JP2014116326A - 非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2014116326A
JP2014116326A JP2014032296A JP2014032296A JP2014116326A JP 2014116326 A JP2014116326 A JP 2014116326A JP 2014032296 A JP2014032296 A JP 2014032296A JP 2014032296 A JP2014032296 A JP 2014032296A JP 2014116326 A JP2014116326 A JP 2014116326A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound
group
negative electrode
nonaqueous electrolyte
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2014032296A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirotaka Inagaki
浩貴 稲垣
Norio Takami
則雄 高見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014032296A priority Critical patent/JP2014116326A/ja
Publication of JP2014116326A publication Critical patent/JP2014116326A/ja
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

【課題】リチウム吸蔵放出電位が高い負極活物質を用いた非水電解質電池の自己放電を抑制し、良好な出入力性能が維持される非水電解質電池を提供する。
【解決手段】正極と、リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vsLi/Li+)以上である負極活物質を含む負極と、２０℃、１気圧で液体の非水電解質を含み、前記非水電解質が、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物、化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物、非水溶媒及び電解質を含む非水電解質電池。
Figure 2014116326

［R1〜R3はそれぞれＣ１〜１０のアルキル基、Ｃ２〜１０のアルケニル基及びＣ６〜１０のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つ］６は捲回電極群を示し１、２は正極端子、負極端子を示す。
【選択図】図１

Description

本発明は、非水電解質電池に関する。
近年、炭素質物と比較してリチウム吸蔵放出電位が高い、リチウムチタン複合酸化物(約1.56V vs Li/Li+)のような活物質を負極に用いた非水電解質電池が検討されている（特許文献１及び２を参照）。リチウムチタン複合酸化物は、充放電に伴う体積変化が小さいためサイクル特性に優れている。また、リチウムチタン複合酸化物のリチウム吸蔵放出反応は、原理的にリチウム金属が析出し難いため、リチウムチタン複合酸化物を用いた電池は大電流での充放電を繰り返しても性能劣化が小さい。
特許第３８６６７４０号明細書 特開平９−１９９１７９号公報
しかしながら、リチウムチタン複合酸化物のようなリチウム吸蔵放出電位の高い材料を負極活物質に用いた電池は、貯蔵時の自己放電量が多くなることが分ってきた。これは、負極表面に安定な被膜が形成され難く、僅かではあるが非水電解質の分解反応が継続的に生じるためと考えられる。
本発明は、リチウム吸蔵放出電位が高い材料、特に１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴な電位でリチウムを吸蔵放出する負極活物質を用いた非水電解質電池の自己放電を抑制し、良好な出入力性能が維持される非水電解質電池を提供することを目的とする。
本発明の第１態様によると、正極と、リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴である負極活物質を含む負極と、２０℃、１気圧で液体の非水電解質を含み、前記非水電解質が、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物、化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物、非水溶媒及び電解質を含むことを特徴とする、非水電解質電池が提供される。
Figure 2014116326
ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
本発明の第２態様によると、正極と、リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴である負極活物質を含む負極と、常温で液体の非水電解質を含み、前記非水電解質が、非水溶媒、電解質、及び化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物を含み、前記負極の表面にイソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む皮膜が形成されていることを特徴とする非水電解質電池が提供される。
Figure 2014116326
ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
本発明によれば、リチウム吸蔵放出電位が高い材料を負極活物質に用いた非水電解質電池における自己放電の抑制が可能であり、さらに電池抵抗を低下させることが可能である。よって、良好な出入力性能を有する非水電解質電池を提供することができる。
一つの態様における扁平型非水電解質二次電池の断面模式図である。 図１のＡ部の拡大断面図である。 他の態様における非水電解質二次電池の断面模式図である。 図３のＢ部の断面模式図である。 電池パックの分解斜視図である。 電池パックの電気回路を示すブロック図である。
リチウムチタン複合酸化物のようなリチウム吸蔵放出電位が高い材料を用いた非水電解質電池は、炭素質物を負極に用いた非水電解質電池よりも自己放電が増加する。この自己放電は、負極活物質に安定な被膜が形成され難いため、非水電解質の分解反応が継続的に生じることが原因であると考えられる。そのような場合、負極活物質のみでなく、負極導電剤にも安定な被膜が形成され難いため、負極層の比表面積が増大するほどその影響が大きくなると考えられる。
また、電池内部に水分が含まれると、この水分と非水電解質に含まれるLiBF4やLiPF6などのリチウム塩とが反応してフッ酸が生じる。このフッ酸は、電池の構成部材を溶解し、電池性能を劣化させる。特に、正極の活物質中に遷移金属元素が含まれる場合、フッ酸はその遷移金属元素を溶解させる。溶解された遷移金属元素は、負極表面に析出し、電池抵抗を増加させる。
非水電解質電池には、構成部材に由来するか、又は製造工程で不可避な水分が電池内部に含まれる。リチウムチタン複合酸化物は-OH基が付き易いため、リチウムチタン複合酸化物を用いた電池は特に水分を含みやすい。このため、電池抵抗の増加が顕著になる。また、リチウムチタン複合酸化物の比表面積が大きくなるに従って、吸着水分量も増大するため、比表面積が増大するほどその影響も大きくなる。
非水電解質電池に含まれる水分を除去する方法として、従来、活性アルミナなどを添加し、物理的に水分を吸着する方法が提案されている。しかしこのような方法は、水分除去効果が薄く、また、高温では吸着した水分を再び放出するという問題がある。
そこで本発明者らは鋭意研究した結果、リチウムチタン複合酸化物のようなリチウム吸蔵放出電位が高い材料と常温（２０℃）１気圧で液体の非水電解質を用いた電池において、非水電解質に、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物と、下記の化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物を添加することにより、自己放電を大幅に抑制すると共に、電池抵抗を低下させることが可能であることを見出した。
Figure 2014116326
ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
イソシアナト基を有する化合物（以降、「イソシアナト化合物」と称する）は、下式（Ａ）に示すように水と速やかに反応する。
−ＮＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ → −ＮＨ2 ＋ ＣＯ2 (A)
非水電解質に添加されたイソシアナト化合物は、初回充電時に、その一部が（Ａ）に示したようにアミノ基を有する化合物（以降、「アミノ化合物」と称する）に転換される。式（Ａ）の反応によって生成されたアミノ化合物は、電池内部で安定に存在する。その一部は非水電解質中に溶解し、一部は負極表面に薄く緻密な被膜を形成する。このアミノ化合物による皮膜は極めて安定であり、負極の表面において生じる負極活物質と非水電解質との反応を抑制することが可能である。
イソシアナト化合物の還元電位は、凡そ０．９Ｖ(vs. Li/Li+)であるため、本発明は、１．０Ｖ(vs. Li/Li+)以上貴な電位でリチウムを吸蔵放出する負極活物質を用いた場合に有効である。よって、従来の炭素負極を用いた場合には、本発明による効果は得られない。仮に、従来の炭素負極を用いた電池にイソシアナト化合物を添加した場合には、初回充電時にイソシアナト化合物がほぼ完全に還元分解される。この還元分解による副生成物は、負極表面を過度に汚染し、充放電サイクル性能や大電流性能などの電池性能を著しく低下させる。
しかしながら、１．０Ｖ(vs. Li/Li+)以上貴な電位でリチウムを吸蔵放出する負極活物質を用いた場合であっても、イソシアナト化合物を添加した場合に電池抵抗はわずかに増加する。車載用など高出入力特性が必要とされる場合には、この抵抗増加は大きな問題となる。
しかし、このイソシアナト化合物と共に、化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物を添加することにより、電池抵抗を低下させることが可能である。第１の化合物は、下式（Ｂ）に示すように水と反応して分解生成物を生じる。
Figure 2014116326
また、第１の化合物は、下式（Ｃ）に示すようにフッ酸と反応して分解生成物を生じる。
Figure 2014116326
