JP4013327B2 - 非水二次電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水二次電池、特に高容量でハイレート性に優れ、かつサイクル寿命の長いのリチウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム金属を含まない負極材料とリチウムを含有する正極活物質を用いるリチウム二次電池では、まず、正極活物質に含まれるリチウムを負極材料に挿入して負極材料の活性を上げる。これが充電反応であり、その逆の負極材料からリチウムイオンを正極活物質へ挿入させる反応が放電反応である。
このタイプのリチウム電池に用いる負極材料は、ある程度導電性を有する炭素材料が一般的であり、通常は他の導電剤を混合することなく用いられている。近年、炭素材料よりも放電容量の大きいＳｎ（II）を主体とする複合酸化物やＳｉ化合物が見いだされている。しかし、これらの材料は導電性が低いため、充放電反応を効率良く行わせるために導電剤を添加して電極合剤とする必要がある。
これらの導電剤としては、従来、カーボンブラックやグラファイト微粒子といった炭素材料のほか金属微粉末、発泡金属、有機の導電性化合物などが用いられてきた。
二次電池の体積容量密度を上げるためにはこれらの導電剤量をできる限り少なくし、正極活物質あるいは負極材料を多く充填するのが好ましいが、導電剤量が少ない場合、活物質粒子の利用率が下がり、むしろ容量低下をきたしたり、また、ハイレート特性、即ち大電流値で充放電した時の特性が悪化するするといった問題を生じていた。
一方、炭素を負極材料に用いた場合は前記のように一般的には導電剤は不要であるが、特開平８−２７３７０２公報には、負極材料に金属を担持させることにより、容量やサイクル性に改善の余地があることが示されている。しかし、負極の主成分である負極材料そのものに金属を担持させるにはコストがかかる問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、リチウム二次電池のハイレート特性を改善し、かつ容量およびサイクル寿命を高めることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、導電剤を種々検討した結果、これまで用いられてきた導電剤の表面に金属を析出させることにより、従来の導電剤を用いる場合とは異なり、ハイレート特性、サイクル特性、サイクル性と高容量密度を両立させることができ本発明に至った。即ち、本発明の課題は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質を含む正負の電極およびリチウム化合物を含む非水電解質を有する非水二次電池において、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ〜２００ｎｍの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とする非水二次電池により達成された。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の態様について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質を含む正負の電極およびリチウム化合物を含む非水電解質を有する非水二次電池において、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ〜２００ｎｍの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とする非水二次電池。
（２）該負極が導電剤を２〜５０重量％含有することを特徴とする項１に記載の非水二次電池。
（３）該負極材料が錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物である項１または２に記載の非水二次電池。
（４）導電剤が炭素質材料である項１〜３のいずれか１項に記載の非水二次電池。
（５）導電剤の炭素材料が、輪片状黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックから選ばれる少なくとも１材料であることを特徴とする項４に記載の非水二次電池。
（６）Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属の導電性物質への析出量が導電剤に対し１重量％以上、５００重量％以下である項１に記載の非水二次電池。
（７）正極材料が、リチウム含有遷移金属酸化物である項１〜６のいずれか１項に記載の非水二次電池。
（８）
該負極の表面に保護層を有することを特徴とする項１〜７のいずれか１項に記載の非水二次電池。
（９）導電性物質への金属の析出を酸化還元反応による無電解メッキにより行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の非水二次電池用電極の製造方法。
【０００６】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明のリチウムイオン非水電解質二次電池は、正極活物質、負極材料およびリチウム塩を含む非水電解質からなる基本構成をもち、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ〜２００ｎｍの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とし、これにより高容量および優れたハイレート特性とサイクル性を実現したものである。また、正極の活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムを代表とする高電位型のリチウム含有金属複合酸化物が用いられる。これらの正極活物質はリチウム含有非水電解液とともに、負極へのリチウムイオンの供給源となって、ロッキングチェア型二次電池を構成する。
【０００７】
本発明の電極は、集電体（一般に金属支持体）とその上に塗設された活物質合剤層すなわち活物質粉末、導電剤、結着剤を含む層から成る。この電極の合剤層中に、本発明では、従来の導電剤、たとえば炭素材料導電剤や酸化物系導電剤の粒子あるいは繊維の表面上に金属を析出させた状態で用いられる。本発明のように、従来の導電剤よりも導電性の高い金属を析出させることにより、第１に、導電剤の使用量を最小として電極の体積当り容量を増加することができ、第２に、高電流密度で充放電したときの容量低下を少なくする、すなわちハイレート特性を改善することができ、第３に、電極材料のリチウム挿入放出のサイクルの過程で、活物質粒子と導電剤との接触が不良となって内部抵抗が増加するといった問題が起こりにくくなり、電池のサイクル寿命を向上させることができる。また、導電剤の表面に金属微粒子を微細な凹凸ができるように析出させると、活物質粒子との間に微細な空隙ができることになり、電解質と活物質との間のＬｉイオンの拡散がスムーズに起こるようになって、結果としてハイレート特性が改善できる。
本発明において、電極は負極であることが好ましい。
【０００８】
本発明において、導電性物質の表面に金属を析出させる場合の析出は導電剤粒子表面全体の被覆でもよく、また部分的な被覆であってもよい。部分的な被覆には、金属微粒子の付着も含む。
上記の目的で本発明において導電剤表面に析出させる金属として好ましいものは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｗ、Ｓｎ、Ｐｂである。これらの中でも特に好ましいものは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎであり、さらに好ましくはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉである。
【０００９】
金属を析出させる導電性物質としては従来から用いられている導電剤、たとえば炭素質材料や金属酸化物材料、あるいはこれらの複合材料（たとえば金属酸化物粉末表面に炭素質材料を被覆したものなど）を挙げることができる。炭素質材料導電剤としては黒鉛および黒鉛化炭素類、またはカーボンブラックのような低黒鉛性の炭素微粉末、あるいは炭素繊維など結晶質もしくは非晶質の炭素質材料いずれも用いることができ、また２種類以上を併用してもよい。好ましい炭素材料導電剤は鱗片状黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックである。鱗片状黒鉛には天然黒鉛と人造黒鉛があるがいずれを用いることもできる。この鱗片状黒鉛は物性値として、面間隔ｄ（００２）が０．３３７ｎｍ以下、結晶子サイズＬｃおよびＬａが５０ｎｍ以上、ＢＥＴ比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上、平均粒子サイズが１〜２０μｍ、アスペクト比が２以上の範囲であるものが好ましい。金属酸化物導電剤としては酸化錫、酸化インジウム、酸化チタン、酸化鉛などやこれらの複合酸化物微粒子を用いることができる。
【００１１】
材料の表面上に金属を析出する方法としては、１）無電解メッキによって金属イオンと還元剤の存在下の溶液中で導電剤表面に金属を析出する方法、２）真空蒸着法、スパッタリング法によって導電剤に金属薄膜を形成する方法、３）含金属化合物（主に有機金属化合物）を表面修飾あるいは表面に析出させた導電剤を酸化還元分解などの化学反応によって、表面上に金属を析出させる方法（化学分解法）、４）導電剤と金属の超微粉末を混合し機械的に付着させる方法（メカニカルミリング法）などを挙げることができるが、本発明では金属イオンを還元して金属を析出させる１）あるいは３）の方法が好ましい。特に好ましい方法は無電解メッキ法である。無電解メッキは、金属イオンを金属原料に用いて、導電剤の分散する溶液中攪拌下で、金属イオンを還元剤の存在下で還元し、導電剤表面に金属を析出させる方法である。
金属が銅の場合を例に取ると無電解銅メッキはたとえば特公平４−５３９４９、特開平２−１５３０７６に記載されている。銅原料として硫酸銅、錯化剤にＥＤＴＡ、還元剤にホルムアルデヒドを用い、液温４０〜９０℃、ｐＨ８〜１１の条件下で、あらかじめ表面活性化の前処理を施した粉体を分散した硫酸銅とＥＤＴＡの水溶液に攪拌下で還元剤を滴下してメッキ反応を進行させる。
ニッケルメッキは一般的な酸性無電解ニッケルメッキ液（たとえば塩化ニッケルまたは硫酸ニッケルと次亜リン酸ナトリウムおよびオキシ酢酸ナトリウムまたは酢酸ナトリウムを含むメッキ浴）を用いることができる。
銀メッキは、銀原料に硝酸銀、錯化剤にエチレンジアミン、グルタミン酸、還元剤にロッシェル塩などを用い、ｐＨ９〜１３の範囲で、導電剤表面に銀をメッキさせることができる。
微細な粒子状のＡｇが導電剤上に析出するようにメッキを行うには、還元剤に糖類を用いてｐＨ１０以上で行うことができる。この方法は、本発明において特に好ましい金属メッキ法である。この方法で特に好ましい還元剤はデキストリンである。
【００１２】
本発明において導電性物質に析出させる金属は、導電性物質重量に対して、１〜５００重量％の含量で添加され、好ましい添加量は５〜２００重量％の範囲であり、さらに好ましくは１０〜１００重量％の範囲である。また、析出した金属は微粒子状であって、そのサイズが１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましく、導電剤粒子間で均一に分布しているのが好ましい。また、金属を析出させた導電剤粉末を圧縮したときの抵抗率が析出させる前の導電剤の１０分の１以下であることが好ましい。また、電極合剤の抵抗率は金属を析出させていない場合の２分の１以下であることが好ましい。
【００１３】
また合剤中に、表面に金属を析出させた導電剤に加えて、補助的に別の導電剤を加えることもできる。補助導電剤は、構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよい。導電剤の添加量は、特に限定されないが、２〜５０重量％が好ましく、特に２〜３０重量％が好ましい。負極材料に炭素質材料を、導電剤に金属を析出させた炭素質導電剤を組み合わせて用いることもできるが、この場合には、金属を析出した導電剤の粒子サイズが負極材料の粒子サイズよりも小さいことが好ましい。
【００１４】
本発明において好ましい正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物である。その１つは、Ｌｉx ＭＯ2 （ここでＭ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種を含む遷移金属）、ｘ＝０．０２〜１．２）で示される化合物である。とくに好ましいのは、コバルトあるいはニッケルの酸化物を主体とする層状構造の活物質である。Ｍは異種の元素を固溶していても良く、固溶元素としては上記のＭ以外にたとえばＴｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｇａなどを挙げることができる。これらの正極活物質としては、ＬｉxＣｏＯ2 、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏaＮｉ1-a Ｏ2、ＬｉxＣｏbＦｅ1-b Ｏ2、（ここでｘ＝０．０２〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．８〜０．９８）を挙げることができる。
【００１５】
正極活物質として用いられるもう１つは、Ａ〔Ｂ2 〕Ｏ4 型のスピネル構造を持つＬｉＭｎ2 Ｏ4 系酸化物である。
ＬｉＭｎ2 Ｏ4 系酸化物として好ましいものとしては、ＬｉＭｎ2 Ｏ4、ＬｉxＭｎcＣｏ2-c Ｏ4、ＬｉxＭｎcＮｉ2-c Ｏ4、ＬｉxＭｎcＶ2-c Ｏ4、ＬｉxＭｎcＦｅ2-c Ｏ4（ここでｘ＝０．０２〜１．２、ｃ＝１．６〜１．９６、）をあげることができる。
更には一般式Ｌｉ1+x 〔Ｍｎ2-y 〕Ｏ4 （０＜x ＜１．７，０≦ｙ＜０．７））、またはＬｉ1-x 〔Ｍｎ2-y 〕Ｏ4 （０＜ｘ＜１．０，０≦ｙ＜０．５）で示されるような非化学量論的組成をもち欠陥を含む構造の化合物も含まれる。これらの例としては、Ｌｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12あるいはスピネル構造表示でＬｉ〔Ｌｉ1/3 Ｍｎ5/3 〕Ｏ4 、Ｌｉ4 Ｍｎ4 Ｏ9、ＬｉＭｎＯ2 あるいはＬｉ2 Ｍｎ2 Ｏ4 、Ｌｉ2 ＭｎＯ3 、Ｌｉ5 Ｍｎ4 Ｏ9、Ｌｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12、Ｌｉ2 Ｍｎ4 Ｏ9 等の化合物も上記一般式の範囲に含まれる（構造式は一般式表示の整数倍もしくは少数倍で示すものも含む）。
