JP2019032982A - 蓄電装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車やハイブリッド自動車に用いる二次電池は、長期間使用することが前提であるため、十分な信頼性を有することが望まれている。電気自動車やハイブリッド自動車に用いる二次電池は、高電圧であり、耐熱性を有する必要がある。【解決手段】二次電池の電解液としてイオン液体を用い、外装体を介して電解液を加熱する手段を設ける。を加熱する手段は、電解液を３０℃以上１００℃以下、好ましくは４０℃以上５０℃以下に加熱する。二次電池を加熱することにより、より高い電流密度での充電、および放電が可能となる。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、蓄電装置及び電子機器及び車両に関する。

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、又は製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。そのため、より具体的に本明細書で開示する発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。

なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置（二次電池ともいう）、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。

近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、もしくはプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、繰り返し充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。

また、電気自動車（ＥＶ）は電動モータのみを駆動部とする車両であるが、エンジンなどの内燃機関と電動モータの両方を備えたハイブリッド自動車もある。自動車に用いられる二次電池も複数個を一つの電池パックとして、複数セットの電池パックが自動車の下部に配置されている。

このように、様々な分野又は用途でリチウムイオン二次電池は用いられている。そのなかで、リチウムイオン二次電池に求められる特性として、高エネルギー密度、高サイクル特性、及び様々な動作環境での安全性などがある。

汎用されているリチウムイオン二次電池の多くは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フッ素化された環状エステル、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化された環状エーテルまたはフッ素化された鎖状エーテルなどの有機溶媒と、リチウムイオンを有するリチウム塩とを含む非水電解質（非水電解液または単に電解液ともいう）を用いている。なお、ここで、フッ素化された環状エステルとは、フッ化アルキルを有する環状エステルのように、化合物中の水素がフッ素に置換された環状エステルのことをいう。それゆえ、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化された環状エーテルまたはフッ素化された鎖状エーテルにおいても、化合物中の水素がフッ素に置換されたものをいう。

しかし、有機溶媒は揮発性および低引火点を有しており、この有機溶媒をリチウムイオン二次電池に用いた場合、内部短絡や過充電等に起因したリチウムイオン二次電池の内部温度の上昇によるリチウムイオン二次電池の破裂や発火等が生じる可能性がある。また、有機溶媒の一部は、加水分解反応によりフッ酸が発生し、このフッ酸は金属を腐食させるため、電池の信頼性が懸念される。

上記の問題を考慮し、難揮発性および難燃性であるイオン液体をリチウムイオン二次電池の非水電解質の非水溶媒として用いることが検討されている（特許文献１）。

特開２０１６−２９６３４号公報

電気自動車やハイブリッド自動車に用いる二次電池は、長期間使用することが前提であるため、十分な信頼性を有することが望まれている。電気自動車やハイブリッド自動車に用いる二次電池は、高電圧であり、耐熱性を有する必要がある。

また、蓄電装置は、ウェアラブルデバイスや携帯情報端末等の電子機器に搭載される際、電子機器の加工に伴う加熱処理に耐えられる必要がある。特に、該電子機器の筐体がリチウムイオン蓄電池と一体形成される場合、該筐体の作製温度以上の耐熱性を有する必要がある。

蓄電装置の耐熱性を高めるには、電解質の耐熱性が高いことが求められる。電解質の耐熱性を高めるには、熱によって電解質が分解するのを抑制する、又は熱によって電解質が他の部材と反応して電解質が分解するのを抑制するのが効果的と考えられる。電解質と他の部材との反応として、例えば正極、負極、セパレータ又は外装体との反応が考えられる。

上記に鑑み、本発明の一態様は、加熱処理による充放電特性の劣化が少ない蓄電装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、加熱処理における安全性が高い蓄電装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な蓄電装置や電子機器等を提供することを課題の一とする。

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様は、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、外装体と、該外装体を介して電解液を加熱する手段と、を有し、正極は、正極活物質層と、正極集電体と、を含み、負極は、負極活物質層と、負極集電体と、を含み、セパレータは、正極および負極の間に位置し、電解液は、イオン液体と、アルカリ金属塩とを含むことを特徴とする蓄電装置である。イオン液体は、カチオンとアニオンからなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解液に用いる有機カチオンとして、四級アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン等の脂肪族オニウムカチオンや、イミダゾリウムカチオンおよびピリジニウムカチオン等の芳香族カチオンが挙げられる。また、電解液に用いるアニオンとして、１価のアミド系アニオン、１価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレートアニオン、パーフルオロアルキルボレートアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフェートアニオン等が挙げられる。特に、イオン液体は、１−メチル−３−（２−プロポキシエチル）イミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）アミドが好ましい。

上記構成において、外装体を介して電解液を加熱する手段は、温度制御装置であり、電解液を３０℃以上１００℃以下、好ましくは４０℃以上５０℃以下に加熱することを特徴としている。例えば、温度制御装置は、二次電池の充電時に４０℃以上とし、未使用時は３０℃以下とする。二次電池を加熱することにより、より高い電流密度での充電、および放電が可能となる。例えば、充電の時間を短くできる。イオン液体は有機溶媒と比べて、加熱時の蒸気圧の上昇が抑えられるため、加熱を行った場合でも、二次電池の膨らみを抑制することができる。すなわち、安全性を確保したまま、加熱により性能を向上させることができる。

前述の蓄電装置において、さらに第２のセパレータを有し、第２のセパレータは正極及び負極のいずれか一以上と、外装体の間に位置することが好ましい。

前述の蓄電装置において、セパレータは、ポリフェニレンサルファイド又はセルロース繊維を含むことが好ましい。

前述の蓄電装置において、正極集電体が、アルミニウムまたはステンレスを含むことが好ましい。

本発明の一態様は、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、外装体と、を有し、正極は、正極活物質層と、正極集電体と、を含み、負極は、負極活物質層と、負極集電体と、を含み、セパレータは、正極および負極の間に位置し、電解液は、イオン液体と、アルカリ金属塩とを含む蓄電装置と、蓄電装置の電解液を３０℃以上５０℃以下に制御する温度制御装置と、を有する車両である。イオン液体は有機溶媒と比べて、加熱時の蒸気圧の上昇が抑えられるため、車両の蓄電装置の周辺がモータなどにより発熱した場合でも、二次電池の膨らみを抑制することができる。すなわち、蓄電装置の安全性を確保したまま、温度制御装置の加熱により性能を向上させることができる。

本発明の一態様により、熱に強く、充放電特性の劣化が少ない蓄電装置を提供できる。または、本発明の一態様により、加熱処理における安全性が高い蓄電装置を提供できる。または、本発明の一態様により、新規な蓄電装置や電子機器等を提供できる。

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。

本実施の形態に係る蓄電装置の構造を説明する図。 本実施の形態に係る蓄電装置の構造を説明する図。 本実施の形態に係るセパレータの構造を説明する図。 本実施の形態に係る蓄電装置の構造を説明する図。 本実施の形態に係る蓄電装置の構造を説明する図。 蓄電装置の一例を示す図。 蓄電装置の作製方法の一例を示す図。 蓄電装置の作製方法の一例を示す図。 蓄電装置の作製方法の一例を示す図。 蓄電装置の作製方法の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 （Ａ）は本発明の一態様のサンプル１のサイクル特性、（Ｂ）は比較例のサンプル３の二次電池のサイクル特性を示す図である。 本発明の一態様のサンプル２の６０℃のサイクル特性を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置について図１乃至図１０を用いて説明する。

本発明の一態様の蓄電装置は、正極、負極、セパレータ、電解質及び外装体を有する。

蓄電装置の耐熱性を高めるには、電解質の耐熱性が高いことが求められる。電解質の耐熱性を高めるには、熱によって電解質が分解するのを抑制する、又は熱によって電解質が他の部材と反応して電解質が分解するのを抑制するのが効果的と考えられる。他の部材との反応として、例えば正極、負極、セパレータ又は外装体との反応が考えられる。

なお、本明細書等において、電解質とは電気伝導性を有する物質を指す。電解質は、液体に限られず、ゲルや固体であってもよい。液体の電解質を電解液と呼ぶ場合があり、電解液は溶質を溶媒に溶解させて作製できる。また、固体の電解質を固体電解質と呼ぶ場合がある。

例えば、電解質の溶質であるリチウム塩として、構造式（１００）で表される六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）が普及している。しかし、六フッ化リン酸リチウムは化学的、熱的安定性に乏しい。例えば、微量の水分で加水分解してＨＦを発生し、蓄電装置の劣化の原因となることが考えられる。また、高温でＬｉＦとＰＦ_５に分解し、ＰＦ_５が溶媒の分解を引き起こすと言われており、溶質としては高温での安定性は低いと考えられる。六フッ化リン酸リチウムの熱分解温度は、１５４℃程度である。なお、熱分解温度は、粉末の状態で、熱分解により重量が５％減少したときの温度を示している。熱分解による重量変動は、熱重量測定−示差熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ：Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）等を用いて確認できる。

