JP4465875B2

JP4465875B2 - 非水電解質二次電池及びその製造方法

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Publication number: JP4465875B2
Application number: JP2000391187A
Authority: JP
Inventors: 寛之明石
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002198089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、セパレータとを備える非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ＰＤＡ、カムコーダー、ノート型ＰＣ等の携帯型電子機器が市場に広く普及し、その駆動時間の長時間化が強く望まれている。携帯型電子機器の多くは、充電により繰り返し利用が可能な二次電池を駆動電源として利用していることから、二次電池の高容量化、高エネルギー密度化開発は、携帯型電子機器の高性能化を実現する重要なキーテクノロジーとして認識されるようになった。
【０００３】
高エネルギー密度を特徴とする二次電池として、リチウムイオンを電極反応種として利用した非水電解質電池が注目されている。同二次電池は、単セルで最大４．２Ｖという作動電圧を示し、市販されている電池としては最も高いエネルギー密度を有する。既存のニッケル水素電池やニッケル−カドミウム電池等の水系二次電池の作動電圧と比較しても、リチウムイオン二次電池の作動電圧は、それらの約３倍に相当する。この比較より明らかなように、作動電圧の高電圧化を図る技術は、電池の高エネルギー密度化を実現する上で重要な技術である。
【０００４】
通常、作動電圧は、正極材料と負極材料との組合せにより設計される。したがって、高い作動電圧を有する電池を設計するためには、酸化還元電位がより貴な電位にある正極材料と同電位がより卑な電位にある負極材料を組み合わせることが重要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高エネルギー密度型二次電池を開発する上では、高作動電圧を提供する電極の組合せの最適化だけでは不十分であり、高作動電圧状態下における電極反応の可逆性を実現するような工夫も重要な技術となる。
【０００６】
一般的に正負極間の電圧差が大きい程、すなわち作動電圧が高い状態では、電極間に介在する電解質材料の酸化還元反応（分解反応）が進行しやすくなる。多くの場合、このような酸化還元反応により発生する分解生成物は、電極表面へ付着または堆積することから、結果的に正負極の電極反応の可逆性を著しく損ねる原因となる。
【０００７】
これまで提案されてきた非水電解質材料の電位窓は、４．０Ｖから４．５Ｖの範囲に集中しており、これを実質的に超えるような電位窓を有し且つ優れたイオン伝導特性を有する電解質材料は見出されていない。そのため、作動電圧が最大４．２Ｖに達するようなリチウムイオン二次電池では、正負極間の電圧差が最大となる満充電状態において、非水電解質材料の分解反応が進行しやすくなり、正負極の電極特性が劣化するという課題が明らかになってきた。
【０００８】
発明者は、同満充電状態における放電容量の劣化現象について詳細な検討を加えた結果、リチウムイオン二次電池のような高作動電圧型二次電池では、初充電直後の満充電状態で長期保存した場合に、特に大きな容量劣化現象が発現することを突き止めた。例えば、リチウムイオン二次電池の場合では、４週間保存した電池の放電容量は、保存しなかった電池の放電容量よりも数％から１０％程度の程度で劣化していることを確認した。
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、特に初充電後の保存時における放電容量の劣化現象の進行を抑制するような非水電解質二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の非水電解質二次電池は、リチウムをイオン状態で吸蔵及び離脱することが可能な負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、微多孔性膜からなるセパレータとを備えた非水電解質二次電池において、電解質は、下記の化学式（１）乃至化学式（４）に示される有機硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の範囲で含有する。
【００１１】
【化９】