第１の化合物は、式（Ｂ）で示したように水と速やかに反応するため、非水電解質中の水分を除去する効果を有し、また、式（Ｃ）で示したようにフッ酸をトラップすることによる効果を有すると期待される。これらの効果は、いずれも電池の長寿命化に寄与するものである。第１の化合物を添加することにより、電池抵抗が低下するメカニズムは定かではないが、上記のアミノ化合物により形成される被膜に第１の化合物又は上記式（Ｂ）及び（Ｃ）に示したような分解生成物が介在することにより、より抵抗が低く安定な皮膜が形成されるものと考えられる。
このように、第１の化合物を添加することにより、イソシアナト化合物を単独で加えた電池よりも電池抵抗を小さくすることができる。なお、第１の化合物を添加した場合の電池抵抗は、イソシアナト化合物を添加しない電池の電池抵抗よりも小さい。
本発明の実施形態に従って、非水電解質に第１の化合物とイソシアナト基を有する化合物を添加することにより、非水電解質中の水分が除去されるとともに、負極に安定な皮膜が形成される。その際、過剰な被膜は形成されず、高い出入力性能が維持される。
負極に安定な皮膜が形成されることにより、負極と非水電解質との反応による自己放電を抑制することができる。負極上に形成された皮膜は、抵抗が小さく、得られる電池は良好な大電流特性を示す。
なお、イソシアナト化合物とともにアミノ化合物を添加してもよく、また、イソシアナト化合物の代わりにアミノ化合物を添加してもよい。イソシアナト化合物の代わりにアミノ化合物を添加した場合、水分を除去する効果は得られないが、安定な皮膜が形成されることにより自己放電を抑制する効果が得られる。
非水電解質中の第１の化合物の分解生成物は、ガスクロマトグラフィ質量分析法（ＧＣ／ＭＳ）によって検出することができる。負極表面上のイソシアナト化合物及びアミノ化合物は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）によって検出することができる。
検出に供する電解液は、分析する電池を半充電状態（ＳＯＣ５０％）に調整し、アルゴンボックス等の不活性雰囲気中で解体して抽出する。負極は、解体した電池から採取する。負極は電極群の中央部から採取することが好ましい。
ＧＣ／ＭＳは、例えば以下の方法で分析できる。装置には、Agilent製GC/MS（5989B）を用い、測定カラムとしてDB-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）を用いる。電解液は直接分析するほか、アセトン、ＤＭＳＯなどで希釈して測定することもできる。
ＦＴ−ＩＲは、例えば以下の方法で分析できる。装置には、フーリエ変換型FTIR 装置 ：FTS-60A（BioRad Digilab 社製）を用いる。測定条件として、光源：特殊セラミックス、検出器：DTGS、波数分解能：4 cm-1、積算回数：256 回、リファレンス：金蒸着フィルムとし、付属装置として、拡散反射測定装置（PIKE Technologies 社製）などを適用することができる。
なお、正極活物質に遷移金属元素が含まれる場合のみでなく、遷移金属元素が含まれない場合であっても、負極と非水電解質との反応によって生じるガスを抑制する効果、及び、負極表面に安定被膜を形成する効果を得ることができる。その結果、大電流放電特性の向上と自己放電の抑制の効果を得ることができる。
本発明の実施形態に係る非水電解質電池は、負極、非水電解質、正極、セパレータ、外装材、正極端子、負極端子を含む。
以下に、本発明の実施形態に係る非水電解質電池について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
図１は、非水電解質電池の一例である、扁平型非水電解質電池の断面図である。図２は図１のＡ部の拡大断面図である。なお、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。
扁平状の捲回電極群６は、２枚の樹脂層の間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる袋状外装材７内に収納されている。扁平状の捲回電極群６は、外側から負極４、セパレータ５、正極３、セパレータ５の順で積層した積層物を渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成される。
負極４は、負極集電体４ａと負極層４ｂから構成される。最外層の負極４は、図２に示すように負極集電体４ａの内面側の片面に負極層４ｂを形成した構成を有する。その他の負極４は、負極集電体４ａの両面に負極層４ｂが形成されている。
正極３は、正極集電体３ａの両面に正極層３ｂが形成されている。
捲回電極群６の外周端近傍において、負極端子２は最外層の負極４の負極集電体４ａに接続され、正極端子１は内側の正極３の正極集電体３ａに接続されている。これらの負極端子２及び正極端子１は、袋状外装材７の開口部から外部に延出されている。非水電解質は、例えば、袋状外装材７の開口部から注入される。袋状外装材７の開口部を負極端子２及び正極端子１を挟んでヒートシールすることにより捲回電極群６及び非水電解質を完全密封している。
以下、負極、非水電解質、正極、セパレータ、外装材、正極端子、負極端子について詳細に説明する。
１）負極
負極は、集電体と、該集電体の片面若しくは両面に形成された活物質を含む負極層（負極活物質含有層）とを含む。負極層には、導電剤及び結着剤が含まれてよい。
負極活物質としては、リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs. Li/Li+)であるか、１．０Ｖ(vs. Li/Li+)よりも貴である負極活物質が用いられる。負極活物質に、イソシアナト化合物及びアミノ化合物の分解電位よりも卑な電位、例えば、１．０Ｖ(vs. Li/Li+)よりも卑な電位でリチウムを吸蔵する炭素質物などを用いた場合には、イソシアナト化合物又はアミノ化合物が過度に還元分解されて、負極表面に抵抗の高い皮膜を過剰に形成し、電池性能を著しく低下させる。また、これら化合物自身の過度な分解反応によって多量のガスを発生させ、電池を変形させてしまう。
負極活物質は、電池電圧を高くするためにリチウム吸蔵放出電位が３Ｖ(vs. Li/Li+)よりも卑であることが好ましい。
リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs. Li/Li+)以上貴な負極活物質は、リチウムチタン複合酸化物であることが好ましい。リチウムチタン複合酸化物は、１．５６Ｖ(vs. Li/Li+)近傍でリチウムを吸蔵するため、非水電解質に添加するイソシアナト化合物が過度に還元分解されることがなく、また、アミノ化合物の分解も抑制される。
リチウムチタン複合酸化物の例には、例えば、Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12（０≦ｘ≦３）及びＬｉ2+yＴｉ3Ｏ7（ｙは０≦ｙ≦３）のようなリチウムチタン酸化物、リチウムチタン酸化物の構成元素の一部を異種元素で置換したリチウムチタン複合酸化物が含まれる。
負極活物質の他の例には、リチウム吸蔵放出電位が１〜２Ｖ(vs. Li/Li+)である、ＬｉｘＮｂ２Ｏ５（０≦ｘ≦２）及びＬｉｘＮｂＯ３（０≦ｘ≦１）のようなリチウム二オブ複合酸化物、リチウム吸蔵放出電位が２〜３Ｖ(vs. Li/Li+)であるＬｉｘＭｏＯ３（０≦ｘ≦１）のようなリチウムモリブデン複合酸化物、リチウム吸蔵放出電位が１．８Ｖ(vs. Li/Li+)であるＬｉｘＦｅＳ２（０≦ｘ≦４）のようなリチウム鉄複合硫化物等が含まれる。
また、負極活物質として、ＴｉＯ2のようなチタン酸化物、又は、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する金属複合酸化物を用いることもできる。これらの酸化物は、初回の充電時にリチウムを吸蔵してリチウムチタン複合酸化物となる。ＴｉＯ2は、単斜晶系β型（ブロンズ型、或いはＴｉＯ２（Ｂ）とも言われる）或いはアナターゼ型で熱処理温度が３００〜５００℃の低結晶性のものが好ましい。
ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物の例には、例えば、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＳｎＯ2、ＴｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）が含まれる。この金属複合酸化物は、結晶相とアモルファス相が共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能が大幅に向上することができる。
負極活物質には、上記で挙げられた活物質を単独で用いてもよいが、混合して用いてもよい。
負極活物質の平均一次粒径は１μｍ以下にすることが望ましい。また、平均一次粒径を０．００１μｍ以上にすることによって、非水電解質の分布の偏りを少なくすることができるため、正極での非水電解質の枯渇を抑制することができる。よって、その平均一次粒径の下限値は、０．００１μｍ以上であることが好ましい。
負極活物質は、その平均一次粒径が１μｍ以下で、かつＮ2吸着によるＢＥＴ法での比表面積が５〜５０ｍ2／ｇの範囲であることが望ましい。これにより、非水電解質の含浸性を高めることが可能となる。
本発明の効果は、負極活物質の比表面積が大きくなるほど高い効果を示す。これはリチウムチタン複合酸化物と水との親和力が高く、比表面積が大きいほど、多くの水分をセル内に持ち込むためである。
負極の気孔率（集電体を除く）は、２０〜５０％の範囲にすることが望ましい。これにより、負極と非水電解質との親和性に優れ、かつ高密度な負極を得ることができる。気孔率は２５〜４０％の範囲であることがより好ましい。
負極の密度は、１．８ｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。これにより、気孔率を上記の範囲内にすることができる。負極密度のより好ましい範囲は、１．８〜２．５ｇ／ｃｃである。
負極集電体は、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔であることが好ましい。負極集電体は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、集電体の強度を飛躍的に増大させることができるため、負極を高いプレス圧で高密度化することが可能となり、電池容量を増大させることができる。また、高温環境下（４０℃以上）における過放電サイクルでの負極集電体の溶解及び腐食による劣化を防ぐことができるため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。平均結晶粒径のより好ましい範囲は３０μｍ以下であり、更に好ましい範囲は５μｍ以下である。
