了处于分解状态的电池背部。
本文中描述的电池背部是使用一个二次电池(所谓的软包)的简单电池组，并可以安装于，例如，以智能手机为代表的电子设备中。例如，电池组可以包括属于层压膜型二次电池的电源111，和偶联于电源111的电路板116，这如图3所示。正极引线112和负极引线113可以连接到电源111。
一对胶带118和119可以粘附至电源111的两个侧表面。在电路板116中可以提供保护电路模块(PCM)。电路板116可以通过电极板(tab)114偶联于正极引线112，并给通过电极板(tab)115偶联于负极引线113。而且，电路板116可以偶联于提供了用于外部连接的连接器的引线117。应该注意的是，虽然电路板116偶联至电源111，但电路板116可以通过标签(label)120和绝缘片121保护。标签120可以用于固定，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4所示。电路板116可以包括，例如，控制器121、开关部分122、正温度系数(PTC)器件123和温度检测器124。电源111可以通过正极端子125和负极端子127连接至外部，并可以由此通过正极端子125和负极端子127充电和放电。温度检测器124可以使用温度检测端子(所谓的T端子)126检测温度。
控制器121控制整个电池组的运行(包括电源111的使用状态)，并可以包括，例如，中央处理单元(CPU)和存储器。
例如，在电池电压达到过充电检测电压的情况下，控制器121可以因此断开开关部分122而使充电电流不流入电源111的电流路径。而且，例如，在充电期间大电流流动的情况下，控制器121可以使开关部分122断开，从而阻断充电电流。
相对而言，例如，在电池电压达到过放电检测电压的情况下，控制器121可以使开关部分122断开，而使放电电流不流入电源111的电流路径。而且，例如，在放电期间大电流流动的情况下，控制器121可以使开关部分122断开，从而阻断放电电流。
应该注意的是，过充电检测电压没有特别限制，但可以是，例如，4.2V±0.05V，而过放电检测电压也没有特别限制，但可以是，例如，2.4V±0.1V。
开关部分122根据来自控制器121的指令将电源111的使用状态，即电源111的连接的存在或不存在切换到外部设备。开关部分122可以包括，例如，充电控制开关和放电控制开关。充电控制开关和放电控制开关每一个都可以是，例如，半导体开关如使用金属氧化物半导体(MOSFET)的场效应晶体管。应该注意的是，充电电流和放电电流都可以基于开关部分122的导通电阻进行检测。
温度检测器124测量电源111的温度，并将测量结果输出到控制器121。温度检测器124可以包括，例如，温度检测元件，如热敏电阻。应该注意的是，例如，在控制器121在异常发热时执行充电和放电控制的情况下以及在控制器121在计算剩余容量时执行校正处理的情况下，可以使用温度检测器124的测量结果。
应该注意的是，电路板116可以不包括PTC器件123。在这种情况下，PTC器件可以单独附连至电路板116。
<3-2.电池组(组装电池)>
图5示出了使用组装电池的电池组的方框构造。
例如，电池组可以包括控制器61、电源62、开关部分63、电流测量部分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和壳体60内的负极端子72。壳体60可以包括，例如，塑料材料。
控制器61控制整个电池组的运行(包括电源62的使用状态)。控制器61可以包括，例如，CPU。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、并联或串并联组合进行连接。举例而言，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。
开关部分63根据来自控制器61的指令将电源62的使用状态，即电源62的连接的存在或不存在切换至外部设备。开关部分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每一个都可以是，例如，半导体开关，如使用金属氧化物半导体(MOSFET)的场效应晶体管。
电流测量部分64利用电流检测电阻70测量电流，并将测量结果输出到控制器61。温度检测器65利用温度检测元件69测量温度，并将测量结果输出至控制器61。例如，在控制器61在异常发热时执行充电和放电控制的情况下以及在控制器61在计算剩余容量时执行校正的情况下，可以使用温度测量的结果。电压检测器66测量电源62中的二次电池的电压，对测量的电压执行模数转换，并将结果提供给控制器61。
开关控制器67根据从电流测量部分64和电压检测器66输入的信号控制开关部分63的操作。
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可以因此使开关部分63(充电控制开关)断开，而使充电电流不流入电源的电流路径。这使之可以仅通过电源62中的放电二极管执行放电。应该注意的是，例如，当充电期间流过大电流时，开关控制器67可以阻断是充电电流。
此外，例如，在电池电压达到过放电检测电压的情况下，开关控制器67可以因此使开关部分63(放电控制开关)断开，而使放电电流不流入电源62的电流路径。这使之可以仅通过电源62中的充电二极管执行充电。应该注意的是，例如，当在放电期间流过大电流时，开关控制器67可以阻断放电电流。。