【００１２】
【化１０】

【００１３】
【化１１】

【００１４】
【化１２】

【００１５】
上述したような本発明に係る非水電解質二次電池では、上記電解質中に有機硫黄化合物を含有しているので、電極表面への保護被膜形成が可能となる。これにより要電容量の劣化が抑えられる。
【００１６】
また、本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は、リチウムをイオン状態で吸蔵及び離脱することが可能な負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、微多孔性膜からなるセパレータとを備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、電解質に、上記化学式（１）乃至化学式（４）に示される有機硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の範囲で添加する。
【００１７】
上述したような本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法では、上記電解質中に有機硫黄化合物を含有しているので、電極表面への保護被膜形成が可能となる。これにより要電容量の劣化が抑えられた非水電解質電池が得られる。
【００１８】
本発明は、負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、セパレータとを備える非水電解質二次電池に関する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非水電解質二次電池の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
本発明を適用した非水電解質二次電池では、充電の過程において、開回路電圧（電池電圧）が過充電電圧よりも低い時点で負極に軽金属が析出し始めるようになっている。すなわち、この非水電解質電池では、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において負極に軽金属が析出しており、負極の容量は、軽金属をイオン状態で吸蔵及び離脱する際に得られる容量成分と、軽金属が析出及び溶解する際に得られる容量成分との和で表される。すなわち、この非水電解質電池では、充電の過程において、開回路電圧（電池電圧）が過充電電圧よりも低い時点で負極に軽金属が析出し始めるようになっている。なお、詳細については後述する。
【００２１】
以下に、軽金属としてリチウムを用いた非水電解質二次電池の一構成例を、図１に示す。本発明を適用した非水電解質二次電池１は、略中空円筒状の電池缶２の内部に、帯状の正極３と帯状の負極４とがセパレータ５を介して巻回された巻回電極体を有している。電池缶２は、例えば、ニッケルがめっきされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶２の内部には、巻回電極体を挟むように巻回電極体の周面に対して垂直に一対の絶縁板６，７がそれぞれ配置されている。
【００２２】
電池缶２の開放端部には、電池蓋８と、この電池蓋８の内側に設けられた安全弁機構９及び熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；以下、ＰＴＣ素子と称する。）１０とが、ガスケット１１を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶２の内部は密閉されている。電池蓋８は、例えば、電池缶２と同様の材料により構成されている。安全弁機構９は、ＰＴＣ素子１０を介して電池蓋８と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱等により電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板が反転して電池蓋８と巻回電極体との電気的接続を切断するようになっている。ＰＴＣ素子１０は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止する、いわゆる温度ヒューズ機能を備えている。ガスケット１１は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００２３】
巻回電極体は、例えばセンターピン１２を中心にして巻回されている。巻回電極体の正極３にはアルミニウム等よりなる正極リード１３が接続されており、負極４にはニッケル等よりなる負極リード１４が接続されている。正極リード１３は安全弁機構９に溶接されることにより電池蓋８と電気的に接続されており、負極リード１４は電池缶２に溶接され電気的に接続されている。また、正極３と負極４との間のセパレータ５には、電解液が含浸されている。
【００２４】
正極３は、例えば、正極合剤層３ａと、正極集電体３ｂとを有している。正極集電体３ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔等の金属箔により構成されている。正極合剤層３ａは、例えば、正極活物質と、グラファイト等の導電剤と、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤とを含有して構成されている。
【００２５】
正極活物質としては、軽金属であるリチウムを含有する化合物、例えばリチウム酸化物，リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。特に、エネルギー密度を高くするには、正極活物質としてＬｉ_ｘＭＯ_２を主体とするリチウム複合酸化物を含んでいることが好ましい。なお、Ｍは１種類以上の遷移金属が好ましく、具体的には、コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），アルミニウム（Ａｌ），バナジウム（Ｖ）及びチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種が好ましい。また、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０の範囲内の値である。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＣｏ_１−ｙＯ_２（但し、これらの式中ｘ１、０＜ｙ＜１である）等が挙げられる。また、リチウム複合酸化物としてスピネル構造を有するＬｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、オリビン構造を有するＬｉ_ｘＦｅＰＯ_４を用いることも可能である。
【００２６】
なお、このようなリチウム複合酸化物は、例えば、リチウムの炭酸塩，硝酸塩，酸化物あるいは水酸化物と、遷移金属の炭酸塩，硝酸塩，酸化物あるいは水酸化物とを所望の組成になるように混合し、粉砕した後、酸素雰囲気中において６００〜１０００℃の範囲内の温度で焼成することにより調製される。
【００２７】
正極合剤層３ａは、また、充放電容量を大きくするという見地からいうと、定常状態（例えば５回程度充放電を繰り返した後）において、負極活物質１ｇあたり２８０ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のリチウムを含んでいることが好ましい。また、３５０ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のリチウムを含んでいればより好ましい。但し、このリチウムは必ずしも正極合剤層３ａ、すなわち正極３から全て供給される必要はなく、電池内全体において存在するようにしてもよい。例えば、負極４にリチウム金属等を貼り合わせることで電池内のリチウムを補充することも可能である。なお、電池内のリチウム量は、電池の放電容量を測定することにより定量される。
【００２８】
正極合剤層３ａは、更に、例えば、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）等の炭酸金属塩を含有していてもよい。このように炭酸金属塩を含むようにすれば、サイクル特性を更に向上させることができ好ましい。これは、正極３において炭酸金属塩が一部分解し、負極４に安定な被膜を形成するためであると考えられる。
【００２９】
負極４は、例えば、負極合剤層４ａと、負極集電体４ｂとを有している。負極合剤層４ａは、例えば、負極活物質として、軽金属をイオン状態で吸蔵及び離脱することが可能な負極材料を含んで構成されている。
【００３０】
ここで、具体的な軽金属としては、リチウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），及びそれらを含む合金が挙げられる。中でも、既存のリチウムイオン二次電池との互換性を確保する観点から、軽金属としてリチウム又はリチウムを含む合金を用いることが好ましい。
【００３１】
また、リチウムと合金を形成可能な元素としては、アルミニウム（Ａｌ），亜鉛（Ｚｎ），鉛（Ｐｂ），スズ（Ｓｎ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ）等が挙げられる。
【００３２】