【００１６】
これらの正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属化合物を混合、焼成する固相反応方法やゾル−ゲル反応あるいは沈殿法などの溶液反応により合成することができる。焼成による固相反応法を用いる場合、焼成温度は、正極活物質原料として用いる原料化合物の一部が分解、溶融する温度であればよく、通常６００〜１０００℃である。
正極活物質の平均粒子サイズは、０．１〜５０μｍが好ましく、とくに１〜９．５μｍが好ましい。正極活物質の好ましい比表面積は０．１ｍ2 ／ｇより大きく５ｍ2 ／ｇ以下であり、特に好ましくは０．１ｍ2 ／ｇより大きく３ｍ2 ／ｇ以下である。
【００１７】
本発明の二次電池に用いる負極材料としては前記のようにリチウムイオンを挿入あるいは吸蔵しうる物質、たとえば錫やケイ素といった金属あるいはそれらの化合物などを用いることができる。また、これらの材料を混合して使用することもできる。
【００１８】
本発明に用いる負極材料の金属およびその化合物の金属種はＳｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖが好ましい。本発明の目的の電池性能を確保する上で、負極の金属化合物として好ましいものは、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物である。
この錫を主体とし非晶質構造を含む複合酸化物の好ましい形態は、錫酸化物を主体とし周期率表第１族、第２族、第１３族、第１４族、第１５族、遷移金属、ハロゲン元素から選ばれる一種以上を含む非晶質構造を含む複合酸化物からなることを特徴とする。
とくに好ましい負極の複合酸化物は、一般式Ｓｎx Ｍ1 1-x Ｍ2 y Ｏz （Ｍ1 はＭｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅから選ばれる１種以上を、Ｍ2 はＡｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期率表第１族、第２族、第３族、ハロゲン元素から選ばれる２種以上の元素を示し、０＜ｘ≦１，０．１≦ｙ≦３，１≦ｚ≦８）で示される非晶質のリチウム吸蔵可能な負極活物質前駆体にリチウムを挿入して得られる非晶質の複合酸化物である。上式の負極活物質前駆体においてＳｎとＭ1はリチウムイオンの電気化学的挿入放出に関わる機能元素であり、Ｍ2は複合酸化物の非晶質化に有効なマトリクスを構成する元素である。
【００１９】
以下に、本発明の負極活物質前駆体に用いる金属複合酸化物の好ましい例を示す。
ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｎａ0.2 Ｏ3.7 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.3 Ｐ0.5 Ｒｂ0.2 Ｏ3.4 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｇｅ0.05Ｏ3.85、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｍｇ0.1 Ｇｅ0.02Ｏ3.83、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｏ3.2 、ＳｎＡｌ0.3 Ｂ0.5 Ｐ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＡｌ0.3 Ｂ0.5 Ｐ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.3 Ｂａ0.08Ｍｇ0.08Ｏ3.26、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0. 08Ｏ3.28、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｏ3.6 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｏ3.7 、
【００２０】
ＳｎＡｌ0.5 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｌｉ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.05、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.05、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.03、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.05Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.03、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.03、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.1 Ｏ3.05、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3 、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.06Ｏ3.07、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.14Ｏ3.03、ＳｎＰＢａ0.08Ｏ3.58、ＳｎＰＫ0.1 Ｏ3.55、ＳｎＰＫ0.05Ｍｇ0.05Ｏ3.58、ＳｎＰＣｓ0.1 Ｏ3.55、ＳｎＰＢａ0.08Ｆ0.08Ｏ3.54、ＳｎＰＫ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.55、ＳｎＰＫ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.53、ＳｎＰＣｓ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.55、ＳｎＰＣｓ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.53、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｂａ0.08Ｆ0.08Ｏ3.54、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｌｉ0.1 Ｋ0.1 Ｂａ0.1 Ｆ0.1 Ｏ3.65、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.08Ｏ3.34、
【００２１】
Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 ＰＣｓ0.05Ｏ4.23、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 ＰＫ0.05Ｏ4.23、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.4 Ｃｓ0.2 Ｏ3.5 、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｂａ0.08Ｏ3.68、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｂａ0.08Ｆ0.08Ｏ3.64、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｍｇ0.04Ｂａ0.04Ｏ3.68、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.3 Ｐ0.5 Ｂａ0.08Ｏ3.58、Ｓｎ1.3 Ａｌ0.3 Ｂ0.3 Ｐ0.4 Ｎａ0.2 Ｏ3.3 、Ｓｎ1.3 Ａｌ0.2 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.2 Ｏ3.4 、Ｓｎ1.3 Ａｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.2 Ｏ3.6 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.4 ＰＫ0.2 Ｏ4.6 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.2 Ｂａ0.1 ＰＫ0.2 Ｏ4.45、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.2 Ｂａ0.2 ＰＫ0.2 Ｏ4.6 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.4 Ｂａ0.2 ＰＫ0.2 Ｂａ0.1 Ｆ0.2 Ｏ4.9 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.4 ＰＫ0.3 Ｏ4.65、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.2 ＰＫ0.2 Ｏ4.4 、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.4 ＰＫ0.1 Ｏ4.65、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.4 ＰＣｓ0.05Ｏ4.63、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.4 ＰＣｓ0.05Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ4.63、
【００２２】
ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.1 Ｂ0.2 Ｐ0.1 Ｃａ0.4 Ｏ3.1 、ＳｎＳｉ0.4 Ａｌ0.2 Ｂ0.4 Ｏ2.7 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.2 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｍｇ0.1 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｂ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.2 Ｏ3.55、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｏ4.30、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.3 Ｏ3.25、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｂａ0.2 Ｏ2.95。ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｃａ0.2 Ｏ2.95、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｍｇ0.1 Ｏ3.2 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.3 Ｐ0.1 Ｏ3.05、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｍｇ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｃａ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｐ0.2 Ｏ3 、ＳｎＳｉ0.6 Ｂ0.2 Ｐ0.2 Ｏ3 、ＳｎＳｉ0.8 Ａｌ0.2 Ｏ2.9 、ＳｎＳｉ0.8 Ａｌ0.3 Ｂ0.2 Ｐ0.2 Ｏ3.85、ＳｎＳｉ0.8 Ｂ0.2 Ｏ2.9 、ＳｎＳｉ0.8 Ｂａ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.8 Ｍｇ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.8 Ｃａ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.8 Ｐ0.2 Ｏ3.1 、
【００２３】
Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.9 Ｆｅ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.8 Ｐｂ0.2 Ｃａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.3 Ｇｅ0.7 Ｂａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.1 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.2 Ｍｎ0.8 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.7 Ｐｂ0.3 Ｃａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.2 Ｇｅ0.8 Ｂａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、
【００２４】