应该注意的是，过充电检测电压没有特别限制，但可以是，例如，4.2V±0.05V，并且过放电检测电压也没有特别限制，但可以是，例如，2.4V±0.1V。
存储器68可以包括，例如，非易失性存储器的EEPROM。存储器68可以保持，例如，由控制器61计算的数值和在制作工艺过程中测量的二次电池的信息(如初始状态下的内阻)。应该注意的是，在存储器68保持二次电池的完全充电容量的情况下，允许控制器61解释诸如剩余容量的信息。
温度检测元件69测量电源62的温度，并将测量结果输出到控制器61。温度检测元件69可以包括，例如，热敏电阻。
正极端子71和负极端子72是可以偶联至例如使用电池组驱动的外部设备(例如，笔记本个人计算机)或用于电池组充电的外部设备(如电池充电器)的端子。电源62经由正极端子71和负极端子72充电和放电。
<3-3.电动车辆>
图6示出了作为电动车辆的实施例的混合动力汽车的方框构造。
电动车辆可以包括，例如，控制器74、发动机75、电源76、驱动马达77、差速器78、发电机79、变速器80、离合器81、逆变器82和83，以及各种传感器84，都位于由金属制成的壳体73内。除了上述部件之外，电动车辆可以包括，例如，偶联至差速器78和变速器80的前驱动轴85和前轮胎86，以及后驱动轴87和后轮胎88。
例如，电动车辆可以使用发动机75和电动机77中的之一作为驱动源进行运转。发动机75是主动力源，并且可以是，例如，汽油发动机。在发动机75用作动力源的情况下，例如，发动机75的驱动力(扭矩)可以经由属于驱动部分的差速器78、变速器80和离合器81传递到前轮胎86或后轮胎88。应该注意的是，发动机75的扭矩也可以传递到发电机79。利用扭矩，发电机79产生交流电力。产生的交流电力经由逆变器83转换为直流电力，而转换的电力累积于电源76中。在作为转换部分的电动机77用作电力的情况下，从电源76供应的电力(直流电力)经由逆变器82转换为交流电力，而电动机77使用交流电力驱动。通过马达77转换电力获得的驱动力(扭矩)可以经由，例如，属于驱动部的差速器78、变速器80和离合器81传递到前轮胎86或后轮胎8。
应该注意的是，在通过制动机构降低电动车辆的速度的情况下，减速时的阻力可以作为扭矩传递到电动机77，而电动机77通过利用扭矩可以产生交流电力。优选的是，这种交流电力经由逆变器82转换为直流电力，而直流再生电力就累积于电源76中。
控制器74控制整个电动车辆的运行，并可以包括，例如，CPU。电源76包括一个或多个二次电池。电源76可以偶联至外部电源，并且电源76可以容许通过接收来自外部电源的电力供应而累积电力。各种传感器84可以用于，例如，控制发动机75的转数和控制节气阀的开度(节气门开度)。各种传感器84可以包括，例如，一个或多个传感器如速度传感器、加速度传感器和发动机频率传感器。
应该注意的是，尽管已经参考属于混合动力汽车的电动车辆的实施例进行了描述，但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运行的车辆(电动车辆)。
<3-4.电力存储系统>
图7示出了电力存储系统的方框构造。
电力存储系统可以包括，例如，控制器90、电源91、智能仪表92和电力集线器93，都处于普通住宅或商业建筑物的房屋89内。
在这个实施例中，电源91可以偶联至设置于房屋89内部的电子设备94并且，例如，可以允许偶联至停放在房屋89外部的电动车辆96。而且，例如，电源91可以经由电力集线器93偶联至设置于房屋89中的私人发电机95，并可以允许经由智能仪表92和电力集线器93偶联至外部集中电力系统97。
应该注意的是，电子设备94可以包括，例如，一个或多个家用电器产品。家用电气产品的非限制性实例可以包括冰箱、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、风力发电机和一种或多个其他发电机。电动车辆96可以包括，例如，电动车辆、电动摩托车、混合动力汽车和其他电动车辆中的一个或多个。集中电力系统97可以包括，例如，火力发电厂、原子能发电厂、水力发电厂、风力发电厂和其他发电厂中的一个或多个。
控制器90控制整个电力存储系统的运行(包括电源91的使用状态)，并可以包括，例如，CPU。电源91包括一个或多个二次电池。智能仪表92可以是与网络兼容的电力仪表，并且提供于需求电力的房屋89中，并例如，可以与电力供应商通信。因此，例如，当智能仪表92与外部通信时，智能仪表92控制房屋89中的供需平衡，这允许实现有效且稳定的能量供应。
在电力存储系统中，例如，电力可以经由智能仪表92和电力集线器93从作为外部电源的集中电力系统97累积于电源91中，并且电力可以通过电力集线器93从属于独立电源的私人发电机95累积于电源91中。累积于电源91中的电力根据控制器90的指令供给于电子设备94和电动车辆96。这允许电子设备94进行运转，并允许电动车辆96进行充电。换句话说，电力存储系统是使之能够利用电源91在房屋89中累积和供应电力的系统。
电源91中累积的电力允许可选地进行利用。因此，例如，当电费便宜时，电力可以在夜间从集中电力系统97累积于电源91中，而当电费昂贵时在白天就可以使用电源91中累积的电力。