なお、軽金属をイオン状態で吸蔵というのは、例えば黒鉛に対する軽金属イオンの電気化学的なインタカレーション反応に代表されるように、軽金属がイオン状態で存在するものをいい、軽金属の金属状態による析出とは異なる概念である。以下の説明では、説明を簡素化するために、軽金属であるリチウムをイオン状態で吸蔵及び離脱することを、単に軽金属を吸蔵及び離脱と表現する場合もある。このような負極材料としては、例えば、炭素材料，金属化合物，ケイ素，ケイ素化合物，ＬｉＮ_３等のリチウム窒化物，あるいは高分子材料が挙げられ、これらのうちのいずれか１種又は２種以上が混合して用いられている。
【００３３】
炭素材料としては、難黒鉛化性炭素，易黒鉛化性炭素，黒鉛，熱分解炭素類，コークス類，ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体，炭素繊維あるいは活性炭等が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス，ニードルコークスあるいは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素又は易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、金属化合物としては、ＳｎＳｉＯ_３あるいはＳｎＯ_２等の酸化物等や、Ｍｇ_２Ｓｉ等のＳｉ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｃｄ等の元素を含む化合物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロール等が挙げられる。
【００３４】
このような負極材料としては、充放電電位が比較的リチウム金属に近いものが好ましい。負極４の充放電電位が低いほど電池の高エネルギー密度化が容易となるからである。中でも炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。
【００３５】
黒鉛としては、例えば、真密度が２．１０ｇ／ｃｍ^３以上のものが好ましく、２．１８ｇ／ｃｍ^３以上のものであればより好ましい。なお、このような真密度を得るには（００２）面のＣ軸結晶子厚みが１４．０ｎｍ以上であることが必要である。また、（００２）面の面間隔が０．３４０ｎｍ未満であることが好ましく、０．３３５ｎｍ以上０．３３７ｎｍ以下の範囲内であればより好ましい。
【００３６】
黒鉛は、天然黒鉛でも人造黒鉛でもよい。人造黒鉛であれば、例えば、有機材料を炭化して高温熱処理を行い、粉砕・分級することにより得られる。高温熱処理は、例えば、必要に応じて窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス気流中において３００℃〜７００℃で炭化し、毎分１℃〜１００℃の速度で９００℃〜１５００℃まで昇温してこの温度を０時間〜３０時間程度保持し仮焼すると共に、２０００℃以上、好ましくは２５００℃以上に加熱し、この温度を適宜の時間保持することにより行う。
【００３７】
出発原料となる有機材料としては、石炭あるいはピッチを用いることができる。ピッチには、例えば、コールタール，エチレンボトム油あるいは原油等を高温で熱分解することにより得られるタール類、アスファルト等を蒸留（真空蒸留，常圧蒸留あるいはスチーム蒸留），熱重縮合，抽出，化学重縮合することにより得られるもの、木材還流時に生成されるもの、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラート又は３，５−ジメチルフェノール樹脂がある。これらの石炭あるいはピッチは、炭化の途中最高４００℃程度において液体として存在し、その温度で保持されることで芳香環同士が縮合・多環化し、積層配向した状態となり、そののち約５００℃以上で固体の炭素前駆体、すなわちセミコークスとなる（液相炭素化過程）。
【００３８】
有機材料としては、また、ナフタレン，フェナントレン，アントラセン，トリフェニレン，ピレン，ペリレン，ペンタフェン，ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物あるいはその誘導体（例えば、上述した化合物のカルボン酸，カルボン酸無水物，カルボン酸イミド）、又はそれらの混合物を用いることができる。更に、アセナフチレン，インドール，イソインドール，キノリン，イソキノリン，キノキサリン，フタラジン，カルバゾール，アクリジン，フェナジン，フェナントリジン等の縮合複素環化合物あるいはその誘導体、又はそれらの混合物を用いることもできる。
【００３９】
上述したような有機材料を出発原料として人造黒鉛を生成するには、例えば、上記有機材料を窒素等の不活性ガス気流中、３００℃〜７００℃の温度で炭化した後、不活性ガス気流中、昇温速度毎分１℃〜１０００℃、到達温度９００℃〜１５００℃、到達温度での保持時間０〜３０時間程度の条件で仮焼し、さらに温度２０００℃以上、好ましくは２５００℃以上で熱処理する。但し、場合によっては炭化や仮焼操作は省略してもよい。そして、生成された黒鉛材料は分級あるいは粉砕・分級して負極材料に供される。
【００４０】
なお、粉砕は、炭化，仮焼の前後、あるいは黒鉛化前の昇温過程の間のいずれで行ってもよい。これらの場合には、最終的に粉末状態で黒鉛化のための熱処理が行われる。但し、嵩密度及び破壊強度の高い黒鉛粉末を得るには、原料を成型したのち熱処理を行い、得られた黒鉛化成型体を粉砕・分級することが好ましい。
【００４１】
例えば、黒鉛化成型体を作製する場合には、フィラーとなるコークスと、成型剤あるいは焼結剤となるバインダーピッチとを混合して成型したのち、この成型体を１０００℃以下の低温で熱処理する焼成工程と、焼成体に溶融させたバインダーピッチを含浸させるピッチ含浸工程とを数回繰り返してから、高温で熱処理する。含浸させたバインダーピッチは、以上の熱処理過程で炭化し、黒鉛化される。ちなみに、この場合には、フィラー（コークス）とバインダーピッチとを原料にしているので多結晶体として黒鉛化し、また原料に含まれる硫黄や窒素が熱処理時にガスとなって発生することから、その通り路に微小な空孔が形成される。よって、この空孔により、リチウムの吸蔵及び離脱反応が進行し易しくなると共に、工業的に処理効率が高いという利点もある。なお、成型体の原料としては、それ自身に成型性、焼結性を有するフィラーを用いてもよい。この場合には、バインダーピッチの使用は不要である。
【００４２】
また、難黒鉛化性炭素としては、（００２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ^３未満であると共に、空気中での示差熱分析（differential thermal analysis；ＤＴＡ）において７００℃以上に発熱ピークを示さないものが好ましい。
【００４３】
このような難黒鉛化性炭素は、例えば、有機材料を１２００℃程度で熱処理し、粉砕・分級することにより得られる。
【００４４】
出発原料となる有機材料としては、例えば、フルフリルアルコールあるいはフルフラールの重合体，共重合体、又はこれらの高分子と他の樹脂との共重合体であるフラン樹脂を用いることができる。また、フェノール樹脂，アクリル樹脂，ハロゲン化ビニル樹脂，ポリイミド樹脂，ポリアミドイミド樹脂，ポリアミド樹脂，ポリアセチレンあるいはポリパラフェニレン等の共役系樹脂、セルロースあるいはその誘導体、コーヒー豆類、竹類、キトサンを含む甲殻類、バクテリアを利用したバイオセルロース類を用いることもできる。
【００４５】
熱処理は、例えば、必要に応じて３００℃〜７００℃で炭化した（固相炭素化過程）のち、毎分１℃〜１００℃の速度で９００℃〜１３００℃まで昇温し、この温度を０〜３０時間程度保持することにより行う。粉砕は、炭化の前後、あるいは昇温過程の間で行ってもよい。
【００４６】
更に、水素原子（Ｈ）と炭素原子（Ｃ）との原子数比Ｈ／Ｃが例えば０．６〜０．８である石油ピッチに酸素（Ｏ）を含む官能基を導入（いわゆる酸素架橋）させた化合物を用いることもできる。
【００４７】
石油ピッチは、例えば、コールタール，エチレンボトム油あるいは原油等を高温で熱分解することにより得られるタール類、又はアスファルト等を、蒸留（真空蒸留，常圧蒸留あるいはスチーム蒸留），熱重縮合，抽出あるいは化学重縮合することにより得られる。
【００４８】
また、酸素架橋形成方法としては、例えば、硝酸、混酸、硫酸、次亜塩素酸等の水溶液と石油ピッチとを反応させる湿式法、空気あるいは酸素等の酸化性ガスと石油ピッチとを反応させる乾式法、又は硫黄，硝酸アンモニウム，過硫酸アンモニア，塩化第二鉄等の固体試薬と石油ピッチとを反応させる方法を用いることができる。
【００４９】
この化合物における酸素の含有率は３％以上であることが好ましく、５％以上であればより好ましい（特開平３−２５２０５３号公報参照）。酸素の含有率は、最終的に得られる炭素材料の結晶構造に影響を与え、これ以上の含有率において、難黒鉛化性炭素に上述したような（００２）面間隔が０．３７ｎｍ以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ^２空気気流中での示差熱分析（ＤＴＡ）において７００℃以上に発熱ピークを有さないといった物性パラメータを付与することができ、負極の容量を向上させることができる。
【００５０】
なお、出発原料となる有機材料はこれらに限定されず、他のあらゆる有機材料、すなわち酸素架橋処理等により固相炭化過程を経て難黒鉛化炭素材料となり得るものであればよい。
【００５１】