平均結晶粒径は次のようにして求められる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、１ｍｍ×１ｍｍ内に存在する結晶粒の数ｎを求める。このｎを用いてＳ＝１ｘ１０6／ｎ（μｍ2）から平均結晶粒子面積Ｓを求める。得られたＳの値から下記（Ｃ）式により平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。
ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 (C)
前記平均結晶粒子径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径（直径）は、製造工程の中で、前記諸因子を組み合わせて調整される。
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１質量％以下にすることが好ましい。
負極活物質含有層には導電剤を含有させることができる。導電剤としては、例えば、炭素材料、アルミニウム粉末のような金属粉末、ＴｉＯなどの導電性セラミックスを用いることができる。炭素材料の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、及び黒鉛が含まれる。より好ましくは、熱処理温度が８００〜２０００℃である、平均粒子径１０μｍ以下のコークス、黒鉛、ＴｉＯの粉末、及び、平均粒子径１μｍ以下の炭素繊維が用いられる。炭素材料のＮ2吸着によるＢＥＴ比表面積は１０ｍ2／ｇ以上が好ましい。
負極活物質含有層には結着剤を含有させることができる。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム、及び、コアシェルバインダーが含まれる。
負極活物質、負極導電剤及び結着剤の配合比については、負極活物質は７０質量％以上９６質量％以下、負極導電剤は２質量％以上２８質量％以下、結着剤は２質量％以上２８質量％以下の範囲にすることが好ましい。負極導電剤量を２質量％以上にすることにより、負極活物質含有層の集電性能を向上させることができ、非水電解質電池の大電流特性を向上させることができる。また、結着剤量を２質量％以上にすることにより、負極活物質含有層と負極集電体の結着性が十分となり、高いサイクル特性が得られる。一方、高容量化の観点から、負極導電剤及び結着剤は各々２８質量％以下であることが好ましい。
負極は、例えば、負極活物質、負極導電剤及び結着剤を汎用されている溶媒に懸濁し作製したスラリーを、負極集電体に塗布し、乾燥し、負極活物質含有層を作製した後、プレスを施すことにより作製される。
２）非水電解質
本発明の実施形態で用いられる非水電解質は、電解質を非水溶媒に溶解することにより調製される常温（２０℃）及び１気圧で液体の非水電解質である。例えば、非水電解液を用いることができる。常温で液体の非水電解質中では、上記のようにアミノ化合物により負極表面に皮膜が形成される。
電解質は０．５ｍｏｌ／Ｌ以上２．５ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度で非水溶媒に溶解することが好ましい。
本発明の実施形態において、非水電解質には、化学式(I)で表記される官能基を有する第１の化合物と、イソシアナト化合物及び／又はアミノ化合物が添加される。これらの化合物は、固体である場合は非水溶媒に溶解させ、液体である場合は非水溶媒と混合させればよい。
Figure 2014116326
ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
第１の化合物は、化学式(I)で表わされる官能基を３個、２個又は１個有する化合物である。好ましくは、第１の化合物は、リン酸化合物又はホウ酸化合物であり、特にリン酸化合物が好ましい。リン酸化合物及びホウ酸化合物は、非水電解質中に添加された後、還元分解されてリン酸リチウム及びホウ酸リチウムを生成する。これらの化合物は負極表面で安定化し、良質な皮膜の形成に寄与することができる。
リン酸化合物は、リン酸シリルエステルであることが好ましく、例えば、以下の化学式(VI)で表されるトリス（トリメチルシリル）フォスフェート（ＴＭＳＰ）を用いることができる。
Figure 2014116326
非水電解質に添加されたトリス（トリメチルシリル）フォスフェートは、分解してフルオロトリメチルシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＦ）を生成する。よって、添加される第１の化合物として、フルオロトリメチルシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＦ）を用いることもできる。
なお、ホウ酸化合物として例えばトリス（トリメチルシリル）ボレートを用いた場合も、同様に分解してフルオロトリメチルシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＦ）が生成される。
上記化学式(I)で表される官能基を３個有する第１の化合物の例には、トリス（トリメチルシリル）フォスフェート、トリス（トリエチルシリル）フォスフェート、及び、トリス（ビニルジメチルシリル）フォスフェート、トリス（トリメチルシリル）ボレート、トリス（トリエチルシリル）ボレートが含まれる。特にトリス（トリメチルシリル）フォスフェートが好ましく用いられる。
上記官能基を２個有する第１の化合物の例には、ビス（トリメチルシリル）メチルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）エチルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）−ｎ−プロピルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）−ｉ−プロピルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）−ｎ−ブチルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）トリクロロエチルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）トリフルオロエチルフォスフェート、ビス（トリメチルシリル）ペンタフルオロプロピルフォスフェート、及びビス（トリメチルシリル）フェニルフォスフェートが含まれる。
上記官能基を１個有する第１の化合物の例には、ジメチルトリメチルシリルフォスフェート、ジエチルトリメチルシリルフォスフェート、ジ−ｎ−プロピルトリメチルシリルフォスフェート、ジ−ｉ−プロピルトリメチルシリルフォスフェート、ジ−ｎ−ブチルトリメチルシリルフォスフェート、ビス（トリクロロエチル）トリメチルシリルフォスフェート、ビス（トリフルオロエチル）トリメチルシリルフォスフェート、ビス（ペンタフルオロプロピル）トリメチルシリルフォスフェート、及びジフェニルトリメチルシリルフォスフェートが含まれる。
第１の化合物として、上記に挙げられた化合物を単独で添加してもよいが、複数を組合せて添加してもよい。
イソシアナト化合物は、イソシアナト基を有する化合物であれば何れのものでもよい。環状有機化合物であっても良いが、環境に対する影響も考慮すると鎖状有機化合物が望ましい。また、以下の化学式(II)又は(III)で表されるイソシアナト化合物が、脱水効果がより大きいために好ましい。
Ｒ−ＮＣＯ (II)
ＮＣＯ−Ｒ−ＮＣＯ (III)
ここで、Ｒは炭素数１〜１０の鎖状炭化水素を表す。
イソシアナト化合物の分子量が小さい程、少ない添加量で大きな効果を得ることができる。添加量が小さい方が、電導度のような非水電解質の性質を変化させる虞が少ない。従って、上式(II)及び(III)におけるＲは、炭素数１以上８以下の鎖状炭化水素であることがより好ましい。また、イソシアナト化合物は、化学式(III)で表される化合物であることがより好ましい。イソシアナト基を２つ有することにより、水分除去効果が２倍になるためである。より水分除去効果が高い化合物を用いることにより、セル内の水分量が増えた場合であっても十分に水分を除去することができる。
イソシアナト化合物の例には、１，２−ジイソシアナトエタン、１，３−ジイソシアナトプロパン、１，４−ジイソシアナトブタン、１，５−ジイソシアナトペンタン、１，６−ジイソシアナトヘキサン、１，７−ジイソシアナトヘプタン、１，８−ジイソシアナトオクタン、１−イソシアナトヘキサン、１−イソシアナトブタン、エチルイソシアネートが含まれる。最も好ましくは、１，６−ジイソシアナトヘキサンが用いられる。
非水電解質に添加されたイソシアナト化合物は、脱水反応によってアミノ化合物に転換され、このアミノ化合物が負極上に皮膜を形成する。イソシアナト化合物が化学式(II)又は(III)で示される場合、下記の化学式(IV)又は(V)で表されるアミノ化合物が生成する。
Ｒ−ＮＨ2 (IV)
ＮＨ2−Ｒ−ＮＨ2 (V)
ここで、Ｒは炭素数１〜１０の鎖状炭化水素である。
イソシアナト化合物と共にアミノ化合物を添加してもよく、或いはイソシアナト化合物の代わりにアミノ化合物を添加してもよい。
アミノ化合物の例には、１，２−ジアミノエタン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、１，６−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、１，８−ジアミノオクタン、１−アミノヘキサン、１−アミノブタン、エチルアミンが含まれる。
非水電解質中において、第１の化合物は、イソシアナト化合物の分解電位よりも貴な電位で僅かに反応する。そのため、イソシアナト化合物の過剰な分解を抑制する効果を有すると考えられる。すなわち、皮膜の形成がイソシアナト化合物の分解反応に優先して起こると考えられる。この皮膜は、電荷移動抵抗が小さく、リチウムイオンをスムーズに負極内部に吸蔵放出させることを可能とし、その結果、電池の初期抵抗を小さくすると考えられる。
第１の化合物の含有量は、非水電解質の総質量に対して０．０５質量％以上であることが好ましい。０．０５質量％以上添加することによって、抵抗抑制効果を得ることができる。第１の化合物の含有量が多いほど、抵抗抑制効果が大きくなる。第１の化合物の含有量は、非水電解質の総質量に対して０．１質量％以上であることがより好ましい。一方で、第１の化合物は電導度が低いため、過剰に添加すると電池の大電流性能が低下する虞がある。よって、第１の化合物の含有量は非水電解質の総質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下の範囲であることがより好ましい。
