JP2013239375A - リチウムイオン二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池特性を高いレベルに維持し、過充電時の電池温度の上昇を抑制しながら、ガス発生量を増大させることが可能なリチウムイオン二次電池を提供すること。
【解決手段】本発明により、電流遮断機構を備えるリチウムイオン二次電池が提供される。この二次電池は、正極活物質がＺｒを含むリチウム遷移金属複合酸化物であり、非水電解質がガス発生剤を含み、二次電池内におけるガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌ（μｍｏｌ）は、正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×正極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）が０．２４６〜０．７３９を満たすように規定されており、負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×負極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が０．０４０２〜０．０６０２を満たす。
【選択図】図４

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、かつ軽量であることから、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末その他の電気製品等に搭載される民生用電源として重要性が高まっている。かかるリチウムイオン二次電池のなかには、過充電状態に陥ることにより不具合が生じることを未然に防止するため、過充電状態を電池温度、電池内圧等により検知し、過充電状態を検知した場合に電流を遮断する機構（電流遮断機構：ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）が設けられているものがある。この種の電池では、電解液の非水溶媒よりも酸化電位の低いシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）等のガス発生剤を電解液中に含有させることが行われている。上記ガス発生剤は、電池が過充電状態になると、電解液が分解する前に反応してガスを発生する。これを利用して、過充電状態になったときの電池内圧の上昇量や上昇速度を引き上げ、過充電に対してＣＩＤを適切なタイミングで作動させることによって、過充電による不具合の発生を防止している。ＣＩＤを備え、非水電解質中にガス発生剤を含むリチウムイオン二次電池を開示している技術文献として特許文献１が挙げられる。

特開２００６−３２４２３５号公報

ところで、上記リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質のなかには、サイクル特性を向上させること等を目的として、ジルコニウム（Ｚｒ）を含ませているものがある。

本発明は、ＣＩＤを備え、非水電解質中にガス発生剤を含み、正極活物質としてＺｒを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いるリチウムイオン二次電池の改良に関するものであり、その目的は、電池特性を高いレベルに維持し、過充電時の電池温度の上昇を抑制しながら、ガス発生量を増大させることが可能なリチウムイオン二次電池を提供することである。

上記目的を実現するべく、本発明により正極と負極とを有する電極体と、電池ケースの内圧が上昇することによって作動する電流遮断機構（ＣＩＤ）とを備えるリチウムイオン二次電池が提供される。このリチウムイオン二次電池は、前記正極が、正極集電体と、該正極集電体の少なくとも一方の表面に形成され、正極活物質を主成分とする正極合材層とを備えており、前記負極が、負極集電体と、該負極集電体の少なくとも一方の表面に形成され、負極活物質を主成分とする負極合材層とを備えており、前記正極活物質が、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素とＺｒとを含むリチウム遷移金属複合酸化物であり、前記リチウムイオン二次電池に含まれる非水電解質が、ガス発生剤を含む。また、前記リチウムイオン二次電池内における前記ガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌ（μｍｏｌ）は、前記正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該正極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）が０．２４６〜０．７３９を満たすように規定されている。さらに、前記負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該負極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が０．０４０２〜０．０６０２を満たす。

ＣＩＤ搭載二次電池内には、過充電状態になったときに充分量のガスを発生させるため、所定量のガス発生剤が含まれている。しかし、その量が多すぎると、ガス発生反応は発熱反応であるため、過充電状態において電池温度が過度に上昇することが懸念される。また、容量維持率の低下、電池抵抗の上昇等の電池特性の低下を引き起こす虞もある。ガス発生剤の添加量の最適範囲を決定できれば、過充電時におけるＣＩＤの高精度作動と電池温度の上昇抑制の両立、さらには電池特性（典型的には容量維持率）の維持を高いレベルで実現できるため望ましい。かかる目的を達成するため、ガス発生のメカニズムに着目したところ、ガス発生剤は、過充電状態になると正極側で分解してＨ^＋を発生する。発生したＨ^＋は電極体内を移動し、負極の表面で還元されてＨ_２となり、水素ガスが発生する。このことから、本発明者らは、ガス発生剤含有による影響（典型的には、ガス発生量、電池温度および容量維持率）は、ガス発生剤が分解される正極側においては、ガス発生剤を含む非水電解質が含浸される正極合材層の目付体積（すなわち、正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×厚さ（μｍ））と高い相関を示し、Ｈ^＋が還元される負極側においては、還元反応が起こる負極合材層の目付体積（すなわち、負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×厚さ（μｍ））当たりの表面積と高い相関を示すと予想した。そこで、さらに検討を進めた結果、正極合材層の目付体積当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）および負極合材層の目付体積当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が、電池特性の維持、過充電時の電池温度の上昇抑制、ガス発生量の増大を高いレベルで実現するうえでの指標として有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の上記構成によると、Ｚｒを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いるリチウムイオン二次電池において、正極合材層の目付体積当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）は０．２４６〜０．７３９を満たす。Ｍ_Ｘが０．２４６μｍｏｌより低いと、正極中に含まれるガス発生剤の量が少ないため、過充電状態になったときにＨ^＋が充分に発生しない。そのため、過充電状態におけるガス発生量が低下する。Ｍ_Ｘが０．７３９μｍｏｌを超えると、過充電状態になったときにガス発生剤の分解反応に起因する発熱量が増大し、電池温度の上昇量が大きくなる傾向がある。この正極合材層の目付体積との関係で規定される指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘは、高密度電極を用いる従来の民生電池の場合と比べて高い値である。従来の民生電池では、Ｍ_Ｘは広く見積もっても０．０２〜０．１５μｍｏｌ程度にしかならない。指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）は、二次電池内におけるガス発生剤の濃度（％）と正極（正極合材層）の空間体積から求められる。このことからわかるように、Ｍ_Ｘは正極合材層中に実際に存在するガス発生剤のモル量を規定するものではない。しかし、ガス発生、電池温度と高い相関を示すことから、正極合材層中の実際のガス発生剤モル量と比例関係を有すると考えられる。このＭ_Ｘを指標として採用することによって、ガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌの最適範囲を規定することができる。なお、ここでの正極合材層は片面のことを指し、その厚さも片面当たりの厚さをいうこととする。