難黒鉛化炭素材料としては、上述した有機材料を出発原料として製造されるものの他、特開平３−１３７０１０号公報に記載されているリン（Ｐ）と酸素と炭素とを主成分とする化合物も、上述した物性パラメータを示すので好ましい。
【００５２】
ちなみに、本実施の形態において、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料には、リチウムが析出及び溶解することにより負極活物質として機能するリチウム金属及びリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金を含まない。但し、この二次電池では、負極合剤層４ａに負極活物質としてリチウム金属あるいはリチウム合金を含んでいてもよく、また、図示しないが、負極合剤層４ａとは別に、リチウム金属あるいはリチウム合金よりなる金属層を負極４に有していてもよい。
【００５３】
負極合剤層４ａは、また、例えば、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤を含んで構成されていてもよい。負極集電体４ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）箔等の金属箔により構成されている。
【００５４】
セパレータ５は、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ電解液中のリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ５は、微少な孔を多数有する微多孔性膜からなる。ここで、微多孔性膜とは、孔の平均孔径が５μｍ以下のものを指すこととする。
【００５５】
セパレーター５の材料としては、従来の電池に使用されてきたものを利用することが可能である。そのなかでも、ショート防止効果に優れ、旦つシャットダウン効果による電池の安全性向上が可能なポリオレフィン製微孔性フィルムを使用することが特に好ましい。
【００５６】
以下にシャットダウン機能を有するポリオレフィン製微多孔性膜の製法の一例を示す。
【００５７】
まず、溶融状態のポリオレフィン組成物を含有する押出機の途中に、溶融状態で液状の低揮発性溶媒（ポリオレフィン組成物に対して良溶媒）を供給し、混練することにより、均一な濃度のポリオレフィン組成物の高濃度溶液を調製する。
【００５８】
次に、上記低揮発性溶媒としては、例えばノナン、デカン、デカリン、ｐ−キシレン、ウンデカン、流動パラフィン等の低揮発性脂訪族または環式の炭化水素等を使用することができる。
【００５９】
ポリオレフィン組成物と低揮発性溶媒との配合割合は、両者の合計を１００重量％として、ポリオレフィン組成物が１０重量％以上、８０重量％以下の範囲であることが好ましい。ポリオレフィン組成物の割合が１０重量％未満では、ダイス出口で膨潤やネックインが大きくなり過ぎ、シート成形が困難となる。一方、ポリオレフィン組成物の割合が８０重量％以上を越えると、均一溶液の調製が困難となる。従って、ポリオレフィン組成物の配合割合を１０重量％以上、８０重量％以下の範囲とすることで、均一溶液の調製が容易にするとともに、ダイス出口での膨潤やネックインが少なくなり、シート成形が容易になる。なお、ポリオレフィン組成物のより好ましい配合割合は、１５重量％以上、７０重量％以下の範囲である。
【００６０】
次に、このポリオレフィン組成物の加熱溶液をダイスより押し出して成型するが、シートダイスの場合のギャップは、通常０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。また、押出温度は１４０℃以上、２５０℃以下の範囲であり、押出速度は２ｃｍ／分以上、３０ｃｍ／分以下の範囲にあることが望ましい。
【００６１】
このようにしてダイスから押し出したポリオレフィン組成物溶液のシートを冷却して、ゲル状シートを得る。冷却は少なくともゲル化温度以下まで行う。冷却方法としては、冷風、冷却水、その他の冷却媒体に直接接触させる方法、冷媒で冷却したロールに接触させる方法等を用いることができる。なお、ダイスから押し出したポリオレフィン組成物溶液は、冷却前あるいは冷却中に、１以上、１０以下、好ましくは１以上、５以下の引取比で引き取ってもよい。引取比が１０以上となるとネックインが大きくなり、また延伸に破断を起こし易くなり好ましくない。
【００６２】
そして、このゲル状シートを加熱し、通常のテンター法、ロール法、圧延法若しくはこれらの方法の組合せによって所定の培率で延伸する。二軸延伸が好ましく、縦横同時延伸または逐次延伸のいずれでもよいが、特に同時二次延伸が好ましい。
【００６３】
延伸温度は、ポリオレフィン組成物の融点＋１０℃以下程度、好ましくは結晶分散温度から融点未満の範囲である。延伸温度が上記＋１０℃を越える場合は、樹脂の溶融により延伸による効果的な分子鎖配向ができないため好ましくない。また延伸温度が結晶分散温度未満では、樹脂の軟化が不十分で、延仲工程においで破膜し易く、高倍率の延伸ができない。
【００６４】
次に、得られた延伸膜を揮発溶剤で洗浄し、残留する低揮発性溶媒を除去する。洗浄溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素などの塩素系炭化水素、３フッ化エタン等のフッ化炭素、ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル類などの易揮発性のものを用いる。これらのものは、ポリオレフィン組成物の溶解に用いた低揮発性溶媒に応じて適宜選択し、単独若しくは混合して用いる。洗浄方法は、揮発性溶剤に浸潰し抽出する方法、揮発溶剤をシャワーする方法、またはこれらの組合せによる方法などにより行うことができる。
【００６５】
上記の洗浄は、延伸フィルム中の残留低揮発性溶媒が１重量部未満になるまで行う。その後洗浄溶剤を乾燥するが、洗浄溶媒の乾燥方法は、加熱乾燥、風乾等の方法で行うことができる。以上の工程を経ることで、セパレータ５を得ることができる。
【００６６】
このようなセパレータ５は、１００℃以上、１６０℃以下の電池温度範囲でシャットダウン効果を有することが好ましい。電池温度が１００℃以上、１６０℃以下の範囲でシャットダウン効果を得るためには、微孔性膜を構成する材料の融点が、その温度領城内に存在することが必要である。また、セパレータは電極間に設置されることから、電気化学的安定性にも富むことが要求される。この条件を満足する材料としては、ポリオレフィン製高分子が伐表的であり、特にポリエチレンを使用することが望ましい。その他、ポロブロピレンなども使用することが可能である。この他にも、非水電解質に対する化学的安定性を備えた樹脂であれば、上記ポリエチレンやポリプロピレンと共重合化させたり、またはブレンド化することや、ポリエチレンとポリプロピレンからなるセパレーターを複数枚積層して用いることもできる。
【００６７】
また、セパレータ５の厚みは、５μｍ以上、５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。また、セパレータ全体積中における空隙体積の比率を表す空孔率は、２０％以上、６０％以下の範囲であることが望ましい。以上の条件に合致するセパレータ５を採用することにより、製造歩留まり、出力特性、サイクル特性、安全性に優れた非水電解質電池を得ることが可能となる。
【００６８】
電解液は、非水溶媒に電解質塩としてリチウム塩を溶解させたものである。
【００６９】
ここで、本発明に係る非水電解質二次電池では、硫黄化合物が所定の濃度範囲で電解液に添加されている。硫黄化合物を所定の濃度範囲で電解液に添加することで、初充電後の保存時における容量劣化現象の進行を効果的に抑制することができる。
【００７０】
ここで、電解液中に添加される硫黄化合物による劣化改善機構について説明する。発明者は、充電状態における放電容量の劣化現象が、電池内部インピーダンスの増加に起因していると推定し、同インピーダンス増加現象について様々な角度より解析を進めた結果、それが電極表面における不動態被膜によるものであることを突き止めた。さらに、不動態被膜の成分を解析し、それらは非水電解質材料の分解生成物であることが確認されたことから、発明者は、充電中の保存による放電容量の劣化現象が、非水電解質材料の分解反応によるものであると推察した。
【００７１】
以上の知見より、発明者は電極表面に保護被膜を形成させることにより、満充電状態における非水電解質材料の分解反応等の抑制方法を考案するに至った。そして、発明者は、保護被膜の形成方法について鋭意検討した結果、チオレート基を有するような硫黄化合物等をある一定の濃度範囲で非水電解質材料に添加することにより、電極表面における保護被膜の形成が可能となることを見出した。
【００７２】
本発明を完成させる過程において、種々の化合物の添加を検討したが、多くの場合、添加が原因と推定される電池諸特性の劣化が発生してしまい、目的の効果を実現することが困難であった。
【００７３】
しかしながら、本発明で採用した硫黄系化合物は、所定の濃度範囲で添加する限りにおいては、電池諸特性の劣化原因とはならず、且つ満充電状態での保存による放電容量の劣化現象を効果的に改善することが確認された。
【００７４】
電解液中に添加される硫黄化合物としては、特に電解酸化によりＳ−Ｓ結合を形成し、そしてＳ−Ｓ結合の還元的な切断により可逆的に再生され得るような分子構造を有する有機硫黄化合物を用いることが好ましい。具体的には、化学式（１）から化学式（４）であり、容易に本発明の効果を得ることができる。
【００７５】
【化１３】

