JP2009289585A - 負極および二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクル特性を向上させることが可能な二次電池を提供する。
【解決手段】正極２１および負極２２と共に電解液を備え、正極２１と負極２２との間に設けられたセパレータ２３に電解液が含浸されている。負極２２は、負極集電体上に負極活物質層を有している。負極活物質層は、負極活物質としてケイ素およびケイ素化合物のうちの少なくとも一方、ならびにポリマーからなる結着材を含み、かつ、以下の条件式（１）を満足する。Ａは負極活物質層における負極集電体側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比であり、Ｂは負極活物質層における負極集電体と反対側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比である。
０．７≦Ｂ＜Ａ≦１．５ ……（１）
【選択図】図２

Description

本発明は、負極集電体上に負極活物質層を有する負極、およびそれを備えた二次電池に関する。

近年、ビデオカメラ、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及している。そのようなポータブル電子機器の電源としては、一般に、充放電反応にリチウムの吸蔵および放出を利用する二次電池（いわゆるリチウムイオン二次電池）が使用されている。

最近では、ポータブル電子機器の小型化、軽量化および長寿命化が強く求められていることから、リチウムイオン二次電池についての高エネルギー密度化や長寿命化に関する開発が活発に進められている。

リチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えている。負極は、負極集電体上に負極活物質層を有しており、その負極活物質層は、充放電反応に寄与する負極活物質を含んでいる。

負極活物質としては、炭素材料が広く用いられている。しかしながら、最近では、ポータブル電子機器の高性能化および多機能化に伴って電池容量のさらなる向上が求められていることから、炭素材料に代えてケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上が期待されるからである。

ところが、ケイ素を含む負極活物質は、充放電に伴い、炭素材料と比べて大きな膨張および収縮（体積変化）を発現する。このため、負極活物質が微粉化し、集電性の劣化や負極集電体との密着性の低下などにより、良好なサイクル特性が得られにくい傾向にあった。

こうした状況下、負極活物質層における負極集電体近傍において、ケイ素やケイ素合金などの負極活物質粒子に対する結着材の混合割合を高め、負極集電体と負極活物質層との密着性を向上させる試みがなされている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−２００６８６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、結着材の量に関する規定はなされているものの、場合によっては十分なサイクル特性が得られない可能性があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より大きな容量を有すると共に優れた充放電効率を有する二次電池を提供することにある。さらに、本発明の目的は、そのような二次電池に好適な負極を提供することにある。

本発明の負極は、負極集電体に設けられた負極活物質層を有し、その負極活物質層が、ポリマーからなる結着材と共に負極活物質としてケイ素およびケイ素化合物のうちの少なくとも一方を含み、かつ、以下の条件式（１）を満足するようにしたものである。但し、Ａは負極活物質層における負極集電体側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比であり、Ｂは負極活物質層における負極集電体と反対側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比である。ここで、「負極活物質層における負極集電体側の面近傍」とは、負極活物質層の負極集電体側の表面から、負極活物質層全体の厚みの１／４に至るまでの厚み範囲をいう。同様に、「負極活物質層における負極集電体と反対側の面近傍」とは、負極活物質層における負極集電体と反対側の表面から、負極活物質層全体の厚みの１／４に至るまでの厚み範囲をいう。
０．７≦Ｂ＜Ａ≦１．５ ……（１）

本発明の二次電池は、正極および上記本発明の負極と共に、電解質を備えるようにしたものである。

本発明の負極および二次電池では、負極活物質層のうちの負極集電体側の面近傍において、負極集電体と反対側の面近傍よりも結着材に起因する炭素原子数の割合が高くなっているので、負極集電体と負極活物質層との界面近傍において、充放電時の負極活物質の膨張および収縮に伴う応力変動が緩和される。よって、負極活物質層の剥離強度の向上や、充放電効率の向上を図るうえで有利である。その一方で、負極活物質層全体の、結着材に起因する炭素原子数の割合を大きくした場合よりも、高容量化に有利となる。

本発明の負極によれば、ケイ素およびケイ素化合物などを含む負極活物質層のうちの負極集電体側の面近傍において、負極集電体と反対側の面近傍よりも結着材に起因する炭素原子数の割合を高くするようにしたので、高容量化を図りつつ、充放電時の負極活物質の膨張および収縮に伴う応力変動を緩和することができる。したがって、この負極を電解質と共に本発明の電池などの電気化学デバイスに用いた場合には、高容量でありながら優れた充放電特性を発揮することとなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る負極の断面構成を表している。この負極は、例えば二次電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、一対の面を有する負極集電体１と、それに設けられた負極活物質層２とを有している。さらに、この負極は、満充電状態における単位面積当たりのリチウムの吸蔵量をＣとし、単位面積当たりの、電気化学的に吸蔵可能なリチウムの量をＤとしたとき、以下の条件式（３）を満足するものであるとよい。
０．１≦Ｃ／Ｄ≦０．８ ……（３）

負極集電体１は、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する金属材料によって構成されているのが好ましい。このような金属材料としては、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどが挙げられ、中でも、銅が好ましい。高い電気伝導性が得られるからである。

特に、金属材料は、電極反応物質と金属間化合物を形成しない１種あるいは２種以上の金属元素を構成元素として有しているのが好ましい。電極反応物質と金属間化合物を形成すると、電気化学デバイスの動作時（例えば二次電池の充放電時）に、負極活物質層２の膨張および収縮による応力の影響を受けて、集電性が低下したり、負極活物質層２が負極集電体１から剥離したりする可能性があるからである。このような金属元素としては、例えば、銅、ニッケル、チタン、鉄あるいはクロムなどが挙げられる。

また、金属材料は、負極活物質層２と合金化する１種あるいは２種以上の金属元素を構成元素として有しているのが好ましい。負極集電体１と負極活物質層２との間の密着性が向上するため、その負極活物質層２が負極集電体１から剥離しにくくなるからである。電極反応物質と金属間化合物を形成せず、しかも負極活物質層２と合金化する金属元素としては、例えば、負極活物質層２が負極活物質としてケイ素を含む場合には、銅、ニッケルあるいは鉄などが挙げられる。これらの金属元素は、強度および導電性の観点からも好ましい。

なお、負極集電体１は、単層構造あるいは多層構造のいずれを有していてもよい。負極集電体１が多層構造を有する場合には、例えば、負極活物質層２と隣接する層がそれと合金化する金属材料によって構成され、隣接しない層が他の金属材料によって構成されるのが好ましい。

負極集電体１の表面は、粗面化されているのが好ましい。いわゆるアンカー効果によって負極集電体１と負極活物質層２との間の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層２と対向する負極集電体１の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理によって微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法によって負極集電体１の表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法を使用して作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。この他、粗面化の方法としては、例えば、圧延銅箔をサンドブラスト処理する方法なども挙げられる。