また、負極合材層の目付体積当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が０．０４０２〜０．０６０２を満たす。ＳＡ_Ｘが０．０４０２ｍ^２より低いと、負極合材層の表面積が小さいため、負極の表面で行われるＨ^＋からＨ_２への還元反応が充分になされない。そのため、過充電状態になったときのガス発生量が低下する。ＳＡ_Ｘが０．０６０２ｍ^２を超えると、負極合材層の表面積が大きくなるため、不可逆容量が増加する等して容量維持率が低下する傾向がある。指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）は、負極活物質の比表面積と負極活物質の質量と負極合材層の面積から求められる。このことからわかるように、ＳＡ_Ｘは負極合材層中の実際の表面積を規定するものではない。しかし、ガス発生、容量維持率と高い相関を示すことから、負極合材層の実際の表面積と比例関係を有すると考えられる。このＳＡ_Ｘを指標として採用することによって、容量維持率を維持しながら、充分量のガスを発生させることができる。なお、ここでの負極合材層は片面のことを指し、その厚さも片面当たりの厚さをいうこととする。

本発明によると、上記のように構成することで、電池特性を高いレベルに維持し、過充電時の電池温度の上昇を抑制しながら、ガス発生量を増大させることが可能なリチウムイオン二次電池が提供される。

ここで開示されるリチウムイオン二次電池の好適な一態様では、前記正極合材層の密度が１．２ｇ／ｃｍ^３〜３．３ｇ／ｃｍ^３であり、前記負極合材層の密度が１．２ｇ／ｃｍ^３〜２．０ｇ／ｃｍ^３である。また、前記負極活物質の比表面積が２．０ｍ^２／ｇ〜４．２ｍ^２／ｇであることが好ましい。さらに、前記ガス発生剤がシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）および／またはビフェニル（ＢＰ）であることが好ましい。なお、ＣＨＢとＢＰは、非水電解質中において相互に変換され得るものであり、いずれもガス発生剤として優れた性質を有する。このような構成を採用することで、電池特性を高いレベルに維持し、過充電時の電池温度の上昇を抑制しながら、ガス発生量を増大させることを好適に実現し得る。

また、本発明によると、リチウムイオン二次電池を製造する方法が提供される。この製造方法は、正極集電体の少なくとも一方の表面に、正極活物質を主成分とする正極合材層を形成して正極を構築すること、負極集電体の少なくとも一方の表面に、負極活物質を主成分とする負極合材層を形成して負極を構築すること、前記正極と前記負極を用いて電極体を構築すること、電池ケースに前記電極体を収容してリチウムイオン二次電池を構築すること、ガス発生剤を含む非水電解質を前記電極体に供給すること、前記電池ケースの内圧が上昇することによって作動する電流遮断機構（ＣＩＤ）を設けること、を包含する。また、前記正極活物質として、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素とＺｒを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いること、前記リチウムイオン二次電池内における前記ガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌ（μｍｏｌ）を、前記正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該正極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）が０．２４６〜０．７３９を満たすように規定すること、前記負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該負極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が０．０４０２〜０．０６０２を満たすことを特徴とする。かかる製造方法によると、電池特性を高いレベルに維持し、過充電時の電池温度の上昇を抑制しながら、ガス発生量を増大させることが可能なリチウムイオン二次電池を提供することができる。

また、本発明によると、ここで開示されるいずれかのリチウムイオン二次電池を備える車両が提供される。かかるリチウムイオン二次電池は、典型的には民生用途よりも相対的に密度が低い、より大型の車両用電源として好適である。特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用の電源として好適に使用され得る。

一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す図である。 図１の捲回電極体の構成を模式的に示す図である。 一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。 指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）および指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）とガス発生量（ｍＬ）との関係を示すグラフである。 Ｚｒ量（％）の異なる正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）とガス発生量（ｍＬ）との関係を示すグラフである。 Ｚｒ量（％）の異なる正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）と容量維持率（％）との関係を示すグラフである。 Ｚｒ量の異なる正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）と電池発熱温度（℃）との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明による一実施形態を説明する。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、正極および負極を備えた電極体の構成および製法、セパレータや電解液の構成および製法、電池（ケース）の形状等、電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。なお、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。

図１に示すように、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、捲回電極体８０が、非水電解質（典型的には非水電解液）２５とともに、扁平な直方体形状の電池ケース５０に収容された構成を有する。捲回電極体８０は、ケース本体５２の開口部を蓋体５４で塞ぐことによって封止されている。かかる構成によって、リチウムイオン二次電池１００は、電池ケース５０の内部が密閉された構造を有する、いわゆる密閉型電池として構築されている。

電池ケース５０は、上面に開口部を有する扁平箱形状のケース本体５２と、その開口部を塞ぐ蓋体５４とを備える。電池ケース５０の上面（蓋体５４）には、正極端子７０および負極端子７２が設けられている。正極端子７０は正極（正極シート）１０の幅方向の端部に付設された正極集電板７４と電気的に接続されている。負極端子７２は負極（負極シート）２０の幅方向の端部に付設された負極集電板７６と電気的に接続されている。

電池ケース５０の内部には、電池ケース５０の内圧上昇により作動するＣＩＤ３０が設けられている。ＣＩＤ３０は、蓋体５４に固定した正極端子７０と捲回電極体８０との間に設けられ、電池ケース５０の内圧が上昇したときに正極端子７０から正極１０に至る導電経路を電気的に分断するように構成されている。