イソシアナト化合物の含有量は、非水電解質の調製時に、非水電解質の総質量に対して０．０５〜２質量％の範囲であることが好ましく、０．１〜１質量％の範囲であることがより好ましい。イソシアナト化合物を０．０５質量％以上添加することにより、自己放電を抑制する効果を長期間得ることができる。添加量を２質量％以下にすることにより、非水電解質の電導度を低下させることがなく、大電流性能を維持することができる。
また、イソシアナト化合物と共にアミノ化合物を添加する場合、及び、イソシアナト化合物の代わりにアミノ化合物を添加する場合は、その総含有量が調製時の非水電解質の総質量に対して０．０５〜２質量％の範囲であることが好ましい。
なお、イソシアナト化合物の一部は、水分と反応してアミノ化合物に変化する。このアミノ化合物は初充電により負極表面に皮膜を形成する。よって、電池中に存在するイソシアナト化合物とアミノ化合物の合計含有量が、非水電解質総質量に対して、０．０５質量％以上２質量％以下であることが好ましい。
電解質は、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、又は、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2］のようなリチウム塩を用いることができる。電解質は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、ＬｉＢＦ4又はＬｉＰＦ6が最も好ましい。電解質は、１種類を単独で用いてもよく、又は２種類以上を合せて用いてもよい。
非水溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、及びビニレンカーボネートのような環状カーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、及びメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、及びジオキソラン（ＤＯＸ）のような環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）及びジエトエタン（ＤＥＥ）のような鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）又はスルホラン（ＳＬ）を、単独で又は組合せて用いることができる。
好ましくは、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）からなる群のうち、２種以上を混合した混合溶媒が用いられる。さらに好ましくは、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）とその他の溶媒を混合した混合溶媒が用いられる。この理由は以下の通りである。
第一に、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、及びエチレンカーボネートは沸点及び引火点が高く、熱安定性に優れるためである。
第二に、γ−ブチロラクトンは、鎖状カーボネート及び環状カーボネートに比べて還元されやすい。具体的には、γ−ブチロラクトン＞＞＞エチレンカーボネート＞プロピレンカーボネート＞＞ジメチルカーボネート＞メチルエチルカーボネート＞ジエチルカーボネートの順に還元されやすさが低下する。なお、＞の数が多いほど、溶媒間の反応性に差があることを示している。
γ−ブチロラクトンは、非水電解質中で、リチウムチタン複合酸化物の作動電位域において、僅かに還元されて分解する。この分解物がアミノ化合物と相まって、リチウムチタン酸化物の表面に更に安定な皮膜を形成する。これは、上述した混合溶媒についても同様である。よって、還元されやすい溶媒ほど好適に用いられる。
負極表面により良質な皮膜を形成するためには、γ−ブチロラクトンの含有量が非水溶媒に対して４０体積％以上９５体積％以下であることが好ましい。
γ−ブチロラクトンを含む非水電解質は、上述した優れた効果を示すものの、粘度が高く、電極への含浸性が低い。しかしながら、平均粒径が１μｍ以下の負極活物質を用いると、γ−ブチロラクトンを含む非水電解質であっても、非水電解質の含浸をスムーズに行うことが可能である。よって、生産性を向上させると共に、出力特性及び充放電サイクル特性を向上させることが可能となる。
３）正極
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面若しくは両面に担持され、正極活物質及び任意に正極導電剤及び結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。
正極活物質には、酸化物、硫化物、及びポリマーを用いることができる。
酸化物の例には、Ｌｉを吸蔵した二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、及び、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉｘＭｎ2Ｏ4又はＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4、及びＬｉxＣｏＰＯ4等）、硫酸鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が含まれる。ここで、ｘ及びｙは０〜１．２の範囲であることが好ましい。
ポリマーの例には、ポリアニリン及びポリピロールのような導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料が含まれる。その他に、イオウ（Ｓ）及びフッ化カーボンも使用できる。
高い正極電圧が得られる正極活物質の例には、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉxＭｎ2Ｏ4）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-yＣｏyＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、リチウムリン酸鉄（ＬｉxＦｅＰＯ4）、及びリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が含まれる。ここで、ｘ及びｙは０〜１．２の範囲であることが好ましい。
上記のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の組成は、ＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＯ2（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．２、０．１≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．９、０．１≦ｄ≦０．５）であることが好ましい。
正極活物質として、ＬｉＣｏＯ2及びＬｉＭｎ2Ｏ4のようなリチウム遷移金属複合酸化物を用いた場合は、イソシアナト化合物が極僅かに酸化分解し、正極表面を汚染することがある。この場合、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉ及びＧａの少なくとも１種の元素の酸化物により、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部又は全部を被覆することが好ましい。これにより、非水電解質にイソシアナト化合物が含まれる場合であっても、正極活物質表面での非水電解質の酸化分解を抑制することができる。よって、正極表面の汚染を軽減することができ、より長寿命の非水電解質電池が得られる。
被覆に用いられる酸化物には、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｒＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、又はＧａ2Ｏ3を使用することができる。酸化物は、これに限定されないが、リチウム遷移金属複合酸化物の量に対して０．１〜１５質量％含まれることが好ましく、０．３〜５質量％含まれることがより好ましい。被覆に用いられる酸化物を０．１質量％以上にすることにより、リチウム遷移金属複合酸化物の表面での非水電解質の酸化分解を抑制することができる。また、酸化物を１５質量％以下にすることにより、高容量なリチウムイオン電池を実現することができる。
また、リチウム遷移金属複合酸化物中には、上記のような被覆に用いられる酸化物の付着したリチウム遷移金属複合酸化物粒子と、これらの酸化物の付着していないリチウム遷移金属複合酸化物粒子が含まれてもよい。
被覆に用いられる酸化物は、ＭｇＯ、ＺｒＯ2又はＢ2Ｏ3であることが好ましい。これらの酸化物が付着したリチウム遷移金属複合酸化物を、リチウムイオン電池の正極活物質として用いることにより、充電電圧をより高く（例えば、４．４Ｖ以上）まで上昇させることができ、充放電サイクル特性を改善することができる。
リチウム遷移金属複合酸化物の組成は、その他の避けられない不純物を含んでいてもよい。
リチウム遷移金属複合酸化物の被覆は、以下のように行うことができる。まず、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子に、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉ、Ｇａの少なくとも１種の元素Ｍのイオンを含有する水溶液を含浸させる。得られた含浸リチウム遷移金属複合酸化物粒子を焼成することにより、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉ、Ｇａの少なくとも１種の元素Ｍの酸化物で被覆されたリチウム遷移金属複合酸化物粒子を得ることができる。
含浸に用いる水溶液の形態としては、焼成後にリチウム遷移金属複合酸化物の表面にＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉ、Ｇａの少なくとも１種の元素Ｍの酸化物が付着することを可能にするものであれば特に限定されず、適切な形態のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉ、Ｇａを含む水溶液を用いることができる。これらの金属（ホウ素を含む）の形態は、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉ及びＧａから選択される少なくとも１つの元素のオキシ硝酸塩、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物あるいは酸などであってよい。