【００７６】
【化１４】

【００７７】
【化１５】

【００７８】
【化１６】

【００７９】
このような硫黄化合物は、１種類を単独で用いても十分な効果が得られるが、その他の材料と組み合わせることにより相乗的改善効果が実現される場合には、混合して利用することができる。
【００８０】
また、これら硫黄化合物の電解液への添加量は、硫黄化合物の分子構造、また電極や電解質材料の種類にも影響されるが、本発明においては、概ねイオン解離能を有する溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲で添加した場合に十分な効果が得られるため好ましい。
【００８１】
硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して０．０５重量％未満であると、充電時の正極と負極の不可逆反応を抑える効果が十分に得られない。また、硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して１０重量％以上であると、容量劣化を抑える効果は十分に得られるが、その一方で充放電サイクル特性が劣化してしまう。従って、硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができる。
【００８２】
そして、このような電解液を構成する非水溶媒というのは、例えば、２５℃における固有粘度が１０．０ｍＰａ・ｓ以下の非水化合物をいう。この非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート（etylene carbonate；ＥＣ）及びプロピレンカーボネート（propylene carbonate；ＰＣ）のうちの少なくとも１種を含んでいることが好ましい。これにより、サイクル特性を向上させることができる。特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して用いるようにすれば、よりサイクル特性を向上させることができるので好ましい。
【００８３】
但し、負極４に黒鉛を用いる場合には、非水溶媒におけるプロピレンカーボネートの濃度を３０質量％未満とすることが好ましい。プロピレンカーボネートは黒鉛に対して比較的高い反応性を有しているので、プロピレンカーボネートの濃度が高すぎると特性が劣化してしまう虞がある。非水溶媒にエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを含む場合には、非水溶媒におけるプロピレンカーボネートに対するエチレンカーボネートの混合質量比（エチレンカーボネート／プロピレンカーボネート）、すなわちエチレンカーボネートの含有率をプロピレンカーボネートの含有率で割った値を０．５以上とすることが好ましい。
【００８４】
非水溶媒は、また、ジエチルカーボネート，ジメチルカーボネート（dimethylcarbonate；ＤＭＣ），エチルメチルカーボネート（ethyl methyl carbonate；ＥＭＣ）あるいはメチルプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステルを少なくとも１種含んでいることが好ましい。これにより、サイクル特性をより向上させることができる。
【００８５】
非水溶媒は、更に、２，４−ジフルオロアニソール（difluoro anisole；ＤＦＡ）及びビニレンカーボネート（vinylene carbonate；ＶＣ）のうちの少なくとも１種を含んでいることが好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を改善することができ、ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上させることができる。特に、これらを混合して用いれば、放電容量及びサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。
【００８６】
非水溶媒における２，４−ジフルオロアニソールの濃度は、例えば、１５質量％以下とすることが好ましい。濃度が高すぎると放電容量の改善が不充分となる虞がある。非水溶媒におけるビニレンカーボネートの濃度は、例えば、１５質量％以下とすることが好ましい。濃度が高すぎるとサイクル特性の向上が不充分となる虞がある。
【００８７】
更に、非水溶媒は、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部又は全部をフッ素基で置換したもの、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、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチル等のいずれか１種又は２種以上を含んでいてもよい。
【００８８】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＬｉＣＨ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳｉＦ_６、ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが適当であり、これらのうちのいずれか１種又は２種以上が混合して用いられている。中でも、ＬｉＰＦ_６は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を更に向上させることができるので好ましい。なお、リチウム塩の非水溶媒に対する濃度は特に限定されないが、０．１ｍｏｌ／ｄｍ^３以上、５．０ｍｏｌ／ｄｍ^３以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｏｌ／ｄｍ^３以上、３．０ｍｏｌ／ｄｍ^３以下の範囲内である。このような濃度範囲において電解液のイオン伝導度を高くすることができる。
【００８９】
このような構成を有する非水電解質二次電池１は次のように作用する。
【００９０】
この非水電解質二次電池１では、充電を行うと、正極合剤層３ａに含まれる正極活物質からリチウムイオンが離脱し、電解液を介してセパレータ５を通過して、まず、負極合剤層４ａに含まれるリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料に吸蔵される。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において、充電容量がリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の充電容量能力を超え、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出し始める。具体的には、電極材料にもよるが、開回路電圧として０Ｖ以上４．２Ｖ以下の範囲内のいずれかの時点で、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出し始める。そののち、開回路電圧として例えば４．２Ｖとなる時点、すなわち充電を終了するまで、負極４にはリチウム金属が析出し続ける。これにより、負極合剤層４ａの外観は、例えばリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料として炭素材料を用いる場合等、黒色から黄金色、更に銀色へと変化する。
【００９１】
次いで、放電を行うと、まず、負極４に析出したリチウム金属がイオンとなって溶解し、電解液を介してセパレータ５を通過して、正極合剤層３ａに含まれる正極活物質に吸蔵される。更に放電を続けると、負極合剤層４ａ中のリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料に吸蔵されたイオン状のリチウムが離脱し、正極活物質に吸蔵される。
【００９２】
ここにおいて過充電電圧というのは、電池が過充電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄電池工業会（電池工業会）の定めた指針の１つである「リチウム二次電池安全性評価基準ガイドライン」（ＳＢＡＧ１１０１）の６ページに記載され定義される、「完全充電」された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。具体的には、この非水電解質二次電池１では、例えば開回路電圧が４．２Ｖの時に完全充電となり、開回路電圧が０Ｖ以上４．２Ｖ以下の範囲内の一部においてリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出している。
【００９３】
よって、完全充電状態において負極４（具体的にはリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料）を例えばＬｉ多核種核磁気共鳴分光法により測定すると、リチウムイオンに帰属されるピークと、リチウム金属に帰属されるピークとが得られる。これに対して、完全放電状態においては、リチウムイオンに帰属されるピークは得られるが、リチウム金属に帰属されるピークは消失している。なお、完全放電というのは、負極４から正極３への電極反応種（本実施の形態ではリチウムイオン）の供給がなくなった場合に相当する。例えば、本実施の形態における非水電解質二次電池１又はリチウムイオン二次電池の場合には、閉回路電圧が２．７５Ｖに達した時点で「完全放電された」と見なすことができる。
【００９４】
これにより、この非水電解質二次電池１では、高いエネルギー密度を得ることができると共に、充放電サイクル特性及び急速充電特性を向上させることができるようになっている。これは、負極４にリチウム金属を析出させるという点では負極にリチウム金属あるいはリチウム合金を用いた従来のリチウム二次電池と同様であるが、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料にリチウム金属を析出させるようにしたことにより、次のような利点が生じるためであると考えられる。
【００９５】
第１に、従来のリチウム二次電池ではリチウム金属を均一に析出させることが難しく、それがサイクル特性を劣化させる原因となっていたが、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料は一般的に表面積が大きいので、この非水電解質二次電池１ではリチウム金属を均一に析出させることができることである。第２に、従来のリチウム二次電池ではリチウム金属の析出及び溶解に伴う体積変化が大きく、それも充放電サイクル特性を劣化させる原因となっていたが、この非水電解質二次電池１ではリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の粒子間の隙間にもリチウム金属が析出するので体積変化が少ないことである。第３に、従来のリチウム二次電池ではリチウム金属の析出量及び溶解量が多ければ多いほど上記の問題も大きくなるが、この非水電解質二次電池１ではリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料によるリチウムの吸蔵及び離脱も充放電容量に寄与するので、電池容量が大きいわりにはリチウム金属の析出量及び溶解量が小さいことである。第４に、従来のリチウム二次電池では急速充電を行うとリチウム金属がより不均一に析出してしまうので充放電サイクル特性が更に劣化してしまうが、この非水電解質二次電池１では充電初期においてはリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料にリチウムが吸蔵されるので急速充電が可能となることである。
【００９６】
これらの利点をより効果的に得るためには、例えば、開回路電圧が過充電電圧になる前の最大電圧時において負極４に析出するリチウムの最大析出容量は、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の充電容量能力の０．０５倍以上、３．０倍以下であることが好ましい。リチウムの析出量が多すぎると従来のリチウム二次電池と同様の問題が生じてしまい、少なすぎると充放電容量を充分に大きくすることができない虞がある。また、例えば、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の放電容量能力は、１５０ｍＡｈ／ｇ以上であることが好ましい。リチウムの吸蔵及び離脱能力が大きいほどリチウムの析出量は相対的に少なくなる。なお、負極材料の充電容量能力は、例えば、リチウム金属を対極として、この負極材料を負極活物質とした負極について０Ｖまで定電流・定電圧法で充電した時の電気量から求められる。負極材料の放電容量能力は、例えば、これに引き続き、定電流法で１０時間以上かけて２．５Ｖまで放電した時の電気量から求められる。