ＣＩＤ３０は、変形金属板３２と、変形金属板３２に接合された接続金属板３４とを備える。変形金属板３２は、中央部分が下方へ湾曲したアーチ形状の湾曲部分３３を有する。湾曲部分３３の周縁部分は、集電リード端子３５を介して正極端子７０の下面に接続されている。また、変形金属板３２の湾曲部分３３の一部（先端）は、接続金属板３４の上面と接合点３６にて接合されている。接続金属板３４の下面（裏面）には正極集電板７４が接合されており、正極集電板７４は捲回電極体８０の正極１０に接続されている。このようにして、正極端子７０から正極１０に至る導電経路が形成されている。

ＣＩＤ３０は、プラスチックにより形成された絶縁ケース３８を備えている。なお、絶縁ケースの材質はプラスチックに限定されるものではなく、絶縁性を有し、気密性を有するものであればよい。絶縁ケース３８は、変形金属板３２を囲むように設けられ、変形金属板３２の上面を気密に密閉している。絶縁ケース３８には、変形金属板３２の湾曲部分３３を嵌入する開口部が形成されており、変形金属板３２の湾曲部分３３は、該開口部に嵌入されることで該開口部を封止している。これによって、絶縁ケース３８内は密封状態に保持されるため、密閉された湾曲部分３３の上面側には、電池ケース５０の内圧は作用しない。これに対して、絶縁ケース３８外、すなわち電池ケース５０の内部に露出した湾曲部分３３の下面には、電池ケース５０の内圧が作用する。かかる構成のＣＩＤ３０において、過充電電流に起因して電池ケース５０の内圧が高まると、該内圧は、変形金属板３２の下方へ湾曲した湾曲部分３３を上方へ押し上げるように作用する。この作用（力）は、電池ケース５０の内圧が上昇するにつれて増大する。そして、電池ケース５０の内圧が設定圧力を超えると、湾曲部分３３が上下反転し、上方へ湾曲するように変形する。かかる湾曲部分３３の変形によって、変形金属板３２と接続金属板３４との接合点３６が切断される。これによって導電経路は電気的に分断され、電流は遮断される。

この実施形態では、上方に配置された変形金属板３２が変形するものであったが、これに限定されない。電池ケースの内圧が上昇したときに、上方に配置された第一部材（本実施形態の変形金属板３２の位置に配置された部材）ではなく下方に配置された第二部材（本実施形態の接続金属板３４の位置に配置された部材）が変形して他方から離隔することにより上記導電経路を電気的に分断するように構成されていてもよく、第一部材および第二部材の両方が変形するものであってもよい。また、上記のようなＣＩＤは、正極端子側に限らず、負極端子側に設けてもよい。また、ＣＩＤは、電池ケースの内圧が上昇したときに、正負の電極の少なくとも一方と電池ケース外部に露出する外部端子（正極端子または負極端子）とを導通する導電経路を電気的に分断するように構成されていればよく、特定の形状、構造に限定されない。さらに、ＣＩＤは、上述した第一部材および／または第二部材の変形を伴う機械的な切断を行うものに限定されない。例えば、電池ケースの内圧をセンサで検知し、該センサで検知した内圧が設定圧力を超えると充電電流を遮断するような外部回路を設けたＣＩＤであってもよい。

図２は、図１の捲回電極体の構成を模式的に示す図であり、捲回電極体８０を構築する前段階における長尺状のシート構造（電極シート）を示している。図２に示すように、捲回電極体８０は、正極１０と負極２０とを備えている。正極１０と負極２０とは、セパレータ４０Ａ，４０Ｂを介して扁平に捲回された構成を有する。これら正極１０、負極２０、セパレータ４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ長尺状のシート形状を有する。正極（正極シート）１０と負極（負極シート）２０とは、２枚のセパレータ４０Ａ，４０Ｂを介して重ね合わせられており、これによって積層体が形成されている。言い換えると、上記積層体は、正極シート１０、セパレータ４０Ｂ、負極シート２０、セパレータ４０Ａの順に積層されている。捲回電極体８０は、この積層体を長尺方向に捲回し、さらにこの捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって形成されている。なお、電極体は捲回電極体に限定されない。電池の形状や目的に応じて適切な形状、構成を適宜採用することができる。

正極シート１０は、正極集電体１２と、正極集電体１２の少なくとも一方の表面（典型的には両面）に形成された正極合材層１４とを備える。負極シート２０も、正極の場合と同様に、負極集電体２２と、負極集電体２２の少なくとも一方の表面（典型的には両面）に形成された負極合材層２４とを備える。

次に、上述のリチウムイオン二次電池を構成する各構成要素について説明する。リチウムイオン二次電池の正極（典型的には正極シート）を構成する正極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体の形状は、電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。正極集電体の厚さも特に限定されず、例えば５μｍ〜３０μｍとすることができる。正極合材層は、正極活物質の他、必要に応じて導電材、結着材（バインダ）等の添加材を含有し得る。

正極活物質としては、リチウム（Ｌｉ）および少なくとも１種の遷移金属元素（好ましくはニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種）を含むリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。上記複合酸化物としては、例えば、上記遷移金属元素を１種含むいわゆる一元系リチウム遷移金属複合酸化物、上記遷移金属元素を２種含むいわゆる二元系リチウム遷移金属複合酸化物、遷移金属元素としてＮｉ、ＣｏおよびＭｎを構成元素として含む三元系リチウム遷移金属複合酸化物、固溶型のリチウム過剰遷移金属複合酸化物が挙げられる。これらは１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。上記一元系リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えばニッケルリチウム複合酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）、コバルトリチウム複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、マンガンリチウム複合酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）が挙げられる。上記二元系リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えばニッケル・コバルト系のＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）、コバルト・マンガン系のＬｉＣｏ_ｘＭｎ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）、ニッケル・マンガン系のＬｉＮｉ_ｘＭｎ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）やＬｉＮｉ_ｘＭｎ_２−ｘＯ_４（０＜ｘ＜２）で表される二元系リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。上記三元系リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば一般式：
Ｌｉ（Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚ）Ｏ_２
（前式中のａ、ｘ、ｙ、ｚはａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する実数）で表される三元系リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。上記固溶型のリチウム過剰遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式：
ｘＬｉ［Ｌｉ_１／３Ｍｎ_２／３］Ｏ_２・（１−ｘ）ＬｉＭｅＯ_２
（前式中、Ｍｅは１種または２種以上の遷移金属であり、ｘは０＜ｘ≦１を満たす）で表される固溶型のリチウム過剰遷移金属複合酸化物が挙げられる。なかでも、遷移金属元素としてＮｉ、ＣｏおよびＭｎを構成元素として含む三元系リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。