この負極集電体１の表面の十点平均粗さＲｚは、１．５μｍ以上であるのが好ましく、１．５μｍ以上４０μｍ以下であるのがより好ましく、３μｍ以上３０μｍ以下であるのがさらに好ましい。負極集電体１と負極活物質層２との間の密着性がより高くなるからである。詳細には、十点平均粗さＲｚが１．５μｍよりも小さいと、十分な密着性が得られない可能性がある。また、十点平均粗さＲｚが４０μｍよりも大きいと、かえって密着性が低下する可能性がある。

負極活物質層２は、塗布法あるいは焼成法を用いて形成されたものであり、負極活物質と共にポリマーからなる負極結着材を含んでいる。負極活物質層２は、さらに、必要に応じて導電材などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種あるいは２種以上を含むものである。負極結着材は、負極活物質同士を結着すると共に負極集電体１と負極活物質とを結着するものである。また、負極結着材は、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮した場合の逃げ場（緩衝材）として機能するので、負極活物質層２の膨張および収縮による体積変化が緩和される。具体的には、負極活物質層２は、負極活物質層２における負極集電体１側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比をＡ、負極集電体１と反対側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比をＢとしたとき、以下の条件式（１）を満足するように構成されている。さらに、以下の条件式（２）を満足していることが望ましい。ここで、負極活物質層２における負極集電体１側の面近傍とは、負極活物質層２の負極集電体１側の表面から、負極活物質層２全体の厚みの１／４に至るまでの厚み範囲をいう。同様に、負極活物質層２における負極集電体１と反対側の面近傍とは、負極活物質層２における負極集電体１と反対側の表面から、負極活物質層２全体の厚みの１／４に至るまでの厚み範囲をいう。
０．７≦Ｂ＜Ａ≦１．５ ……（１）
１．５≦Ａ／Ｂ ……（２）

負極活物質層２は、上記の条件式（１）を満足するように、例えば負極活物質と負極結着材との混合比が互いに異なった複数層からなる多層構造を有している。あるいは、その負極結着材の種類が互いに異なった複数層からなる多層構造を有している。また、それらを組み合わせた多層構造、すなわち、負極結着材の含有率および種類のうちの少なくとも一方が互いに異なった複数層からなる多層構造であってもよい。また、負極活物質層２は、その負極結着材の含有率が厚み方向に連続的に傾斜した分布を有するものであってもよい。

この負極活物質層２は、例えば、負極集電体１の両面に設けられている。ただし、負極活物質層２は、負極集電体１の片面だけに設けられていてもよい。

負極活物質は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極材料として、ケイ素を構成元素として有する材料を含有している。電極反応物質を吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。このような材料は、ケイ素の単体、合金あるいは化合物のいずれであってもよく、それらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有するものであってもよい。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。

上記した条件式（１）において、Ｂが０．７を下回る場合には、炭素原子数が不足し、すなわち負極結着材が不足し、負極集電体１と負極活物質層２との接着強度が不十分となる。一方、Ａが１．５を上回る場合には、負極結着材が過剰に存在することとなり、負極活物質における電極反応物質の吸蔵および放出の妨げとなる。

なお、本発明における合金には、２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。もちろん、本発明における合金は、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらの２種以上が共存するものもある。

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、スズ（Ｓｎ）、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）およびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を有するものなどが挙げられる。

ケイ素の化合物としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、酸素および炭素（Ｃ）を有するものなどが挙げられる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金について説明した一連の元素の１種あるいは２種以上を含んでいてもよい。

また、負極活物質は、鉄、ニッケル、モリブデン、チタン、クロム、コバルト、銅、マンガン、亜鉛、ゲルマニウム、アルミニウム、ジルコニウム、銀、スズ、アンチモンおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種の金属元素を構成元素として有しているのが好ましい。負極活物質の結着性が向上し、負極活物質層２の膨張および収縮が抑制され、負極活物質の抵抗が低下するからである。負極活物質中における金属元素の含有量は、任意に設定可能である。ただし、負極が二次電池に用いられる場合には、金属元素の含有量が多くなりすぎると、所望の電池容量を得るために負極活物質層２を厚くしなければならないため、負極活物質層２が負極集電体１から剥がれたり、割れたりする可能性がある。

導電材としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、１種または２種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。

負極結着材としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはアクリロニトリルの共重合体が５０％以上（特に８０％以上）であるアクリロニトリル系重合体、芳香族ポリアミド、アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、アクリレートもしくはメタクリレートの単独重合体または共重合体よりなるアクリル系重合体、アクリルアミド系重合体、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素ポリマー、ポリスルホン、ポリアリルスルホン、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース類、およびポリビニルアルコールなどが挙げられ、１種または２種以上が混合して用いられる。

この負極は、例えば負極集電体１の両面に、塗布法あるいは焼成法を用いて負極活物質層２を形成することで製造される。

具体的には、負極活物質層２を塗布法によって形成する場合には、例えば負極活物質の粒子（特に１μｍ以上２０μｍ以下のものが好ましい）と、導電材と、結着材とを混合した負極合剤を溶剤に分散させたペースト状の負極合剤スラリーを作製し、それをドクタブレードあるいはバーコータなどを用いて負極集電体１に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型する。焼成法による場合には、さらに所定温度で所定時間に亘って加熱処理する。ここで、負極活物質層２を多層構造とする場合には、例えば、まず、負極活物質の粒子に対する結着材の含有率を比較的高くした負極合剤スラリーを用いて第１の層を形成して圧縮成型する。次いで、その上に、上記結着材の含有率を比較的低くした負極合剤スラリーを用いて第２の層を形成し、圧縮成型したのち、必要に応じて加熱処理すればよい。こうすることで、負極活物質層２のうちの負極集電体１側の面近傍において、負極集電体１と反対側の表面近傍よりも結着材に起因する炭素原子数の割合を高くすることができる。

このように、本実施の形態の負極およびその製造方法によれば、条件式（１）を満足するように、ケイ素などを含む負極活物質層２のうちの負極集電体１側の面近傍において、負極集電体１と反対側の面近傍よりも結着材に起因する炭素原子数の割合を高くするようにしたので、高容量化を図りつつ、充放電時の負極活物質の膨張および収縮に伴う応力変動を緩和することができる。このため、負極集電体１に対する負極活物質層２の剥離強度の向上や、充放電効率の向上を図るうえで有利となっている。その一方で、負極活物質層全体の炭素原子数の割合を高くした場合よりも、高容量化に有利となっている。したがって、この負極を電解質と共に二次電池などの電気化学デバイスに用いた場合には、高容量でありながらサイクル特性の向上に寄与することができる。

次に、上記した負極の使用例について説明する。ここで、電気化学デバイスの一例として二次電池を例に挙げると、上記した負極は、以下のようにして二次電池に用いられる。

（第１の二次電池）
図２および図３は第１の二次電池の断面構成を表しており、図３では図２に示したIII−III線に沿った断面を示している。ここで説明する二次電池は、例えば、負極２２の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。