应该注意的是，可以为每个家庭(每个家庭单元)提供前述电力存储系统，或可以为多个家庭(多个家庭单元)提供上述电力存储系统。
此外，电力存储系统不仅可以应用于诸如上述一般住宅的消费者应用，而且可以应用于诸如前述集中电力系统97的商业应用，即，以火力发电厂、原子能发电厂、水力发电厂和风力发电厂为代表的电力供应源。更具体而言，已经参考电力存储系统应用于家庭应用的情况给出了描述；然而，电力存储系统可以应用于，例如，工业应用如用于网格连接电力作为电力存储装置的电力网络(所谓的电网)。
<3-5.电动工具>
图8示出了电动工具的方框构造。
本文中描述的电动工具可以是，例如，电钻。例如，电动工具可以包括处于工具主体98内的控制器99和电源100。作为可拆卸部分的钻头部分101可以，例如，按照可操作(可旋转)的方式附接于工具主体98。
工具主体98可以包括，例如，塑料材料。控制器99控制整个电动工具的运行(包括电源100的使用状态)，并且可以包括，例如，CPU。电源100包括一个或多个二次电池。控制器99允许根据操作开关的操作从电源100向钻头部分101供应电力。
实施例
以下给出该技术的实施例的描述。
(实验实施例1至4)
图1所示的双极二次电池(锂离子二次电池)制作出来，然后评价二次电池的电池特性。
二次电池的制作
正极10如下制作。首先，90质量份正极活性材料(作为含锂磷酸盐化合物的LiFePO4)、5质量份正极粘合剂(聚偏二氟乙烯)和5质量份正极导体(碳黑)进行混合而获得正极混合物。随后，正极混合物置入有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)中，并随后搅拌有机溶剂而获得糊状正极混合物浆料。随后，使用涂布设备将正极混合物浆料涂布于正极集电体11(厚度为15μm的铝箔)的单个表面，并且之后，干燥正极混合物浆料而形成第一正极活性材料层12。最后，使用辊压机对第一正极活性材料层12进行压制成型。
负极20如下制作。首先，90质量份负极活性材料(作为锂-钛复合氧化物的Li4Ti5O12)、5质量份负极粘合剂(聚偏二氟乙烯)和5质量份负极导体(碳黑)进行混合而获得负极混合物。随后，将负极混合物置入有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)中，并随后搅拌有机溶剂而获得糊状负极混合物浆料。随后，用负极混合物浆料涂覆负极集电体21(厚度为15μm的铝箔)的单个表面，并随后干燥负极混合物浆料而形成第一负极活性材料层22。使用辊压机将第一负极活性材料层22压制成型。
中间电极30如下制成。通过与形成第一负极活性材料层22的上述方法与步骤类似的工序，在中间集电体31(厚度为15μm的铝箔)的一个表面上形成第二负极活性材料层32，并且之后，通过与形成第一正极活性材料层12的上述方法与步骤类似的工序在中间集电体31的另一个表面上形成第二正极活性材料层33。
电解质溶液如下制成。电解质盐加入到溶剂中，并搅拌溶剂。溶剂的种类、电解质盐的种类和电解质盐的含量(mol/kg)都如表1中所示。在这种情况下，电解质盐的含量设定为电解质盐分子的数量N1等于或大于溶剂分子的数量N2。另外，为了进行比较，电解质盐的含量设定为使电解质盐分子的数量N1小于溶剂分子的数量N2。在表1中，“关系”是指电解质盐的分子数N1与溶剂分子数N2之间的关系。应该注意的是，检查分子数N1是否等于或大于分子数N2的方法如上文的描述(拉曼光谱法)。
在这种情况下，使用了碳酸丙二酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和乙腈(AN)作为溶剂。使用四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)和双(氟磺酰基)酰胺锂(LiFSA)作为电解质盐。溶剂的混合比(重量比)为碳酸丙二酯:碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯＝40:30:30。
[表1]
正极活性材料：LiFePO4负极活性材料：Li4Ti5O12
每个二次电池如下组装。正极10和中间电极30与其间浸渍有电解质溶液的隔膜40(厚度为20μm的纤维素膜)一起堆叠，而负极20和中间电极30与其间浸渍有电解质溶液的隔膜40(厚度为20μm的纤维素膜)一起堆叠。在这种情况下，第一正极活性材料层12和第二负极活性材料层32彼此面对，隔膜40介于其间，并且第一负极活性材料层22和第二正极活性材料层33彼此面对，隔膜40介于这两者之间。
因此，形成了包括正极10、负极20、中间电极30和隔膜40的堆叠结构，并且正极10、负极20、中间电极30和隔膜40每个都浸渍电解质溶液。因此，完成了二次电池。
二次电池的评价
检测二次电池的初始充电-放电特性以评价二次电池的电池特性，并检测电解质溶液的电导率以评价电解质溶液的物理性质，而由此获得表1中所示的结果。
初始充电-放电特性如下进行检测。首先，在常温环境(23℃的温度)下对每个二次电池进行充电和放电以稳定每个二次电池的电池状态。随后，将每个二次电池在相同的环境中充电以测量每个二次电池的充电容量。之后，将每个二次电池在相同的环境中放电以测量每个二次电池的放电容量。最后，计算充放电效率(％)＝(放电容量/充电容量)×100。