また、正極活物質は、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む。正極活物質中のＺｒの含有量は特に限定されないが、サイクル特性向上等の観点から０．０１質量％〜５質量％（例えば０．０５質量％〜２質量％、典型的には０．１質量％〜０．８質量％）とすることが好ましい。正極活物質は、アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），バナジウム（Ｖ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），チタン（Ｔｉ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），ランタン（Ｌａ）およびセリウム（Ｃｅ）からなる群から選択される１種または２種以上の金属元素がさらに添加されたものであってもよい。

正極合材層に占める正極活物質の割合は、凡そ５０質量％を超え、凡そ７０質量％〜９８質量％（例えば７５質量％〜９５質量％）であることが好ましい。

導電材としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等の導電性粉末材料が好ましく用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック、例えばアセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、グラファイト粉末が好ましい。また、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル等の金属粉末類およびポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等を、１種を単独でまたは２種以上の混合物として用いることができる。結着材としては、各種のポリマー材料が挙げられる。例えば、水系の組成物（活物質粒子の分散媒として水または水を主成分とする混合溶媒を用いた組成物）を用いて正極合材層を形成する場合には、結着材として水に溶解または分散する（水溶性または水分散性の）ポリマー材料を好ましく採用し得る。水溶性または水分散性のポリマー材料としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のセルロース系ポリマー；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；酢酸ビニル重合体；スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリル酸変性ＳＢＲ樹脂（ＳＢＲ系ラテックス）等のゴム類；が例示される。あるいは、溶剤系の組成物（活物質粒子の分散媒が主として有機溶媒である組成物）を用いて正極合材層を形成する場合には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）等のハロゲン化ビニル樹脂；ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等のポリアルキレンオキサイド；等のポリマー材料を用いることができる。このような結着材は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上記で例示したポリマー材料は、結着材として用いられる他に、正極合材層形成用組成物の増粘材その他の添加材として使用されることもあり得る。

正極合材層に占めるこれら添加材の割合は、特に限定されないが、導電材の割合は、正極活物質１００質量部に対して、凡そ１質量部〜２０質量部（例えば２質量部〜１０質量部、典型的には３質量部〜７質量部）とすることが好ましく、結着材の割合は、正極活物質１００質量部に対して、凡そ０．８質量部〜１０質量部（例えば１質量部〜７質量部、典型的には２質量部〜５質量部）とすることが好ましい。

正極集電体上への正極合材層の単位面積当たりの目付量（正極合材層形成用組成物の固形分換算の塗付量）は特に限定されるものではないが、充分な導電経路（導電パス）を確保する観点から、正極集電体の片面当たり３ｍｇ／ｃｍ^２以上（例えば６ｍｇ／ｃｍ^２以上、典型的には１２ｍｇ／ｃｍ^２以上）であり、４５ｍｇ／ｃｍ^２以下（例えば２８ｍｇ／ｃｍ^２以下、典型的には１８ｍｇ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましい。また、正極合材層の厚さは、正極集電体の片面当たり３０μｍ以上（例えば５０μｍ以上、典型的には７０μｍ以上）であり、１２０μｍ以下（例えば１００μｍ以下、典型的には８０μｍ以下）とすることが好ましい。正極合材層の密度も特に限定されないが、１．０ｇ／ｃｍ^３〜３．８ｇ／ｃｍ^３（例えば１．２ｇ／ｃｍ^３〜３．３ｇ／ｃｍ^３、典型的には１．７ｇ／ｃｍ^３〜３．０ｇ／ｃｍ^３）とすることが好ましい。過充電時の電池温度の上昇を抑制しながら、ガス発生量を増大させる作用をより高める観点から、上述の指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘは、上記正極合材層の目付量、厚さおよび密度のうちの少なくとも１つ（好ましくは密度、より好ましくは密度と、目付量および厚さのいずれか一方、最も好ましくは目付量、厚さおよび密度のすべて）が上記の範囲内であることを満たすリチウムイオン二次電池に適用されることが特に好ましい。

上述したような正極は、例えば以下の方法によって作製することができる。まず正極活物質、必要に応じて導電材、結着材等を適当な溶媒で混合して、ペースト状またはスラリー状の正極合材層形成用組成物を調製する。混合操作は、例えば適当な混練機を用いて行うことができる。上記組成物を調製するために用いられる溶媒としては、水系溶媒および非水系溶媒のいずれも使用可能である。水系溶媒は全体として水性を示すものであればよく、水または水を主体とする混合溶媒を好ましく用いることができる。また、非水系溶媒の好適例としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン、トルエン等が例示される。調製した上記組成物を正極集電体に対して塗付し、乾燥により溶媒を揮発させた後、圧縮（プレス）する。なお、正極集電体に上記組成物を塗付する方法は特に限定されず、例えばスリットコーター、ダイコーター、グラビアコーター、コンマコーター等の従来公知の塗付手段を採用することができる。また、乾燥方法としては、自然乾燥、熱風、低湿風、真空、赤外線、遠赤外線および電子線を、単独でまたは組み合わせて用いることができる。圧縮方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を適宜採用することができる。また、厚さを調整するにあたり、膜厚測定器で該厚さを測定し、プレス圧を調整して所望の厚さになるまで複数回圧縮してもよい。このようにして、正極合材層が正極集電体上に形成された正極が得られる。

負極（典型的には負極シート）を構成する負極集電体としては、従来のリチウムイオン二次電池と同様に、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。負極集電体の形状は、電池の形状等に応じて異なり得るため特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。負極集電体の厚さは特に限定されず、例えば５μｍ〜３０μｍとすることができる。