この二次電池は、電池缶１１の内部に、扁平な巻回構造を有する電池素子２０が収納されたものである。

電池缶１１は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材とは、図３に示したように、長手方向における断面が矩形型あるいは略矩形型（一部に曲線を含む）の形状を有するものであり、矩形状の角型電池だけでなくオーバル形状の角型電池も構成するものである。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状あるいは円弧を直線で結んだ略矩形状（長円形状）の開口部を有する有底矩形型あるいは有底長円形状型の器状部材である。なお、図３では、電池缶１１が矩形型の断面形状を有する場合を示している。この電池缶１１を含む電池構造は、いわゆる角型と呼ばれている。

この電池缶１１は、例えば、鉄、アルミニウムあるいはそれらの合金などの金属材料によって構成されており、電極端子としての機能を有している場合もある。この場合には、充放電時に電池缶１１の固さ（変形しにくさ）を利用して二次電池の膨れを抑えるために、アルミニウムよりも固い鉄が好ましい。電池缶１１が鉄によって構成される場合には、例えば、ニッケルなどの鍍金が施されていてもよい。

また、電池缶１１は、一端部および他端部がそれぞれ閉鎖および開放された中空構造を有しており、その開放端部に絶縁板１２および電池蓋１３が取り付けられて密閉されている。絶縁板１２は、電池素子２０と電池蓋１３との間に、その電池素子２０の巻回周面に対して垂直に配置されており、例えば、ポリプロピレンなどによって構成されている。電池蓋１３は、例えば、電池缶１１と同様の材料によって構成されており、それと同様に電極端子としての機能を有していてもよい。

電池蓋１３の外側には、正極端子となる端子板１４が設けられており、その端子板１４は、絶縁ケース１６を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されている。この絶縁ケース１６は、例えば、ポリブチレンテレフタレートなどによって構成されている。また、電池蓋１３のほぼ中央には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、端子板１４と電気的に接続されると共にガスケット１７を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されるように正極ピン１５が挿入されている。このガスケット１７は、例えば、絶縁材料によって構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。

電池蓋１３の周縁付近には、開裂弁１８および注入孔１９が設けられている。開裂弁１８は、電池蓋１３と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などに起因して電池の内圧が一定以上となった場合に、電池蓋１３から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔１９は、例えば、ステンレス鋼球からなる封止部材１９Ａにより塞がれている。

電池素子２０は、セパレータ２３を介して正極２１および負極２２が積層および巻回されたものであり、電池缶１１の形状に応じて扁平状になっている。正極２１の端部（例えば内終端部）にはアルミニウムなどの金属材料によって構成された正極リード２４が取り付けられており、負極２２の端部（例えば外終端部）にはニッケルなどの金属材料によって構成された負極リード２５が取り付けられている。正極リード２４は、正極ピン１５の一端に溶接されて端子板１４と電気的に接続されており、負極リード２５は、電池缶１１に溶接されて電気的に接続されている。

正極２１は、例えば、一対の面を有する正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられたものである。ただし、正極活物質層２１Ｂは、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよい。

正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。

正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか１種あるいは２種以上を含んでおり、必要に応じて、正極結着材や正極導電材などの他の材料を含んでいてもよい。

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉ_x Ｍ１Ｏ₂ あるいはＬｉ_y Ｍ２ＰＯ₄ で表される。式中、Ｍ１およびＭ２は、１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は、充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_x ＣｏＯ₂ ）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉ_x ＮｉＯ₂ ）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉ_x Ｎｉ_1-z Ｃｏ_z Ｏ₂ （ｚ＜１））、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（Ｌｉ_x Ｎｉ_(1-v-w) Ｃｏ_v Ｍｎ_w Ｏ₂ （ｖ＋ｗ＜１））、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ ）などが挙げられる。中でも、コバルトを含む複合酸化物が好ましい。高い容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ₄ ）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ_1-u Ｍｎ_u ＰＯ₄ （ｕ＜１））などが挙げられる。

この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物や、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物や、セレン化ニオブなどのカルコゲン化物や、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。

もちろん、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。

正極結着材としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。

正極導電材としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックあるいはケチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、正極導電材は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。

負極２２は、上記した負極と同様の構成を有しており、例えば、一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられたものである。負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成は、それぞれ上記した負極における負極集電体１および負極活物質層２の構成と同様である。この負極２２では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料における充電可能な容量が、正極２１の放電容量よりも大きくなっているのが好ましい。

セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら電極反応物質のイオンを通過させるものである。このセパレータ２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などによって構成されており、これらの２種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。

このセパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒と、それに溶解された電解質塩とを含んでいる。

溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒の１種あるいは２種以上を含有している。以下で説明する一連の溶媒は、任意に組み合わされてもよい。

非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチル、あるいはジメチルスルホキシドなどが挙げられる。中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも１種が好ましい。この場合には、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度（高誘電率）溶媒（例えば比誘電率ε≧３０）と炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒（例えば粘度≦１ｍＰａ・ｓ）との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。

特に、溶媒は、化１で表されるハロゲンを構成元素として有する鎖状炭酸エステルおよび化２で表されるハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも１種を含有しているのが好ましい。充放電時において負極２２の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。

（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも１つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。）

（Ｒ１７〜Ｒ２０は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも１つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。）

化１中のＲ１１〜Ｒ１６は、同一でもよいし、異なってもよい。すなわち、Ｒ１１〜Ｒ１６の種類については、上記した一連の基の範囲内において個別に設定可能である。化２中のＲ１７〜Ｒ２０についても、同様である。

ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素、塩素あるいは臭素が好ましく、フッ素がより好ましい。高い効果が得られるからである。他のハロゲンと比較して、高い効果が得られるからである。

ただし、ハロゲンの数は、１つよりも２つが好ましく、さらに３つ以上であってもよい。保護膜を形成する能力が高くなり、より強固で安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。

化１に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス（フルオロメチル）あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、炭酸ビス（フルオロメチル）が好ましい。高い効果が得られるからである。

化２に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルとしては、例えば、化３および化４で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化３に示した（１）の４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（２）の４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（３）の４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（４）のテトラフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（５）の４−クロロ−５−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（６）の４，５−ジクロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（７）のテトラクロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（８）の４，５−ビストリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（９）の４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（１０）の４，５−ジフルオロ−４，５−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（１１）の４，４−ジフルオロ−５−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（１２）の４−エチル−５，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどである。また、化４に示した（１）の４−フルオロ−５−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（２）の４−メチル−５−トリフルオロ−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（３）の４−フルオロ−４，５−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（４）の５−（１，１−ジフルオロエチル）−４，４−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（５）の４，５−ジクロロ−４，５−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、（６）の４−エチル−５−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（７）の４−エチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（８）の４−エチル−４，５，５−トリフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、（９）の４−フルオロ−４−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどである。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。

中でも、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンあるいは４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンが好ましく、４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンがより好ましい。特に、４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。

また、溶媒は、化５〜化７で表される不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有しているのが好ましい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。