【００９７】
更に、例えば、リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料を含む負極合剤層４ａの正極３との対向方向における厚さは、１０μｍ以上、３００μｍ以下であることが好ましい。負極合剤層４ａが厚すぎると厚さ方向において負極材料に析出するリチウムの量が不均一となり、充放電サイクル特性が劣化してしまうと共に、薄すぎると相対的にリチウムの析出量が多くなるので、従来のリチウム二次電池と同様の問題が生じてしまう虞がある。加えて、例えば、負極４が負極活物質としてリチウム金属あるいはリチウム合金等のリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料以外の材料を含む場合には、負極活物質におけるリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の割合は、５０質量％以上であることが好ましい。リチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の割合が少ないと、従来のリチウム二次電池の問題を充分に改善できない虞がある。
【００９８】
よって、この非水電解質二次電池１では、充電初期においてリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料にリチウムを吸蔵し、開回路電圧が過充電電圧よりも低い充電途中からリチウムを吸蔵及び離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出するので、従来のいわゆるリチウム二次電池及びリチウムイオン二次電池の両方の特性が得られる。すなわち、高いエネルギー密度が得られると共に、充放電サイクル特性及び急速充電特性が改善される。
【００９９】
そして、この非水電解液二次電池１では、非水電解液中に硫黄化合物が添加されているので、電極表面に保護被膜を形成して、満充電状態での保存による放電容量の劣化を抑えることができる。
【０１００】
そして、非水電解液中に添加する硫黄化合物として、特に上記化学式（１）〜化学式（６）で示されるような硫黄化合物、すなわち、１分子中に１個以上のチオレート基を有するジスルフィド化合物やポリカーボンジスルフィド化合物を利用することで、本発明の効果をより効果的に達成できる。これらの硫黄化合物は、電解酸化によりＳ−Ｓ結合を形成し、そしてＳ−Ｓ結合の還元的な切断により可逆的に再生され得るような分子構造を有するものである。
【０１０１】
また、これら硫黄化合物の電解液への添加量は、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができるために、溶媒材料の全重量に対して、０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲であることが好ましい。
【０１０２】
そして、このような非水電解液二次電池１は、つぎのようにして製造される。
【０１０３】
正極は、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体となる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥して正極活物質層を形成することにより作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【０１０４】
負極は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体となる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥して負極活物質層を形成することにより作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【０１０５】
以上のようにして得られる正極と、負極とを、例えば微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータを介して密着させ、渦巻型に多数回巻回することにより巻層体が構成される。
【０１０６】
次に、その内側にニッケルメッキを施した鉄製の電池缶５の底部に絶縁板を挿入し、さらに巻層体を収納する。そして負極の集電をとるために、例えばニッケルからなる負極リードの一端を負極に圧着させ、他端を電池缶に溶接する。これにより、電池缶は負極と導通をもつこととなり、非水電解液電池の外部負極となる。また、正極の集電をとるために、例えばアルミニウムからなる正極リード８の一端を正極に取り付け、他端を電流遮断用薄板９を介して電池蓋と電気的に接続する。この電流遮断用薄板は、電池内圧に応じて電流を遮断するものである。これにより、電池蓋は正極と導通をもつこととなり、非水電解液電池の外部正極となる。
【０１０７】
次に、この電池缶の中に非水電解液を注入する。この非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解させて調製される。
【０１０８】
次に、アスファルトを塗布した絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめることにより電池蓋が固定されて円筒型の非水電解液二次電池１が作製される。
【０１０９】
なお、この非水電解液二次電池１においては、図１に示すように、負極リード及び正極リードに接続するセンターピン１２が設けられているとともに、電池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気体を抜くための安全弁装置及び電池内部の温度上昇を防止するためのＰＴＣ素子が設けられている。
【０１１０】
なお、上述の説明では、円筒型の非水電解質二次電池を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば円筒型、角型、ボタン型等、種々の形状の非水電解質二次電池に適用可能である。
【０１１１】
また、上述した実施の形態では、非水電解質として電解質塩を非水溶媒に溶解してなる非水電解液を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、非水電解質として、電解質塩と膨潤溶媒とマトリクス高分子とからなるゲル電解質、イオン伝導性高分子と電解質塩とを複合化させてなる高分子固体電解質、イオン伝導性無機セラミック，ガラス，イオン性結晶等を主成分とする無機固体電解質と非水電解液とを混合してなる非水電解質材料等を用いた場合にも適用可能である。
【０１１２】
例えば非水電解質としてゲル電解質を用いる場合、ゲル電解質のイオン伝導度が１ｍＳ／ｃｍ以上であれば、ゲル電解質の組成及びゲル電解質を構成するマトリクス高分子の構造はいかなるものであっても構わない。
【０１１３】
具体的なマトリクス高分子としては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート等を用いることが可能である。特に電気化学的な安定性を考慮すると、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド等を用いることが好ましい。
【０１１４】
ゲル電解質を作製するために必要なマトリクス高分子の重量は、マトリクス高分子と非水電解液との相溶性により異なることから一概に規定することは困難であるが、非水電解液に対して５重量％〜５０重量％とすることが好ましい。
【０１１５】
【実施例】
つぎに、本発明の効果を確認すべく行った実施例及び比較例について説明する。なお、以下に示す例では、具体的な化合物名や数値を挙げて説明しているが、本発明はこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。
【０１１６】
〈サンプル１〉
まず、以下のようにして負極を作製した。
【０１１７】
まず、平均粒径２５μｍの粒状黒鉛粉末を９０重量％と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１０重量％とを混合して負極合剤を調製し、これを溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させることでぺ−スト状の負極合剤スラリーを得た。
【０１１８】
次に、負極集電体として厚さ１０μｍの帯状銅箔を用意し、この負極集電体の両面に上記負極合剤スラリーを均一に塗布、乾燥させた後、加熱プレス処理することにより、総厚みが１４０μｍの帯状負極を作製した。
【０１１９】
つぎに、以下のようにして正極を作製した。
【０１２０】
まず炭酸リチウムを０．５モルと炭酸コバルトを１モルとを混合し、この混合物を、空気中、温度９００℃で５時間焼成した。得られた材料についてＸ線回折測定を行った結果、ＪＣＰＤＳファイルに登録されたＬｉＣｏＯ_２のピークと良く一致していた。このＬｉＣｏＯ_２をボールミルにより粉砕し、レーザ回折法で得られる累積５０％粒径が１５μｍのＬｉＣｏＯ_２粉末を得た。
【０１２１】
このＬｉＣｏＯ_２粉末を９５重量％と、導電剤として鱗片状黒鉛粉を３重量％と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を２重量％とを混合調裂し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させることでペースト状の正極合剤スラリーを作製した。
【０１２２】
正極集電体１１として厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔を用意し、この正極集電体の両面に上記正極合剤スラリーを均一に塗布、これを乾燥させた後、圧縮成型することで総厚みが１５０μｍの帯状正極を作裂した。
【０１２３】
以上のようにして作製された帯状負極と帯状正極とを、図１に示したように厚さ３０μｍの微多孔性ポリエチレン延伸フィルムよりなるセパレータを介して、負極、セパレーター、正極、セパレータの順に積層してから多数回巻回し、外径１４ｍｍのジェリーロール型電極体を作製した。
【０１２４】
このようにして作製したジェリーロール型電極体を、ニッケルめっきが施された鉄製電池缶に収納した。
【０１２５】
ジェリーロ−ル型電極の上下両面に絶縁板を配設し、アルミニウム製正極リードを正極集電体から導出して電流遮断用薄板に、ニッケル製負極リードを負極集電体から導出して電池缶に溶接することで、ジェリロール型電池を作製した。
【０１２６】
非水電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）が２０体積％と、プロピレンカーポネート（ＰＣ）が１０体積％と、メチルエチルカーボネート（ＥＭＣ）が１０体積％、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が６０体積％とが混合されてなる非水溶媒に対して、ＬｉＰＦ６の重量モル濃度が１．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解し、さらに化学式（５）で表される硫黄化合物を全溶媒重量に対し０．０１重量％となるように溶解して非水電解液を調製した。この非水電解液の電池缶への注液は、減圧方式により行った。作製した非水電解液を電池内に３．３ｇ分注入した。
【０１２７】
最後に、アスファルトを表面に塗布した絶縁封ロガスケットを介して電池缶をかしめることで、電流遮断機構を有する安全弁装置、ＰＴＣ素子並びに電池蓋を固定し、電池内の気密性を保持させ、直径１４ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解質電池を作製した。
【０１２８】
〈サンプル２〜サンプル４５〉
非水電解液に添加する硫黄化合物及びその添加量を後掲する表１に示すように変えたこと以外は、サンプル１と同様にして円筒型非水電解質電池を作製した。
【０１２９】
なお、サンプル１〜サンプル４５で非水電解液に添加した硫黄化合物の化学式を化学式（５）〜化学式（９）に示す。
【０１３０】
【化１７】