負極合材層には、電荷担体となるリチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質が含まれる。負極活物質の組成や形状に特に制限はなく、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の１種または２種以上を使用することができる。かかる負極活物質としては、リチウムイオン二次電池で一般的に用いられる炭素材料が挙げられる。かかる炭素材料の代表例としては、グラファイトカーボン（黒鉛）、アモルファスカーボン等が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造（層状構造）を含む粒子状の炭素材料（カーボン粒子）が好ましく用いられる。なかでも天然黒鉛を主成分とする炭素材料の使用が好ましい。かかる天然黒鉛は鱗片状の黒鉛を球形化したものであり得る。また、黒鉛の表面にアモルファスカーボンがコートされた炭素質粉末を用いてもよい。その他、負極活物質として、チタン酸リチウム等の酸化物、ケイ素材料、スズ材料等の単体、合金、化合物、上記材料を併用した複合材料を用いることも可能である。負極合材層に占める負極活物質の割合は、凡そ９０質量％〜９９質量％（例えば９５質量％〜９９質量％、典型的には９７質量％〜９９質量％）とするのが適当である。

負極合材層は、負極活物質の他に、一般的なリチウムイオン二次電池の負極合材層に配合され得る１種または２種以上の結着材や増粘材その他の添加材を必要に応じて含有することができる。結着材としては各種のポリマー材料が挙げられる。例えば、水系の組成物または溶剤系の組成物に対して、正極合材層に含有され得るものを好ましく用いることができる。かかる結着材は、結着材として用いられる他に、負極合材層形成用組成物の増粘材その他の添加材として使用されることもあり得る。負極合材層に占めるこれら添加材の割合は特に限定されないが、凡そ０．８質量％〜１０質量％（例えば凡そ１質量％〜５質量％、典型的には１質量％〜３質量％）であり得る。

負極集電体上への負極合材層の単位面積当たりの目付量（負極合材層形成用組成物の固形分換算の塗付量）は特に限定されるものではないが、充分な導電経路（導電パス）を確保する観点から、負極集電体の片面当たり２ｍｇ／ｃｍ^２以上（例えば５ｍｇ／ｃｍ^２以上、典型的には８ｍｇ／ｃｍ^２以上）であり、４０ｍｇ／ｃｍ^２以下（例えば２５ｍｇ／ｃｍ^２以下、典型的には１８ｍｇ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましい。また、負極合材層の厚さは、負極集電体の片面当たり２０μｍ以上（例えば４０μｍ以上、典型的には５０μｍ以上）であり、１００μｍ以下（例えば８０μｍ以下、典型的には７０μｍ以下）とすることが好ましい。負極合材層の密度も特に限定されないが、０．８ｇ／ｃｍ^３〜３．０ｇ／ｃｍ^３（例えば１．２ｇ／ｃｍ^３〜２．０ｇ／ｃｍ^３、典型的には１．３ｇ／ｃｍ^３〜１．５ｇ／ｃｍ^３）とすることが好ましい。電池特性を高いレベルに維持しながら、過充電時のガス発生量を増大させる効果をより高める観点から、上述の指標表面積ＳＡ_Ｘは、上記負極合材層の目付量、厚さおよび密度のうちの少なくとも１つ（好ましくは密度、より好ましくは密度と、目付量および厚さのいずれか一方、最も好ましくは目付量、厚さおよび密度のすべて）が上記の範囲内であることを満たすリチウムイオン二次電池に適用されることが特に好ましい。

また、負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×負極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）は０．０４０２〜０．０６０２を満たす。ＳＡ_Ｘは、過充電状態におけるガス発生量を増大する観点から、０．０４７５ｍ^２以上（典型的には０．０５１１ｍ^２以上）であることが好ましい。また、容量維持率の低下を抑制する観点から０．０５１１ｍ^２以下（典型的には０．０４７５ｍ^２以下）であることが好ましい。ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）は、式：ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）＝負極合材層の目付量（ｇ／ｃｍ^２）×負極活物質の含有割合×負極活物質の比表面積（ｍ^２／ｇ）；から求められる。ＳＡ_Ｘは、比表面積が凡そ１ｍ^２／ｇ〜１０ｍ^２／ｇ（例えば１．５ｍ^２／ｇ〜７．３ｍ^２／ｇ、典型的には２．０ｍ^２／ｇ〜４．２ｍ^２／ｇ）の負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池に適用されることが特に好ましい。あるいは上記比表面積は２．５ｍ^２／ｇ〜３．６ｍ^２／ｇであることもまた好ましい。負極活物質の比表面積は、ＢＥＴ比表面積を採用するものとする。

上述したような負極の作製方法は特に限定されず、従来公知の方法を適宜採用することができる。例えば以下の方法によって作製することができる。まず、負極活物質を、結着材等とともに上記適当な溶媒（水系溶媒、有機溶媒またはこれらの混合溶媒）で混合して、ペースト状またはスラリー状の負極合材層形成用組成物を調製する。こうして調製した上記組成物を負極集電体に塗付し、乾燥により溶媒を揮発させた後、圧縮（プレス）する。これによって上記組成物を用いて形成された負極合材層を負極集電体上に備える負極が得られる。なお、混合、塗付、乾燥および圧縮方法は、上述の正極の製造方法と同様に従来公知の手段を用いることができる。

セパレータ（セパレータシート）は、正極合材層と負極合材層とを絶縁するとともに、電解質の移動を許容する部材であればよい。セパレータの好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、厚さ５μｍ〜３０μｍ程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらを組み合わせた２層または３層以上の構造を有するポリオレフィン製）多孔質セパレータシートを好適に使用し得る。このセパレータシートには耐熱層が設けられていてもよい。あるいは例えば、正極合材層または負極合材層の表面に形成された絶縁性を有する粒子の層で耐熱層を構成してもよい。絶縁性を有する粒子は、絶縁性を有する無機フィラー（例えば金属酸化物、金属水酸化物等のフィラー）や、絶縁性を有する樹脂粒子（例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の粒子）であってもよい。なお、液状の電解質に代えて、例えば上記電解質にポリマーが添加されたような固体状（ゲル状）電解質を使用する場合には、電解質自体がセパレータとして機能し得るため、セパレータが不要になることがあり得る。