（Ｒ２１およびＲ２２は水素基あるいはアルキル基である。）

（Ｒ２３〜Ｒ２６は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも１つはビニル基あるいはアリル基である。）

（Ｒ２７はアルキレン基である。）

化５に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン系化合物である。この炭酸ビニレン系化合物としては、例えば、炭酸ビニレン（１，３−ジオキソール−２−オン）、炭酸メチルビニレン（４−メチル−１，３−ジオキソール−２−オン）、炭酸エチルビニレン（４−エチル−１，３−ジオキソール−２−オン）、４，５−ジメチル−１，３−ジオキソール−２−オン、４，５−ジエチル−１，３−ジオキソール−２−オン、４−フルオロ−１，３−ジオキソール−２−オン、あるいは４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソール−２−オンなどが挙げられ、中でも、炭酸ビニレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。

化６に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルは、炭酸ビニルエチレン系化合物である。炭酸ビニルエチレン系化合物としては、例えば、炭酸ビニルエチレン（４−ビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン）、４−メチル−４−ビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−エチル−４−ビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−ｎ−プロピル−４−ビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン、５−メチル−４−ビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４−ジビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン、あるいは４，５−ジビニル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどが挙げられ、中でも、炭酸ビニルエチレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。もちろん、Ｒ２３〜Ｒ２６としては、全てがビニル基でもよいし、全てがアリル基でもよいし、ビニル基とアリル基とが混在していてもよい。

化７に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルは、炭酸メチレンエチレン系化合物である。炭酸メチレンエチレン系化合物としては、４−メチレン−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４−ジメチル−５−メチレン−１，３−ジオキソラン−２−オン、あるいは４，４−ジエチル−５−メチレン−１，３−ジオキソラン−２−オンなどが挙げられる。この炭酸メチレンエチレン系化合物としては、１つのメチレン基を有するもの（化７に示した化合物）の他、２つのメチレン基を有するものであってもよい。

なお、不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、化５〜化７に示したものの他、ベンゼン環を有する炭酸カテコール（カテコールカーボネート）などであってもよい。

また、溶媒は、スルトン（環状スルホン酸エステル）や酸無水物を含有しているのが好ましい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。

スルトンとしては、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどが挙げられ、中でも、プロペンスルトンが好ましい。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、０．５重量％以上５重量％以下である。

酸無水物としては、例えば、コハク酸無水物、グルタル酸無水物あるいはマレイン酸無水物などのカルボン酸無水物や、エタンジスルホン酸無水物あるいはプロパンジスルホン酸無水物などのジスルホン酸無水物や、スルホ安息香酸無水物、スルホプロピオン酸無水物あるいはスルホ酪酸無水物などのカルボン酸とスルホン酸との無水物などが挙げられ、中でも、コハク酸無水物あるいはスルホ安息香酸無水物が好ましい。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、０．５重量％以上５重量％以下である。

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種あるいは２種以上を含有している。以下で説明する一連の電解質塩は、任意に組み合わせてもよい。

リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ₆ ）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ₆ Ｈ₅ ）₄ ）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ₃ ＳＯ₃ ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ₄ ）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ₂ ＳｉＦ₆ ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、あるいは臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などが挙げられる。電気化学デバイスにおいて、優れた電気的性能が得られるからである。

中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。内部抵抗が低下するため、より高い効果が得られるからである。

特に、電解質塩は、化８〜化１０で表される化合物からなる群のうちの少なくとも１種を含有しているのが好ましい。上記した六フッ化リン酸リチウム等と一緒に用いられた場合に、より高い効果が得られるからである。なお、化８中のＲ３１およびＲ３３は、同一でもよいし、異なってもよい。このことは、化９中のＲ４１〜Ｒ４３および化１０中のＲ５１およびＲ５２についても同様である。

（Ｘ３１は長周期型周期表における１族元素あるいは２族元素、またはアルミニウムである。Ｍ３１は遷移金属元素、または長周期型周期表における１３族元素、１４族元素あるいは１５族元素である。Ｒ３１はハロゲン基である。Ｙ３１は−（Ｏ＝）Ｃ−Ｒ３２−Ｃ（＝Ｏ）−、−（Ｏ＝）Ｃ−Ｃ（Ｒ３３）₂ −あるいは−（Ｏ＝）Ｃ−Ｃ（＝Ｏ）−である。ただし、Ｒ３２はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。Ｒ３３はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、ａ３は１〜４の整数であり、ｂ３は０、２あるいは４であり、ｃ３、ｄ３、ｍ３およびｎ３は１〜３の整数である。）

（Ｘ４１は長周期型周期表における１族元素あるいは２族元素である。Ｍ４１は遷移金属元素、または長周期型周期表における１３族元素、１４族元素あるいは１５族元素である。Ｙ４１は−（Ｏ＝）Ｃ−（Ｃ（Ｒ４１）₂ ）_b4−Ｃ（＝Ｏ）−、−（Ｒ４３）₂ Ｃ−（Ｃ（Ｒ４２）₂ ）_c4−Ｃ（＝Ｏ）−、−（Ｒ４３）₂ Ｃ−（Ｃ（Ｒ４２）₂ ）_c4−Ｃ（Ｒ４３）₂ −、−（Ｒ４３）₂ Ｃ−（Ｃ（Ｒ４２）₂ ）_c4−Ｓ（＝Ｏ）₂ −、−（Ｏ＝）₂ Ｓ−（Ｃ（Ｒ４２）₂ ）_d4−Ｓ（＝Ｏ）₂ −あるいは−（Ｏ＝）Ｃ−（Ｃ（Ｒ４２）₂ ）_d4−Ｓ（＝Ｏ）₂ −である。ただし、Ｒ４１およびＲ４３は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも１つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。Ｒ４２は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、ａ４、ｅ４およびｎ４は１あるいは２であり、ｂ４およびｄ４は１〜４の整数であり、ｃ４は０〜４の整数であり、ｆ４およびｍ４は１〜３の整数である。）

（Ｘ５１は長周期型周期表における１族元素あるいは２族元素である。Ｍ５１は遷移金属元素、または長周期型周期表における１３族元素、１４族元素あるいは１５族元素である。Ｒｆはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も１〜１０である。Ｙ５１は−（Ｏ＝）Ｃ−（Ｃ（Ｒ５１）₂ ）_d5−Ｃ（＝Ｏ）−、−（Ｒ５２）₂ Ｃ−（Ｃ（Ｒ５１）₂ ）_d5−Ｃ（＝Ｏ）−、−（Ｒ５２）₂ Ｃ−（Ｃ（Ｒ５１）₂ ）_d5−Ｃ（Ｒ５２）₂ −、−（Ｒ５２）₂ Ｃ−（Ｃ（Ｒ５１）₂ ）_d5−Ｓ（＝Ｏ）₂ −、−（Ｏ＝）₂ Ｓ−（Ｃ（Ｒ５１）₂ ）_e5−Ｓ（＝Ｏ）₂ −あるいは−（Ｏ＝）Ｃ−（Ｃ（Ｒ５１）₂ ）_e5−Ｓ（＝Ｏ）₂ −である。ただし、Ｒ５１は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。Ｒ５２は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも１つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、ａ５、ｆ５およびｎ５は１あるいは２であり、ｂ５、ｃ５およびｅ５は１〜４の整数であり、ｄ５は０〜４の整数であり、ｇ５およびｍ５は１〜３の整数である。）