ＳｎＳｉ0.8 Ｂ0.2 Ｏ2.9 、ＳｎＳｉ0.7 Ｂ0.3 Ｏ2.85、ＳｎＳｉ0.7 Ｂ0.3 Ａｌ0.1 Ｏ3.0 、ＳｎＳｉ0.5 Ｂ0.3 Ａｌ0.1 Ｍｇ0.1 Ｏ2.7 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｂ0.2 Ａｌ0.1 Ｌｉ0.1 Ｏ2.5 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｂ0.2 Ａｌ0.1 Ｃｓ0.1 Ｏ2.65、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ａｌ0.1 Ｏ2.75、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.2 Ａｌ0.1 Ｏ2.9 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ａｌ0.1 Ｌｉ0.05Ｏ2.78、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.1 Ａｌ0.1 Ｌｉ0.1 Ｏ2.7 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.2 Ａｌ0.1 Ｃｓ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｐ0.3 Ｏ2.95、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｐ0.3 Ａｌ0.1 Ｏ3.1 、ＳｎＳｉ0.5 Ｂ0.3 Ｚｒ0.1 Ｏ2.65、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｐ0.2 Ｚｒ0.1 Ｏ2.7 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｂ0.2 Ｐ0.1 Ｚｒ0.1 Ｏ2.75
【００２５】
上記金属酸化物負極材料と共に用いることができる負極活物質あるいは負極材料としては、リチウム金属、リチウム合金などやリチウムイオンまたはリチウム金属を吸蔵・放出できる炭素質化合物（例えば、特開昭５８−２０９、８６４、同６１−２１４，４１７、同６２−８８，２６９、同６２−２１６，１７０、同６３−１３，２８２、同６３−２４，５５５、同６３−１２１，２４７、 同６３−１２１，２５７、同６３−１５５，５６８、同６３−２７６，８７３、 同６３−３１４，８２１、特開平１−２０４，３６１、同１−２２１，８５９、 同１−２７４，３６０など）、あるいはＳｉ微粉末や炭素材料中に担持したＳｉなどＳｉ系材料があげられる。
【００２６】
正極と負極の電極合剤には、導電剤のほかに結着剤やフィラーなどを添加することができる。結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、 ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマーなどが１種またはこれらの混合物として用いられる。結着剤の添加量は、２〜３０重量％が好ましい。フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、０〜３０重量％が好ましい。
【００２７】
二次電池の製造に用いられる非水電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、 γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル（特開昭６０−２３，９７３）、トリメトキシメタン（特開昭６１−４，１７０）、ジオキソラン誘導体（特開昭６２−１５，７７１、同６２−２２，３７２、同６２−１０８，４７４) 、スルホラン（特開昭６２−３１，９５９）、３−メチル−２−オキサゾリジノン（特開昭６２−４４，９６１）、プロピレンカーボネート誘導体（特開昭６２−２９０，０６９、同６２−２９０，０７１）、テトラヒドロフラン誘導体（特開昭６３−３２，８７２）、ジエチルエーテル（特開昭６３−６２，１６６）、１，３−プロパンサルトン（特開昭６３−１０２，１７３）などの非プロトン性有機溶媒の少なくとも１種以上を混合した溶媒とその溶媒に溶けるリチウム塩、例えば、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＣＯ2 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、ＬｉＢ10Ｃｌ10（特開昭５７−７４，９７４）、低級脂肪族カルボン酸リチウム（特開昭６０−４１，７７３）、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ（特開昭６０−２４７，２６５）、クロロボランリチウム（特開昭６１−１６５，９５７）、四フェニルホウ酸リチウム（特開昭６１−２１４，３７６）、ＬｉＯＳＯ2 Ｃn Ｆ2n+1で表されるフルオロスルホン酸（ｎは６以下の正の整数）、ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃn Ｆ2n+1）（ＳＯ2 Ｃm Ｆ2m+1）で表されるイミド塩（ｍ、ｎはそれぞれ６以下の正の整数）、ＬｉＣ（ＳＯ2 Ｃp Ｆ2p+1）（ＳＯ2 Ｃq Ｆ2q+1）（ＳＯ2 Ｃr Ｆ2r+1）で表されるメチド塩（ｐ、ｑ、ｒはそれぞれ６以下の正の整数）などの１種以上の塩から構成されている。なかでも、プロピレンカーボネートあるいはエチレンカボートと１，２−ジメトキシエタンおよび／あるいはジエチルカーボネートの混合液にＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 および／あるいはＬｉＰＦ6 を含む電解質が好ましいこれら電解質を電池内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や負極活物質の量や電池のサイズによって必要量用いることができる。溶媒の体積比率は、特に限定されないが、プロピレンカーボネートあるいはエチレンカボート対１，２−ジメトキシエタンおよび／あるいはジエチルカーボネートの混合液の場合、０．４／０．６〜０．６／０．４（１，２−ジメトキシエタンとジエチルカボネートを両用するときの混合比率は０．４／０．６〜０．６／０．４）が好ましい。支持電解質の濃度は、特に限定されないが、電解液１リットル当たり０．２〜３モルが好ましい。
【００２８】
また、電解液の他に次の様な有機固体電解質も用いることができる。たとえばポリエチレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー（特開昭６３−１３５４４７）、ポリプロピレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマー（特開昭６２−２５４，３０２、同６２−２５４，３０３同６３−１９３，９５４）、イオン解離基を含むポリマーと上記非プロトン性電解液の混合物（米国特許第４，７９２，５０４、同４，８３０，９３９、特開昭６２−２２，３７５、同６２−２２，３７６、同６３−２２，３７５、同６３−２２，７７６、特開平１−９５，１１７）、リン酸エステルポリマー（特開昭６１−２５６，５７３）が有効である。さらに、ポリアクリロニトリルを電解液に添加する方法もある（特開昭６２−２７８，７７４）。また、無機と有機固体電解質を併用する方法（特開昭６０−１，７６８）も知られている。
【００２９】
二次電池に用いるセパレーターとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜が用いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプレピレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいはポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用いられる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として有用な範囲が用いられる。例えば、０．０１〜１０μｍが用いられる。セパレターの厚みは、一般に電池用の範囲で用いられる。例えば、５〜３００μｍが用いられる。
電解質にポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質がセパレーターを兼ねる場合がある。
【００３０】
充放電特性を改良する目的で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られている。例えば、ピリジン（特開昭４９−１０８，５２５）、トリエチルフォスファイト（特開昭４７−４，３７６）、トリエタノールアミン（特開昭５２−７２，４２５）、環状エーテル（特開昭５７−１５２，６８４）、エチレンジアミン（特開昭５８−８７，７７７）、ｎ−グライム（特開昭５８−８７，７７８）、ヘキサリン酸トリアミド（特開昭５８−８７，７７９）、ニトロベンゼン誘導体（特開昭５８−２１４，２８１）、硫黄（特開昭５９−８，２８０）、キノンイミン染料（特開昭５９−６８，１８４）、Ｎ−置換オキサゾリジノンとＮ，Ｎ’−置換イミダゾリジノン（特開昭５９−１５４，７７８）、エチレングリコールジアルキルエーテル（特開昭５９−２０５，１６７）、四級アンモニウム塩（特開昭６０−３０，０６５）、ポリエチレングリコール（特開昭６０−４１，７７３）、ピロール（特開昭６０−７９，６７７）、２−メトキシエタノール（特開昭６０−８９，０７５）、三塩化アルミニウム（特開昭６１−８８，４６６）、導電性ポリマー電極活物質のモノマー（特開昭６１−１６１，６７３）、トリエチレンホスホンアミド（特開昭６１−２０８，７５８）、トリアルキルホスフィン（特開昭６２−８０，９７６）、モルフォリン（特開昭６２−８０，９７７）、カルボニル基を持つアリール化合物（特開昭６２−８６，６７３），ヘキサメチルホスホリックトリアミドと４−アルキルモルフォリン（特開昭６２−２１７，５７５）、二環性の三級アミン（特開昭６２−２１７，５７８）、オイル（特開昭６２−２８７，５８０）、四級ホスホニウム塩（特開昭６３−１２１，２６８）、三級スルホニウム塩（特開昭６３−１２１，２６９）などが挙げられる。
また、電解液を不燃性にするために含ハロゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを電解液に含ませることができる（特開昭４８−３６，６３２）。また、高温保存に適性をもたせるために電解液に炭酸ガスを含ませることができる（特開昭５９−１３４，５６７）。
【００３１】
電極活物質の集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、負極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの）、Ａｌ−Ｃｄ合金などが用いられる。これらの材料の表面を酸化することも用いられる。形状は、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、５〜１００μｍのものが用いられる。
【００３２】
電池の形状はコイン、ボタン、シート、シリンダー、角などいずれにも適用できる。コインやボタンでは、正極活物質や負極活物質の合剤はペレットの形状にプレスされて用いられる。また、シート、シリンダー、角では、正極活物質や負極活物質の合剤は、集電体の上に塗布、乾燥、脱水、プレスされて用いられる。その塗布厚みは、電池の大きさにより決められるが、乾燥後の圧縮された状態で１０〜５００μｍが特に好ましい。
本発明の非水二次電池の用途は、特に限定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソコンポケット（パームトップ）パソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディタミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルＣＤ、ミニデスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリーカード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時計、ストロボ、カメラ、医療機器（ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など）などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また太陽電池と組み合わせることもできる。
以下に電池作製の実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
【実施例】
実施例１
〔導電剤への金属の析出〕
▲１▼鱗片状黒鉛への銀の析出： ロンザ製ＫＳ−６グラファイト粉末（粒子サイズ約３μｍ）５０ｇを分散剤を含む水４０００ｍｌに分散し、還元剤としてデキストリン１１８ｇを加えて溶解し、ＮａＯＨ溶液でｐＨを１２以上にした。これを６０℃に加温し、攪拌しながら３％の硝酸銀水溶液をゆっくり添加し、ＫＳ−６粒子表面に無電解銀メッキを施した。濾過、水洗後乾燥し、得られた粉末のＡｇ量はＫＳ−６に対し、２５重量％であった。走査型電子顕微鏡で観察したところ、５０ｎｍ前後のＡｇ微粒子がＫＳ−６粒子の表面に析出していた。この重量比率ではＡｇはＫＳ−６粒子の全面を覆っておらず、部分的にＡｇ微粒子が凸状に析出していた。ＳＥＭ観察からその析出Ａｇ微粒子数の導電剤粒子間分布を求めたところ、相対変動係数で３５％であった。この導電剤をＥ−１とした。またこの導電剤粒子Ｅ−１をペレット状に成型しその抵抗率を測定したところ、ＫＳ−６グラファイト粉末のみを用いて成型したペレットの抵抗率の約３分の１であった。導電剤Ｅ−１を以下で述べる電極の導電剤として用いた。
【００３４】
▲２▼アセチレンブラックへの銀の析出： 電気化学工業社製アセチレンブラック粉末（粒子サイズ約３０ｎｍ）５０ｇに対し、上記▲１▼と同様の操作で、無電解銀メッキを行った。得られた粉末のＡｇ析出量はアセチレンブラックに対し、４５重量％であった。これを導電剤Ｅ−２とし、正極および負極合剤の導電剤として用いた。
【００３５】
▲３▼鱗片状黒鉛への銅の析出： ＣｕＳＯ4 ・５Ｈ2 Ｏを２０ｇ、錯化剤としてＥＤＴＡ・４Ｎａを銅に対して１．２当量、ホルムアルデヒドを銅に対して２当量含む、ＮａＯＨ水溶液（ｐＨ１０）１０００ｍｌにロンザ製ＫＳ−６グラファイト粉末５０ｇを分散し、水温を６５℃に保ってメッキ反応を開始したのち、反応液のｐＨを８．５に制御し、続いて３時間メッキ反応を行い、粒子表面に銅をメッキした。粉体をろ過、水洗し、１５０℃で２４時間乾燥させた。メッキされた銅の重量比率は２５％であった。これを導電剤Ｅ−３とし、負極合剤の導電剤として用いた。