【０１３１】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、Ｌｉである。）
【０１３２】
【化１８】

【０１３３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、Ｌｉである。）
【０１３４】
【化１９】

【０１３５】
【化２０】

【０１３６】
【化２１】

【０１３７】
〈サンプル４６〉
非水電解液に硫黄化合物を添加しなかったこと以外は、サンプル１と同様にして円筒型非水電解質電池を作製した。
【０１３８】
以上のようにして作製した円筒型非水電解質電池について充放電試験を行った。
【０１３９】
初充電は、定電流・定電圧方式により行った。３００ｍＡで定電流充電開始後、端子電圧が４．２０Ｖまで上昇した時点で定電圧充電に切り替えた。充電開始後７時間を経過した時点で充電を終了させた。充電終了直前の端子間電圧は４．２０Ｖであり、電流値は５ｍＡ以下であった。本明細書では、この状態を満充電状態と定義する。
【０１４０】
満充電状態の電池を２３℃の一定温度下において３週間保存した後、初放電操作を定電流方式により行った。電流条件を３００ｍＡと設定し、放電を開始した後、端子電圧が２．７５Ｖまで降下した時点で放電を終了させた。本明細書では、放電終了状態を完全放電状態と定義した。
【０１４１】
保存後の容量劣化率は、同様の電池を初充電後直ちに初放電したときに得られるエネルギー密度と、保存後のエネルギー密度の比より算出した。
【０１４２】
また、３００サイクル後の容量保持率は、式１に示すように、第２サイクル目の放電容量に対する３００サイクル時の放電容量値の比率として算出した。
【０１４３】
放電容量維持率（％）＝（３００サイクル時の放電容量値）／（第２サイクル目の放電容量値）×１００（式１）
サンプル１〜サンプル４６の非水電解液電池について、保存後の容量劣化率、および保存後のエネルギー密度、３００サイクル後の容量保持率を、非水電解液に添加する硫黄化合物及びその添加量と併せて表１に示す。
【０１４４】
【表１】