本発明の一態様で用いるリチウム塩を一般式（Ｇ１）に示す。

（一般式（Ｇ１）中、Ｒ_１及びＲ_２はそれぞれ独立に、フッ素又は直鎖、分岐若しくは環状の炭素数１乃至１０のフルオロアルキル基を表す。）

本明細書等において、フルオロアルキル基とは、アルキル基の一部又は全ての水素原子がフッ素原子に置換された基を指す。アルキル基の６０％以上の水素原子が、フッ素原子に置換されたフルオロアルキル基であることが好ましい。フルオロアルキル基は酸素、硫黄、窒素などの炭素、水素、フッ素以外の原子を有しても良い。

一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩は化学的、熱的安定性が高い。分解温度が高く、耐熱性が高いことから、溶質として用いることで蓄電装置の耐熱性を高くすることができる。また、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩は電気陰性度が高いフッ素を有することから、フルオロアルキルスルホニル基が強い電子吸引性を示し、リチウムイオン解離度が非常に高く、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置において電解質の溶質として用いるのに適している。フルオロアルキル基が有するフッ素原子は多いほど好ましい。

一般式（Ｇ１）において、Ｒ_１はフッ素又は直鎖、分岐若しくは環状の炭素数１乃至７のフルオロアルキル基がさらに好ましい。一般式（Ｇ１）において、Ｒ_２はフッ素又は直鎖、分岐若しくは環状の炭素数１乃至７のフルオロアルキル基がさらに好ましい。このようなリチウム塩を電解質の溶質として用いることで、蓄電装置の耐熱性を高めることができる。

また、一般式（Ｇ１）において、Ｒ_１はフッ素又は直鎖、分岐若しくは環状の炭素数１乃至５のフルオロアルキル基がさらに好ましい。一般式（Ｇ１）において、Ｒ_２はフッ素又は直鎖、分岐若しくは環状の炭素数１乃至５のフルオロアルキル基がさらに好ましい。そうすることで、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩の解離度が高くなり、イオン伝導率の高い電解質とすることができる。また、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩の分子量が大きくならず、溶媒に溶解させる重量が少なくて済むため、電解質の粘度が増加するのを抑制でき、電池特性の悪化を抑制できる。また、コストを抑えられる。

一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩の具体的な構造式を下記に示す。構造式（１０１）で表されるリチウムビス（フルオロスルホニル）アミド（Ｌｉ（ＦＳＯ_２）_２Ｎ、略称：ＬｉＦＳＡ）、構造式（１０２）で表されるリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、略称：ＬｉＴＦＳＡ）、構造式（１０３）で表されるリチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）アミド（Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、略称：ＬｉＢＥＴＡ）、構造式（１０４）で表されるリチウム（パーフルオロブタンスルホニル）（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＮ（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）（ＣＦ_３ＳＯ_２））などを、溶質として用いることが好ましい。これらは、熱分解温度が高く、溶質として用いることで蓄電装置の耐熱性を高くすることができる。例えば、リチウムビス（フルオロスルホニル）アミドの融点は１４０℃、熱分解温度は３００℃程度である。リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドの融点は２３３℃、熱分解温度は３８０℃程度である。リチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）アミドの融点は３２８℃、熱分解温度は３５０℃程度である。

しかし、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩は、集電体と反応し、集電体が腐食する場合がある。集電体が腐食すると、電池の容量が低下するなどの原因となりうる。

前述した、構造式（１００）で表される六フッ化リン酸リチウムは、集電体と反応して集電体表面に不動態被膜を形成し、集電体の腐食を抑制する場合がある。

そこで、本発明の一態様では、電解質の溶質に、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩及び構造式（１００）で表される六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を有することが好ましい。六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）が集電体の表面に不動態被膜を形成し、集電体の腐食を抑制できる。六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）は、集電体の表面に不動態被膜を形成できる量を用いることが望ましい。また、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩は、キャリアイオンとなるリチウムイオンを供給する役割を主に担い、また耐熱性が高い。さらに、一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩及び構造式（１００）で表される六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を用いることで、耐熱性が高い蓄電装置とすることができる。また、蓄電池の加熱処理を行っても、充放電を繰り返した後に容量及びエネルギー密度が低下しづらい蓄電装置とすることができる。

本発明の一態様の蓄電装置では、溶解して作製した電解質を用いることが好ましい。

具体的には、電解質の溶媒としては、難燃性及び難蒸発性であるイオン液体（常温溶融塩ともいう）を一つまたは複数用いることで、蓄電装置の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、蓄電装置の破裂や発火などを防ぐことができる。これにより、蓄電装置の安全性を高めることができる。

電解質の組成は、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰＳ：Ｘ―ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ガスクロマトグラフ質量分析法（ＧＣ―ＭＳ：Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ―Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、液体クロマトグラフィー質量分析法（ＬＣ―ＭＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、イオンクロマトグラフ法（ＩＣ：Ｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ―ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ：Ａｔｏｍｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、グロー放電質量分析法（ＧＤ―ＭＳ：Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、核磁気共鳴法（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等を用いて確認できる。

また、セパレータとして一般的に使用されるポリエチレン、ポリプロピレン等は熱に弱い。高温下ではセパレータの微細孔が閉塞し、蓄電装置が動作しなくなる場合がある。

そこで、本発明の一態様の蓄電装置では、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）を含むセパレータ又はセルロース繊維を含むセパレータを用いることが好ましい。

ポリフェニレンサルファイドを含むセパレータ及びセルロース繊維を含むセパレータは、耐熱性や耐薬品性に優れる。

また、ポリフェニレンサルファイドを含むセパレータ及びセルロース繊維を含むセパレータは、高温下における電解液との反応性が低い。そのため、出力特性や充放電サイクル特性の低下を抑制できる。

＜蓄電装置の構成例＞
次に、本発明の一態様の蓄電装置の具体的な構成について説明する。

図１（Ａ）に、本発明の一態様の蓄電装置である、蓄電装置５００を示す。図１（Ａ）では、蓄電装置５００の一例として、薄型の蓄電装置の形態を示すが、本発明の一態様の蓄電装置はこれに限られない。

図１（Ａ）に示すように、蓄電装置５００は、正極５０３、負極５０６、第１のセパレータ５０７、第２のセパレータ５２０及び外装体５０９を有する。蓄電装置５００は、正極リード５１０及び負極リード５１１を有してもよい。また接合部５１８は、外装体５０９の外周を熱圧着によって接合した部位である。

図１（Ｂ）に、正極５０３の外観図を示す。正極５０３は、正極集電体５０１及び正極活物質層５０２を有する。

図１（Ｂ）に示すように、正極５０３は、タブ領域２８１を有することが好ましい。タブ領域２８１の一部は、正極リード５１０と溶接されることが好ましい。タブ領域２８１は正極集電体５０１が露出する領域を有することが好ましく、正極集電体５０１が露出する領域に正極リード５１０を溶接することにより、接触抵抗をより低くすることができる。また、図１（Ｂ）ではタブ領域２８１の全域において正極集電体５０１が露出している例を示すが、タブ領域２８１は、その一部に正極活物質層５０２を有してもよい。

図１（Ｃ）に、負極５０６の外観図を示す。負極５０６は、負極集電体５０４及び負極活物質層５０５を有する。

図１（Ｃ）に示すように、負極５０６は、タブ領域２８２を有することが好ましい。タブ領域２８２の一部は、負極リード５１１と溶接されることが好ましい。タブ領域２８２は負極集電体５０４が露出する領域を有することが好ましく、負極集電体５０４が露出する領域に負極リード５１１を溶接することにより、接触抵抗をより低くすることができる。また、図１（Ｃ）ではタブ領域２８２の全域において負極集電体５０４が露出している例を示すが、タブ領域２８２は、その一部に負極活物質層５０５を有してもよい。

図１（Ａ）に示すように、第１のセパレータ５０７は、正極５０３及び負極５０６と重なる領域を有する。第２のセパレータ５２０は、タブ領域２８１及びタブ領域２８２と重なる領域を有する。なお、第２のセパレータ５２０を設けない構造としてもよい。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に、図１（Ａ）における一点鎖線Ａ１−Ａ２間の断面図の一例をそれぞれ示す。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、正極５０３と負極５０６を１組用いて作製した蓄電装置５００の断面構造をそれぞれ示す。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、蓄電装置５００は、正極５０３、負極５０６、第１のセパレータ５０７、第２のセパレータ５２０、電解質５０８及び外装体５０９を有する。第１のセパレータ５０７は、正極５０３と負極５０６の間に位置する。第２のセパレータ５２０は、正極５０３と外装体５０９の間、及び負極５０６と外装体５０９の間に位置する。外装体５０９内は、電解質５０８で満たされている。

正極５０３は、正極活物質層５０２と、正極集電体５０１とを含む。負極５０６は、負極活物質層５０５と、負極集電体５０４とを含む。活物質層は、集電体の片面又は両面に形成すればよい。第１のセパレータ５０７は、正極集電体５０１と負極集電体５０４の間に位置する。

蓄電装置は、正極及び負極をそれぞれ１つ以上有していればよい。例えば、蓄電装置は、複数の正極及び複数の負極からなる積層構造とすることもできる。

ここで、正極５０３及び負極５０６は、積層される複数の正極同士又は複数の負極同士を電気的に接続するために、タブ領域を有することが好ましい。また、タブ領域にはリードを電気的に接続することが好ましい。