前述の通り、被覆に用いられる酸化物は、ＭｇＯ、ＺｒＯ2又はＢ2Ｏ3であることが好ましいため、元素ＭのイオンはＭｇイオン、Ｚｒイオン又はＢイオンであることがより好ましい。元素Ｍのイオンを含む水溶液としては、例えば、Ｍｇ（ＮＯ3）2水溶液、ＺｒＯ（ＮＯ3）2水溶液、ＺｒＣＯ4・ＺｒＯ2・８Ｈ2Ｏ水溶液、Ｚｒ（ＳＯ4）2水溶液又はＨ3ＢＯ3水溶液がより好ましく、中でも、Ｍｇ（ＮＯ3）2水溶液、ＺｒＯ（ＮＯ3）2水溶液又はＨ3ＢＯ3水溶液が最も好ましい。
元素Ｍのイオン水溶液の濃度は、特に限定されないが、飽和溶液が好ましい。飽和溶液を用いることにより、含浸工程において溶液の体積を小さくできる。
元素Ｍのイオンの水溶液中における形態は、Ｍ元素単体からなるイオンのみならず、他の元素と結合しているイオンの状態であってよい。ホウ素を例にあげると、例えばＢ（ＯＨ）4 -であってよい。
含浸工程における、リチウム遷移金属複合酸化物と元素Ｍのイオン水溶液との質量比は、特に限定されず、製造しようとするリチウム遷移金属複合酸化物の組成に応じた質量比とすればよい。含浸時間については、含浸が充分に行われる時間であればよく、また、含浸温度についても特に限定はされない。
焼成の温度及び時間は、適宜決定することができるが、好ましくは４００〜８００℃で１〜５時間、特に好ましくは６００℃で３時間である。また焼成は、酸素気流下又は大気中にて行ってもよい。また、含浸後の粒子をそのまま焼成してもよいが、混合物中の水分を除去するために、該粒子を焼成前に乾燥させることが好ましい。ここで乾燥は、通常知られている方法により行うことができ、例えばオーブン内加熱、熱風乾燥などを単独又は組み合わせて行うことができる。また、乾燥の際には、酸素又は空気などの雰囲気下で行うことが好ましい。
このようにして得られた、被覆されたリチウム遷移金属複合酸化物は、必要に応じて粉砕してもよい。
正極活物質の一次粒子径は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍ以上であると、工業生産上扱いやすい。１μｍ以下であると、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることができる。
正極活物質の比表面積は、０．１ｍ2／ｇ以上１０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。０．１ｍ2／ｇ以上であると、リチウムイオンの吸蔵放出サイトを十分に確保できる。１０ｍ2／ｇ以下であると、工業生産上扱いやすく、良好な充放電サイクル性能を確保できる。
集電性能を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための正極導電剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、及び黒鉛のような炭素質物を用いることができる。
正極活物質と正極導電剤を結着させるための結着剤は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、及びフッ素系ゴムを用いることができる。
正極活物質、正極導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質が８０質量％以上９５質量％以下、正極導電剤が３質量％以上１８質量％以下、結着剤が２質量％以上１７質量％以下の範囲であることが好ましい。正極導電剤は、３質量％以上であることにより上述した効果を発揮することができ、１８質量％以下であることにより、高温保存下での正極導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤は、２質量％以上であることにより十分な電極強度が得られ、１７質量％以下であることにより、電極の絶縁体の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
正極は、例えば、正極活物質、正極導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、正極集電体に塗布し、乾燥し、正極活物質含有層を形成した後、プレスを施すことにより作製することができる。その他、正極活物質、正極導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、正極活物質含有層として用いても良い。
前記正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましく、負極集電体と同様にその平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径が５０μｍ以下であることにより、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。
前記平均結晶粒径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子に複雑に影響され、前記結晶粒径は製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整される。
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１質量％以下にすることが好ましい。
４）セパレータ
セパレータとして、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、又は、合成樹脂製不織布を用いることができる。セルロースは末端に水酸基を持つため、セル内に水分を持ち込みやすい。そのため、特にセルロースを含むセパレータを用いた場合に、本発明の効果がより発揮される。
セパレータは、水銀圧入法による細孔メディアン径が０．１５μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。細孔メディアン径を０．１５μｍ以上にすることにより、セパレータの膜抵抗が小さく、高出力が得られる。また、２．０μｍ以下であると、セパレータのシャットダウンが均等に起こるため、高い安全性が実現できる。その他、毛細管現象による非水電解質の拡散が促進され、その結果、非水電解質の枯渇によるサイクル劣化が防止される。より好ましい範囲は０．１８μｍ以上０．４０μｍ以下である。
セパレータは、水銀圧入法による細孔モード径が０．１２μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。細孔モード径が０．１２μｍ以上であることにより、セパレータの膜抵抗が小さく、高出力が得られ、さらに高温及び高電圧環境下でのセパレータの変質が防止され、高出力が得られる。また、１．０μｍ以下であることにより、セパレータのシャットダウンが均等に起こるため、高い安全性が実現できる。より好ましい範囲は０．１８μｍ以上０．３５μｍ以下である。
セパレータの気孔率は４５％以上７５％以下であることが好ましい。気孔率が４５％以上であることにより、セパレータ中のイオンの絶対量が十分であり高出力が得られる。気孔率が７５％以下であることにより、セパレータの強度が高く、また、シャットダウンが均等に起こらため高い安全性が実現できる。より好ましい範囲は、５０％以上６５％以下である。
５）外装材
外装材は、肉厚０．２ｍｍ以下のラミネートフィルム、又は、肉厚１．０ｍｍ以下の金属製容器を用いることができる。金属製容器の肉厚は、０．５ｍｍ以下であるとより好ましい。
形状は、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、又は積層型であってよい。また、携帯用電子機器等に積載される小型電池、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池であってもよい。
ラミネートフィルムは、金属層と金属層を被覆する樹脂層とからなる多層フィルムである。軽量化のために、金属層はアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような高分子を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより成形する。
金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素のような元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル及びクロムのような遷移金属の含有量は、１質量％以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属缶は、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径を５０μｍ以下とすることによって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属缶の強度を飛躍的に増大させることができる。また、缶をより薄肉化することができる。その結果、軽量かつ高出力で長期信頼性に優れた、車載用に適した電池を提供することができる。
６）負極端子
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が０．４Ｖ以上３Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料が好ましい。
７）正極端子
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が３Ｖ以上５Ｖ以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウムが挙げられる。接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料が好ましい。
図３に、非水電解質電池の他の例を示す。図３は、扁平型非水電解質電池の部分切欠斜視図である。図４は、図３のＢ部の拡大断面図である。
積層型電極群１９は、２枚の樹脂層の間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる外装材１８内に収納されている。積層型電極群１９は、図４に示すように、正極１３と負極１４とが、その間にセパレータ１５を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極１３は複数枚存在し、それぞれが正極集電体１３ａと、正極集電体１３ａの両面に形成された正極活物質含有層１３ｂとを含む。負極１４は複数枚存在し、それぞれが負極集電体１４ａと、負極集電体１４ａの両面に形成された負極活物質含有層１４ｂとを含む。各負極１４の負極集電体１４ａは、一辺が突出している。突出した負極集電体１４ａは、帯状の負極端子１２に電気的に接続されている。帯状の負極端子１２の先端は、外装材１８から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極集電体１３ａは、負極集電体１４ａの突出辺と反対側に位置する辺が突出している。突出した正極集電体１３ａは、帯状の正極端子１１に電気的に接続されている。帯状の正極端子１１の先端は、負極端子１２とは反対側に位置し、外装材１８の辺から外部に引き出されている。