なお、長周期型周期表とは、ＩＵＰＡＣ（国際純正・応用化学連合）が提唱する無機化学命名法改訂版によって表されるものである。具体的には、１族元素とは、水素、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフランシウムである。２族元素とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムである。１３族元素とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムである。１４族元素とは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズおよび鉛である。１５族元素とは、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよびビスマスである。

化８に示した化合物としては、例えば、化１１の（１）〜（６）で表される化合物などが挙げられる。化９に示した化合物としては、例えば、化１２の（１）〜（８）で表される化合物などが挙げられる。化１０に示した化合物としては、例えば、化１３で表される化合物などが挙げられる。なお、化８〜化１０に示した構造を有する化合物であれば、化１１〜化１３に示した化合物に限定されないことは言うまでもない。

また、電解質塩は、化１４〜化１６で表される化合物からなる群のうちの少なくとも１種を含有していてもよい。上記した六フッ化リン酸リチウム等と一緒に用いられた場合に、より高い効果が得られるからである。なお、化１４中のｍおよびｎは、同一でもよいし、異なってもよい。このことは、化１６中のｐ、ｑおよびｒについても同様である。

（ｍおよびｎは１以上の整数である。）

（Ｒ６１は炭素数が２以上４以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。）

（ｐ、ｑおよびｒは１以上の整数である。）

化１４に示した鎖状の化合物としては、例えば、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ ）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（Ｃ₂ Ｆ₅ ＳＯ₂ ）₂ ）、（トリフルオロメタンスルホニル）（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）（Ｃ₂ Ｆ₅ ＳＯ₂ ））、（トリフルオロメタンスルホニル）（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）（Ｃ₃ Ｆ₇ ＳＯ₂ ））、あるいは（トリフルオロメタンスルホニル）（ノナフルオロブタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）（Ｃ₄ Ｆ₉ ＳＯ₂ ））などが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。

化１５に示した環状の化合物としては、例えば、化１７で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化１７に示した（１）の１，２−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウム、（２）の１，３−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウム、（３）の１，３−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウム、（４）の１，４−パーフルオロブタンジスルホニルイミドリチウムなどである。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、１，２−パーフルオロエタンジスルホニルイミドリチウムが好ましい。高い効果が得られるからである。

化１６に示した鎖状の化合物としては、例えば、リチウムトリス（トリフルオロメタンスルホニル）メチド（ＬｉＣ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₃ ）などが挙げられる。

電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下であるのが好ましい。この範囲外では、イオン伝導性が極端に低下する可能性があるからである。

この二次電池は、例えば、以下の手順によって製造される。

まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、正極結着材と、正極導電材とを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードあるいはバーコータなどを用いて正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて塗膜を圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。

次に、上記した負極の作製手順と同様の手順により、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを形成して負極２２を作製する。

次に、正極２１および負極２２を用いて電池素子２０を作製する。最初に、正極集電体２１Ａに正極リード２４を溶接などして取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２５を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層させたのち、長手方向において巻回させる。最後に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。

二次電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、電池缶１１の内部に電池素子２０を収納したのち、その電池素子２０上に絶縁板１２を配置する。続いて、正極リード２４を正極ピン１５に溶接などして接続させると共に、負極リード２５を電池缶１１に溶接などして接続させたのち、レーザ溶接などによって電池缶１１の開放端部に電池蓋１３を固定する。最後に、注入孔１９から電池缶１１の内部に電解液を注入してセパレータ２３に含浸させたのち、その注入孔１９を封止部材１９Ａで塞ぐ。これにより、図２および図３に示した二次電池が完成する。

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して正極２１に吸蔵される。

この角型の二次電池によれば、負極２２が上記した負極と同様の構成を有しているので、高容量を確保しつつ、サイクル特性を向上させることができる。

特に、電解液の溶媒が、化１に示したハロゲンを有する鎖状炭酸エステルおよび化２に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも１種や、化５〜化７に示した不飽和結合を有する環状炭酸エステルのうちの少なくとも１種や、スルトンや、酸無水物を含有していれば、より高い効果を得ることができる。

また、電解質塩の電解質塩が、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種や、化８〜化１０に示した化合物からなる群のうちの少なくとも１種や、化１４〜化１６に示した化合物からなる群のうちの少なくも１種を含有していれば、より高い効果を得ることができる。

また、電池缶１１が固い金属製であれば、柔らかいフィルム製である場合と比較して、負極活物質層２２Ｂが膨張および収縮した際に負極２２が破損しにくくなる。したがって、サイクル特性をより向上させることができる。この場合には、電池缶１１がアルミニウムよりも固い鉄製であれば、より高い効果を得ることができる。

この二次電池に関する上記以外の効果は、上記した負極と同様である。

（第２の二次電池）
図４および図５は第２の二次電池の断面構成を表しており、図５では図４に示した巻回電極体４０の一部を拡大して示している。第２の二次電池は、例えば、上記した第１の二次電池と同様に、リチウムイオン二次電池である。この第２の二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶３１の内部に、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とが積層および巻回された巻回電極体４０と、一対の絶縁板３２，３３とが収納されたものである。この電池缶３１を含む電池構造は、いわゆる円筒型と呼ばれている。

電池缶３１は、例えば、上記した第１の二次電池における電池缶１１と同様の金属材料によって構成されており、その一端部および他端部はそれぞれ閉鎖および開放されている。一対の絶縁板３２，３３は、巻回電極体４０を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。

電池缶３１の開放端部には、電池蓋３４と、その内側に設けられた安全弁機構３５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient：ＰＴＣ素子）３６とが、ガスケット３７を介してかしめられることによって取り付けられている。これにより、電池缶３１の内部は密閉されている。電池蓋３４は、例えば、電池缶３１と同様の金属材料によって構成されている。安全弁機構３５は、熱感抵抗素子３６を介して電池蓋３４と電気的に接続されている。この安全弁機構３５では、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板３５Ａが反転して電池蓋３４と巻回電極体４０との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子３６は、温度の上昇に応じて抵抗が増大することによって電流を制限し、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット３７は、例えば、絶縁材料によって構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。

巻回電極体４０の中心には、センターピン４４が挿入されていてもよい。この巻回電極体４０では、アルミニウムなどの金属材料によって構成された正極リード４５が正極４１に接続されていると共に、ニッケルなどの金属材料によって構成された負極リード４６が負極４２に接続されている。正極リード４５は、安全弁機構３５に溶接などされて電池蓋３４と電気的に接続されており、負極リード４６は、電池缶３１に溶接などされて電気的に接続されている。