図１（Ａ）における一点鎖線Ｂ３−Ｂ４間の断面図の一例を図３（Ａ）、一点鎖線Ｂ５−Ｂ６間の断面図の一例を図３（Ｂ）に示す。一点鎖線Ｂ３−Ｂ４間は、正極リード５１０及び正極５０３を有する領域の断面図である。一点鎖線Ｂ５−Ｂ６間は、負極リード５１１及び負極５０６を有する領域の断面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、正極５０３と負極５０６を１組用いて作製した蓄電装置５００の断面構造をそれぞれ示す。

図３（Ａ）に示すように、第２のセパレータ５２０は、正極５０３と外装体５０９の間に設けられる。第２のセパレータ５２０は、正極が有するタブ領域２８１及び正極リード５１０と重なる領域を有することが好ましい。図３（Ｂ）に示すように、第２のセパレータ５２０は、負極５０６と外装体５０９の間に設けられる。第２のセパレータ５２０は、負極が有するタブ領域２８２及び負極リード５１１と重なる領域を有することが好ましい。

外装体５０９として、外装体の外面に導電性を有する材料を用い、外装体の内側（正極及び負極側）に絶縁性を有する樹脂を用いる場合、加熱処理により該樹脂が溶解し、外面の導電性を有する材料が露出する場合がある。外装体の導電性を有する材料が、正極リード５１０、負極リード５１１、正極集電体５０１又は負極集電体５０４と接触するとリークする原因となりうる。第２のセパレータ５２０を、正極５０３と外装体５０９の間、負極５０６と外装体５０９の間に設けることにより、前述のリークを抑制できる。なお、第２のセパレータ５２０を設けない構造としてもよい。

図４（Ａ）に、図１（Ａ）における一点鎖線Ａ１−Ａ２間の断面図の別の例を示す。また、図４（Ｂ）に図１（Ａ）における一点鎖線Ｂ１−Ｂ２間の断面図を示す。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、正極５０３と負極５０６を複数組用いて作製した蓄電装置５００の断面構造を示す。蓄電装置５００が有する電極層数に限定はない。電極層数が多い場合には、より多くの容量を有する蓄電装置とすることができる。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、正極集電体５０１の片面に正極活物質層５０２を有する正極５０３を２つと、正極集電体５０１の両面に正極活物質層５０２を有する正極５０３を２つと、負極集電体５０４の両面に負極活物質層５０５を有する負極５０６を３つ用いる例を示す。つまり、蓄電装置５００は、６層の正極活物質層５０２と、６層の負極活物質層５０５を有する。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、第１のセパレータ５０７が袋状の例を示すが、これに限定されず、第１のセパレータ５０７は短冊状であっても、蛇腹状であってもよい。

また、図４において、正極集電体５０１の両面に正極活物質層５０２を有する一の正極を、正極集電体５０１の片面に正極活物質層５０２を有する２つの正極に置き換えることが好ましい。同様に、負極集電体５０４の両面に負極活物質層５０５を有する一の負極を、負極集電体５０４の片面に負極活物質層５０５を有する２つの負極に置き換えることが好ましい。図５に示す蓄電装置５００は、正極集電体５０１の正極活物質層５０２が付着していない面同士、ならびに負極集電体５０４の負極活物質層５０５が付着していない面同士が向かい合わせとなって接している。

なお、図１（Ａ）では、正極５０３と負極５０６の端部が概略揃っている例を示すが、正極５０３は、負極５０６の端部よりも外側に位置する部分を有していてもよい。

蓄電装置５００において、負極５０６の正極５０３と重ならない領域の面積は小さいほど好ましい。

図２（Ａ）では、負極５０６の端部が、正極５０３の内側に位置する例を示す。このような構成とすることにより、負極５０６を全て正極５０３と重ねる、又は負極５０６の正極５０３と重ならない領域の面積を小さくすることができる。

または、蓄電装置５００において、正極５０３と負極５０６の面積は概略同じであることが好ましい。例えば、第１のセパレータ５０７を挟んで向かい合う正極５０３と負極５０６の面積は、概略同じであることが好ましい。例えば、第１のセパレータ５０７を挟んで向かい合う正極活物質層５０２の面積と負極活物質層５０５の面積は概略同じであることが好ましい。

図２（Ｂ）では、正極５０３の端部が、負極５０６の内側に位置する例を示す。このような構成とすることにより、正極５０３を全て負極５０６と重ねる、又は正極５０３の負極５０６と重ならない領域の面積を小さくすることができる。負極５０６の端部が正極５０３の端部よりも内側に位置すると、負極５０６の端部に電流が集中してしまう場合がある。例えば、負極５０６の一部に電流が集中することで、負極５０６上にリチウムが析出してしまうことがある。正極５０３の負極５０６と重ならない領域の面積を小さくすることで、負極５０６の一部に電流が集中することを抑制できる。これにより、例えば、負極５０６上へのリチウムの析出が抑制でき、好ましい。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、正極５０３と負極５０６を複数組用いる場合においても、正極５０３の端部が、負極５０６の内側に位置してもよい。また、正極５０３の端部と負極５０６の端部は概略揃うようにしてもよい。また、負極５０６の端部が、正極５０３の内側に位置してもよい。

図１（Ａ）に示すように、正極リード５１０は、正極５０３に電気的に接続することが好ましい。同様に、負極リード５１１は、負極５０６に電気的に接続することが好ましい。正極リード５１０及び負極リード５１１は外装体５０９の外側に露出し、外部との電気的接触を得る端子として機能する。

または、正極集電体５０１及び負極集電体５０４は、外部との電気的接触を得る端子の役割を兼ねることもできる。その場合は、リードを用いずに、正極集電体５０１及び負極集電体５０４の一部を外装体５０９から外側に露出するように配置してもよい。

また、図１（Ａ）では、正極リード５１０と負極リード５１１は、蓄電装置５００の同じ辺に配置されているが、図６に示すように、正極リード５１０と負極リード５１１を蓄電装置５００の異なる辺に配置してもよい。このように、本発明の一態様の蓄電装置は、リードを自由に配置することができるため、設計自由度が高い。よって、本発明の一態様の蓄電装置を用いた製品の設計自由度を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電装置を用いた製品の生産性を高めることができる。

＜蓄電装置の作製方法例＞
次に、本発明の一態様の蓄電装置である蓄電装置５００の作製方法の一例を、図７乃至図１０を用いて説明する。

まず、正極５０３、負極５０６、及び第１のセパレータ５０７を積層する。具体的には、正極５０３の上に第１のセパレータ５０７を配置する。その後、第１のセパレータ５０７の上に負極５０６を配置する。正極と負極を２組以上用いる場合は、さらに負極５０６の上に第１のセパレータ５０７を配置した後、正極５０３を配置する。このように第１のセパレータ５０７を正極５０３と負極５０６の間に挟みながら正極５０３と負極５０６を交互に積層する。

あるいは、第１のセパレータ５０７を袋状にしてもよい。第１のセパレータ５０７で電極を包むことで、該電極が製造工程中に損傷しにくくなり、好ましい。

まず、第１のセパレータ５０７上に正極５０３を配置する。次いで、第１のセパレータ５０７を図７（Ａ）の破線で示した部分で折り、第１のセパレータ５０７で正極５０３を挟む。なお、ここでは正極５０３を第１のセパレータ５０７で挟む例について説明したが、負極５０６を第１のセパレータ５０７で挟んでもよい。

ここで、正極５０３の外側の第１のセパレータ５０７の外周部分を接合して、第１のセパレータ５０７を袋状（又はエンベロープ状）とすることが好ましい。第１のセパレータ５０７の外周部分の接合は、接着剤などを用いて行ってもよいし、超音波溶接や、加熱による融着により行ってもよい。

次に、第１のセパレータ５０７の外周部分を加熱により接合する。図７（Ａ）に接合部５１４を示す。このようにして、正極５０３を第１のセパレータ５０７で覆うことができる。

なお、接着剤などを用いて第１のセパレータ５０７の外周部を接合する場合、接着剤の量は少ないことが好ましい。第１のセパレータ５０７に挟み込む電極（図７（Ａ）においては正極５０３）が第１のセパレータ５０７からはみ出ないように外周部を接合すればよいため、例えば図７（Ｂ）に示すように接合部５１４を形成することで、接着剤の量を減らすことができる。図７（Ｂ）では、第１のセパレータ５０７の外周部のうち、折り目が形成された辺と交わる２辺の折り目近傍部と、折り目が形成された辺と向かい合う辺の一部に接合部５１４が形成されている。

次に、図７（Ｃ）に示すように、負極５０６と、セパレータに覆われた正極５０３と、を交互に重ねる。また、封止層１１５を有する正極リード５１０及び負極リード５１１を準備する。封止層１１５には、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

次に、図８（Ａ）に示すように、正極５０３のタブ領域２８１に、封止層１１５を有する正極リード５１０を接続する。図８（Ｂ）に接続部の拡大図を示す。接合部５１２に圧力を加えながら超音波を照射して、正極５０３のタブ領域２８１及び正極リード５１０を電気的に接続する（超音波溶接）。このとき、タブ領域２８１に湾曲部５１３を設けるとよい。

湾曲部５１３を設けることによって、蓄電装置５００の作製後に外から力が加えられて生じる応力を緩和することができる。よって、蓄電装置５００の信頼性を高めることができる。