次に、電池パックについて、図面を参照して説明する。電池パックは、上記非水電解質電池（単電池）を１個又は複数有する。複数の単電池を含む場合、各単電池は、電気的に直列もしくは並列に接続して配置される。
図５及び６に、図１に示した扁平型電池を使用した電池パックの一例を示す。図５は、電池パックの分解斜視図である。図６は、図５の電池パックの電気回路を示すブロック図である。
複数の単電池２１は、外部に延出した負極端子２及び正極端子１が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ２３で締結することにより組電池２２を構成している。これらの単電池２１は、図６に示すように互いに電気的に直列に接続されている。
プリント配線基板２４は、負極端子２及び正極端子１が延出する単電池２１側面と対向して配置されている。プリント配線基板２４には、図６に示すようにサーミスタ２５、保護回路２６及び外部機器への通電用端子２７が搭載されている。なお、組電池２２と対向する保護回路基板２４の面には組電池２２の配線と不要な接続を回避するために絶縁板（図示せず）が取り付けられている。
組電池２２の正極側リード２８は、プリント配線基板２４の保護回路２６の正極側コネクタ２９に電気的に接続されている。組電池２２の負極側リード３０は、プリント配線基板２４の保護回路２６の負極側コネクタ３１に電気的に接続されている。
サーミスタ２５は、単電池２１の温度を検出するために用いられる。その検出信号は保護回路２６に送信される。保護回路２６は、所定の条件で保護回路２６と外部機器への通電用端子２７との間のプラス側配線３１ａ及びマイナス側配線３１ｂを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ２５の検出温度が所定温度以上になったときである。或いは、単電池２１の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池２１もしくは単電池２１全体について行われる。個々の単電池２１を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池２１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図６の場合、単電池２１それぞれに電圧検出のための配線３２を接続し、これら配線３２を通して検出信号が保護回路２６に送信される。
正極端子１及び負極端子２が突出する側面を除く組電池２２の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート３３がそれぞれ配置されている。
正極端子１および負極端子２が突出する側面とプリント配線基板２４との間には、ゴムもしくは樹脂からなるブロック状の保護ブロック３４が配置される。
組電池２２は、各保護シート３３及びプリント配線基板２４と共に収納容器３５内に収納される。すなわち、収納容器３５の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート３３が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板２４が配置される。組電池２２は、保護シート３３及びプリント配線基板２４で囲まれた空間内に位置する。収納容器３５の上面には、蓋３６が取り付けられる。
なお、組電池２２の固定には粘着テープ２２に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。
図５、図６では単電池２１を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続してもよい。あるいは、直列接続と並列接続を組合せてもよい。組み上がった電池パックをさらに直列又は並列に接続することもできる。
また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。本実施形態に係る電池パックは、大電流を取り出したときにサイクル特性が優れていることが要求される用途に好適に用いられる。具体的には、デジタルカメラの電源として、又は、例えば二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、及び、アシスト自転車の車載用電池として用いられる。特に、車載用電池として好適に用いられる。
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものでない。
（実施例A-1）
＜正極の作製＞
正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉ0.82Ｃｏ0.15Ａｌ0.03Ｏ2）粉末９０質量％を用いた。導電剤として、アセチレンブラック３質量％及びグラファイト３質量％を用いた。結着剤として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４質量％を用いた。以上の成分をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、電極密度が３．１５ｇ／ｃｍ3の正極を得た。
＜負極の作製＞
平均粒子径が０．８４μｍ、ＢＥＴ比表面積が１０．８ｍ2／ｇ、Ｌｉ吸蔵電位が１．５６Ｖ(vs. Li/Li+)である、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末を負極活物質として用意した。負極活物質の粒径は、レーザー回折式分布測定装置（島津ＳＡＬＤ−３００）を用いて次のように測定した。まず、ビーカーに、試料を約０．１ｇ、界面活性剤及び１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌した。これを攪拌水槽に注入し、２秒間隔で６４回光度分布を測定した。得られた粒度分布データを解析し、粒径を決定した。
上記の負極活物質を９０質量％、導電剤としてグラファイトを７質量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を３質量％用いた。これらの成分と、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とを、固形分比率が６２％になるように混合した。得られた混合物を、プラネタリーミキサーで混練しながら、ＮＭＰを加えて固形比率を徐々に低下させ、粘度が１０．２ｃｐ（Ｂ型粘度計、５０ｒｐｍでの値）のスラリーを調製した。このスラリーを更に、直径が１ｍｍのジルコニア製ボールをメディアとしてビーズミルで混合した。
得られたスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔（純度９９．３質量％、平均結晶粒径１０μｍ）からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、１００℃に加温したロールでロールプレスすることにより負極を得た。
＜電極群の作製＞
セパレータとして、厚さ２５μｍのセルロース製の不織布を用いた。
正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順で積層し、積層体を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。これを８０℃で加熱プレスすることにより、高さ１００ｍｍ、幅７０ｍｍで、厚さが４ｍｍの偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、ナイロン層／アルミニウム層／ポリエチレン層の３層構造を有し、厚さが０．１ｍｍであるラミネートフィルムからなるパックに収納し、８０℃で１６時間、真空中で乾燥した。
＜液状非水電解質の調製＞
プロピレンカーボネート（ＰＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（体積比率１：２）に、電解質としてＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌ溶解した。さらに、非水電解液の総質量に対して、第１の化合物として２質量％のトリス（トリメチルシリル）フォスフェートを添加し、イソシアナト化合物として０．５質量％の１，６−ジイソシアナトヘキサンを添加して混合し、非水電解液を得た。
電極群を収納したラミネートフィルムパック内に非水電解液を注入した後、パックをヒートシールにより完全密閉した。これにより、図１に示すような構造を有し、高さ１１０ｍｍ、幅７２ｍｍ、厚さが４ｍｍの非水電解液二次電池が得られた。
負極活物質、正極活物質、添加した第１の化合物とその添加量、添加したイソシアナト化合物とその添加量を、表１に示した。
（比較例A-1〜A-3、実施例A-2〜A-7）
非水電解液の調製において、トリス（トリメチルシリル）フォスフェートの添加量及び１，６−ジイソシアナトヘキサンの添加量を表１に示したように変えた以外は、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。
（比較例B-1〜B-2、実施例B-1〜B-4）
非水電解液の調製において、第１の化合物とその添加量、及び、イソシアナト化合物とその添加量を表１に示したように変えた以外は、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。
（比較例C、実施例C）
表２に示したように、負極活物質として単斜晶系ＴｉＯ2（Ｂ）を用いた以外は、比較例A-1、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。単斜晶系ＴｉＯ2（Ｂ）のリチウム吸蔵放出電位は１〜２Ｖ(vs Li/Li+)である。
（比較例D-1、D-2）
表２に示したように、負極活物質として平均粒径６μｍの黒鉛を用いた以外は、比較例A-1、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。黒鉛のリチウム吸蔵放出電位は０〜０．２Ｖ(vs Li/Li+)である。
（比較例E-1〜E-3、実施例E）
表２に示したように、正極活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2）を用いた以外は、比較例A-1〜A-3、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。
（電気化学的測定）