当每个二次电池充电时，每个二次电池以0.2C的恒定电流充电直到电压达到4.8V，并且此后，每个二次电池以4.8V的恒定电压充电直到电流相当于初始电流的1/30(＝0.2C)。当每个二次电池放电时，每个二次电池以0.2C的恒定电流放电，直到电压达到1.0V。应该注意的是，“0.2C”是指电池容量(理论容量)在5小时内完全放电时的电流值。
如下检测电导率。电解质溶液的电导率(mΩ/cm)使用可获自位于法国的Bio-Logic Science Instruments SAS的MCM10和WTSH10在常温环境(温度23℃)下测量。
讨论
在使用电解质盐的含量设定为使电解质盐的分子数N1小于溶剂的分子数N2的低浓度电解质溶液的情况下(实验实施例4)，电解质溶液的耐电压性不足，如表1所示；因此，有可能能够对二次电池充电，但在充电后不能对二次电池进行放电。
相对而言，在使用其中电解质盐的含量设定为使电解质盐的分子数N1等于或大于溶剂分子数N2的高浓度电解质溶液的情况下(实验实施例1至3)，确保了耐电压性；因此，可以对二次电池进行充电和放电。
具体而言，在分子数N1等于或大于分子数N2的情况下，获得以下趋势。首先，在溶剂包含碳酸丙二酯而电解质盐包含四氟硼酸锂或六氟磷酸锂的情况下(实验实施例1和2)，充放电效率显著提高。其次，在溶剂包含乙腈而电解质盐包含双(氟磺酰基)酰胺锂(实验实施例3)的情况下，导电率显著增加。
正如从表1中所示的结果可以看出，在负极和中间电极每一个都包含含钛化合物的双极二次电池中，电解质盐的浓度被设定为使电解质盐的分子数量等于或大于电解质溶液中溶剂的分子数量，这改进了初始充电-放电特性。因此，在二次电池中获得了优异的电池特性。
尽管该技术以上参考一些实施方式和实施例进行了描述，但该技术不限于此，并且可以按照各种方式进行修改。
具体而言，尽管已经参考正极、负极、中间电极和隔膜形成堆叠结构的实施例进行了描述，但正极、负极、中间电极和隔膜可以形成任何其他结构如螺旋卷绕结构。在采用螺旋卷绕结构的情况下，例如，正极、负极、中间电极和隔膜如图1所示进行堆叠，而随后正极、负极、中间电极和隔膜进行螺旋卷绕。
此外，尽管已经参考锂离子二次电池进行描述；然而，二次电池并不限于此。二次电池可以是，例如，具有嵌入和脱嵌锂能力的负极活性材料的容量设定为小于正极的容量以通过源自锂嵌入现象和锂脱嵌现象的容量和源自锂沉淀现象和锂溶解现象的容量的总和而获得负极的容量的二次电池。
此外，尽管已经参考使用锂作为电极反应物的二次电池进行了描述；然而，电极反应物并不限于锂。例如，电极反应物可以是长形式元素周期表中的任何其他第1族元素如钠和钾、长形式元素周期表的第2族元素如镁和钙以及其他轻金属如铝。
应注意，本说明书中描述的效果是说明性的而非限制性的。该技术可以具有除本说明书中描述的效果之外的效果。
应该注意的是，该技术可以具有以下构造。
(1)
二次电池，包括：
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，第一正极活性层设置于正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，第一负极活性材料层设置于负极集电体上以面对第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于正极和负极之间，包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，第二负极活性材料层设置于中间集电体上以面对第一正极活性材料层并包含含钛化合物，第二正极活性材料层设置于中间集电体上以面对第一负极活性材料层；和
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并且电解质盐的分子数等于或大于溶剂的分子数。
(2)
根据(1)的二次电池，其中电解质盐相对于溶剂的含量为2mol/kg以上。
(3)
根据(2)的二次电池，其中电解质盐相对于溶剂的含量为3mol/kg以上。
(4)
根据(1)至(3)中任一个的二次电池，其中，
溶剂包含碳酸丙二酯，而电解质盐包含四氟硼酸锂(LiBF4)，
溶剂包含碳酸丙二酯，而电解质盐包含六氟磷酸锂(LiPF6)，或
溶剂包含乙腈，而电解质盐包含双(氟磺酰基)酰胺锂(LiN(SO2F)2)。
(5)
根据(1)至(4)中任一个的二次电池，其中含钛化合物包含由下式(1)所示的钛的氧化物和由下式所示的各锂钛复合氧化物中的一种或多种，
TiOw...(1)
其中w满足1.85≦w≦2.15，
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4...(2)
其中M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)和锶(Sr)中的一种或多种，而“x”满足0≦x≦1/3，
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4...(3)