同様の方法を用いて、負極５０６のタブ領域２８２と、負極リード５１１と、を電気的に接続することができる。

次に、第２のセパレータ５２０上に、正極５０３、負極５０６及び第１のセパレータ５０７を配置する。

次に、第２のセパレータ５２０を図８（Ｃ）の中央付近に破線で示した部分で折り、第２のセパレータ５２０で、正極５０３、負極５０６及び第１のセパレータ５０７を挟む。なお、第２のセパレータ５２０は、タブ領域２８１及びタブ領域２８２を覆うようにすると好ましい。

ここで、第２のセパレータ５２０の外周部分を接合して、第２のセパレータ５２０を袋状（又はエンベロープ状）とすることが好ましい。第２のセパレータ５２０の外周部分の接合は、接着剤などを用いて行ってもよいし、超音波溶接や、加熱による融着により行ってもよい。

次に、第２のセパレータ５２０の外周部分を加熱により接合する。図９（Ａ）に接合部５２１を示す。このようにして、正極５０３、負極５０６及び第１のセパレータ５０７を第２のセパレータ５２０で覆うことができる。

なお、接着剤などを用いて第２のセパレータ５２０の外周部を接合する場合、接着剤の量は少ないことが好ましい。第２のセパレータ５２０に挟み込む正極５０３、負極５０６及び第１のセパレータ５０７が第２のセパレータ５２０からはみ出ないように外周部を接合すればよいため、例えば図９（Ｂ）に示すように接合部５２１を形成することで、接着剤の量を減らすことができる。図９（Ｂ）では、第２のセパレータ５２０の外周部のうち、折り目が形成された辺と交わる２辺の折り目近傍部と、タブ領域２８１及びタブ領域２８２の近傍に接合部５２１が形成されている。

なお、第２のセパレータ５２０を設けない構造としてもよい。第２のセパレータ５２０を設けない場合は、第２のセパレータ５２０に関わる工程を削除すればよい。

次に、外装体５０９上に、正極５０３、負極５０６、第１のセパレータ５０７及び第２のセパレータ５２０を配置する。

次に、外装体５０９を、図９（Ｃ）の外装体５０９の中央付近に破線で示した部分で折り曲げる。

図１０に、外装体５０９の外周を熱圧着により接合した部位を、接合部１１８として示す。電解質５０８を入れるための導入口１１９以外の外装体５０９の外周部を、熱圧着により接合する。熱圧着の際、リードに設けられた封止層も溶けてリードと外装体５０９との間を固定することができる。また、外装体５０９とリードとの間の密着性を向上することができる。

そして、減圧雰囲気下、或いは不活性ガス雰囲気下で所望の量の電解質５０８を導入口１１９から外装体５０９の内側に入れる。そして、最後に、導入口１１９を熱圧着により接合する。このようにして、薄型の蓄電装置である蓄電装置５００を作製することができる。

蓄電装置５００を作製した後には、エージングを行ってもよい。エージング条件の一例について以下に説明する。まず初めに０．００１Ｃ以上０．２Ｃ以下のレートで充電を行う。温度は例えば室温以上５０℃以下とすればよい。このときに、電解質の分解が生じ、ガスが発生した場合には、そのガスが電極間にたまると、電解質が電極表面と接することができない領域が発生してしまう。つまり、電極の実効的な反応面積が減少し、実効的な抵抗が高くなることに相当する。

過度に抵抗が高くなると、負極電位が下がることによって、黒鉛へのリチウムの挿入が起こると同時に、黒鉛表面にリチウムが析出してしまう。このリチウムの析出は容量の低下を招く場合がある。例えば、リチウムが析出した後、表面に被膜等が成長してしまうと、表面に析出したリチウムが再溶出できなくなり、容量に寄与しないリチウムが生じてしまう。また、析出したリチウムが物理的に崩落し、電極との導通を失った場合にも、やはり容量に寄与しないリチウムが生じてしまう。よって、負極電位が充電電圧上昇によりリチウム電位まで到達しないように、ガスを抜くことが好ましい。

ガス抜きを行う場合には、例えば薄型の蓄電装置の外装体の一部を切断し、開封すればよい。ガスにより外装体が膨張している場合には、再度、外装体の形を整えることが好ましい。また、再封止の前に必要に応じて電解質を足してもよい。ガス抜きを実施できない場合は、セル内部にガス退避用の空間を設け、電極間に溜まったガスを電極間から退避させてもよい。

また、ガス抜きを行った後に、室温よりも高い温度、好ましくは３０℃以上６０℃以下、より好ましくは３５℃以上５０℃以下において、例えば１時間以上１００時間以下の間、充電状態で保持してもよい。初めに行う充電の際に、表面で分解した電解質は被膜を形成する。よって、例えばガス抜き後に室温よりも高い温度で保持することにより、形成された被膜が緻密化する場合も考えられる。

ここで充電及び放電のレートについて説明する。充電レートとは、電池容量に対する定電流充電時の電流の相対値、つまり充電時の電流値［Ａ］÷電池の容量［Ａｈ］の値を指し、Ｃレートとも呼ばれる。単位はＣで表される。例えば、容量１０Ａｈの電池を２Ａの定電流で充電させた場合は、０．２Ｃのレートで充電させたと言う。１Ｃの充電レートとは、電池の全容量を１時間で充電させるだけの電流量となる。充電レートの値が高いほど、充電の速度が速いことを示す。また、放電レートとは、電池容量に対する定電流放電時の電流の相対値、つまり放電時の電流値［Ａ］÷電池の容量［Ａｈ］の値を指し、Ｃレートとも呼ばれる。単位はＣで表される。例えば、容量１０Ａｈの電池を２Ａの定電流で放電させた場合は、０．２Ｃのレートで放電させたと言う。１Ｃの放電レートとは、電池の全容量を１時間で放電させるだけの電流量となる。放電レートの値が高いほど、放電の速度が速いことを示す。

＜蓄電装置の各構成要素＞
以下では、本発明の一態様の蓄電装置の構成要素について、詳述する。

≪電解質≫電解質は、溶質および溶媒を含む。

電解質の溶媒としては、難燃性及び難蒸発性であるイオン液体（常温溶融塩ともいう）を一つまたは複数用いることで、蓄電装置の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、蓄電装置の破裂や発火などを防ぐことができる。これにより、蓄電装置の安全性を高めることができる。

溶質としては、キャリアイオンを移動することが可能であり、且つキャリアイオンを有する材料を用いることができる。キャリアイオンがリチウムイオンである場合、溶質はリチウム塩である。用いるリチウム塩としては、耐熱性の高いＬｉＢＥＴＡ、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、略称：ＬｉＴＦＳＡ）、リチウムビス（フルオロスルホニル）アミド（Ｌｉ（ＦＳＯ_２）_２Ｎ、略称：ＬｉＦＳＡ）、ＬｉＢＦ_４、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢ（Ｃ_２Ｏ_４）_２、略称：ＬｉＢＯＢ）などが好ましい。

ところで、蓄電装置中の電池反応において、電解質が正極の集電体と反応し該集電体に含まれる金属が溶出すると、蓄電装置の容量の低下を生じ蓄電装置が劣化する。すなわち蓄電装置のサイクル特性試験を行うと充放電を重ねる毎に容量の低下が著しく、短寿命の蓄電装置となる。また、リードとの接続部の集電体の溶出が進行すると、断線に至る場合もある。そこで、本発明の一態様においては、電解質が有する溶質材料は、該集電体との反応が抑制され、かつ該集電体中の金属の溶出が抑制された材料を用いる。

正極の集電体材料中の金属としては、例えばアルミニウムまたはステンレスが挙げられる。本発明の一態様において、電解質に用いる溶質の材料は、これらの金属の正極集電体からの溶出が抑制される溶質を用いる。具体的には、本発明の一態様に用いることができる溶質には、リチウム塩として、前述の一般式（Ｇ１）で表されるリチウム塩、及び六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）が挙げられる。

本発明の一態様に係る蓄電装置は、正極集電体中の金属の電解質への溶出が抑制されるため、正極集電体の劣化が抑制され、また、負極表面での金属の析出も抑制されるため、容量の劣化が小さくサイクル寿命の良好な蓄電装置とすることができる。

また、上記の溶質以外には、例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ_２ＳＯ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０、Ｌｉ_２Ｂ_１２Ｃｌ_１２、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）（ＣＦ_３ＳＯ_２）等のリチウム塩を１種以上、任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。

なお、上記の溶質では、キャリアイオンがリチウムイオンである場合について説明したが、リチウムイオン以外のキャリアイオンも用いることができる。リチウムイオン以外のキャリアイオンとしては、アルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの場合、溶質として、上記リチウム塩において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、またはマグネシウム等）を用いてもよい。

また、電解質にビニレンカーボネート（ＶＣ）、プロパンスルトン（ＰＳ）、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン（ＴＢＢ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、又はスクシノニトリル、アジポニトリル等のジニトリル化合物などの添加剤を添加してもよい。添加剤の濃度は、例えば溶媒全体に対して０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とすればよい。

上述の溶媒及び溶質を用いると、本発明の一態様に係る蓄電装置の電解質を作製することができる。

≪集電体≫集電体は、蓄電装置内で顕著な化学変化を引き起こさずに高い導電性を示す限り、特別な制限はない。正極集電体及び負極集電体には、例えば、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、タンタル、マンガン等の金属、これらの合金、又は焼結した炭素などをそれぞれ用いることができる。または、銅もしくはステンレス鋼を炭素、ニッケルもしくはチタン等で被覆して用いてもよい。または、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。または、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で集電体を形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。