各実施例及び比較例の電池を、５０％の充電量（ＳＯＣ５０％）の状態で６０℃環境下に１ヶ月貯蔵した。その後、電池を放電して残存容量を求め、残存容量率（＝貯蔵後容量／貯蔵前容量×１００）を測定した。その結果を表３及び４に示した。
また、貯蔵前の各実施例及び比較例の電池を用いて、５０％の充電量（ＳＯＣ５０％）の状態で交流インピーダンス測定を行い、１ｋＨｚの抵抗値（ｍΩ）を求めた。その結果を表３及び４に示す。抵抗値は、非水電解液に何れの添加物も加えていない比較例A-1、D-1、E-1の電池の抵抗値を基準（１．００）とした比率で示した。
（成分検出）
作製した実施例及び比較例の試験前の電池に含まれる成分を検出した。具体的には、電解液中に存在する、成分I及びIIを、ガスクロマトグラフィ質量分析法（ＧＣ／ＭＳ）によって検出した。ここで、成分Iは、電解液から検出される第１の化合物の分解生成物を指し、成分IIは電解液から検出されるイソシアナト化合物を指す。
また、負極表面を、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）により検出した。ＦＴ−ＩＲ検出において、約１６９０ｃｍ−１に現れるピークからはアミド、即ちアミノ基を有する化合物の存在が示唆され、約２２７５ｃｍ−１に現れるピークからはイアソシアナト基を有する化合物の存在が示唆される。
成分I及びIIとして検出された化合物と、ＦＴ−ＩＲにより検出されたピークの位置を、表３及び４に併記した。
Figure 2014116326
Figure 2014116326
Figure 2014116326
Figure 2014116326
表３及び４に示したように、本発明の態様に従って第１の化合物とイソシアナト化合物が共に添加された各実施例の電池は何れも、それらが添加されていない比較例の電池と比べて残存容量率が高く、且つ、１ｋＨｚの抵抗値が低かった。よって、本発明の態様に従った非水電解液二次電池は、自己放電が少なく、且つ、電池抵抗が小さいことが示された。
イソシアナト化合物を添加した実施例及び比較例は何れも、ＦＴ−ＩＲにより約１６９０ｃｍ−１にピークが検出され、負極上にアミノ基を有する化合物が存在することが示された。また、成分IIにイソシアナト化合物が検出された実施例A-5、A-6、B-1及びCは、ＦＴ−ＩＲにより約２２７５ｃｍ−１にピークが検出され、負極上にイアソシアナト基を有する化合物が存在することが示された。
イソシアナト化合物のみを添加し、第１の化合物を添加しなかった比較例A-2及びB-1は、残存容量率が高かったが、１ｋＨｚの抵抗値も高かった。このことから、第１の化合物を添加することにより、電池抵抗が低下されることが示された。
比較例D-1及びD-2の結果から、負極活物質に黒鉛を用いた場合、イソシアナト化合物を添加することによって、電池抵抗が大幅に増加し、また、残存容量も小さいことが示された。これは、添加物が負極表面で完全に還元され、還元生成物が負極表面に過剰に堆積することによって電池性能を低下させたためと推察された。
第１の化合物としてトリス（トリメチルシリル）ボレートを用いた実施例B-1は、添加物がない比較例A-1よりも残存容量率が高く、且つ、電池抵抗が小さかった。また、第１の化合物が添加されていない比較例B-1及びイソシアナト化合物が添加されていない比較例B-2と比較して、残存容量率が高く、且つ、電池抵抗が小さかった。
イソシアナト化合物としてイソシアナト基を１つ有する化合物を添加した実施例B-2及びB-3も、実施例A-1とほぼ同じ程度の残存容量率及び電池抵抗を示した。よって、イソシアナト基を１つ有する化合物であっても、十分な効果が得られることが示された。
第１の化合物としてフルオロトリメチルシランを添加した実施例B-4は、比較例A-2と比べて電池抵抗が低かった。よって、第１の化合物としてフルオロトリメチルシランを添加することによっても電池抵抗が低下することが示された。
イソシアナト化合物の添加量が少ない実施例A-1〜A-4は、成分検出IIとしてイソシアナト化合物が検出されなかった。このことから、イソシアナト化合物の添加量が少ない場合、イソシアナト化合物の全てがアミノ化合物に転換されることが示された。また、イソシアナト化合物が検出された実施例A-5及びA-6の方が、実施例A-1〜A-4よりも残存容量率が高かったことから、イソシアナト化合物とアミノ化合物が共に電池内に存在していることが長期にわたる電池性能を維持する点では望ましいと考えられる。
また、トリス（トリメチルシリル）フォスフェート及びトリス（トリメチルシリル）ボレートのような第１の化合物は、一部がフルオロトリメチルシランに転換されていることが示された。
（実施例F-1〜F-2）
非水電解液の調製において、イソシアナト化合物とアミノ化合物を表５に示すように添加した以外は、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。実施例F-1及びF-2の電池を、上記と同様に電気化学的測定及び成分検出に供した。その結果を表６に示した。
Figure 2014116326
Figure 2014116326
表６から、イソシアナト化合物と共にアミノ化合物を添加した実施例F-1及びF-2は、残存容量率が高く、且つ、１ｋＨｚの抵抗値が低かった。よって、自己放電が少なく、且つ、電池抵抗が小さいことが示された。
（実施例G-1〜G-2）
非水電解液の調製において、イソシアナト化合物を添加せず、アミノ化合物を表７に示すように添加した以外は、実施例A-1と同様に非水電解液二次電池を作製した。実施例G-1及びG-2の電池を、上記と同様に電気化学的測定及び成分検出に供した。その結果を表８に示した。
Figure 2014116326
Figure 2014116326
表８から、イソシアナト化合物を添加せず、アミノ化合物を添加した実施例G-1及びG-2は、残存容量率が高く、且つ、１ｋＨｚの抵抗値が低かった。よって、イソシアナト化合物の代わりにアミノ化合物を添加することによっても、自己放電が少なく、且つ、電池抵抗が小さい電池を提供できることが示された。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
［付記］
［項１］正極と、リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴である負極活物質を含む負極と、２０℃、１気圧で液体の非水電解質を含み、前記非水電解質が、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物、化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物、非水溶媒及び電解質を含むことを特徴とする、非水電解質電池：ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
［項２］前記第１の化合物は、トリス（トリメチルシリル）フォスフェート及びフルオロトリメチルシランから選択されることを特徴とする、項１に記載の非水電解質電池。
［項３］前記第１の化合物の含有量が、前記非水電解質の総質量に対して０．０５質量％以上であることを特徴とする、項１に記載の非水電解質電池。
［項４］前記イソシアナト基を有する化合物は、化学式(II)又は化学式(III)で表される化合物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、項１に記載の非水電解質電池：
Ｒ−ＮＣＯ (II)
ＮＣＯ−Ｒ−ＮＣＯ (III)
ここで、Ｒは炭素数１〜１０の鎖状炭化水素を表す。
［項５］前記イソシアナト基を有する化合物は、１，２−ジイソシアナトエタン、１，３−ジイソシアナトプロパン、１，４−ジイソシアナトブタン、１，５−ジイソシアナトペンタン、１，６−ジイソシアナトヘキサン、１，７−ジイソシアナトヘプタン、及び、１，８−ジイソシアナトオクタンからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする、項４に記載の非水電解質電池。
［項６］前記アミノ基を有する化合物は、下記化学式(IV)又は化学式(V)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする、項１に記載の非水電解質電池：
Ｒ−ＮＨ2 (IV)
ＮＨ2−Ｒ−ＮＨ2 (V)
ここで、Ｒは炭素数１〜１０の鎖状炭化水素を表す。
［項７］前記アミノ基を有する化合物は、１，２−ジアミノエタン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、１，６−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、及び、１，８−ジアミノオクタンからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする、項６に記載の非水電解質電池。
［項８］前記イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物の総含有量が、前記非水電解質の総質量に対して、０．０５質量％以上２質量％以下の範囲であることを特徴とする、項１に記載の非水電解質電池。
［項９］前記負極活物質がリチウムチタン複合酸化物であることを特徴とする、項１に記載の非水電解質電池。
［項１０］正極と、リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴である負極活物質を含む負極と、常温で液体の非水電解質を含み、前記非水電解質が、非水溶媒、電解質、及び、化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物を含み、前記負極の表面に、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む皮膜が形成されていることを特徴とする非水電解質電池：ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
１…正極端子、２…負極端子、３…正極、３ａ…正極集電体、３ｂ…正極活物質含有層、４…負極、４ａ…負極集電体、４ｂ…負極活物質含有層、５…セパレータ、６…捲回電極群、７，１８…外装材、１９…積層電極群、２１…単電池、２２…組電池、２３…粘着テープ、２４…プリント配線基板、２８…正極側リード、２９…正極側コネクタ、３０…負極側リード、３１…負極側コネクタ、３３…保護シート、３４…保護ブロック、３５…収納容器、３６…蓋。

Claims (10)

  1. 正極と、
    リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴である負極活物質を含む負極と、
    ２０℃、１気圧で液体の非水電解質を含み、