其中M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)和钇(Y)中的一种或多种，并且y“满足0≦y≦1/3，和
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4...(4)
其中M3是钒(V)、锆(Zr)和铌(Nb)中的一种或多种，并且“z”满足0≦z≦2/3。
(6)
根据(1)至(5)中任一个的二次电池，其中二次电池是锂离子二次电池。
(7)
一种电池组，包括：
根据(1)至(6)中任一个的二次电池；
控制器，控制二次电池运行；和
开关部分，根据来自控制器的指令切换二次电池的运行。
(8)
一种电动车辆，包括：
根据(1)至(6)中任一个的二次电池；
将从二次电池供应的电力转换为驱动电力的转换器；
根据驱动能运行的驱动部分；和
控制二次电池运行的控制器。
(9)
一种电力存储系统，包括：
根据(1)至(6)中任一个的二次电池；
由二次电池供电的一个或多个电子设备；和
控制从二次电池向一个或多个电气装置供应电力的控制器。
(10)
一种电动工具，包括：
根据(1)至(6)中任一个的二次电池；和
由二次电池供电的可移动部分。
(11)
一种包括根据(1)至(6)中任一个的二次电池作为电力供应源的电子设备。
本领域技术人员应该理解的是，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围内，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更。

Claims (11)

1.一种二次电池，包括：
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，所述第一正极活性层设置于所述正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层设置于所述负极集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于所述正极和所述负极之间，并且包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含所述含钛化合物，并且所述第二正极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一负极活性材料层；以及
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并具有等于或大于所述溶剂的分子数的所述电解质盐的分子数。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中相对于所述溶剂，所述电解质盐的含量为2mol/kg以上。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中相对于所述溶剂，所述电解质盐的含量为3mol/kg以上。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述溶剂包含碳酸丙二酯，且所述电解质盐包含四氟硼酸锂(LiBF4)，
所述溶剂包含碳酸丙二酯，且所述电解质盐包含六氟磷酸锂(LiPF6)，或
所述溶剂包含乙腈，且所述电解质盐包含双(氟磺酰基)酰胺锂(LiN(SO2F)2)。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述含钛化合物包含由下式(1)表示的一种或多种钛的氧化物和由下式(2)、(3)和(4)表示的各种锂-钛复合氧化物，
TiOw...(1)
其中w满足1.85≦w≦2.15，
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4...(2)
其中M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)和锶(Sr)中的一种或多种，且“x”满足0≦x≦1/3，
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4...(3)
其中M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)和钇(Y)中的一种或多种，且“y”满足0≦y≦1/3，并且
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4...(4)
其中M3是钒(V)、锆(Zr)和铌(Nb)中的一种或多种，且“z”满足0≦z≦2/3。
6.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。
7.一种电池组，包括：
二次电池；
控制器，控制所述二次电池运行；以及
开关部分，根据来自所述控制器的指令切换所述二次电池的运行，
所述二次电池包括