正極集電体の表面や、負極集電体の表面では、電解質との不可逆な反応が生じる場合がある。よって、正極集電体や負極集電体は、電解質との反応性が低いことが好ましい。

また、正極集電体及び負極集電体には、それぞれ、箔状、板状（シート状）、網状、円柱状、コイル状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状、多孔質状、及び不織布を包括する様々な形態の形状を適宜用いることができる。さらに、活物質層との密着性を上げるために、正極集電体及び負極集電体は、それぞれ、表面に細かい凹凸を有していてもよい。また、正極集電体及び負極集電体は、それぞれ、厚みが５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。

また、集電体の表面の一部にアンダーコート層を設けてもよい。ここでアンダーコート層とは、集電体と活物質層との接触抵抗の低減や、集電体と活物質層との密着性向上のための被覆層をいう。また、イオン液体と集電体との反応を抑制するアンダーコート層を設けてもよい。なお、アンダーコート層は、集電体の一面全体に形成されていなくてもよく、島状に（部分的に）形成されていてもよい。また、アンダーコート層が活物質として容量を発現しても構わない。アンダーコート層としては、例えば炭素材料を用いることができる。炭素材料としては、例えば、黒鉛や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブなどを用いることができる。また、アンダーコート層として、金属層、炭素及び高分子を含む層、並びに金属及び高分子を含む層を用いることもできる。

≪活物質層≫活物質層は、活物質を含む。活物質とは、キャリアであるイオンの挿入・脱離に関わる物質のみを指し、本明細書等では、活物質が含まれている層を活物質層と呼ぶ。活物質層には活物質に加えて導電助剤および結着剤（バインダー）が含まれていても良い。

正極活物質層は、１種類以上の正極活物質を有する。負極活物質層は、１種類以上の負極活物質を有する。

正極活物質及び負極活物質は、蓄電装置の電池反応の中心的役割を担いキャリアイオンの放出及び吸収を行う物質である。蓄電装置の寿命を高めるためには、活物質が、電池反応の不可逆反応に係る容量が小さい材料であることが好ましく、充放電効率の高い材料であることが好ましい。

正極活物質として例えば、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等を用いることができる。また、正極活物質として例えば、ポリアニオン系の正極材料を用いることができる。ポリアニオン系の正極材料として例えば、オリビン型の結晶構造を有する材料、ナシコン型の材料、等が挙げられる。また、正極活物質として例えば、硫黄を有する正極材料を用いることができる。

正極活物質として、様々な複合酸化物を用いることができる。例えば、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２等の化合物を用いることができる。

層状岩塩型の結晶構造を有する材料として例えば、ＬｉＭＯ_２で表される複合酸化物を用いることができる。元素Ｍは、ＣｏまたはＮｉより選ばれる一以上であることが好ましい。ＬｉＣｏＯ_２は、容量が大きいこと、大気中で安定であること、熱的に比較的安定であること等の利点があるため、好ましい。また、元素Ｍとして、ＣｏおよびＮｉより選ばれる一以上に加えて、ＡｌおよびＭｎより選ばれる一以上を有してもよい。

例えば、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_ｗ（ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ例えばｘ＝ｙ＝ｚ＝１／３またはその近傍、ｗ＝２またはその近傍）を用いることができる。また、例えば、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_ｗ（ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ例えばｘ＝０．８またはその近傍、ｙ＝０．１またはその近傍、ｚ＝０．１またはその近傍、ｗ＝２またはその近傍）を用いることができる。また、例えば、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_ｗ（ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ例えばｘ＝０．５またはその近傍、ｙ＝０．３またはその近傍、ｚ＝０．２またはその近傍、ｗ＝２またはその近傍）を用いることができる。また、例えば、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_ｗ（ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ例えばｘ＝０．６またはその近傍、ｙ＝０．２またはその近傍、ｚ＝０．２またはその近傍、ｗ＝２またはその近傍）を用いることができる。また、例えば、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_ｗ（ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ例えばｘ＝０．４またはその近傍、ｙ＝０．４またはその近傍、ｚ＝０．２またはその近傍、ｗ＝２またはその近傍）を用いることができる。

近傍とは例えば、その値の０．９倍より大きく１．１倍より小さい値である。

正極活物質が有する遷移金属やリチウムの一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどから選ばれる一以上の元素で置換した材料や、正極活物質にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどから選ばれる一以上の元素をドープした材料を正極活物質として使用してもよい。

また、正極活物質として例えば、複合酸化物を複数組み合わせた固溶体を正極活物質として用いることができる。例えば、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_２（ｘ、ｙ、ｚ＞０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）とＬｉ_２ＭｎＯ_３の固溶体を正極活物質として用いることができる。

スピネル型の結晶構造を有する材料として例えば、ＬｉＭ_２Ｏ_４で表される複合酸化物を用いることができる。元素ＭとしてＭｎを有することが好ましい。例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４を用いることができる。また元素Ｍとして、Ｍｎに加えてＮｉを有することにより、二次電池の放電電圧が向上し、エネルギー密度が向上する場合があり、好ましい。また、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、少量のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２やＬｉＮｉ_１−ｘＭ_ｘＯ_２（Ｍ＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合することにより、二次電池の特性を向上させることができ好ましい。

正極活物質は例えば、一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。また比表面積が１ｍ^２／ｇ以上２０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。また、二次粒子の平均粒子径は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。なお平均粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）またはＴＥＭによる観察、またはレーザ回折・散乱法を用いた粒度分布計等によって測定することができる。また比表面積は、ガス吸着法により測定することができる。

正極活物質の表面に炭素層などの導電性材料を設けてもよい。炭素層などの導電性材料を設けることで、電極の導電性を向上させることができる。例えば、正極活物質への炭素層の被覆は、正極活物質の焼成時にグルコース等の炭水化物を混合することで形成することができる。また、導電性材料として、グラフェン、マルチグラフェン、酸化グラフェン（ＧＯ：Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）又はＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）を用いることができる。ここで、ＲＧＯは例えば、酸化グラフェン（ＧＯ）を還元して得られる化合物を指す。

正極活物質の表面に酸化物又はフッ化物の一以上を有する層を設けてもよい。酸化物は、正極活物質と異なる組成を有してもよい。また、酸化物は、正極活物質と同じ組成を有してもよい。

ポリアニオン系の正極材料として例えば、酸素と、元素Ｘと、金属Ａと、金属Ｍと、を有する複合酸化物を用いることができる。金属ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの一以上であり、金属ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｍｇの一以上であり、元素ＸはＳ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉの一以上である。

オリビン型の結晶構造を有する材料として例えば、複合材料（一般式ＬｉＭＰＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。一般式ＬｉＭＰＯ_４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等のリチウム化合物を用いることができる。

特にＬｉＦｅＰＯ_４は、安全性、安定性、高容量密度、初期酸化（充電）時に引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たしているため、好ましい。

オリビン型の結晶構造を有する正極活物質は例えば、一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上５μｍ以下であることがより好ましく、５０ｎｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。また比表面積が１ｍ^２／ｇ以上２０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。また、二次粒子の平均粒子径は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

また、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等の複合材料を用いることができる。一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４の代表例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＮｉ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。

また、Ａ_ｘＭ_２（ＸＯ_４）_３（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｘ＝Ｓ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Ｆｅ_２（ＭｎＯ_４）_３、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｌｉ_３Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３等がある。また、正極活物質として、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＰ_２Ｏ_７、Ｌｉ_５ＭＯ_４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）の一般式で表される化合物を用いることができる。

また、Ｖを有するポリアニオン系正極材料を用いることができる。代表例として、α−ＬｉＶＯＰＯ_４、β−ＬｉＶＯＰＯ_４、α１−ＬｉＶＯＰＯ_４、ＬｉＶＰＯ_４Ｆ、ＬｉＶＰＯ_４Ｏ、ＬｉＶＰ_２Ｏ_７、ＬｉＶＯＳＯ_４、Ｌｉ_２ＶＯＳｉＯ_４、ＬｉＶＭｏＯ_６、等が挙げられる。

また、正極活物質として、ＮａＦｅＦ_３、ＦｅＦ_３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ_４等の逆スピネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系（Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＶ_３Ｏ_８等）、マンガン酸化物、有機硫黄化合物等の材料を用いることができる。

また、正極活物質として、一般式ＬｉＭＢＯ_３（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ））で表されるホウ酸塩系正極材料を用いることができる。