【００３６】
▲４▼鱗片状黒鉛へのニッケルの析出：塩化ニッケル６ｇ、オキシ酢酸ナトリウム１０ｇおよび次亜リン酸ナトリウム２ｇを含むニッケルメッキ浴５００ｍｌにロンザ製グラファイトＫＳ−６粉末５０ｇを添加し、９０℃でメッキ反応を行った。得られたニッケルメッキ粉体のニッケル重量比率はＫＳ−６に対して５．１％であった。これを導電剤Ｅ−４とし、負極合剤の導電剤として用いた。
【００３７】
〔負極材料の合成例，溶融焼成法〕
ＳｎＯ ６７．４ｇ、Ｂ2 Ｏ3 １７．４ｇ、Ｓｎ2 Ｐ2 Ｏ7 １０２．８ｇを混合し、自動乳鉢で十分に粉砕、混合した後、アルミナ製るつぼにセットしてアルゴンガス雰囲気下で１０００℃で１０時間焼成を行った。焼成後、１００℃／分の速度で急冷し、黄色透明ガラス状の負極材料ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｏ3 を得た（化合物Ａ−１）。この金属酸化物のＸ線回折を測定したところ、Ｃｕ−α線の照射下で２θ＝２０−３５°の領域にブロードな回折のバンドを示したが、結晶構造に帰属するシャープな回折線は検出されず、構造がアモルファス（非晶質）であることが判明した。
また、Ｓｉ原料にＳｉＯ2 、Ａｌ原料にＡｌ2 Ｏ3 を用いて、アルゴンガス雰囲気下で１２００℃で１０時間の焼成により、下記のＡ−２、３非晶質の負極材料を合成した。
ＳｎＳｉＯ3 （化合物Ａ−２）
Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.2 Ａｌ0.1 Ｏ3.70（化合物Ａ−３）
Ａ−１〜Ａ−３はともにジェットミルを用いて平均粒径７μｍの無定形の粒子に粉砕した。これらの粒子のＢＥＴ法による比表面積は０．７〜１．２ｍ2 ／ｇの範囲であった。
【００３８】
〔正極活物質の調製の例〕
ＬｉＣｏＯ2 （化合物Ｃ−１）を以下の方法で合成した。Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｃｏ2 Ｏ3 の混合物と炭酸リチウムをＬｉ／Ｃｏモル比が１．０５となるように混合し、空気中で６００℃で４時間、さらに８８０℃で８時間焼成を行った。焼成物を自動乳鉢で粉砕した結果得られた粒子は、粒径がメジアン径で６μｍ、ＢＥＴ法比表面積が０．５ｍ2 ／ｇであり、Ｘ線回折によってＬｉＣｏＯ2 と同定された。この活物質は水分散においてｐＨ１０．５を与えた。
【００３９】
また、正極活物質としてリチウムマンガンコバルト複合酸化物のＬｉ1.05Ｍｎ1.95Ｃｏ0.05Ｏ4 （Ｃ−２）を下記の方法で合成した。
粒径０．５〜３０μｍ（１次粒子、２次粒子を含む）、ＢＥＴ表面積４０〜７０ｍ2 ／ｇの化学合成二酸化マンガン（ＣＭＤ、不純物としてそれぞれ１重量％以下のＭｎ2 Ｏ3 とＭｎ3 Ｏ4 および３重量％以下の硫酸塩と水分、０．５重量％以下のＮａ、Ｋ、Ｃａを含む）と平均粒径を１〜１０μｍに粉砕した水酸化リチウム、および炭酸コバルトを上記化学式の化学量論量比で混合し、混合物を、６００℃で４時間加熱処理した後に、６５０℃から７５０℃の範囲で温度条件を変えて１８時間空気中で焼成した。最終焼成物を室温まで徐冷して粉砕した結果、得られた粒子は、レーザー式粒度分布測定により一次粒子の平均メジアン径が０．５μｍであり、二次粒子の粒径は１０μｍであった。ＢＥＴ法表面積は２ｍ2 ／ｇの範囲であった。構造と組成をＩＣＰとＸ線回折で同定した結果、焼成物はスピネル結晶型構造のＬｉ1.05Ｍｎ1.95Ｃｏ0.05Ｏ4 であり、Ｃｕ−α線を用いたＸ線回折における２θ＝３６の回折ピークの半値幅はおよそ０．３であり、その強度は２θ＝１８．６のピークに対して２７％の値であった。また結晶のａ軸の格子定数は８．２２Ａであった。また、焼成物中には微量のＬｉＭｎＯ2 が混入されていることもわかった。この焼成物５ｇを１００ｍｌの純水に分散してｐＨを測定した結果、８．０であった。
【００４０】
ニッケルを含む複合酸化物Ｌｉ1.05Ｎｉ0.8 Ｃｏ0.18Ａｌ0.02Ｏ2 （化合物Ｃ−３）は次の方法で合成した。原料に硝酸リチウム、炭酸ニッケル、四三酸化コバルトおよび水酸化アルミニウムを用い、これらを充分に混合した後、酸素雰囲気下、750℃で15時間焼成した。生成物はＸ線回折により同定、確認した。
【００４１】
〔電極合剤シートの作製例〕
負極材料として化合物Ａ−１を７７重量％、金属をメッキした導電剤Ｅ−１を１８重量％、結着剤としてポリ弗化ビニリデン４重量％およびカルボキシメチルセルロース１重量％からなる混合物に水を加えてホモジナーザーで１０，０００回転で１０分以上混練し、負極合剤スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ１８μｍの銅フィルムの両面に塗布して、負極シートを作製した。塗布シートを乾燥、プレスした結果、乾膜の塗布量はおよそ６５ｇ／ｍ2 、塗布膜の厚みはおよそ３０μｍであった。
次に、負極材料層の表面に、鱗片状黒鉛と酸化アルミニウムの１：４（重量比）の混合物からなる保護層（平均厚さ５μｍ）を塗設し、表面保護層付きの負極シートを作製した。
同様にして、導電剤Ｅ−２〜Ｅ−４を用い、負極材料として化合物Ａ−２あるいはＡ−３を組み合わせて用い負極シートを作製した。
また、比較例として導電剤に金属を析出させていないＫＳ−６を用いた以外は上記と同様に調製した合剤、および銀粉を導電剤に用いた以外は上記と同様に調製した合剤（それぞれ化合物Ａ−１使用）を用いてそれぞれ負極シート作製した。
【００４２】
正極活物質の化合物Ｃ−１を９３重量％、導電剤としてアセチレンブラック（ＡＢと略記）を３重量％、結着剤としてポリ弗化ビニリデンを１重量％とアクリレート系ポリマー２重量％からなる混合物に１重量％のカルボキシメチルセルロースを含む水を加えて混練し、得られたスラリーを厚さ２０μｍのアルミニウムフィルムの両面に塗布して、正極シートを作製した。塗布シートを乾燥、プレスした結果、乾膜の塗布量は２８０ｇ／ｍ2 、塗布膜の厚みはおよそ１００μｍであった。
また正極活物質Ｃ−２を用いる以外上記と同様にして正極シートを作製した。正極活物質Ｃ−３を用いる場合は、Ｃ−３を９３重量％，ＡＢを３重量％、ポリフッ化ビニリデンを４重量％の割合でＮ−メチル−２−ピロリドンとともに混合し、得られたスラリーを上記と同様にしてアルミニウム箔に塗布し、正極シートを得た。
【００４３】
〔シリンダー型電池の作製例〕
厚さ３５μｍの金属Ｌｉ箔を幅５ｍｍ長さ３７ｍｍの断片に裁断し、露点−６０℃の乾燥空気中で、上記の負極材料Ａ−１〜３を塗布した負極シートの両面の表面保護層の上に、２ｍｍの規則的間隔を置いて圧着ローラーを用いて付着させた。負極シートへのＬｉ析出量は重量としておよそ１１０ｍｇであった。
上記の正極シートを３５ｍｍの幅に裁断し、負極シートを３７ｍｍの幅に裁断して、シートの末端にそれぞれアルミニウム、ニッケルのリード板をスポット溶接した後、露点−４０℃の乾燥空気中で１５０℃で２時間脱水乾燥した。第１図の電池断面図に示したように、脱水乾燥済みの正極シート、セパレーターとして多孔性ポリエチレンフィルム、脱水乾燥済みの負極シート、そしてセパレーターの順でこれらを積層し、巻き込み機で渦巻き状に巻回した。この巻回電極群（２）をニッケルメッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶（１）（負極端子を兼ねる）に収納した。この電池缶の中に電解質として１ｍｏｌ／リットル ＬｉＰＦ6 （エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネートの２：２：６（体積比）混合液）を注入した。
正極端子を有する電池蓋（６）をガスケット（５）を介してかしめて直径１４ｍｍ高さ５０ｍｍの円筒型電池を作製した。なお、正極端子（６）は正極シートと、電池缶（１）は負極シートとあらかじめリード端子により接続し、電池内の封口部には圧力感応弁体（６１）、電流遮断体（６２）、ＰＴＣ素子（６３）を設けた。
以上のようにして、本発明の金属を析出した導電剤Ｅ−１〜Ｅ−４、あるいは比較例としてＫＳ−６、銀粉を用い、負極材料としてＡ−１〜Ａ−３、正極活物質としてＣ−１〜Ｃ−２をそれぞれ選択して組み合わせたシリンダー型電池を作製した。
【００４４】
以上のように作製した電池は負極材料に塗布シート保護層上のリチウムが電気化学的に挿入されるプロセスが完成されていない電池前駆体である。そこで、負極活物質前駆体にリチウムを挿入させて負極活物質に変換し、電池前駆体を充放電サイクル可能な二次電池とするための操作を、以下のように実施した。
電池前駆体を、室温で１２時間放置後、０．１Ａの一定電流のもとで１時間予備充電を行い、次いで５０℃のもとで１０日間エージングを実施した。このエージングの工程で、負極上に担持したＬｉのほとんど溶解し、負極活物質前駆体の中に挿入されたことを確認した。
この電池を活性化のために、２ｍＡ／ｃｍ2 で室温下で４．２Ｖまで充電を行った。さらに、充電状態で電池を５５℃に保持し、３日間エージングを実施した。
これらの電池を、充電終止電圧４．２Ｖ（開回路電圧（ＯＣＶ））、放電終止電圧２．８Ｖ（回路電圧）、の条件で定電流で繰り返し充放電させてサイクルさせた。このとき、電池を２ｍＡ／ｃｍ2 （本電池では０．２Ｃ相当）の電流密度で充電した後に、１０ｍＡ／ｃｍ2 （本電池では１．０Ｃ相当）の放電電流で与える容量（Ａｈ）と２ｍＡ／ｃｍ2 （０．２Ｃ）の放電電流で与える容量の比を求め、これをハイレート放電効率（％）として評価した（ただし１Ｃは１時間で電池の公称容量を放電するのに相当する電流の値を示す）。
【００４５】
上記のリチウムイオン二次電池について、正極活物質と負極材料の組み合わせを変えた条件で、測定されたハイレート効率および０．２Ｃの放電における容量（比較１の電池の容量を１００としたときの相対値）を表１に示した。
【００４６】
【００４７】
表１の結果から、本発明に記載する表面に金属析出を施した導電剤を電極の合剤層中に含有するリチウムイオン二次電池が、ハイレート放電効率と容量の点において優れた性能を示すことがわかる。なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、Ｃ−１を用いた正極と、Ａ−１と導電剤Ｅ−１を用いた負極を組み合わせた場合、およびＣ−１、Ａ−３とＥ−３の組み合わせの場合、室温での充放電のサイクル特性として、それぞれ１００サイクル当たり９２％および９１％の放電容量維持率を示した。
【００４８】
実施例２
導電剤Ｅ−１について導電剤量を１２重量％に減らし、その分、負極材料の化合物Ａ−１を８３重量％に増やした合剤を実施例１と同様にして調製し、その負極シートを作製した。正極シートには実施例１の化合物Ｃ−１を用いて、実施例１と同様にしてシリンダー電池を作製した。この電池の０．２Ｃ放電容量は実施例１の比較１を１００とした時の相対値として１０６であり、ハイレート放電効率は９１％を示した。
【００４９】
比較例３
負極材料として炭素材料を用いた例を下記に説明する。負極にはメソフェーズ小球体を２８００℃で黒鉛化したものを用い、これに重量比率１０％の本発明の導電剤（実施例１のＥ−１）と結着剤として重量比率３％のスチレン／ブタジエンゴムおよび２重量％のポリフッ化ビニリデンを加えて混合し、カルボキシメチルセルロースを１重量％含む水に懸濁させて合剤スラリーを得た。これを１８μｍの銅フィルムの両面に塗布し、乾燥後、プレスして負極シートを得た。
【００５０】
正極活物質として実施例１のＣ−１を用い、導電剤としてアセチレンブラックを重量比率で３％、ポリテトラフルオロエチレンを７重量％を加えて、カルボキシメチルセルロース１重量％含む水に懸濁させて合剤スラリーを得た。これを厚さ２０μｍのアルミフィルムに塗布し、乾燥後、プレスして正極シートを得た。
【００５１】
シリンダー電池作製は、負極シートに金属Ｌｉを付着しないこと、および電解液溶媒にエチレンカーボネートとジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、およびエチルメチルカーボネートを体積比３０：１５：１５：４０で混合したものを用いた以外は実施例１と同様にして行った。
【００５２】
この電池を、実施例１と同様の条件で充放電し、ハイレート放電効率を求めたところ、９３％を示した。これは負極の導電剤に本発明のＥ−１の代わりに金属を析出させていないＫＳ−６を用いて同様に作製したシリンダー電池のハイレート効率９１％を上回り、炭素材料を主とした負極でも効果があることがわかった。この電池の０．２Ｃの放電容量は実施例１の比較１を１００とした時の相対値として８８であった。
【００５３】
【発明の効果】
リチウム含有遷移金属複合酸化物からなる正極、リチウムを挿入可能な負極材料と、非水電解質によって構成され、負極の導電剤が、表面に金属を析出したことを特徴とするリチウムイオン非水電解質二次電池を用いることにより、電池容量とハイレート放電特性およびサイクル性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製したシリンダー型二次電池の断面図を示したものである。
【符合の説明】
１ 負極端子を兼ねる電池缶
２ 巻回電極群（正極、セパレーター、負極）
３ 上部絶縁板
４ 正極リード
５ ガスケット
６ 正極端子を兼ねる電池蓋
６１ 圧力感応弁体
６２ 電流遮断体
６３ ＰＴＣ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水二次電池、特に高容量でハイレート性に優れ、かつサイクル寿命の長いのリチウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム金属を含まない負極材料とリチウムを含有する正極活物質を用いるリチウム二次電池では、まず、正極活物質に含まれるリチウムを負極材料に挿入して負極材料の活性を上げる。これが充電反応であり、その逆の負極材料からリチウムイオンを正極活物質へ挿入させる反応が放電反応である。
このタイプのリチウム電池に用いる負極材料は、ある程度導電性を有する炭素材料が一般的であり、通常は他の導電剤を混合することなく用いられている。近年、炭素材料よりも放電容量の大きいＳｎ（II）を主体とする複合酸化物やＳｉ化合物が見いだされている。しかし、これらの材料は導電性が低いため、充放電反応を効率良く行わせるために導電剤を添加して電極合剤とする必要がある。
これらの導電剤としては、従来、カーボンブラックやグラファイト微粒子といった炭素材料のほか金属微粉末、発泡金属、有機の導電性化合物などが用いられてきた。