正極４１は、例えば、一対の面を有する正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂが設けられたものである。負極４２は、上記した負極と同様の構成を有しており、例えば、一対の面を有する負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂが設けられたものである。正極集電体４１Ａ、正極活物質層４１Ｂ、負極集電体４２Ａ、負極活物質層４２Ｂおよびセパレータ４３の構成、ならびに電解液の組成は、それぞれ上記した第１の二次電池における正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成、ならびに電解液の組成と同様である。

この二次電池は、例えば、以下の手順によって製造される。

まず、例えば、上記した第１の二次電池における正極２１および負極２２の作製手順と同様の手順により、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを形成して正極４１を作製すると共に、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを形成して負極４２を作製する。続いて、正極４１に正極リード４５を溶接などして取り付けると共に、負極４２に負極リード４６を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とを積層および巻回させて巻回電極体４０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン４４を挿入する。続いて、一対の絶縁板３２，３３で挟みながら巻回電極体４０を電池缶３１の内部に収納すると共に、正極リード４５の先端部を安全弁機構３５に溶接し、負極リード４６の先端部を電池缶３１に溶接する。続いて、電池缶３１の内部に電解液を注入してセパレータ４３に含浸させる。最後に、電池缶３１の開口端部に電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６をガスケット３７を介してかしめて固定する。これにより、図４および図５に示した二次電池が完成する。

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極４１からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極４２に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極４２からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極４１に吸蔵される。

この円筒型の二次電池によれば、負極４２が上記した負極と同様の構成を有しているので、高容量を確保しつつ、サイクル特性を向上させることができる。この二次電池に関する上記以外の効果は、第１の二次電池と同様である。

（第３の二次電池）
図６は第３の二次電池の分解斜視構成を表しており、図７は図６に示したVII−VII線に沿った断面を拡大して示している。第３の二次電池は、例えば、上記した第１の二次電池と同様に、リチウムイオン二次電池である。この第３の二次電池は、主に、フィルム状の外装部材６０の内部に、正極リード５１および負極リード５２が取り付けられた巻回電極体５０が収納されたものである。この外装部材６０を含む電池構造は、いわゆるラミネートフィルム型と呼ばれている。

正極リード５１および負極リード５２は、例えば、外装部材６０の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード５１は、例えば、アルミニウムなどの金属材料によって構成されており、負極リード５２は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されている。これらの金属材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。

外装部材６０は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムがこの順に貼り合わされたアルミラミネートフィルムによって構成されている。この外装部材６０は、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体５０と対向するように、２枚の矩形型のアルミラミネートフィルムの外縁部同士が融着あるいは接着剤によって互いに接着された構造を有している。

外装部材６０と正極リード５１および負極リード５２との間には、外気の侵入を防止するために密着フィルム６１が挿入されている。この密着フィルム６１は、正極リード５１および負極リード５２に対して密着性を有する材料によって構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。

なお、外装部材６０は、上記したアルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムによって構成されていてもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムによって構成されていてもよい。

巻回電極体５０は、セパレータ５５および電解質５６を介して正極５３と負極５４とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ５７によって保護されている。

正極５３は、例えば、一対の面を有する正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂが設けられたものである。負極５４は、上記した負極と同様の構成を有しており、例えば、一対の面を有する負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂが設けられたものである。正極集電体５３Ａ、正極活物質層５３Ｂ、負極集電体５４Ａ、負極活物質層５４Ｂおよびセパレータ５５の構成は、それぞれ上記した第１の二次電池における正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成と同様である。

電解質５６は、電解液と、それを保持する高分子化合物とを含んでおり、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に漏液が防止されるので好ましい。

高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、あるいはポリカーボネートなどが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。電気化学的に安定だからである。

電解液の組成は、第１の二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質５６において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。

なお、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質５６に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ５５に含浸される。

このゲル状の電解質５６を備えた二次電池は、例えば、以下の３種類の手順によって製造される。

第１の製造方法では、最初に、例えば、上記した第１の二次電池における正極２１および負極２２の作製手順と同様の手順により、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを形成して正極５３を作製すると共に、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを形成して負極５４を作製する。続いて、電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製して正極５３および負極５４に塗布したのち、溶剤を揮発させてゲル状の電解質５６を形成する。続いて、正極集電体５３Ａに正極リード５１を取り付けると共に、負極集電体５４Ａに負極リード５２を取り付ける。続いて、電解質５６が形成された正極５３と負極５４とをセパレータ５５を介して積層および巻回したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させて巻回電極体５０を作製する。最後に、例えば、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回電極体５０を挟み込んだのち、その外装部材６０の外縁部同士を熱融着などで接着させて巻回電極体５０を封入する。この際、正極リード５１および負極リード５２と外装部材６０との間に、密着フィルム６１を挿入する。これにより、図６および図７に示した二次電池が完成する。

第２の製造方法では、最初に、正極５３に正極リード５１を取り付けると共に、負極５４に負極リード５２を取り付ける。続いて、セパレータ５５を介して正極５３と負極５４とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させて、巻回電極体５０の前駆体である巻回体を作製する。続いて、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材６０の内部に注入したのち、外装部材６０の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質５６を形成する。これにより、図６および図７に示した二次電池が完成する。

第３の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ５５を用いることを除き、上記した第２の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材６０の内部に収納する。このセパレータ５５に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の１種あるいは２種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材６０の内部に注入したのち、その外装部材６０の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材６０に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ５５を正極５３および負極５４に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質５６が形成されるため、図６および図７に示した二次電池が完成する。

この第３の製造方法では、第１の製造方法と比較して、二次電池の膨れが抑制される。また、第３の製造方法では、第２の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや溶媒などが電解質５６中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御されるため、正極５３、負極５４およびセパレータ５５と電解質５６との間において十分な密着性が得られる。

このラミネートフィルム型の二次電池によれば、負極５４が上記した負極と同様の構成を有しているので、高容量を確保しつつ、サイクル特性を向上させることができる。この二次電池に関する上記以外の効果は、第１の二次電池と同様である。

（第４の二次電池）
図８は、第４の二次電池の断面構成を表している。この二次電池は、正極７１を外装缶７４に貼り付けると共に負極７２を外装カップ７５に収容し、それらを電解液が含浸されたセパレータ７３を介して積層したのちにガスケット７６を介してかしめたものである。この外装缶７４および外装カップ７５を用いた電池構造は、いわゆるコイン型と呼ばれている。

正極７１は、正極集電体７１Ａの一面に正極活物質層７１Ｂが設けられたものである。負極７２は、正極集電体７２Ａの一面に負極活物質層７２Ｂが設けられたものである。正極集電体７１Ａ、正極活物質層７１Ｂ、負極集電体７２Ａ、負極活物質層７２Ｂおよびセパレータ７３の構成は、それぞれ上記した第１の電池における正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成と同様である。