また、正極活物質として、組成式Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＭ_ｃＯ_ｄで表すことができるリチウムマンガン複合酸化物を用いることができる。ここで、元素Ｍは、リチウム、マンガン以外から選ばれた金属元素、またはシリコン、リンを用いることが好ましく、ニッケルであることがさらに好ましい。また、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体を測定する場合、放電時に０＜ａ／（ｂ＋ｃ）＜２、かつｃ＞０、かつ０．２６≦（ｂ＋ｃ）／ｄ＜０．５を満たすことが好ましい。なお、高容量を発現させるために、表層部と中心部で、結晶構造、結晶方位または酸素含有量が異なる領域を有するリチウムマンガン複合酸化物とすることが好ましい。このようなリチウムマンガン複合酸化物とするためには例えば、１．６≦ａ≦１．８４８、０．１９≦ｃ／ｂ≦０．９３５、２．５≦ｄ≦３とすることが好ましい。さらに、Ｌｉ_１．６８Ｍｎ_{０．８０６２}Ｎｉ_{０．３１８}Ｏ_３の組成式であらわされるリチウムマンガン複合酸化物を用いることが特に好ましい。本明細書等において、Ｌｉ_１．６８Ｍｎ_{０．８０６２}Ｎｉ_{０．３１８}Ｏ_３の組成式であらわされるリチウムマンガン複合酸化物とは、原料材料の量の割合（モル比）を、Ｌｉ_２ＣＯ_３：ＭｎＣＯ_３：ＮｉＯ＝０．８４：０．８０６２：０．３１８とすることにより形成したリチウムマンガン複合酸化物をいう。そのため該リチウムマンガン複合酸化物は、組成式Ｌｉ_１．６８Ｍｎ_{０．８０６２}Ｎｉ_{０．３１８}Ｏ_３で表されるが、この組成からずれることもある。

なお、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の金属、シリコン、リン等の組成は、例えばＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析計）を用いて測定することができる。またリチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の酸素の組成は、例えばＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）を用いて測定することが可能である。また、ＩＣＰ−ＭＳ分析と併用して、融解ガス分析、ＸＡＦＳ（Ｘ線吸収微細構造）分析の価数評価を用いることで求めることができる。なお、リチウムマンガン複合酸化物とは、少なくともリチウムとマンガンとを含む酸化物をいい、クロム、コバルト、アルミニウム、ニッケル、鉄、マグネシウム、モリブデン、亜鉛、インジウム、ガリウム、銅、チタン、ニオブ、シリコン、およびリンなどからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含んでいてもよい。

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの場合、正極活物質として、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、マグネシウム等）を用いてもよい。例えばナトリウム含有層状酸化物を用いることができる。

ナトリウムを有する材料として例えば、ＮａＦｅＯ_２や、Ｎａ_２／３［Ｆｅ_１／２Ｍｎ_１／２］Ｏ_２、Ｎａ_２／３［Ｎｉ_１／３Ｍｎ_２／３］Ｏ_２、Ｎａ_２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｎａ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｎａ_２ＦｅＰＯ_４Ｆ、ＮａＶＰＯ_４Ｆ、ＮａＭＰＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ））、Ｎａ_２ＦｅＰＯ_４Ｆ、Ｎａ_４Ｃｏ_３（ＰＯ_４）_２Ｐ_２Ｏ_７、などのナトリウム含有酸化物を正極活物質として用いることができる。

また、正極活物質として、リチウム含有金属硫化物を用いることができる。例えば、Ｌｉ_２ＴｉＳ_３、Ｌｉ_３ＮｂＳ_４などが挙げられる。

負極活物質としては、例えば炭素系材料、合金系材料等を用いることができる。

炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。また、黒鉛の形状としては鱗片状のものや球状のものなどがある。

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入されたとき（リチウム−黒鉛層間化合物の生成時）にリチウム金属と同程度に卑な電位を示す。これにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。前述の通り、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。

ここで、黒鉛材料について説明する。黒鉛とは複数のグラフェン層が、ファンデルワールス力によって互いに平行に積層した層状化合物である。黒鉛材料の表面は、グラフェン層に平行な面（ベーサル面、基底面ともいう。）と、複数のグラフェン層の端部が配列して形成される面（エッジ面、端面ともいう。）と、を含んでいる。ベーサル面では黒鉛を構成するグラフェン層のうち最外層に位置するグラフェン層の一方の面が露出しており、エッジ面では複数のグラフェン層の端部が露出している。二次電池の充放電に際しては、リチウムの挿入脱離は黒鉛材料のエッジ面が黒鉛材料への主たる出入り口となる。

負極活物質として黒鉛を用いる場合、エッジ面が露出した箇所においてＰＣを含む電解質が触れると、充放電時に黒鉛とＰＣとの副反応が生じる場合がある。本発明の一態様の蓄電装置が有する負極活物質として用いる球状化天然黒鉛は、上記エッジ面に接して、黒鉛層よりも結晶性の低い層が形成されているため、黒鉛とＰＣとの副反応を抑制できる場合がある。

キャリアイオンがリチウムイオンである場合、合金系材料としては、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｉｎ等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと高いため、蓄電装置の容量を高めることができる。このような元素を用いた合金系材料（化合物系材料）としては、例えば、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｇｅ、Ｍｇ_２Ｓｎ、ＳｎＳ_２、Ｖ_２Ｓｎ_３、ＦｅＳｎ_２、ＣｏＳｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ａｇ_３Ｓｎ、Ａｇ_３Ｓｂ、Ｎｉ_２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ_３、ＬａＳｎ_３、Ｌａ_３Ｃｏ_２Ｓｎ_７、ＣｏＳｂ_３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等がある。

また、負極活物質として、ＳｉＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、リチウム−黒鉛層間化合物（Ｌｉ_ｘＣ_６）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）等の酸化物を用いることができる。ここで、ＳｉＯとは、珪素と酸素を有する化合物であり、珪素と酸素の原子数比を珪素：酸素＝α：βとすると、αは、βの近傍の値を有することが好ましい。ここで近傍の値を有するとは、例えばαとβの差の絶対値は、βの値に対して好ましくは２０％以下、より好ましくは１０％以下であればよい。

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、Ｌｉ_３Ｎ型構造をもつＬｉ_３−ｘＭ_ｘＮ（ＭはＣｏ、Ｎｉ又はＣｕ）を用いることができる。例えば、Ｌｉ_２．６Ｃｏ_０．４Ｎ_３は大きな充放電容量（９００ｍＡｈ／ｇ、１８９０ｍＡｈ／ｃｍ^３）を示し好ましい。

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないＶ_２Ｏ_５、Ｃｒ_３Ｏ_８等の材料と組み合わせることができる。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質としてリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）等の、リチウムと合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３等の酸化物、ＣｏＳ_０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ_３Ｎ_２、Ｃｕ_３Ｎ、Ｇｅ_３Ｎ_４等の窒化物、ＮｉＰ_２、ＦｅＰ_２、ＣｏＰ_３等のリン化物、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３等のフッ化物が挙げられる。

負極活物質の一次粒子の平均粒径は、例えば５ｎｍ以上１００μｍ以下が好ましい。

正極活物質層及び負極活物質層は、それぞれ、導電助剤を有してもよい。

導電助剤としては、例えば炭素材料、金属材料、又は導電性セラミックス材料等を用いることができる。また、導電助剤として繊維状の材料を用いてもよい。活物質層の総量に対する導電助剤の含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がより好ましい。

導電助剤により、電極中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤により、負極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。活物質層中に導電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する活物質層を実現することができる。

導電助剤としては、例えば天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛、炭素繊維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナノチューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、例えばカーボンブラック（アセチレンブラック（ＡＢ）など）、グラファイト（黒鉛）粒子、グラフェン、酸化グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。また、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を用いることができる。

薄片状のグラフェンは、高い導電性を有するという優れた電気特性、及び柔軟性並びに機械的強度という優れた物理特性を有する。そのため、グラフェンを、導電助剤として用いることにより、活物質同士の接触点や、接触面積を増大させることができる。

グラフェンは、接触抵抗の低い面接触を可能とするものであり、また、薄くても導電性が非常に高く、少ない量でも効率よく活物質層内で導電パスを形成することができる。

平均粒径の小さい活物質、例えば１μｍ以下の活物質を用いる場合には、活物質の比表面積が大きく、活物質同士を繋ぐ導電パスがより多く必要となる。このような場合には、導電性が非常に高く少ない量でも効率よく導電パスを形成することができるグラフェンを用いることが、特に好ましい。

正極活物質層及び負極活物質層は、それぞれ、結着剤を有してもよい。

本明細書中において、結着剤は、活物質と活物質を結着もしくは接着させる機能、及び／又は、活物質層と集電体を結着もしくは接着させる機能を有する。また、結着剤は、電極又は電池の作製中に、その状態が変化する場合がある。例えば、結着剤は、液体、固体、又はゲル等の少なくともいずれか一の状態をとることがある。また、結着剤は、電極又は電池の作製中に、単量体（モノマー）から重合体（ポリマー）に変化する場合がある。

例えば、結着剤として水溶性の高分子を用いることができる。水溶性の高分子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉などを用いることができる。

また、結着剤として、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などのゴム材料を用いることができる。これらのゴム材料は、前述の水溶性の高分子と併用して用いてもよい。これらのゴム材料は、ゴム弾性を有し、伸び縮みしやすいため、充放電に伴う活物質の膨張収縮や、電極の曲げなどに伴うストレスに強く、信頼性の高い電極を得ることができる一方で、疎水基を有し水に溶けにくい場合がある。このような場合には、水溶液中で粒子が水に溶解しない状態で分散するので、活物質層の形成に使用する溶剤を含む組成物（電極合剤組成物ともいう）を、塗布するために適した粘度にまで高めることが難しいことがある。この際に、粘度調整機能の高い水溶性高分子、例えば多糖類を用いると、溶液の粘度を適度に高める効果が期待できるうえに、ゴム材料と互いに均一に分散し、均一性の高い良好な電極、例えば電極膜厚や電極抵抗の均一性が高い電極を得ることができる。