リチウムイオン二次電池に注入される非水電解質を構成する非水溶媒と支持塩は、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解質は、典型的には適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する電解液である。上記非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、１，３−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトンが挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。なかでも、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の混合溶媒が好ましい。

また、上記支持塩としては、例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＩ等のリチウム化合物（リチウム塩）の１種または２種以上を用いることができる。なお、支持塩の濃度は特に限定されないが、凡そ０．１ｍｏｌ／Ｌ〜５ｍｏｌ／Ｌ（例えば０．５ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌ、典型的には０．８ｍｏｌ／Ｌ〜１．５ｍｏｌ／Ｌ）の濃度とすることができる。

非水電解質はまた、ガス発生剤を含み得る。ここで、ガス発生剤とは、非水電解質中に溶解または分散し得る化合物であり、電池が過充電状態になったときに反応し、非水電解質に含まれる非水溶媒の分解より先にガスを発生する化合物をいう。かかるガス発生剤は、電池の稼働電圧では酸化されないが、過充電状態になったときに非水電解質の非水溶媒の酸化分解よりも先に反応（酸化）する。したがって、ガス発生剤の酸化電位（酸化開始電位）は、稼働電圧の最大値に対応した正極の上限電位より高い。また、非水電解質の非水溶媒の酸化電位（酸化開始電位）より低い。上記の観点から、ガス発生剤の酸化電位（ｖｓＬｉ／Ｌｉ^＋）は、正極の上限電位（ｖｓＬｉ／Ｌｉ^＋）より０．１Ｖ以上（例えば０．２Ｖ以上、典型的には０．３Ｖ以上）高いことが好ましい。また、非水溶媒の酸化電位（ｖｓＬｉ／Ｌｉ^＋）より０．１Ｖ以上（例えば０．２Ｖ以上、典型的には０．３Ｖ以上）低いことが好ましい。例えば、正極の上限電位が４．２Ｖ以下（典型的には４．０Ｖ〜４．２Ｖ）の二次電池の場合、ガス発生剤の酸化電位の好適な範囲は、４．３Ｖ以上（例えば４．４Ｖ以上、典型的には４．５Ｖ以上）であり、また５．０Ｖ以下（例えば４．９Ｖ以下、典型的には４．８Ｖ以下）である。

ガス発生剤の好適例としては、例えば分岐状アルキルベンゼン類、シクロアルキルベンゼン類、ビフェニル類、ターフェニル類、ジフェニルエーテル類、ジベンゾフラン類が挙げられる。これらは１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、分岐状アルキルベンゼン類、シクロアルキルベンゼン類、ビフェニル類、ジフェニルエーテル類が好ましく、シクロアルキルベンゼン類、ビフェニル類がさらに好ましい。

分岐状アルキルベンゼン類としては、例えば、炭素数３〜６の分岐状のアルキル基を有する分岐状アルキルベンゼンと、分岐状アルキルベンゼンのハロゲン化物（典型的にはフッ化物）が挙げられる。分岐状アルキルベンゼン類の具体例としては、例えばクメン、ジイソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼン、ｔ−ジブチルベンゼン、ｔ−アミルベンゼン、ｔ−ジアミルベンゼン等の分岐状アルキルベンゼンが挙げられる。シクロアルキルベンゼン類としては、例えば、炭素数３〜６のシクロアルキル基を有するシクロアルキルベンゼンや、該シクロアルキルベンゼンを構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１個が直鎖状もしくは分岐状のアルキル基および／またはハロゲン原子（典型的にはフッ素原子）に置換したアルキル化シクロアルキルベンゼン、シクロアルキルベンゼンのハロゲン化物（典型的にはフッ化物）が挙げられる。直鎖状または分岐状のアルキル基の炭素数は、１〜６個（例えば３個または４個）が好ましい。シクロアルキルベンゼン類の具体例としては、例えばシクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）等のシクロアルキルベンゼン、ｔ−ブチルシクロヘキシルベンゼン等のアルキル化シクロアルキルベンゼン、シクロヘキシルフルオロベンゼン等のシクロアルキルベンゼンの部分フッ化物が挙げられる。ビフェニル類としては、ビフェニル（ＢＰ）や、ＢＰを構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１個が直鎖状もしくは分岐状のアルキル基および／またはハロゲン原子（典型的にはフッ素原子）に置換したアルキルビフェニル、ビフェニルのハロゲン化物（典型的にはフッ化物）が挙げられる。ビフェニル類の具体例としては、ＢＰのほか、プロピルビフェニル、ｔ−ブチルビフェニル等のアルキルビフェニル、２−フルオロビフェニル、２，２’−ジフルオロビフェニル、４，４’−ジフルオロビフェニル等のビフェニルの部分フッ化物が挙げられる。ターフェニル類、ジフェニルエーテル類、ジベンゾフラン類としては、ターフェニル、ジフェニルエーテル、ジベンゾフランや、それらを構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１個が直鎖状もしくは分岐状のアルキル基に置換した各アルキル化物（アルキル化ターフェニル、アルキル化ジフェニルエーテル、アルキル化ジベンゾフラン）および／またはハロゲン原子（典型的にはフッ素原子）に置換したターフェニル、ジフェニルエーテル、ジベンゾフランの各ハロゲン化物（典型的にはフッ化物）が挙げられる。ターフェニルは、その一部に水素原子が付加したターフェニルの部分水素化物であってもよい。これらは１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。