二次電池の体積容量密度を上げるためにはこれらの導電剤量をできる限り少なくし、正極活物質あるいは負極材料を多く充填するのが好ましいが、導電剤量が少ない場合、活物質粒子の利用率が下がり、むしろ容量低下をきたしたり、また、ハイレート特性、即ち大電流値で充放電した時の特性が悪化するするといった問題を生じていた。
一方、炭素を負極材料に用いた場合は前記のように一般的には導電剤は不要であるが、特開平８−２７３７０２公報には、負極材料に金属を担持させることにより、容量やサイクル性に改善の余地があることが示されている。しかし、負極の主成分である負極材料そのものに金属を担持させるにはコストがかかる問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、リチウム二次電池のハイレート特性を改善し、かつ容量およびサイクル寿命を高めることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、導電剤を種々検討した結果、これまで用いられてきた導電剤の表面に金属を析出させることにより、従来の導電剤を用いる場合とは異なり、ハイレート特性、サイクル特性、サイクル性と高容量密度を両立させることができ本発明に至った。即ち、本発明の課題は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質を含む正負の電極およびリチウム化合物を含む非水電解質を有する非水二次電池において、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ〜２００ｎｍの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とする非水二次電池により達成された。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の態様について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質を含む正負の電極およびリチウム化合物を含む非水電解質を有する非水二次電池において、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ〜２００ｎｍの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とする非水二次電池。
（２）該負極が導電剤を２〜５０重量％含有することを特徴とする項１に記載の非水二次電池。
（３）該負極材料が錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物である項１または２に記載の非水二次電池。
（４）導電剤が炭素質材料である項１〜３のいずれか１項に記載の非水二次電池。
（５）導電剤の炭素材料が、輪片状黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックから選ばれる少なくとも１材料であることを特徴とする項４に記載の非水二次電池。
（６）Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属の導電性物質への析出量が導電剤に対し１重量％以上、５００重量％以下である項１に記載の非水二次電池。
（７）正極材料が、リチウム含有遷移金属酸化物である項１〜６のいずれか１項に記載の非水二次電池。
（８）
該負極の表面に保護層を有することを特徴とする項１〜７のいずれか１項に記載の非水二次電池。
（９）導電性物質への金属の析出を酸化還元反応による無電解メッキにより行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の非水二次電池用電極の製造方法。
【０００６】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明のリチウムイオン非水電解質二次電池は、正極活物質、負極材料およびリチウム塩を含む非水電解質からなる基本構成をもち、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ〜２００ｎｍの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とし、これにより高容量および優れたハイレート特性とサイクル性を実現したものである。また、正極の活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムを代表とする高電位型のリチウム含有金属複合酸化物が用いられる。これらの正極活物質はリチウム含有非水電解液とともに、負極へのリチウムイオンの供給源となって、ロッキングチェア型二次電池を構成する。
【０００７】
本発明の電極は、集電体（一般に金属支持体）とその上に塗設された活物質合剤層すなわち活物質粉末、導電剤、結着剤を含む層から成る。この電極の合剤層中に、本発明では、従来の導電剤、たとえば炭素材料導電剤や酸化物系導電剤の粒子あるいは繊維の表面上に金属を析出させた状態で用いられる。本発明のように、従来の導電剤よりも導電性の高い金属を析出させることにより、第１に、導電剤の使用量を最小として電極の体積当り容量を増加することができ、第２に、高電流密度で充放電したときの容量低下を少なくする、すなわちハイレート特性を改善することができ、第３に、電極材料のリチウム挿入放出のサイクルの過程で、活物質粒子と導電剤との接触が不良となって内部抵抗が増加するといった問題が起こりにくくなり、電池のサイクル寿命を向上させることができる。また、導電剤の表面に金属微粒子を微細な凹凸ができるように析出させると、活物質粒子との間に微細な空隙ができることになり、電解質と活物質との間のＬｉイオンの拡散がスムーズに起こるようになって、結果としてハイレート特性が改善できる。
本発明において、電極は負極であることが好ましい。
【０００８】
本発明において、導電性物質の表面に金属を析出させる場合の析出は導電剤粒子表面全体の被覆でもよく、また部分的な被覆であってもよい。部分的な被覆には、金属微粒子の付着も含む。
上記の目的で本発明において導電剤表面に析出させる金属として好ましいものは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｗ、Ｓｎ、Ｐｂである。これらの中でも特に好ましいものは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎであり、さらに好ましくはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉである。
【０００９】
金属を析出させる導電性物質としては従来から用いられている導電剤、たとえば炭素質材料や金属酸化物材料、あるいはこれらの複合材料（たとえば金属酸化物粉末表面に炭素質材料を被覆したものなど）を挙げることができる。炭素質材料導電剤としては黒鉛および黒鉛化炭素類、またはカーボンブラックのような低黒鉛性の炭素微粉末、あるいは炭素繊維など結晶質もしくは非晶質の炭素質材料いずれも用いることができ、また２種類以上を併用してもよい。好ましい炭素材料導電剤は鱗片状黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックである。鱗片状黒鉛には天然黒鉛と人造黒鉛があるがいずれを用いることもできる。この鱗片状黒鉛は物性値として、面間隔ｄ（００２）が０．３３７ｎｍ以下、結晶子サイズＬｃおよびＬａが５０ｎｍ以上、ＢＥＴ比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上、平均粒子サイズが１〜２０μｍ、アスペクト比が２以上の範囲であるものが好ましい。金属酸化物導電剤としては酸化錫、酸化インジウム、酸化チタン、酸化鉛などやこれらの複合酸化物微粒子を用いることができる。
【００１１】
材料の表面上に金属を析出する方法としては、１）無電解メッキによって金属イオンと還元剤の存在下の溶液中で導電剤表面に金属を析出する方法、２）真空蒸着法、スパッタリング法によって導電剤に金属薄膜を形成する方法、３）含金属化合物（主に有機金属化合物）を表面修飾あるいは表面に析出させた導電剤を酸化還元分解などの化学反応によって、表面上に金属を析出させる方法（化学分解法）、４）導電剤と金属の超微粉末を混合し機械的に付着させる方法（メカニカルミリング法）などを挙げることができるが、本発明では金属イオンを還元して金属を析出させる１）あるいは３）の方法が好ましい。特に好ましい方法は無電解メッキ法である。無電解メッキは、金属イオンを金属原料に用いて、導電剤の分散する溶液中攪拌下で、金属イオンを還元剤の存在下で還元し、導電剤表面に金属を析出させる方法である。
金属が銅の場合を例に取ると無電解銅メッキはたとえば特公平４−５３９４９、特開平２−１５３０７６に記載されている。銅原料として硫酸銅、錯化剤にＥＤＴＡ、還元剤にホルムアルデヒドを用い、液温４０〜９０℃、ｐＨ８〜１１の条件下で、あらかじめ表面活性化の前処理を施した粉体を分散した硫酸銅とＥＤＴＡの水溶液に攪拌下で還元剤を滴下してメッキ反応を進行させる。
ニッケルメッキは一般的な酸性無電解ニッケルメッキ液（たとえば塩化ニッケルまたは硫酸ニッケルと次亜リン酸ナトリウムおよびオキシ酢酸ナトリウムまたは酢酸ナトリウムを含むメッキ浴）を用いることができる。
銀メッキは、銀原料に硝酸銀、錯化剤にエチレンジアミン、グルタミン酸、還元剤にロッシェル塩などを用い、ｐＨ９〜１３の範囲で、導電剤表面に銀をメッキさせることができる。
微細な粒子状のＡｇが導電剤上に析出するようにメッキを行うには、還元剤に糖類を用いてｐＨ１０以上で行うことができる。この方法は、本発明において特に好ましい金属メッキ法である。この方法で特に好ましい還元剤はデキストリンである。
【００１２】
本発明において導電性物質に析出させる金属は、導電性物質重量に対して、１〜５００重量％の含量で添加され、好ましい添加量は５〜２００重量％の範囲であり、さらに好ましくは１０〜１００重量％の範囲である。また、析出した金属は微粒子状であって、そのサイズが１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましく、導電剤粒子間で均一に分布しているのが好ましい。また、金属を析出させた導電剤粉末を圧縮したときの抵抗率が析出させる前の導電剤の１０分の１以下であることが好ましい。また、電極合剤の抵抗率は金属を析出させていない場合の２分の１以下であることが好ましい。
【００１３】
また合剤中に、表面に金属を析出させた導電剤に加えて、補助的に別の導電剤を加えることもできる。補助導電剤は、構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよい。導電剤の添加量は、特に限定されないが、２〜５０重量％が好ましく、特に２〜３０重量％が好ましい。負極材料に炭素質材料を、導電剤に金属を析出させた炭素質導電剤を組み合わせて用いることもできるが、この場合には、金属を析出した導電剤の粒子サイズが負極材料の粒子サイズよりも小さいことが好ましい。
【００１４】
本発明において好ましい正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物である。その１つは、Ｌｉx ＭＯ2 （ここでＭ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種を含む遷移金属）、ｘ＝０．０２〜１．２）で示される化合物である。とくに好ましいのは、コバルトあるいはニッケルの酸化物を主体とする層状構造の活物質である。Ｍは異種の元素を固溶していても良く、固溶元素としては上記のＭ以外にたとえばＴｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｇａなどを挙げることができる。これらの正極活物質としては、ＬｉxＣｏＯ2 、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏaＮｉ1-a Ｏ2、ＬｉxＣｏbＦｅ1-b Ｏ2、（ここでｘ＝０．０２〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．８〜０．９８）を挙げることができる。
【００１５】
正極活物質として用いられるもう１つは、Ａ〔Ｂ2 〕Ｏ4 型のスピネル構造を持つＬｉＭｎ2 Ｏ4 系酸化物である。
ＬｉＭｎ2 Ｏ4 系酸化物として好ましいものとしては、ＬｉＭｎ2 Ｏ4、ＬｉxＭｎcＣｏ2-c Ｏ4、ＬｉxＭｎcＮｉ2-c Ｏ4、ＬｉxＭｎcＶ2-c Ｏ4、ＬｉxＭｎcＦｅ2-c Ｏ4（ここでｘ＝０．０２〜１．２、ｃ＝１．６〜１．９６、）をあげることができる。
更には一般式Ｌｉ1+x 〔Ｍｎ2-y 〕Ｏ4 （０＜x ＜１．７，０≦ｙ＜０．７））、またはＬｉ1-x 〔Ｍｎ2-y 〕Ｏ4 （０＜ｘ＜１．０，０≦ｙ＜０．５）で示されるような非化学量論的組成をもち欠陥を含む構造の化合物も含まれる。これらの例としては、Ｌｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12あるいはスピネル構造表示でＬｉ〔Ｌｉ1/3 Ｍｎ5/3 〕Ｏ4 、Ｌｉ4 Ｍｎ4 Ｏ9、ＬｉＭｎＯ2 あるいはＬｉ2 Ｍｎ2 Ｏ4 、Ｌｉ2 ＭｎＯ3 、Ｌｉ5 Ｍｎ4 Ｏ9、Ｌｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12、Ｌｉ2 Ｍｎ4 Ｏ9 等の化合物も上記一般式の範囲に含まれる（構造式は一般式表示の整数倍もしくは少数倍で示すものも含む）。
【００１６】
これらの正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属化合物を混合、焼成する固相反応方法やゾル−ゲル反応あるいは沈殿法などの溶液反応により合成することができる。焼成による固相反応法を用いる場合、焼成温度は、正極活物質原料として用いる原料化合物の一部が分解、溶融する温度であればよく、通常６００〜１０００℃である。
正極活物質の平均粒子サイズは、０．１〜５０μｍが好ましく、とくに１〜９．５μｍが好ましい。正極活物質の好ましい比表面積は０．１ｍ2 ／ｇより大きく５ｍ2 ／ｇ以下であり、特に好ましくは０．１ｍ2 ／ｇより大きく３ｍ2 ／ｇ以下である。
【００１７】
本発明の二次電池に用いる負極材料としては前記のようにリチウムイオンを挿入あるいは吸蔵しうる物質、たとえば錫やケイ素といった金属あるいはそれらの化合物などを用いることができる。また、これらの材料を混合して使用することもできる。