または、結着剤として、ＰＶＤＦ、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、エチレンプロピレンジエンポリマー、ポリ酢酸ビニル、ニトロセルロース等の材料を用いることができる。

結着剤は上記のうち二種類以上を組み合わせて使用してもよい。

活物質層の総量に対する結着剤の含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下がより好ましく、２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がさらに好ましい。

≪セパレータ≫本発明の一態様の蓄電装置では、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはセルロース繊維を含むセパレータを用いる。セパレータは、単層構造であっても積層構造であってもよい。例えば、セルロース繊維を含むセパレータと、他のセパレータと、の積層構造であってもよい。

セパレータに用いることができる材料として、ポリフェニレンサルファイドやセルロース繊維の他に、ポリプロピレンサルファイド、フッ素系ポリマー、セルロース、紙、不織布、ガラス繊維、セラミックス、あるいは、ナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維等から選ばれる一種以上を用いることができる。

≪外装体≫外装体５０９は、電解質５０８と接する面、すなわち内側の面が電解質５０８と顕著な反応を生じないことが好ましい。また、蓄電装置５００の外部から蓄電装置５００内に水分が混入すると、電解質５０８の成分等と水との反応が生じる場合がある。よって外装体５０９は、水分の透過性が低いことが好ましい。

外装体５０９には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等を用いた膜上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のフィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、電解質や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解質性を有する。外装体を内側に折り曲げて重ねて、又は、２つの外装体それぞれの内面を向かい合わせて重ねて熱を加えることにより、内面の材料が融け２つの外装体を融着することができ、封止構造を作製することができる。

外装体が融着等され封止構造が形成されている箇所を封止部とすると、外装体を内側に折り曲げて重ねた場合は、折り目以外の個所に封止部が形成され、外装体の第１の領域と、該第１の領域と重なる第２の領域とが融着等された構造となる。また、２枚の外装体を重ねた場合は熱融着等の方法で外周全てに封止部が形成される。

蓄電装置５００は、可撓性を有する外装体５０９を用いることで、可撓性を有する構成とすることができる。可撓性を有する構成とすれば、可撓性を有する部位を少なくとも一部有する電子機器に実装することができ、電子機器の変形に合わせて蓄電装置５００も曲げることもできる。

なお、本発明の一態様において、蓄電装置を構成する各部材にグラフェン化合物を用いることができる。グラフェン化合物は後述の通り、修飾により構造及び特性を幅広く選択することができため、グラフェン化合物を適用しようとする部材に応じて、好ましい性質を発現させることができる。また、グラフェン化合物は機械的強度が高いため、グラフェン化合物は可撓性を有する蓄電装置を構成する各部材にも適用することができる。以下、グラフェン化合物について説明する。

グラフェンは、炭素原子が１原子層配列したものであり、炭素原子間にπ結合を有する。グラフェンが２層以上１００層以下重なったものを、マルチグラフェンと呼ぶ場合がある。グラフェンおよびマルチグラフェンは、例えば、長手方向、あるいは面における長軸の長さが５０ｎｍ以上１００μｍ以下または８００ｎｍ以上５０μｍ以下である。

本明細書等において、グラフェンまたはマルチグラフェンを基本骨格として有する化合物をグラフェン化合物（グラフェンコンパウンド：Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄともいう）と呼ぶ。グラフェン化合物には、グラフェンとマルチグラフェンを含む。

以下に、グラフェン化合物について詳細を説明する。

グラフェン化合物は例えば、グラフェンまたはマルチグラフェンが、炭素以外の原子、または炭素以外の原子を有する原子団に修飾された化合物である。また、グラフェンまたはマルチグラフェンが、アルキル基、アルキレン等の炭素を主とした原子団に修飾された化合物であってもよい。なお、グラフェンまたはマルチグラフェンを修飾する原子団を、置換基、官能基、または特性基等と呼ぶ場合がある。ここで、本明細書等において修飾とは、置換反応、付加反応またはその他の反応により、グラフェン、マルチグラフェン、グラフェン化合物、または酸化グラフェン（後述）に、炭素以外の原子、炭素以外の原子を有する原子団、または炭素を主とした原子団を導入することをいう。

なお、グラフェンの表面と裏面は、それぞれ異なる原子や原子団により修飾されていてもよい。また、マルチグラフェンにおいては、それぞれの層が異なる原子や原子団に修飾されていてもよい。

上述の原子または原子団により修飾されたグラフェンの一例として、酸素または酸素を含む官能基に修飾されたグラフェンまたはマルチグラフェンが挙げられる。ここで酸素を含む官能基として例えば、エポキシ基、カルボキシル基などのカルボニル基、または水酸基等が挙げられる。酸素または酸素を有する官能基により修飾されたグラフェン化合物を、酸化グラフェンと呼ぶ場合がある。また、本明細書においては、酸化グラフェンは多層の酸化グラフェンをも含むものとする。

酸化グラフェンにおける修飾の一例として、酸化グラフェンのシリル化について説明する。まず、窒素雰囲気中において、容器内に酸化グラフェンを入れ、容器にｎ−ブチルアミン（Ｃ_４Ｈ_９ＮＨ_２）を加え、６０℃に保ち１時間撹拌する。次に、容器にトルエンを加え、シリル化剤として、アルキルトリクロロシランをさらに加えて、窒素雰囲気中において、６０℃に保ち５時間撹拌する。次に、容器にさらにトルエンを加え、吸引濾過して固体粉末を得て、これをエタノール中に分散させる。さらにこれを吸引濾過して固体粉末を得て、アセトンに分散させる。さらに、これを吸引濾過して固体粉末を得て、液体成分を気化してシリル化された酸化グラフェンが得られる。

なお修飾は、シリル化に限定されず、シリル化も上述の方法に限定されない。また、１種類の原子または原子団を導入するだけでなく、複数の種類の修飾を施し、複数の種類の原子または原子団を導入してもよい。グラフェン化合物に特定の原子団を導入することで、グラフェン化合物の物性を変化させることができる。従って、グラフェン化合物の用途に応じて望ましい修飾を施すことにより、グラフェン化合物に所望の性質を意図的に発現させることができる。

次に、酸化グラフェンの作製方法の一例を説明する。酸化グラフェンは、上記グラフェンまたはマルチグラフェンを酸化して得ることができる。または、酸化グラフェンは、酸化グラファイトを分離して得ることができる。酸化グラファイトは、グラファイトを酸化して得ることができる。ここで、酸化グラフェンに、さらに上述の原子または原子団を修飾してもよい。

酸化グラフェンを還元して得られる化合物を、ＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）と呼ぶ場合がある。なお、ＲＧＯには、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素または酸素を含む原子団が炭素に結合した状態で残存する場合がある。例えばＲＧＯは、エポキシ基、カルボキシル基などのカルボニル基、または水酸基等の官能基を有する場合がある。

グラフェン化合物は、複数のグラフェン化合物が部分的に重なりながら１枚のシート状となっていてもよい。このようなグラフェン化合物を、グラフェン化合物シートと呼ぶ場合がある。グラフェン化合物シートは例えば、厚さが０．３３ｎｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは０．３４ｎｍより大きく１０μｍ以下の領域を有する。グラフェン化合物シートは、炭素以外の原子、炭素以外の原子を有する原子団、またはアルキル基等の炭素を主とした原子団等により修飾されていてもよい。また、グラフェン化合物シートが有する複数の層のそれぞれにおいて、異なる原子または原子団により修飾されていてもよい。

グラフェン化合物は、炭素で構成される六員環の他に、炭素で構成される五員環や、炭素で構成される七員環以上の多員環を有してもよい。ここで、七員環以上の多員環の近傍では、リチウムイオンが通過可能な領域が生じる場合がある。

また例えば、複数のグラフェン化合物が集まって、シート状の形状となっていてもよい。

グラフェン化合物は平面的な形状を有するため、面接触を可能とする。

グラフェン化合物は薄くても導電性が高い場合があり、また面接触によりグラフェン化合物同士、あるいはグラフェン化合物と活物質との間の接触面積を増加させることができる。よって、体積あたりの量が少なくても効率よく導電パスを形成することができる。

一方で、グラフェン化合物を絶縁体として用いることもできる。例えばグラフェン化合物シートをシート状の絶縁体として用いることができる。ここで例えば、酸化グラフェンは酸化されていないグラフェン化合物と比較して絶縁性が高い場合がある。また、原子団に修飾されたグラフェン化合物は、修飾する原子団の種類により、絶縁性を高めることができる場合がある。

ここで、本明細書等においてグラフェン化合物は、グラフェン前駆体を有してもよい。グラフェン前駆体とは、グラフェンを製造するために用いられる物質のことをいい、グラフェン前駆体には例えば、上述の酸化グラフェンや、酸化グラファイトなどを含んでもよい。

なお、アルカリ金属を有するグラフェンや、酸素等の炭素以外の元素を有するグラフェンを、グラフェン類似体と呼ぶ場合がある。本明細書等においてグラフェン化合物には、グラフェン類似体も含まれる。

また、本明細書等におけるグラフェン化合物は、層間に原子、原子団、およびそれらのイオンを有してもよい。なお、グラフェン化合物が層間に原子、原子団、およびそれらのイオンを有することにより、グラフェン化合物の物性、例えば電気伝導性やイオン伝導性が変化する場合がある。また、層間距離が大きくなる場合がある。