リチウムイオン二次電池内におけるガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌ（μｍｏｌ）は、正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×正極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）が０．２４６〜０．７３９を満たすように規定されている。Ｍ_Ｘは、過充電状態におけるガス発生量を増大する観点から０．４９３μｍｏｌ以上（０．７３９μｍｏｌ以上）であることが好ましい。また、電池温度の上昇を避ける観点から０．７３９μｍｏｌ以下とする。Ｍ_Ｘは、非水電解質中のガス発生剤の使用量（添加量）が凡そ１質量％〜１０質量％（例えば１．５質量％〜８質量％、典型的には２質量％〜６質量％）の範囲内であるリチウムイオン二次電池に適用されることが特に好ましい。

このようにして構築されたリチウムイオン二次電池は、各種用途の電池として使用に供される。かかるリチウムイオン二次電池は、上述したように、電池特性を高いレベルに維持しながら、過充電時のガス発生量を増大させることができる。かかるリチウムイオン二次電池は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。したがって、本発明は、図３に模式的に示すように、リチウムイオン二次電池１００（典型的には複数直列接続してなる組電池）を電源として備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供する。

次に、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「部」および「％」は、特に断りがない限り質量基準である。

＜実験１＞
［正極シートの作製］
正極活物質として、Ｌｉ[Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３]Ｏ_２粉末にジルコニウム（Ｚｒ）を０．５％含有させたものを用意した。この正極活物質は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏをそれぞれ含む材料を混合する際にジルコニアを添加して混合した後、Ｌｉとともに焼成することによって得たものである。上記正極活物質と、導電材としてアセチレンブラックと、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、これらの材料の質量比が９３：４：３となるようにＮ−メチル−２−ピロリドンで混合して、ペースト状の正極合材層形成用組成物を調製した。上記正極合材層形成用組成物を、長尺シート状のアルミニウム箔（正極集電体：厚さ１５μｍ）の片面に塗付量が１５ｍｇ／ｃｍ^２（固形分基準）となるように均一に塗付した。上記組成物を乾燥した後、圧縮することによってシート状の正極（正極シート）を作製した。正極合材層の厚さは７５μｍであり、密度は２ｇ／ｃｍ^３であった。

［負極シートの作製］
負極活物質として、８種類の天然黒鉛粉末を用意した。これら８種類の天然黒鉛粉末のＢＥＴ比表面積は、それぞれ１．２ｍ^２／ｇ，１．６ｍ^２／ｇ，１．９ｍ^２／ｇ，２．５ｍ^２／ｇ，２．９ｍ^２／ｇ，３．１ｍ^２／ｇ，３．６ｍ^２／ｇ，４．２ｍ^２／ｇであった。これら天然黒鉛粉末の１種と、結着材としてスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）と、増粘材としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、これらの材料の質量比が９８：１：１となるようにイオン交換水で混合して、ペースト状の負極合材層形成用組成物を調製した。この組成物を、長尺シート状の銅箔（厚さ１０μｍ）の片面に塗付量が８ｍｇ／ｃｍ^２（固形分基準）となるように均一に塗付し、乾燥した後、圧縮することによってシート状の負極（負極シート）を作製した。負極合材層の厚さは５７．５μｍであり、密度は１．４ｇ／ｃｍ^３であった。

［リチウムイオン二次電池の構築］
負極活物質の種類とガス発生剤の含有量を異ならせて合計４０種類のリチウムイオン二次電池を作製した。具体的には、上記のようにして作製した正極シートと負極シートとを、それぞれ合材層形成部分が４．５ｃｍ×６．０ｃｍとなるように切断し、セパレータを介して合材層が対面するように積層し、電極体を作製した。セパレータとしては、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンからなる長尺シート状の三層構造フィルム（厚さ：２０μｍ）を用いた。この電極体を非水電解液とともにラミネートシートに収容した後、封止（密封）して、ラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。非水電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との３：３：４（体積比）混合溶媒に、支持塩として約１ｍｏｌ/ＬのＬｉＰＦ_６を溶解し、さらにシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ、分子量：１６０．２６）を表１に示す濃度で含有させた電解液を用いた。正負の合材層の総面積はともに２７ｃｍ^２であった。注入した非水電解液量は４．０ｇであった。作製した各サンプルの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）と指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）を表１に示す。

［電池セル内のガス発生量測定］
作製した各リチウムイオン二次電池について、アルキメデス法にてセルの体積を測定した。測定後、各リチウムイオン二次電池を過充電状態（４．６Ｖ）まで充電し、再びアルキメデス法にてセルの体積を測定した。過充電後のセルの体積から、過充電前のセルの体積を差し引いて、過充電時におけるガス発生量（ｍＬ）を算出した。なお、アルキメデス法とは、測定対象物（ラミネート型リチウムイオン二次電池）を、媒液（例えば、蒸留水やアルコール等）に浸漬し、測定対象物が受ける浮力を測定することにより、該測定対象物の体積を求める方法である。結果を表１および図４に示す。

＜実験２＞
Ｚｒの含有量を０．２％に変更した他は実験１と同様にして正極シートを作製し、その正極シートを用い、指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）を０．４９３とし、指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）を０．０１６４〜０．０７１２の範囲で異ならせた他は実験１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。また、上記の同様にして、指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）を０．０４０２とし、指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）を０．１２３〜０．８６２の範囲で異ならせたリチウムイオン二次電池を作製した。

［電池セル内のガス発生量測定］
作製した各リチウムイオン二次電池について、実験１と同様にしてガス発生量（ｍＬ）を算出した。結果を表２、表３および図５に示す。なお、表２および図５には、対比のため、実験１においてＣＨＢの濃度が４％の非水電解液を用いたサンプル（Ｍ_Ｘ＝０．４９３μｍｏｌ）の結果も併記した。また、表３には、実験１においてＳＡ_Ｘが０．０４０２ｍ^２のサンプルの結果も併記した。

［容量維持率］
作製した各リチウムイオン二次電池について、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を１００％の状態に調整した後、温度６０℃の環境に３０日間保存した。保存前後の放電容量を、ＳＯＣ０％となるまで０．２ＣのレートでＣＣＣＶ放電させることにより測定し、保存前の放電容量に対する保存後の放電容量から放電容量維持率（％）を算出した。実験１のＣＨＢの濃度が４％の非水電解液を用いたサンプル（Ｍ_Ｘ＝０．４９３μｍｏｌ）についても同様の試験を行った。結果を表２および図６に示す。