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，所述第一正极活性层设置于所述正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层设置于所述负极集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于所述正极和所述负极之间，并且包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含所述含钛化合物，并且所述第二正极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一负极活性材料层；和
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并且具有等于或大于所述溶剂的分子数的所述电解质盐的分子数。
8.一种电动车辆，包括：
二次电池；
转换器，将从所述二次电池供应的电力转换为驱动力；
驱动部分，根据所述驱动力运行；以及
控制器，控制所述二次电池的运行，
所述二次电池包括
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，所述第一正极活性层设置于所述正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层设置于所述负极集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于所述正极和所述负极之间，并且包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含所述含钛化合物，并且所述第二正极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一负极活性材料层；和
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并具有等于或大于所述溶剂的分子数的所述电解质盐的分子数。
9.一种电力存储系统，包括：
二次电池；
一个或多个电子设备，由所述二次电池供应电力；以及
控制器，控制从所述二次电池向所述一个或多个电子设备的所述电力的供应，
所述二次电池包括
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，所述第一正极活性层设置于所述正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层设置于所述负极集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于所述正极和所述负极之间，并且包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含所述含钛化合物，并且所述第二正极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一负极活性材料层；和
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并具有等于或大于所述溶剂的分子数的所述电解质盐的分子数。
10.一种电动工具，包括：
二次电池；以及
可移动部分，由所述二次电池供应电力，
所述二次电池包括
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，所述第一正极活性层设置于所述正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层设置于所述负极集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于所述正极和所述负极之间，并且包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含所述含钛化合物，并且所述第二正极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一负极活性材料层；和
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并具有等于或大于所述溶剂的分子数的所述电解质盐的分子数。
11.一种包括二次电池作为电源的电子设备，所述二次电池包括：
正极，包括正极集电体和第一正极活性材料层，所述第一正极活性层设置于所述正极集电体上；
负极，包括负极集电体和第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层设置于所述负极集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含含钛化合物；
中间电极，设置于所述正极和所述负极之间，并且包括中间集电体、第二负极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第二负极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一正极活性材料层并包含所述含钛化合物，并且所述第二正极活性材料层设置于所述中间集电体上以面对所述第一负极活性材料层；和
电解质溶液，包含溶剂和电解质盐，并具有等于或大于所述溶剂的分子数的所述电解质盐的分子数。
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