グラフェン化合物は、高い導電性を有するという優れた電気特性と、高い柔軟性および高い機械的強度を有するという優れた物理特性と、を有する場合がある。また、グラフェン化合物は、修飾の種類に応じて、導電性を極めて低くし絶縁体とすることができる場合がある。また、グラフェン化合物は平面的な形状を有する。グラフェン化合物は、接触抵抗の低い面接触を可能とする。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置の使用例について図１１を用いて説明する。

本発明の一態様の蓄電装置は、車両に搭載することができる。

蓄電装置を車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。

図１１において、本発明の一態様である蓄電システムを用いた車両を例示する。図１１（Ａ）に示す自動車８４００は、走行のための動力源として電気モータを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モータとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。自動車８４００は蓄電システムを有する。蓄電システムは電気モータ８４０６を駆動するだけでなく、ヘッドライト８４０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。

また、蓄電装置は、自動車８４００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電装置は、自動車８４００が有するナビゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。

図１１（Ｂ）に示す自動車８５００は、自動車８５００が有する蓄電装置にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図１１（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。

また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両同士で電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電装置の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。

また、図１１（Ｃ）は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた二輪車の一例である。図１１（Ｃ）に示すスクータ８６００は、蓄電システム８６０２、サイドミラー８６０１、方向指示灯８６０３を備える。蓄電システム８６０２は、方向指示灯８６０３に電気を供給することができる。

また、図１１（Ｃ）に示すスクータ８６００は、座席下収納８６０４に、蓄電システム８６０２を収納することができる。蓄電システム８６０２は、座席下収納８６０４が小型であっても、座席下収納８６０４に収納することができる。

本発明の一態様によれば、蓄電装置のサイクル特性が良好となり、信頼性を向上させることができる。また、本発明の一態様によれば、蓄電装置の特性を向上することができ、よって、蓄電装置自体を小型軽量化することができる。蓄電装置自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載した蓄電装置を車両以外の電力供給源として用いることもできる。この場合、電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

本実施例では、本発明の一態様であるイオン液体を有する二次電池と、比較例の二次電池を作製し、これらの特性を評価した。

［二次電池の作製］
＜サンプル１＞
本発明の一態様であるサンプル１の二次電池は、電解液として、ＬｉＴＦＳＡを１ｍｏｌ／Ｌ溶解させたｐｏＥＭＩ−ＦＳＡを用いた。ｐｏＥＭＩ−ＦＳＡの化学式を下記に示す。

正極活物質としてリン酸鉄リチウムを用い、還元された酸化グラフェンと混合して正極集電体に塗布した。還元として化学還元と熱還元を行い、まずＮＭＰ中でリン酸鉄リチウム、酸化グラフェン、アスコルビン酸を混合して、６０℃で１時間、化学還元した。その後、１７０℃で１０時間、熱還元した。正極集電体にはアルミニウム箔を用いた。

負極活物質として球状化天然黒鉛を用い、負極バインダとしてＣＭＣとＳＢＲを用い、これらを負極集電体である銅箔に塗布した。

サンプル１の容量比（正極／負極）は５８．７％であった。

セパレータとして厚さ約５０μｍのセルロースを用いた。外装体としてラミネートフィルムを用いた。エンベロープ状にしたセパレータで正極を覆った。

セパレータで覆われた正極と負極を積層し、これらをポリイミドテープで固定し、正極に正極タブを超音波溶接し、負極に負極タブを超音波溶接した。正極タブにはアルミニウム箔、負極タブには銅とニッケルが積層された箔を用いた。これらを８０℃で１０時間乾燥させた後、ラミネートフィルムで覆った。そして上述の電解液を注入し、−１００ｋＰａの減圧下で封止してセルを作製した。

＜サンプル２＞
本発明の一態様であるサンプル２の二次電池も、サンプル１と同様に作製した。サンプル２の容量比（正極／負極）は７７．３％であった。

＜サンプル３＞
比較例であるサンプル３の二次電池は、電解液として、ＬｉＴＦＳＡを１ｍｏｌ／Ｌ溶解させたＥＭＩ−ＦＳＡを用いた。その他はサンプル１と同様に作製した。サンプル３の容量比（正極／負極）は５７．９％であった。ＥＭＩ−ＦＳＡの化学式を下記に示す。

［エージング］
サンプル１乃至サンプル３の二次電池に２５℃でエージング処理をした。まず３．２Ｖまで０．０１Ｃで充電した。そしてラミネートセルを開封して余剰なガスを除いてから、再度封止した。次に４Ｖまで０．０５ＣでＣＣ充電を行った。次に２Ｖまで０．２ＣでＣＣ放電を行った。次に４Ｖまで０．２ＣでＣＣ充電し、２Ｖまで０．２ＣでＣＣ放電するサイクルを２回行った。

［サイクル特性］
＜２５℃での評価＞
本発明の一態様のサンプル１および比較例のサンプル３の二次電池のサイクル特性を、２５℃で評価した。２５℃のサイクル特性は、４Ｖまで０．２ＣでＣＣ充電し、２Ｖまで０．２ＣでＣＣ放電して評価した。また２００サイクル毎に０．１Ｃの充放電を行い、容量の変化を確認した。図１２（Ａ）にサンプル１、図１２（Ｂ）にサンプル３の、２５℃におけるサイクル特性を示す。

図１２（Ｂ）に示すように、電解液にＥＭＩ−ＦＳＡを用いたサンプル３では１００サイクル以内に急激に放電容量が低下し、２００サイクル時点での放電容量維持率は７．３％であった。一方、本発明の一態様である、電解液にｐｏＥＭＩ−ＦＳＡを用いたサンプル１では、８００サイクル時点での放電容量維持率が７７％と極めて良好であった。なお図１２（Ａ）のサイクル試験終了時に容量が低下しているように見えるのは、放電途中でサイクル試験を終了したためであり、二次電池の劣化によるものではない。

＜６０℃での評価＞
次に、本発明の一態様のサンプル２のサイクル特性を６０℃で評価した。６０℃のサイクル特性は、４Ｖまで０．５ＣでＣＣ充電し、２Ｖまで０．５ＣでＣＣ放電して評価した。また２００サイクル毎に０．１Ｃの充放電を行い、容量の変化を確認した。図１３にサンプル２の、６０℃におけるサイクル特性を示す。

図１３に示すように、より高い温度で充放電を行っても、本発明の一態様のサンプル２は良好なサイクル特性を示した。２００サイクル時点の放電容量維持率は８２．７％、４００サイクル時点で７６．４％、６００サイクル時点で７１．６％であった。

以上のように、本発明の一態様のイオン液体を用いた二次電池は、６０℃で保持しても極めて良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。

１０１ 負極
１０２ 正極
１０３ 正極
１０４ 負極
１１１ 負極集電体
１１１ａ 負極集電体
１１１ｂ 負極集電体
１１２ 正極集電体
１１２ａ 正極集電体
１１２ｂ 正極集電体
１１３ セパレータ
１１３ａ セパレータ
１１３ｂ セパレータ
１１４ 端部
１１６ タブ
１２２ 活物質
１２２ａ 活物質
１２２ｂ 活物質
１２３ 活物質
１２３ａ 活物質
１２３ｂ 活物質
１４１ 開口部
１４２ 開口部
１４３ 開口部
１４４ａ 開口部
１４４ｂ 開口部
１４５ 開口部
１４５ａ 開口部
１４５ｂ 開口部
１４６ 開口部
１４７ 方向
１４８ 長辺方向
１４９ 開口部
１５０ 外装体
１５１ イオン液体
１５２ 長辺方向
１５３ 開口部

Claims (7)

1. 正極と、負極と、セパレータと、電解液と、外装体と、該外装体を介して前記電解液を加熱する手段と、を有し、
   前記正極は、正極活物質層と、正極集電体と、を含み、
   前記負極は、負極活物質層と、負極集電体と、を含み、
   前記セパレータは、前記正極および前記負極の間に位置し、
   前記電解液は、イオン液体と、アルカリ金属塩と
2. 請求項１において、前記イオン液体は、下記式で表される１−メチル−３−（２−プロポキシエチル）イミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）アミドを含むことを特徴とする蓄電装置。
   
3. 請求項１または請求項２において、前記加熱する手段は、前記電解液を３０℃以上に加熱する蓄電装置。
4. 請求項１において、さらに第２のセパレータを有し、
   前記第２のセパレータは、前記正極及び前記負極のいずれか一以上と、前記外装体の間に位置し、
   前記第２のセパレータは、ポリフェニレンサルファイド又はセルロース繊維を含む蓄電装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、前記セパレータは、ポリフェニレンサルファイド又はセルロース繊維を含む蓄電装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、前記正極集電体が、アルミニウムまたはステンレスを含む蓄電装置。
7. 正極と、負極と、セパレータと、電解液と、外装体と、を有し、
   前記正極は、正極活物質層と、正極集電体と、を含み、
   前記負極は、負極活物質層と、負極集電体と、を含み、
   前記セパレータは、前記正極および前記負極の間に位置し、
   前記電解液は、イオン液体と、アルカリ金属塩とを含む蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電解液を３０℃以上５０℃以下に制御する温度制御装置と、を有する車両。