【０１４５】
・化学式（５）で表される硫黄化合物を用いた場合についての検討表１から、まず、非水電解液に硫黄化合物を添加しなかったサンプル５５と、非水電解液に上記化学式（５）で表される硫黄化合物を添加したサンプル１〜サンプル９とを比較することで、保存後の容量劣化を改善できるという傾向が確認された。
【０１４６】
しかしながら、上記化学式（５）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して０．０５重量％未満であるサンプル１では、充電時の正極と負極の不可逆反応を抑える効果が十分に得られず、本発明の目的を達成できない。
【０１４７】
また、上記化学式（５）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して１０重量％以上であるサンプル９では、容量劣化を抑える効果は十分に得られるが、その一方で充放電サイクル特性がサンプル４６よりも劣化してしまった。
【０１４８】
従って、上記化学式（５）で表される硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができることがわかった。
【０１４９】
・化学式（６）で表される硫黄化合物を用いた場合についての検討つぎに、非水電解液に上記化学式（６）で表される硫黄化合物を添加したサンプル１０〜サンプル１８と、非水電解液に硫黄化合物を添加しなかったサンプル４６とを比較することで、化学式（６）で表される硫黄化合物を用いた場合にも、保存後の容量劣化を改善できるという傾向が確認された。
【０１５０】
しかしながら、上記化学式（６）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して０．０５重量％未満であるサンプル１０では、充電時の正極と負極の不可逆反応を抑える効果が十分に得られず、本発明の目的を達成できない。
【０１５１】
また、上記化学式（６）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して１０重量％以上であるサンプル１８では、容量劣化を抑える効果は十分に得られるが、その一方で充放電サイクル特性がサンプル４６よりも劣化してしまった。
【０１５２】
従って、上記化学式（６）で表される硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができることがわかった。
【０１５３】
・化学式（７）で表される硫黄化合物を用いた場合についての検討また、非水電解液に上記化学式（７）で表される硫黄化合物を添加したサンプル１９〜サンプル２７と、非水電解液に硫黄化合物を添加しなかったサンプル４６とを比較することで、化学式（７）で表される硫黄化合物を用いた場合にも、保存後の容量劣化を改善できるという傾向が確認された。
【０１５４】
しかしながら、上記化学式（７）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して０．０５重量％未満であるサンプル１９では、充電時の正極と負極の不可逆反応を抑える効果が十分に得られず、本発明の目的を達成できない。
【０１５５】
また、上記化学式（７）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して１０重量％以上であるサンプル２７では、容量劣化を抑える効果は十分に得られるが、その一方で充放電サイクル特性がサンプル４６よりも劣化してしまった。
【０１５６】
従って、上記化学式（７）で表される硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができることがわかった。
【０１５７】
・化学式（８）で表される硫黄化合物を用いた場合についての検討また、非水電解液に上記化学式（８）で表される硫黄化合物を添加したサンプル２８〜サンプル３６と、非水電解液に硫黄化合物を添加しなかったサンプル４６とを比較することで、化学式（８）で表される硫黄化合物を用いた場合にも、保存後の容量劣化を改善できるという傾向が確認された。
【０１５８】
しかしながら、上記化学式（８）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して０．０５重量％未満であるサンプル２８では、充電時の正極と負極の不可逆反応を抑える効果が十分に得られず、本発明の目的を達成できない。
【０１５９】
また、上記化学式（８）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して１０重量％以上であるサンプル３６では、容量劣化を抑える効果は十分に得られるが、その一方で充放電サイクル特性がサンプル４６よりも劣化してしまった。
【０１６０】
従って、上記化学式（８）で表される硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができることがわかった。
【０１６１】
・化学式（９）で表される硫黄化合物を用いた場合についての検討また、非水電解液に上記化学式（９）で表される硫黄化合物を添加したサンプル３７〜サンプル４５と、非水電解液に硫黄化合物を添加しなかったサンプル４６とを比較することで、化学式（９）で表される硫黄化合物を用いた場合にも、保存後の容量劣化を改善できるという傾向が確認された。
【０１６２】
かしながら、上記化学式（９）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して０．０５重量％未満であるサンプル３７では、充電時の正極と負極の不可逆反応を抑える効果が十分に得られず、本発明の目的を達成できない。
【０１６３】
また、上記化学式（９）で表される硫黄化合物の添加量が、溶媒材料の全重量に対して１０重量％以上であるサンプル４５では、容量劣化を抑える効果は十分に得られるが、その一方で充放電サイクル特性がサンプル４６よりも劣化してしまった。
【０１６４】
従って、上記化学式（９）で表される硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができることがわかった。
【０１６５】
以上の結果より、非水電解液中に硫黄化合物を添加することにより、電極表面に保護被膜を形成して、満充電状態での保存による放電容量の劣化を抑えることができることがわかった。
【０１６６】
そして、非水電解液中に添加する硫黄化合物として、特に上記化学式（５）〜化学式（９）で示されるような硫黄化合物、すなわち、１分子中に１個以上のチオレート基を有するジスルフィド化合物やポリカーボンジスルフィド化合物を利用することで、本発明の効果をより効果的に達成できることが確認された。これらの硫黄化合物は、電解酸化によりＳ−Ｓ結合を形成し、そしてＳ−Ｓ結合の還元的な切断により可逆的に再生され得るような分子構造を有するものである。
【０１６７】
また、これら硫黄化合物の電解液への添加量を、溶媒材料の全重量に対して、硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の濃度範囲とすることで、充放電サイクル特性を劣化させることなく、充電時に発生する正極と負極の不可逆反応を抑えて、容量劣化を防止することができることがわかった。
【０１６８】
【発明の効果】
本発明では、負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、微多孔性膜からなるセパレータとを備える非水電解質電池において、電解質中に、化学式（１）〜化学式（４）に示す有機硫黄化合物を含有させることで、電極表面への保護被膜形成を可能にした。これにより、本発明では、容量劣化を効果的に抑えた優れた非水電解質電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した非水電解質二次電池の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１非水電解質二次電池、２電池缶、３正極、３ａ正極合剤層、３ｂ正極集電体、４負極、４ａ負極合剤層、４ｂ負極集電体、５セパレータ、６，７絶縁板、８電池蓋、９安全弁機構、１０ＰＴＣ素子、１１ガスケット、１２センターピン、１３正極リード、１４負極リード

Claims

リチウムをイオン状態で吸蔵及び離脱することが可能な負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、微多孔性膜からなるセパレータとを備えた非水電解質二次電池において、
上記電解質は、下記の化学式（１）乃至化学式（４）に示される有機硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の範囲で含有する非水電解質二次電池。
上記負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び離脱することが可能な、炭素を含む材料である請求項１記載の非水電解質二次電池。
上記炭素を含む材料は、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素のいずれかである請求項２記載の非水電解質二次電池。
リチウムをイオン状態で吸蔵及び離脱することが可能な負極活物質を含有する負極と、正極活物質を含有する正極と、電解質と、微多孔性膜からなるセパレータとを備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、
上記電解質に、下記の化学式（１）乃至化学式（４）に示される有機硫黄化合物を０．０５重量％以上、１０重量％未満の範囲で添加する非水電解質二次電池の製造方法。
上記負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び離脱することが可能な、炭素を含む材料を用いる請求項４記載の非水電解質二次電池の製造方法。
上記炭素を含む材料として、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素のいずれかを用いる請求項５記載の非水電解質二次電池の製造方法。