    前記非水電解質が、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物、化学式(I)で表される官能基を３個、２個または１個有する第１の化合物、非水溶媒及び電解質を含むことを特徴とする、非水電解質電池：
    Figure 2014116326
     ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
  2. 前記第１の化合物は、トリス（トリメチルシリル）フォスフェート、トリス（トリメチルシリル）ボレート及びフルオロトリメチルシランから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池。
  3. 前記第１の化合物の含有量が、前記非水電解質の総質量に対して０．０５質量％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池。
  4. 前記イソシアナト基を有する化合物は、化学式(II)又は化学式(III)で表される化合物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池：
    Ｒ−ＮＣＯ (II)
    ＮＣＯ−Ｒ−ＮＣＯ (III)
    ここで、Ｒは炭素数１〜１０の鎖状炭化水素を表す。
  5. 前記イソシアナト基を有する化合物は、１，２−ジイソシアナトエタン、１，３−ジイソシアナトプロパン、１，４−ジイソシアナトブタン、１，５−ジイソシアナトペンタン、１，６−ジイソシアナトヘキサン、１，７−ジイソシアナトヘプタン、及び、１，８−ジイソシアナトオクタンからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする、請求項４に記載の非水電解質電池。
  6. 前記アミノ基を有する化合物は、下記化学式(IV)又は化学式(V)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池：
    Ｒ−ＮＨ2 (IV)
    ＮＨ2−Ｒ−ＮＨ2 (V)
    ここで、Ｒは炭素数１〜１０の鎖状炭化水素を表す。
  7. 前記アミノ基を有する化合物は、１，２−ジアミノエタン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、１，６−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、及び、１，８−ジアミノオクタンからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする、請求項６に記載の非水電解質電池。
  8. 前記イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物の総含有量が、前記非水電解質の総質量に対して、０．０５質量％以上２質量％以下の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池。
  9. 前記負極活物質がリチウムチタン複合酸化物であることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池。
  10. 正極と、
    リチウム吸蔵放出電位が１．０Ｖ(vs Li/Li+)以上貴である負極活物質を含む負極と、
    常温で液体の非水電解質を含み、
    前記非水電解質が、非水溶媒、電解質、及び、化学式(I)で表される官能基を有する第１の化合物を含み、
    前記負極の表面に、イソシアナト基を有する化合物及びアミノ基を有する化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む皮膜が形成されていることを特徴とする非水電解質電池：
    Figure 2014116326
     ここで、R1、R2及びR3は、それぞれ、炭素数が１以上１０以下のアルキル基、炭素数が２以上１０以下のアルケニル基及び炭素数が６以上１０以下のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つを表す。
JP2014032296A 2014-02-21 2014-02-21 非水電解質電池 Abandoned JP2014116326A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014032296A JP2014116326A (ja) 2014-02-21 2014-02-21 非水電解質電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014032296A JP2014116326A (ja) 2014-02-21 2014-02-21 非水電解質電池

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012509228A Division JP5487297B2 (ja) 2010-04-06 2010-04-06 非水電解質電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014116326A true JP2014116326A (ja) 2014-06-26

Family

ID=51172064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014032296A Abandoned JP2014116326A (ja) 2014-02-21 2014-02-21 非水電解質電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014116326A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10978752B2 (en) 2018-03-19 2021-04-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, battery pack, and vehicle
CN113851666A (zh) * 2021-09-16 2021-12-28 湖州昆仑亿恩科电池材料有限公司 一种一次锂电池的电解液及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007214120A (ja) * 2006-01-13 2007-08-23 Mitsubishi Chemicals Corp リチウムイオン二次電池
JP2009054319A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Toshiba Corp 非水電解液電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007214120A (ja) * 2006-01-13 2007-08-23 Mitsubishi Chemicals Corp リチウムイオン二次電池
JP2009054319A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Toshiba Corp 非水電解液電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10978752B2 (en) 2018-03-19 2021-04-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, battery pack, and vehicle
CN113851666A (zh) * 2021-09-16 2021-12-28 湖州昆仑亿恩科电池材料有限公司 一种一次锂电池的电解液及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5498419B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP5487297B2 (ja) 非水電解質電池
JP5319899B2 (ja) 非水電解液電池
JP6705384B2 (ja) リチウム二次電池
JP5305678B2 (ja) 非水電解液電池及び組電池
JP5300502B2 (ja) 電池用活物質、非水電解質電池および電池パック
JP5586532B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP5121614B2 (ja) 電池用活物質、非水電解質電池および電池パック
JP6130053B1 (ja) 組電池及び電池パック
JP5049680B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP6109946B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP5665828B2 (ja) 電池用活物質、非水電解質電池および電池パック
JP2016062860A (ja) 非水電解質二次電池用電極活物質およびそれを備えた非水電解質二次電池
JP5813336B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP6113521B2 (ja) 非水電解質電池および電池パック
JP2017168265A (ja) 非水電解質電池、電池パック及び車両
JP5865951B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP6054540B2 (ja) 正極活物質、非水電解質電池及び電池パック
JP5646661B2 (ja) 正極、非水電解質電池及び電池パック
JP2014116326A (ja) 非水電解質電池
JPWO2018062202A1 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
WO2015140992A1 (ja) 非水電解質二次電池用正極、非水電解質二次電池および電池パック
JP5558498B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
KR20220128951A (ko) 비수 전해액 이차 전지 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150323

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150818

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151002

A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20151030