【００１８】
本発明に用いる負極材料の金属およびその化合物の金属種はＳｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖが好ましい。本発明の目的の電池性能を確保する上で、負極の金属化合物として好ましいものは、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物である。
この錫を主体とし非晶質構造を含む複合酸化物の好ましい形態は、錫酸化物を主体とし周期率表第１族、第２族、第１３族、第１４族、第１５族、遷移金属、ハロゲン元素から選ばれる一種以上を含む非晶質構造を含む複合酸化物からなることを特徴とする。
とくに好ましい負極の複合酸化物は、一般式Ｓｎx Ｍ1 1-x Ｍ2 y Ｏz （Ｍ1 はＭｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅから選ばれる１種以上を、Ｍ2 はＡｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期率表第１族、第２族、第３族、ハロゲン元素から選ばれる２種以上の元素を示し、０＜ｘ≦１，０．１≦ｙ≦３，１≦ｚ≦８）で示される非晶質のリチウム吸蔵可能な負極活物質前駆体にリチウムを挿入して得られる非晶質の複合酸化物である。上式の負極活物質前駆体においてＳｎとＭ1はリチウムイオンの電気化学的挿入放出に関わる機能元素であり、Ｍ2は複合酸化物の非晶質化に有効なマトリクスを構成する元素である。
【００１９】
以下に、本発明の負極活物質前駆体に用いる金属複合酸化物の好ましい例を示す。
ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｎａ0.2 Ｏ3.7 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.3 Ｐ0.5 Ｒｂ0.2 Ｏ3.4 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｇｅ0.05Ｏ3.85、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｍｇ0.1 Ｇｅ0.02Ｏ3.83、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｏ3.2 、ＳｎＡｌ0.3 Ｂ0.5 Ｐ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＡｌ0.3 Ｂ0.5 Ｐ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.3 Ｂａ0.08Ｍｇ0.08Ｏ3.26、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0. 08Ｏ3.28、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｏ3.6 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｏ3.7 、
【００２０】
ＳｎＡｌ0.5 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｌｉ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.05、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.05、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.03、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.05Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.03、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.03、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.1 Ｏ3.05、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3 、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.06Ｏ3.07、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.14Ｏ3.03、ＳｎＰＢａ0.08Ｏ3.58、ＳｎＰＫ0.1 Ｏ3.55、ＳｎＰＫ0.05Ｍｇ0.05Ｏ3.58、ＳｎＰＣｓ0.1 Ｏ3.55、ＳｎＰＢａ0.08Ｆ0.08Ｏ3.54、ＳｎＰＫ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.55、ＳｎＰＫ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.53、ＳｎＰＣｓ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.55、ＳｎＰＣｓ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.53、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｂａ0.08Ｆ0.08Ｏ3.54、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｌｉ0.1 Ｋ0.1 Ｂａ0.1 Ｆ0.1 Ｏ3.65、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.08Ｏ3.34、
【００２１】
Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 ＰＣｓ0.05Ｏ4.23、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 ＰＫ0.05Ｏ4.23、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.4 Ｃｓ0.2 Ｏ3.5 、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｂａ0.08Ｏ3.68、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｂａ0.08Ｆ0.08Ｏ3.64、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｐ0.6 Ｍｇ0.04Ｂａ0.04Ｏ3.68、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.4 Ｂ0.3 Ｐ0.5 Ｂａ0.08Ｏ3.58、Ｓｎ1.3 Ａｌ0.3 Ｂ0.3 Ｐ0.4 Ｎａ0.2 Ｏ3.3 、Ｓｎ1.3 Ａｌ0.2 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.2 Ｏ3.4 、Ｓｎ1.3 Ａｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.2 Ｏ3.6 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.4 ＰＫ0.2 Ｏ4.6 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.2 Ｂａ0.1 ＰＫ0.2 Ｏ4.45、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.2 Ｂａ0.2 ＰＫ0.2 Ｏ4.6 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.4 Ｂａ0.2 ＰＫ0.2 Ｂａ0.1 Ｆ0.2 Ｏ4.9 、Ｓｎ1.4 Ａｌ0.4 ＰＫ0.3 Ｏ4.65、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.2 ＰＫ0.2 Ｏ4.4 、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.4 ＰＫ0.1 Ｏ4.65、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.4 ＰＣｓ0.05Ｏ4.63、Ｓｎ1.5 Ａｌ0.4 ＰＣｓ0.05Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ4.63、
【００２２】
ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.1 Ｂ0.2 Ｐ0.1 Ｃａ0.4 Ｏ3.1 、ＳｎＳｉ0.4 Ａｌ0.2 Ｂ0.4 Ｏ2.7 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.2 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｍｇ0.1 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｂ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.2 Ｏ3.55、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｏ4.30、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.3 Ｏ3.25、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｂａ0.2 Ｏ2.95。ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｃａ0.2 Ｏ2.95、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｍｇ0.1 Ｏ3.2 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.3 Ｐ0.1 Ｏ3.05、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｍｇ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｃａ0.2 Ｏ2.7 、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.2 Ｐ0.2 Ｏ3 、ＳｎＳｉ0.6 Ｂ0.2 Ｐ0.2 Ｏ3 、ＳｎＳｉ0.8 Ａｌ0.2 Ｏ2.9 、ＳｎＳｉ0.8 Ａｌ0.3 Ｂ0.2 Ｐ0.2 Ｏ3.85、ＳｎＳｉ0.8 Ｂ0.2 Ｏ2.9 、ＳｎＳｉ0.8 Ｂａ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.8 Ｍｇ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.8 Ｃａ0.2 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.8 Ｐ0.2 Ｏ3.1 、
【００２３】
Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.9 Ｆｅ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.8 Ｐｂ0.2 Ｃａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.3 Ｇｅ0.7 Ｂａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.1 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.2 Ｍｎ0.8 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.7 Ｐｂ0.3 Ｃａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.2 Ｇｅ0.8 Ｂａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、
【００２４】
ＳｎＳｉ0.8 Ｂ0.2 Ｏ2.9 、ＳｎＳｉ0.7 Ｂ0.3 Ｏ2.85、ＳｎＳｉ0.7 Ｂ0.3 Ａｌ0.1 Ｏ3.0 、ＳｎＳｉ0.5 Ｂ0.3 Ａｌ0.1 Ｍｇ0.1 Ｏ2.7 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｂ0.2 Ａｌ0.1 Ｌｉ0.1 Ｏ2.5 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｂ0.2 Ａｌ0.1 Ｃｓ0.1 Ｏ2.65、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ａｌ0.1 Ｏ2.75、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.2 Ａｌ0.1 Ｏ2.9 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ａｌ0.1 Ｌｉ0.05Ｏ2.78、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.1 Ａｌ0.1 Ｌｉ0.1 Ｏ2.7 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.2 Ａｌ0.1 Ｃｓ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｐ0.3 Ｏ2.95、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.7 Ｐ0.3 Ａｌ0.1 Ｏ3.1 、ＳｎＳｉ0.5 Ｂ0.3 Ｚｒ0.1 Ｏ2.65、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｐ0.2 Ｚｒ0.1 Ｏ2.7 、Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.6 Ｂ0.2 Ｐ0.1 Ｚｒ0.1 Ｏ2.75