この二次電池では、上記した第１の電池の同様に、正極７１と負極７２との間でリチウムイオンが吸蔵および放出される。すなわち、充電を行うと、例えば、正極７１からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極７２に吸蔵される。一方、放電を行うと、負極７２からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極７１に吸蔵される。

このコイン型の二次電池によれば、負極７２が上記した負極と同様の構成を有しているので、高容量を確保しつつ、サイクル特性を向上させることができる。この二次電池に関する上記以外の効果は、第１の二次電池と同様である。

本発明の実施例について詳細に説明する。

（実施例１−１）
以下の手順により、図８に示したコイン型の二次電池を製造した。この際、負極７２の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池となるようにした。

最初に、正極７１を作製した。まず、炭酸リチウム（Ｌｉ₂ ＣＯ₃ ）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ₃ ）とを０．５：１のモル比で混合したのち、空気中において９００℃で５時間焼成することにより、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂ ）を得た。続いて、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物９１質量部と、正極導電材としてグラファイト６質量部と、正極結着材としてポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤としたのち、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させることにより、ペースト状の正極合剤スラリーとした。さらに、帯状のアルミニウム箔（厚さ＝１２μｍ）からなる正極集電体７１Ａの一面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、正極活物質層７１Ｂを形成した。最後に、正極活物質層７１Ｂが形成された正極集電体７１Ａを直径１５．５ｍｍのペレットとなるように打ち抜いた。

次に、負極７２を作製した。まず、負極集電体７２Ａとして粗面化された電解銅箔（厚さ＝１５μｍ，十点平均粗さＲｚ＝３．６μｍ）と、負極活物質としてのケイ素粒子とを準備した。こののち、焼成法により、負極集電体７２Ａの一面に負極活物質層７２Ｂを形成した。具体的には、負極活物質としての平均粒径４μｍのケイ素粒子と、負極結着材としてのポリイミドを２０重量％の濃度でＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比７：２の割合で混合して第１の負極合剤スラリーを作製した。この第１の負極合剤スラリーを負極集電体７２Ａの一面に均一に塗布して８０℃で乾燥させたのち、圧縮成型することで約５μｍの第１の負極活物質層を得た。続いて、負極活物質としての平均粒径４μｍのケイ素粒子と、負極結着材としてのポリイミドを２０重量％の濃度でＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比８：１の割合で混合して第２の負極合剤スラリーを作製した。そののち、この第２の負極合剤スラリーを第１の負極活物質層上に均一に塗布して８０℃で乾燥させたのち、圧縮成型することで約５μｍの第２の負極活物質層を得た。さらに、全体を、真空雰囲気下において７００℃の温度で３時間に亘って加熱することで、厚さ１０μｍの負極活物質層７２Ｂを得た。最後に、負極活物質層７２Ｂが形成された負極集電体７２Ａを直径１６ｍｍのペレットとなるように打ち抜いた。

続いて、正極７１、負極７２、および微多孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ７３を、正極活物質層７１Ｂと負極活物質層７２Ｂとがセパレータ７３を介して対向するように積層したのち、外装缶７４に収容した。そののち、電解液を注入し、ガスケット７６を介して外装カップ７５を被せてかしめることにより、コイン型の二次電池を完成させた。

ここで、電解液については、溶媒として４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）と炭酸ジエチル（ＤＥＣ）とを混合したのち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）および四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）を溶解させたものを用いた。この際、溶媒の組成（ＦＥＣ：ＤＥＣ）を重量比で５０：５０とし、ＬｉＰＦ₆ の含有量を溶媒に対して１．０ｍｏｌ／ｋｇとし、ＬｉＢＦ₄ の含有量を溶媒に対して１．０ｍｏｌ／ｋｇとした。

（実施例１−２）
ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比９：３の割合で混合して第１の負極合剤スラリーを作製したことを除き、他は実施例１−１と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（実施例１−３）
ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比８：２の割合で混合して第２の負極合剤スラリーを作製したことを除き、他は実施例１−２と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（実施例１−４）
ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比８：２の割合で混合して第２の負極合剤スラリーを作製したことを除き、他は実施例１−１と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例１−１）
ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比９：１の割合で混合して第２の負極合剤スラリーを作製したことを除き、他は実施例１−２と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例１−２）
ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比６：３の割合で混合して第１の負極合剤スラリーを作製したことを除き、他は実施例１−１と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例１−３）
ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比８：２の割合で混合して第１の負極合剤スラリーを作製すると共に、ケイ素粒子と、ポリイミドをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたものとを重量比７：２の割合で混合して第２の負極合剤スラリーを作製したことを除き、他は実施例１−１と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

実施例１−１〜１−４および比較例１−１〜１−３の各二次電池における負極について、負極活物質層における負極集電体側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比Ａと、負極活物質層における負極集電体と反対側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比Ｂとを以下のようにして調査した。具体的には、まず、ミクロトームによって負極の断面を切り出し、負極活物質層と負極集電体との界面近傍、および負極活物質層の表面近傍の双方についてエネルギー分散型Ｘ線分析装置を付帯した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＸ）によって観察像を得た。次いで、ＥＤＸによってその観察像上の元素分析を行い、負極活物質層における、負極集電体との界面から負極活物質層全体の厚みの１／４に至るまでの厚み範囲の原子数比Ａと、負極集電体と反対側の表面から負極活物質層全体の厚みの１／４に至るまでの厚み範囲の原子数比Ｂとをそれぞれ算出した。それらの結果を表１に示す。

また、実施例１−１〜１−４および比較例１−１〜１−３の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。

サイクル特性を調べる際には、サイクル試験を行って放電容量維持率を求めた。具体的には、最初に、２３℃の雰囲気中において充放電させて、１サイクル目の放電容量を測定した。続いて、同雰囲気中において９９サイクル充放電させて、１００サイクル目の放電容量を測定した。最後に、放電容量維持率（％）＝（１００サイクル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００を算出した。この際、充電条件としては、０．２Ｃの定電流で電池電圧が４．２Ｖに到達するまで充電したのち、引き続き４．２Ｖの定電圧で電流が０．０５Ｃに到達するまで充電した。また、放電条件としては、０．２Ｃの定電流で電池電圧が２．５Ｖに到達するまで放電した。

なお、上記した原子数比Ａ，Ｂ、およびサイクル特性を調べる際の手順および条件は、以降の一連の実施例および比較例に関する同特性の評価についても同様である。

表１に示したように、実施例１−１〜１−４では、原子数比Ａが原子数比Ｂよりも大きく、かつ、原子数比Ａ，Ｂがいずれも０．７以上１．５以下であるので、比較例１−１〜１−３よりも高い放電容量維持率が得られた。

これらの結果は、負極活物質層のうち、負極集電体との界面近傍において結着材の含有率を高めたことにより、充放電時において負極活物質層の膨張および収縮が緩和されたことによるものと考えられる。

（実施例２−１〜２−４）
負極結着材として、ポリイミドに代えてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−４とそれぞれ同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例２−１〜２−３）
負極結着材として、ポリイミドに代えてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いたことを除き、他は比較例１−１〜１−３と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