［電池発熱温度］
作製した各リチウムイオン二次電池を、４．１Ｖ（ＳＯＣ１００％）まで充電し、さらに過充電状態（４．６Ｖ）まで充電した。４．６Ｖに到達した後１０分間放置してから、ラミネートシート表面の中央部の温度を温度計で測定した。実験１のＳＡ_Ｘが０．０４０２ｍ^２のサンプルについても同様の試験を行った。結果を表３および図７に示す。

表１および図４に示されるように、指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘが０．２４６μｍｏｌ以上であり、かつ指標表面積ＳＡ_Ｘが０．０４０２ｍ^２以上のリチウムイオン二次電池サンプルは、過充電状態におけるガス発生量が１１．０ｍＬ以上であった。これに対して、Ｍ_Ｘ０．２４６μｍｏｌ以上とＳＡ_Ｘ０．０４０２ｍ^２以上のいずれかを満たさないサンプルは、ガス発生量が４．６ｍＬ以下であった。この結果から、Ｍ_Ｘが０．２４６μｍｏｌ以上であり、かつＳＡ_Ｘが０．０４０２ｍ^２以上であることにより、ガス発生量が飛躍的に向上することがわかる。また表２および図６に示されるように、ＳＡ_Ｘが０．０６０２ｍ^２以下のサンプルは、容量維持率が８８．９％以上であった。これに対して、ＳＡ_Ｘが０．０６０２ｍ^２を超えるサンプルは、容量維持率が８５．９％以下であった。この結果から、ＳＡ_Ｘが０．０６０２ｍ^２を超えると容量維持率の低下傾向が強くなることがわかる。さらに表３および図７に示されるように、Ｍ_Ｘが０．７３９μｍｏｌ以下のサンプルは、過充電状態における電池の発熱温度が４１．３℃以下であった。これに対して、Ｍ_Ｘが０．７３９μｍｏｌを超えるサンプルは、過充電状態における電池の発熱温度が５５．１℃以上に上昇した。この結果から、Ｍ_Ｘが０．７３９μｍｏｌを超えると発熱温度の上昇傾向が強くなることがわかる。また、０．５％のＺｒを含有する正極活物質を用いたサンプルと、０．２％のＺｒを含有する正極活物質を用いたサンプルでは、表２，表３，図５〜図７に示されるようにガス発生量、容量維持率、電池の発熱温度のいずれについても同様の傾向を示した。この結果から、Ｚｒの含有量の違いによっては、Ｍ_ＸとＳＡ_Ｘの範囲は変わらないことがわかる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれ得る。

１ 自動車（車両）
１０ 正極シート（正極）
１２ 正極集電体
１４ 正極合材層
２０ 負極シート（負極）
２２ 負極集電体
２４ 負極合材層
２５ 非水電解質（非水電解液）
３０ ＣＩＤ
３２ 変形金属板
３３ 湾曲部分
３４ 接続金属板
３５ 集電リード端子
３６ 接合点
３８ 絶縁ケース
４０Ａ，４０Ｂ セパレータ
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
７０ 正極端子
７２ 負極端子
７４ 正極集電板
７６ 負極集電板
８０ 捲回電極体
１００ リチウムイオン二次電池

Claims (6)

1. 正極と負極とを有する電極体と、電池ケースの内圧が上昇することによって作動する電流遮断機構とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
   前記正極が、正極集電体と、該正極集電体の少なくとも一方の表面に形成され、正極活物質を主成分とする正極合材層とを備えており、
   前記負極が、負極集電体と、該負極集電体の少なくとも一方の表面に形成され、負極活物質を主成分とする負極合材層とを備えており、
   前記正極活物質が、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素とＺｒとを含むリチウム遷移金属複合酸化物であり、
   前記リチウムイオン二次電池に含まれる非水電解質が、ガス発生剤を含み、
   前記リチウムイオン二次電池内における前記ガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌ（μｍｏｌ）は、前記正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該正極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）が０．２４６〜０．７３９を満たすように規定されており、
   前記負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該負極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が０．０４０２〜０．０６０２を満たす、リチウムイオン二次電池。
2. 前記正極合材層の密度が１．２ｇ／ｃｍ^３〜３．３ｇ／ｃｍ^３であり、前記負極合材層の密度が１．２ｇ／ｃｍ^３〜２．０ｇ／ｃｍ^３である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
3. 前記負極活物質の比表面積が２．０ｍ^２／ｇ〜４．２ｍ^２／ｇである、請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池。
4. 前記ガス発生剤がシクロヘキシルベンゼンおよび／またはビフェニルである、請求項１から３のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
5. リチウムイオン二次電池を製造する方法であって、
   正極集電体の少なくとも一方の表面に、正極活物質を主成分とする正極合材層を形成して正極を構築すること、
   負極集電体の少なくとも一方の表面に、負極活物質を主成分とする負極合材層を形成して負極を構築すること、
   前記正極と前記負極を用いて電極体を構築すること、
   電池ケースに前記電極体を収容してリチウムイオン二次電池を構築すること、
   ガス発生剤を含む非水電解質を前記電極体に供給すること、
   前記電池ケースの内圧が上昇することによって作動する電流遮断機構を設けること、
   を包含し、
   前記正極活物質として、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素とＺｒを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いること、
   前記リチウムイオン二次電池内における前記ガス発生剤の総モル量Ｍ_ａｌｌ（μｍｏｌ）を、前記正極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該正極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標ガス発生剤モル量Ｍ_Ｘ（μｍｏｌ）が０．２４６〜０．７３９を満たすように規定すること、
   前記負極合材層の単位面積（ｃｍ^２）×該負極合材層の厚さ（μｍ）当たりの指標表面積ＳＡ_Ｘ（ｍ^２）が０．０４０２〜０．０６０２を満たすことを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法。
6. 請求項１から４のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池を備える車両。

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