【００２５】
上記金属酸化物負極材料と共に用いることができる負極活物質あるいは負極材料としては、リチウム金属、リチウム合金などやリチウムイオンまたはリチウム金属を吸蔵・放出できる炭素質化合物（例えば、特開昭５８−２０９、８６４、同６１−２１４，４１７、同６２−８８，２６９、同６２−２１６，１７０、同６３−１３，２８２、同６３−２４，５５５、同６３−１２１，２４７、 同６３−１２１，２５７、同６３−１５５，５６８、同６３−２７６，８７３、 同６３−３１４，８２１、特開平１−２０４，３６１、同１−２２１，８５９、 同１−２７４，３６０など）、あるいはＳｉ微粉末や炭素材料中に担持したＳｉなどＳｉ系材料があげられる。
【００２６】
正極と負極の電極合剤には、導電剤のほかに結着剤やフィラーなどを添加することができる。結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、 ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマーなどが１種またはこれらの混合物として用いられる。結着剤の添加量は、２〜３０重量％が好ましい。フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、０〜３０重量％が好ましい。
【００２７】
二次電池の製造に用いられる非水電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、 γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル（特開昭６０−２３，９７３）、トリメトキシメタン（特開昭６１−４，１７０）、ジオキソラン誘導体（特開昭６２−１５，７７１、同６２−２２，３７２、同６２−１０８，４７４) 、スルホラン（特開昭６２−３１，９５９）、３−メチル−２−オキサゾリジノン（特開昭６２−４４，９６１）、プロピレンカーボネート誘導体（特開昭６２−２９０，０６９、同６２−２９０，０７１）、テトラヒドロフラン誘導体（特開昭６３−３２，８７２）、ジエチルエーテル（特開昭６３−６２，１６６）、１，３−プロパンサルトン（特開昭６３−１０２，１７３）などの非プロトン性有機溶媒の少なくとも１種以上を混合した溶媒とその溶媒に溶けるリチウム塩、例えば、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＣＯ2 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、ＬｉＢ10Ｃｌ10（特開昭５７−７４，９７４）、低級脂肪族カルボン酸リチウム（特開昭６０−４１，７７３）、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ（特開昭６０−２４７，２６５）、クロロボランリチウム（特開昭６１−１６５，９５７）、四フェニルホウ酸リチウム（特開昭６１−２１４，３７６）、ＬｉＯＳＯ2 Ｃn Ｆ2n+1で表されるフルオロスルホン酸（ｎは６以下の正の整数）、ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃn Ｆ2n+1）（ＳＯ2 Ｃm Ｆ2m+1）で表されるイミド塩（ｍ、ｎはそれぞれ６以下の正の整数）、ＬｉＣ（ＳＯ2 Ｃp Ｆ2p+1）（ＳＯ2 Ｃq Ｆ2q+1）（ＳＯ2 Ｃr Ｆ2r+1）で表されるメチド塩（ｐ、ｑ、ｒはそれぞれ６以下の正の整数）などの１種以上の塩から構成されている。なかでも、プロピレンカーボネートあるいはエチレンカボートと１，２−ジメトキシエタンおよび／あるいはジエチルカーボネートの混合液にＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 および／あるいはＬｉＰＦ6 を含む電解質が好ましいこれら電解質を電池内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や負極活物質の量や電池のサイズによって必要量用いることができる。溶媒の体積比率は、特に限定されないが、プロピレンカーボネートあるいはエチレンカボート対１，２−ジメトキシエタンおよび／あるいはジエチルカーボネートの混合液の場合、０．４／０．６〜０．６／０．４（１，２−ジメトキシエタンとジエチルカボネートを両用するときの混合比率は０．４／０．６〜０．６／０．４）が好ましい。支持電解質の濃度は、特に限定されないが、電解液１リットル当たり０．２〜３モルが好ましい。
【００２８】
また、電解液の他に次の様な有機固体電解質も用いることができる。たとえばポリエチレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー（特開昭６３−１３５４４７）、ポリプロピレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマー（特開昭６２−２５４，３０２、同６２−２５４，３０３同６３−１９３，９５４）、イオン解離基を含むポリマーと上記非プロトン性電解液の混合物（米国特許第４，７９２，５０４、同４，８３０，９３９、特開昭６２−２２，３７５、同６２−２２，３７６、同６３−２２，３７５、同６３−２２，７７６、特開平１−９５，１１７）、リン酸エステルポリマー（特開昭６１−２５６，５７３）が有効である。さらに、ポリアクリロニトリルを電解液に添加する方法もある（特開昭６２−２７８，７７４）。また、無機と有機固体電解質を併用する方法（特開昭６０−１，７６８）も知られている。
【００２９】
二次電池に用いるセパレーターとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜が用いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプレピレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいはポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用いられる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として有用な範囲が用いられる。例えば、０．０１〜１０μｍが用いられる。セパレターの厚みは、一般に電池用の範囲で用いられる。例えば、５〜３００μｍが用いられる。
電解質にポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質がセパレーターを兼ねる場合がある。
【００３０】
充放電特性を改良する目的で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られている。例えば、ピリジン（特開昭４９−１０８，５２５）、トリエチルフォスファイト（特開昭４７−４，３７６）、トリエタノールアミン（特開昭５２−７２，４２５）、環状エーテル（特開昭５７−１５２，６８４）、エチレンジアミン（特開昭５８−８７，７７７）、ｎ−グライム（特開昭５８−８７，７７８）、ヘキサリン酸トリアミド（特開昭５８−８７，７７９）、ニトロベンゼン誘導体（特開昭５８−２１４，２８１）、硫黄（特開昭５９−８，２８０）、キノンイミン染料（特開昭５９−６８，１８４）、Ｎ−置換オキサゾリジノンとＮ，Ｎ’−置換イミダゾリジノン（特開昭５９−１５４，７７８）、エチレングリコールジアルキルエーテル（特開昭５９−２０５，１６７）、四級アンモニウム塩（特開昭６０−３０，０６５）、ポリエチレングリコール（特開昭６０−４１，７７３）、ピロール（特開昭６０−７９，６７７）、２−メトキシエタノール（特開昭６０−８９，０７５）、三塩化アルミニウム（特開昭６１−８８，４６６）、導電性ポリマー電極活物質のモノマー（特開昭６１−１６１，６７３）、トリエチレンホスホンアミド（特開昭６１−２０８，７５８）、トリアルキルホスフィン（特開昭６２−８０，９７６）、モルフォリン（特開昭６２−８０，９７７）、カルボニル基を持つアリール化合物（特開昭６２−８６，６７３），ヘキサメチルホスホリックトリアミドと４−アルキルモルフォリン（特開昭６２−２１７，５７５）、二環性の三級アミン（特開昭６２−２１７，５７８）、オイル（特開昭６２−２８７，５８０）、四級ホスホニウム塩（特開昭６３−１２１，２６８）、三級スルホニウム塩（特開昭６３−１２１，２６９）などが挙げられる。
また、電解液を不燃性にするために含ハロゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを電解液に含ませることができる（特開昭４８−３６，６３２）。また、高温保存に適性をもたせるために電解液に炭酸ガスを含ませることができる（特開昭５９−１３４，５６７）。
【００３１】
電極活物質の集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、負極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの）、Ａｌ−Ｃｄ合金などが用いられる。これらの材料の表面を酸化することも用いられる。形状は、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、５〜１００μｍのものが用いられる。
【００３２】
電池の形状はコイン、ボタン、シート、シリンダー、角などいずれにも適用できる。コインやボタンでは、正極活物質や負極活物質の合剤はペレットの形状にプレスされて用いられる。また、シート、シリンダー、角では、正極活物質や負極活物質の合剤は、集電体の上に塗布、乾燥、脱水、プレスされて用いられる。その塗布厚みは、電池の大きさにより決められるが、乾燥後の圧縮された状態で１０〜５００μｍが特に好ましい。
本発明の非水二次電池の用途は、特に限定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソコンポケット（パームトップ）パソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディタミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルＣＤ、ミニデスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリーカード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時計、ストロボ、カメラ、医療機器（ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など）などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また太陽電池と組み合わせることもできる。
以下に電池作製の実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
【実施例】
実施例１
〔導電剤への金属の析出〕
▲１▼鱗片状黒鉛への銀の析出： ロンザ製ＫＳ−６グラファイト粉末（粒子サイズ約３μｍ）５０ｇを分散剤を含む水４０００ｍｌに分散し、還元剤としてデキストリン１１８ｇを加えて溶解し、ＮａＯＨ溶液でｐＨを１２以上にした。これを６０℃に加温し、攪拌しながら３％の硝酸銀水溶液をゆっくり添加し、ＫＳ−６粒子表面に無電解銀メッキを施した。濾過、水洗後乾燥し、得られた粉末のＡｇ量はＫＳ−６に対し、２５重量％であった。走査型電子顕微鏡で観察したところ、５０ｎｍ前後のＡｇ微粒子がＫＳ−６粒子の表面に析出していた。この重量比率ではＡｇはＫＳ−６粒子の全面を覆っておらず、部分的にＡｇ微粒子が凸状に析出していた。ＳＥＭ観察からその析出Ａｇ微粒子数の導電剤粒子間分布を求めたところ、相対変動係数で３５％であった。この導電剤をＥ−１とした。またこの導電剤粒子Ｅ−１をペレット状に成型しその抵抗率を測定したところ、ＫＳ−６グラファイト粉末のみを用いて成型したペレットの抵抗率の約３分の１であった。導電剤Ｅ−１を以下で述べる電極の導電剤として用いた。
【００３４】
▲２▼アセチレンブラックへの銀の析出： 電気化学工業社製アセチレンブラック粉末（粒子サイズ約３０ｎｍ）５０ｇに対し、上記▲１▼と同様の操作で、無電解銀メッキを行った。得られた粉末のＡｇ析出量はアセチレンブラックに対し、４５重量％であった。これを導電剤Ｅ−２とし、正極および負極合剤の導電剤として用いた。
【００３５】
▲３▼鱗片状黒鉛への銅の析出： ＣｕＳＯ4 ・５Ｈ2 Ｏを２０ｇ、錯化剤としてＥＤＴＡ・４Ｎａを銅に対して１．２当量、ホルムアルデヒドを銅に対して２当量含む、ＮａＯＨ水溶液（ｐＨ１０）１０００ｍｌにロンザ製ＫＳ−６グラファイト粉末５０ｇを分散し、水温を６５℃に保ってメッキ反応を開始したのち、反応液のｐＨを８．５に制御し、続いて３時間メッキ反応を行い、粒子表面に銅をメッキした。粉体をろ過、水洗し、１５０℃で２４時間乾燥させた。メッキされた銅の重量比率は２５％であった。これを導電剤Ｅ−３とし、負極合剤の導電剤として用いた。
【００３６】
▲４▼鱗片状黒鉛へのニッケルの析出：塩化ニッケル６ｇ、オキシ酢酸ナトリウム１０ｇおよび次亜リン酸ナトリウム２ｇを含むニッケルメッキ浴５００ｍｌにロンザ製グラファイトＫＳ−６粉末５０ｇを添加し、９０℃でメッキ反応を行った。得られたニッケルメッキ粉体のニッケル重量比率はＫＳ−６に対して５．１％であった。これを導電剤Ｅ−４とし、負極合剤の導電剤として用いた。
【００３７】
〔負極材料の合成例，溶融焼成法〕
ＳｎＯ ６７．４ｇ、Ｂ2 Ｏ3 １７．４ｇ、Ｓｎ2 Ｐ2 Ｏ7 １０２．８ｇを混合し、自動乳鉢で十分に粉砕、混合した後、アルミナ製るつぼにセットしてアルゴンガス雰囲気下で１０００℃で１０時間焼成を行った。焼成後、１００℃／分の速度で急冷し、黄色透明ガラス状の負極材料ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｏ3 を得た（化合物Ａ−１）。この金属酸化物のＸ線回折を測定したところ、Ｃｕ−α線の照射下で２θ＝２０−３５°の領域にブロードな回折のバンドを示したが、結晶構造に帰属するシャープな回折線は検出されず、構造がアモルファス（非晶質）であることが判明した。
また、Ｓｉ原料にＳｉＯ2 、Ａｌ原料にＡｌ2 Ｏ3 を用いて、アルゴンガス雰囲気下で１２００℃で１０時間の焼成により、下記のＡ−２、３非晶質の負極材料を合成した。