これらの実施例２−１〜２−４および比較例２−１〜２−３の二次電池について原子数比Ａ，Ｂおよびサイクル特性を調べたところ、表２に示した結果が得られた。

（実施例３−１〜３−４）
負極結着材として、ポリイミドに代えてポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−４とそれぞれ同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例３−１〜３−３）
負極結着材として、ポリイミドに代えてポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を用いたことを除き、他は比較例１−１〜１−３と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

これらの実施例３−１〜３−４および比較例３−１〜３−３の二次電池について原子数比Ａ，Ｂおよびサイクル特性を調べたところ、表３に示した結果が得られた。

（実施例４−１〜４−４）
負極結着材としてポリイミドに代えてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに代えてイオン交換水を用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−４とそれぞれ同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例４−１〜４−３）
負極結着材としてポリイミドに代えてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに代えてイオン交換水を用いたことを除き、他は比較例１−１〜１−３と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

これらの実施例４−１〜４−４および比較例４−１〜４−３の二次電池について原子数比Ａ，Ｂおよびサイクル特性を調べたところ、表４に示した結果が得られた。

（実施例５−１〜５−４）
負極結着材としてポリイミドに代えてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに代えてイオン交換水を用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−４とそれぞれ同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例５−１〜５−３）
負極結着材としてポリイミドに代えてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに代えてイオン交換水を用いたことを除き、他は比較例１−１〜１−３と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

これらの実施例５−１〜５−４および比較例５−１〜５−３の二次電池について原子数比Ａ，Ｂおよびサイクル特性を調べたところ、表５に示した結果が得られた。

（実施例６−１〜６−４）
負極結着材としてポリイミドに代えてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに代えてイオン交換水を用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−４とそれぞれ同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

（比較例６−１〜６−３）
負極結着材としてポリイミドに代えてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに代えてイオン交換水を用いたことを除き、他は比較例１−１〜１−３と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

これらの実施例６−１〜６−４および比較例６−１〜６−３の二次電池について原子数比Ａ，Ｂおよびサイクル特性を調べたところ、表６に示した結果が得られた。

表２〜表６に示したように、負極結着材としてポリイミド以外を用いた場合であっても同様の傾向が見られることがわかった。

（実施例７−１〜７−４）
平均粒径０．８μｍ，１μｍ，２０μｍまたは２５μｍのケイ素粒子をそれぞれ用いて負極活物質層を形成したことを除き、他は実施例１−１と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。

これらの実施例７−１〜７−４の二次電池について原子数比Ａ，Ｂおよびサイクル特性を調べたところ、表７に示した結果が得られた。

表７に示したように、平均粒径が１μｍ以上２０μｍ以下のケイ素粒子を用いた場合に特に良好なサイクル特性を示すことがわかった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の負極の使用用途は、必ずしも二次電池に限らず、二次電池以外の他の電気化学デバイスであっても良い。他の用途としては、例えば、キャパシタなどが挙げられる。

また、上記した実施の形態および実施例では、二次電池の種類として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本発明の二次電池は、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に伴う容量とリチウムの析出および溶解に伴う容量とを含み、かつ、それらの容量の和によって表される二次電池についても、同様に適用可能である。この二次電池では、負極活物質としてリチウムを吸蔵および放出することが可能な材料が用いられ、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料における充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。

また、上記した実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの他の１族元素や、マグネシウム（Ｍｇ）あるいはカルシウム（Ｃａ）などの２族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属を用いてもよい。これらの場合においても、負極活物質として、上記した実施の形態で説明した負極材料を用いることが可能である。

本発明の一実施の形態に係る負極の構成を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第１の二次電池の構成を表す断面図である。 図２に示した第１の二次電池のIII−III線に沿った断面図である。 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第２の二次電池の構成を表す断面図である。 図４に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第３の二次電池の構成を表す断面図である。 図６に示した巻回電極体のVII−VII線に沿った断面図である。 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第４の二次電池の構成を表す断面図である。

符号の説明

１，２２Ａ，４２Ａ，５４Ａ，７２Ａ…負極集電体、２，２２Ｂ，４２Ｂ，５４Ｂ，７２Ｂ…負極活物質層、１１，３１…電池缶、１２，３２，３３…絶縁板、１３，３４…電池蓋、１４…端子板、１５…正極ピン、１６…絶縁ケース、１７，３７…ガスケット、１８…開裂弁、１９…注入孔、１９Ａ…封止部材、２０…電池素子、２１，４１，５３，７１…正極、２１Ａ，４１Ａ，５３Ａ，７１Ａ…正極集電体、２１Ｂ，４１Ｂ，５３Ｂ，７１Ｂ…正極活物質層、２２，４２，５４，７２…負極、２３，４３，５５，７３…セパレータ、２４，４５，５１…正極リード、２５，４６，５２…負極リード、３５…安全弁機構、３５Ａ…ディスク板、３６…熱感抵抗素子、４０，５０…巻回電極体、４４…センターピン、５６…電解質、５７…保護テープ、６１…密着フィルム、６０…外装部材。

Claims (9)

1. 負極集電体に設けられた負極活物質層を有し、
   前記負極活物質層が、ポリマーからなる結着材と共に負極活物質としてケイ素およびケイ素化合物のうちの少なくとも一方を含み、かつ、以下の条件式（１）を満足する負極。
   ０．７≦Ｂ＜Ａ≦１．５ ……（１）
   但し、
   Ａ；負極活物質層における負極集電体側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比。
   Ｂ；負極活物質層における負極集電体と反対側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比。
2. さらに、以下の条件式（２）を満足するようにした請求項１記載の負極。
   １．５≦Ａ／Ｂ ……（２）
3. 前記結着材が、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、およびポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種を含むようにした請求項１記載の負極。
4. 前記負極活物質が、１μｍ以上２０μｍ以下の平均粒径を有する粒子からなる請求項１記載の負極。
5. 前記負極集電体が、銅を含有する材料からなる請求項１記載の負極。
6. 前記負極集電体の表面粗さが、十点平均粗さＲｚ値で３．０以上４０以下である請求項１記載の負極。
7. 正極および負極と共に電解質を備えた二次電池であって、
   前記負極は、負極集電体に設けられた負極活物質層を有し、
   前記負極活物質層が、ポリマーからなる結着材と共に負極活物質としてケイ素およびケイ素化合物のうちの少なくとも一方を含み、かつ、以下の条件式（１）を満足する二次電池。
   ０．７≦Ｂ＜Ａ≦１．５ ……（１）
   但し、
   Ａ；負極活物質層における負極集電体側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比。
   Ｂ；負極活物質層における負極集電体と反対側の面近傍でのケイ素原子数に対する炭素原子数の比。
8. 前記電解質が、溶媒として４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを含んでいる請求項７記載の二次電池。
9. 前記電解質は、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）および四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）のうちの少なくとも１種を含有する電解質塩を含んでいる請求項７記載の二次電池。

Images