ＳｎＳｉＯ3 （化合物Ａ−２）
Ｓｎ0.8 Ｓｉ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.2 Ａｌ0.1 Ｏ3.70（化合物Ａ−３）
Ａ−１〜Ａ−３はともにジェットミルを用いて平均粒径７μｍの無定形の粒子に粉砕した。これらの粒子のＢＥＴ法による比表面積は０．７〜１．２ｍ2 ／ｇの範囲であった。
【００３８】
〔正極活物質の調製の例〕
ＬｉＣｏＯ2 （化合物Ｃ−１）を以下の方法で合成した。Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｃｏ2 Ｏ3 の混合物と炭酸リチウムをＬｉ／Ｃｏモル比が１．０５となるように混合し、空気中で６００℃で４時間、さらに８８０℃で８時間焼成を行った。焼成物を自動乳鉢で粉砕した結果得られた粒子は、粒径がメジアン径で６μｍ、ＢＥＴ法比表面積が０．５ｍ2 ／ｇであり、Ｘ線回折によってＬｉＣｏＯ2 と同定された。この活物質は水分散においてｐＨ１０．５を与えた。
【００３９】
また、正極活物質としてリチウムマンガンコバルト複合酸化物のＬｉ1.05Ｍｎ1.95Ｃｏ0.05Ｏ4 （Ｃ−２）を下記の方法で合成した。
粒径０．５〜３０μｍ（１次粒子、２次粒子を含む）、ＢＥＴ表面積４０〜７０ｍ2 ／ｇの化学合成二酸化マンガン（ＣＭＤ、不純物としてそれぞれ１重量％以下のＭｎ2 Ｏ3 とＭｎ3 Ｏ4 および３重量％以下の硫酸塩と水分、０．５重量％以下のＮａ、Ｋ、Ｃａを含む）と平均粒径を１〜１０μｍに粉砕した水酸化リチウム、および炭酸コバルトを上記化学式の化学量論量比で混合し、混合物を、６００℃で４時間加熱処理した後に、６５０℃から７５０℃の範囲で温度条件を変えて１８時間空気中で焼成した。最終焼成物を室温まで徐冷して粉砕した結果、得られた粒子は、レーザー式粒度分布測定により一次粒子の平均メジアン径が０．５μｍであり、二次粒子の粒径は１０μｍであった。ＢＥＴ法表面積は２ｍ2 ／ｇの範囲であった。構造と組成をＩＣＰとＸ線回折で同定した結果、焼成物はスピネル結晶型構造のＬｉ1.05Ｍｎ1.95Ｃｏ0.05Ｏ4 であり、Ｃｕ−α線を用いたＸ線回折における２θ＝３６の回折ピークの半値幅はおよそ０．３であり、その強度は２θ＝１８．６のピークに対して２７％の値であった。また結晶のａ軸の格子定数は８．２２Ａであった。また、焼成物中には微量のＬｉＭｎＯ2 が混入されていることもわかった。この焼成物５ｇを１００ｍｌの純水に分散してｐＨを測定した結果、８．０であった。
【００４０】
ニッケルを含む複合酸化物Ｌｉ1.05Ｎｉ0.8 Ｃｏ0.18Ａｌ0.02Ｏ2 （化合物Ｃ−３）は次の方法で合成した。原料に硝酸リチウム、炭酸ニッケル、四三酸化コバルトおよび水酸化アルミニウムを用い、これらを充分に混合した後、酸素雰囲気下、750℃で15時間焼成した。生成物はＸ線回折により同定、確認した。
【００４１】
〔電極合剤シートの作製例〕
負極材料として化合物Ａ−１を７７重量％、金属をメッキした導電剤Ｅ−１を１８重量％、結着剤としてポリ弗化ビニリデン４重量％およびカルボキシメチルセルロース１重量％からなる混合物に水を加えてホモジナーザーで１０，０００回転で１０分以上混練し、負極合剤スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ１８μｍの銅フィルムの両面に塗布して、負極シートを作製した。塗布シートを乾燥、プレスした結果、乾膜の塗布量はおよそ６５ｇ／ｍ2 、塗布膜の厚みはおよそ３０μｍであった。
次に、負極材料層の表面に、鱗片状黒鉛と酸化アルミニウムの１：４（重量比）の混合物からなる保護層（平均厚さ５μｍ）を塗設し、表面保護層付きの負極シートを作製した。
同様にして、導電剤Ｅ−２〜Ｅ−４を用い、負極材料として化合物Ａ−２あるいはＡ−３を組み合わせて用い負極シートを作製した。
また、比較例として導電剤に金属を析出させていないＫＳ−６を用いた以外は上記と同様に調製した合剤、および銀粉を導電剤に用いた以外は上記と同様に調製した合剤（それぞれ化合物Ａ−１使用）を用いてそれぞれ負極シート作製した。
【００４２】
正極活物質の化合物Ｃ−１を９３重量％、導電剤としてアセチレンブラック（ＡＢと略記）を３重量％、結着剤としてポリ弗化ビニリデンを１重量％とアクリレート系ポリマー２重量％からなる混合物に１重量％のカルボキシメチルセルロースを含む水を加えて混練し、得られたスラリーを厚さ２０μｍのアルミニウムフィルムの両面に塗布して、正極シートを作製した。塗布シートを乾燥、プレスした結果、乾膜の塗布量は２８０ｇ／ｍ2 、塗布膜の厚みはおよそ１００μｍであった。
また正極活物質Ｃ−２を用いる以外上記と同様にして正極シートを作製した。正極活物質Ｃ−３を用いる場合は、Ｃ−３を９３重量％，ＡＢを３重量％、ポリフッ化ビニリデンを４重量％の割合でＮ−メチル−２−ピロリドンとともに混合し、得られたスラリーを上記と同様にしてアルミニウム箔に塗布し、正極シートを得た。
【００４３】
〔シリンダー型電池の作製例〕
厚さ３５μｍの金属Ｌｉ箔を幅５ｍｍ長さ３７ｍｍの断片に裁断し、露点−６０℃の乾燥空気中で、上記の負極材料Ａ−１〜３を塗布した負極シートの両面の表面保護層の上に、２ｍｍの規則的間隔を置いて圧着ローラーを用いて付着させた。負極シートへのＬｉ析出量は重量としておよそ１１０ｍｇであった。
上記の正極シートを３５ｍｍの幅に裁断し、負極シートを３７ｍｍの幅に裁断して、シートの末端にそれぞれアルミニウム、ニッケルのリード板をスポット溶接した後、露点−４０℃の乾燥空気中で１５０℃で２時間脱水乾燥した。第１図の電池断面図に示したように、脱水乾燥済みの正極シート、セパレーターとして多孔性ポリエチレンフィルム、脱水乾燥済みの負極シート、そしてセパレーターの順でこれらを積層し、巻き込み機で渦巻き状に巻回した。この巻回電極群（２）をニッケルメッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶（１）（負極端子を兼ねる）に収納した。この電池缶の中に電解質として１ｍｏｌ／リットル ＬｉＰＦ6 （エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネートの２：２：６（体積比）混合液）を注入した。
正極端子を有する電池蓋（６）をガスケット（５）を介してかしめて直径１４ｍｍ高さ５０ｍｍの円筒型電池を作製した。なお、正極端子（６）は正極シートと、電池缶（１）は負極シートとあらかじめリード端子により接続し、電池内の封口部には圧力感応弁体（６１）、電流遮断体（６２）、ＰＴＣ素子（６３）を設けた。
以上のようにして、本発明の金属を析出した導電剤Ｅ−１〜Ｅ−４、あるいは比較例としてＫＳ−６、銀粉を用い、負極材料としてＡ−１〜Ａ−３、正極活物質としてＣ−１〜Ｃ−２をそれぞれ選択して組み合わせたシリンダー型電池を作製した。
【００４４】
以上のように作製した電池は負極材料に塗布シート保護層上のリチウムが電気化学的に挿入されるプロセスが完成されていない電池前駆体である。そこで、負極活物質前駆体にリチウムを挿入させて負極活物質に変換し、電池前駆体を充放電サイクル可能な二次電池とするための操作を、以下のように実施した。
電池前駆体を、室温で１２時間放置後、０．１Ａの一定電流のもとで１時間予備充電を行い、次いで５０℃のもとで１０日間エージングを実施した。このエージングの工程で、負極上に担持したＬｉのほとんど溶解し、負極活物質前駆体の中に挿入されたことを確認した。
この電池を活性化のために、２ｍＡ／ｃｍ2 で室温下で４．２Ｖまで充電を行った。さらに、充電状態で電池を５５℃に保持し、３日間エージングを実施した。
これらの電池を、充電終止電圧４．２Ｖ（開回路電圧（ＯＣＶ））、放電終止電圧２．８Ｖ（回路電圧）、の条件で定電流で繰り返し充放電させてサイクルさせた。このとき、電池を２ｍＡ／ｃｍ2 （本電池では０．２Ｃ相当）の電流密度で充電した後に、１０ｍＡ／ｃｍ2 （本電池では１．０Ｃ相当）の放電電流で与える容量（Ａｈ）と２ｍＡ／ｃｍ2 （０．２Ｃ）の放電電流で与える容量の比を求め、これをハイレート放電効率（％）として評価した（ただし１Ｃは１時間で電池の公称容量を放電するのに相当する電流の値を示す）。
【００４５】
上記のリチウムイオン二次電池について、正極活物質と負極材料の組み合わせを変えた条件で、測定されたハイレート効率および０．２Ｃの放電における容量（比較１の電池の容量を１００としたときの相対値）を表１に示した。
【００４６】
表１の結果から、本発明に記載する表面に金属析出を施した導電剤を電極の合剤層中に含有するリチウムイオン二次電池が、ハイレート放電効率と容量の点において優れた性能を示すことがわかる。なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、Ｃ−１を用いた正極と、Ａ−１と導電剤Ｅ−１を用いた負極を組み合わせた場合、およびＣ−１、Ａ−３とＥ−３の組み合わせの場合、室温での充放電のサイクル特性として、それぞれ１００サイクル当たり９２％および９１％の放電容量維持率を示した。
【００４８】
実施例２
導電剤Ｅ−１について導電剤量を１２重量％に減らし、その分、負極材料の化合物Ａ−１を８３重量％に増やした合剤を実施例１と同様にして調製し、その負極シートを作製した。正極シートには実施例１の化合物Ｃ−１を用いて、実施例１と同様にしてシリンダー電池を作製した。この電池の０．２Ｃ放電容量は実施例１の比較１を１００とした時の相対値として１０６であり、ハイレート放電効率は９１％を示した。
【００４９】
比較例３
負極材料として炭素材料を用いた例を下記に説明する。負極にはメソフェーズ小球体を２８００℃で黒鉛化したものを用い、これに重量比率１０％の本発明の導電剤（実施例１のＥ−１）と結着剤として重量比率３％のスチレン／ブタジエンゴムおよび２重量％のポリフッ化ビニリデンを加えて混合し、カルボキシメチルセルロースを１重量％含む水に懸濁させて合剤スラリーを得た。これを１８μｍの銅フィルムの両面に塗布し、乾燥後、プレスして負極シートを得た。
【００５０】
正極活物質として実施例１のＣ−１を用い、導電剤としてアセチレンブラックを重量比率で３％、ポリテトラフルオロエチレンを７重量％を加えて、カルボキシメチルセルロース１重量％含む水に懸濁させて合剤スラリーを得た。これを厚さ２０μｍのアルミフィルムに塗布し、乾燥後、プレスして正極シートを得た。
【００５１】
シリンダー電池作製は、負極シートに金属Ｌｉを付着しないこと、および電解液溶媒にエチレンカーボネートとジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、およびエチルメチルカーボネートを体積比３０：１５：１５：４０で混合したものを用いた以外は実施例１と同様にして行った。
【００５２】
この電池を、実施例１と同様の条件で充放電し、ハイレート放電効率を求めたところ、９３％を示した。これは負極の導電剤に本発明のＥ−１の代わりに金属を析出させていないＫＳ−６を用いて同様に作製したシリンダー電池のハイレート効率９１％を上回り、炭素材料を主とした負極でも効果があることがわかった。この電池の０．２Ｃの放電容量は実施例１の比較１を１００とした時の相対値として８８であった。
【００５３】
【発明の効果】
リチウム含有遷移金属複合酸化物からなる正極、リチウムを挿入可能な負極材料と、非水電解質によって構成され、負極の導電剤が、表面に金属を析出したことを特徴とするリチウムイオン非水電解質二次電池を用いることにより、電池容量とハイレート放電特性およびサイクル性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製したシリンダー型二次電池の断面図を示したものである。
【符合の説明】
１ 負極端子を兼ねる電池缶
２ 巻回電極群（正極、セパレーター、負極）
３ 上部絶縁板
４ 正極リード
５ ガスケット
６ 正極端子を兼ねる電池蓋
６１ 圧力感応弁体
６２ 電流遮断体
６３ ＰＴＣ素子
Claims (9)
- リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質を含む正負の電極およびリチウム化合物を含む非水電解質を有する非水二次電池において、該負極材料が、錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物および／またはＳｉ金属であり、且つ、該負極が導電剤を含有し、該導電剤が、炭素質材料、金属酸化物あるいはこれらの複合材料から選ばれる少なくとも１種類の導電性物質の表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属イオンを還元して、１０ｎｍ以上〜２００ｎｍ以下の粒子サイズの金属微粒子からなり、凹凸を有する状態で析出させたものであることを特徴とする非水二次電池。
- 該負極が導電剤を２〜５０重量％含有することを特徴とする請求項１に記載の非水二次電池。
- 該負極材料が錫を主体として含み非晶質構造を含む複合酸化物である請求項１または２に記載の非水二次電池。
- 導電剤が炭素質材料である請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水二次電池。
- 導電剤の炭素材料が、鱗片状黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックから選ばれる少なくとも１材料であることを特徴とする請求項４に記載の非水二次電池。
- Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉより選ばれる少なくとも１種類の金属微粒子の導電性物質への析出量が導電剤に対し１重量％以上、５００重量％以下である請求項１に記載の非水二次電池。
- 正極材料が、リチウム含有遷移金属酸化物である請求項１〜６のいずれか１項に記載の非水二次電池。
- 該負極の表面に鱗片状黒鉛と酸化アルミニウムの１：４（重量比）の混合物からなる保護層を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の非水二次電池。
- 導電性物質への金属微粒子の析出を酸化還元反応による無電解メッキにより行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の非水二次電池用電極の製造方法。
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