JP6070540B2 - 二次電池および電解液 - Google Patents

Description

本発明に係る実施形態は、二次電池およびそれに用いる二次電池用電解液に関し、特にリチウムイオン二次電池およびそれに用いる二次電池用電解液に関する。

ノート型パソコン、携帯電話、電気自動車などの急速な市場拡大に伴い、高エネルギー密度の二次電池が求められている。高エネルギー密度の二次電池を得る手段として、容量の大きな負極材料を用いる方法や、安定性に優れた電解液を使用する方法などが挙げられる。

負極材料としては、例えば特許文献１〜３に開示されるように、ケイ素やケイ素酸化物を負極活物質として用いることが試みられている。特許文献１には、ケイ素の酸化物またはケイ酸塩を二次電池の負極活物質に利用することが開示されている。特許文献２には、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料粒子、リチウムと合金可能な金属粒子、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る酸化物粒子を含む活物質層を備えた二次電池用負極が開示されている。特許文献３には、ケイ素の微結晶がケイ素化合物に分散した構造を有する粒子の表面を炭素でコーティングした二次電池用負極材料が開示されている。特許文献２や３に記載の負極活物質では、負極全体として体積変化を緩和させる効果がある。

電解液としては、例えば特許文献４〜６に開示されるように、一般に用いられる非水電解液に加えて他の化合物を含む電解液が試みられている。

特許文献４には、非対称の非環状スルホンと鎖状エステル化合物とを含有する電解質を用いることが開示されている。

特許文献５、６には、フッ素化エーテルを含む非水電解液を用いることが記載されている。

特許文献７の実施例には、含フッ素エーテル、含フッ素エステル及び含フッ素カーボネートのうちいずれかの化合物を含む電解液が記載されている。

特開平６−３２５７６５号公報 特開２００３−１２３７４０号公報 特開２００４−４７４０４号公報 特開２０００−２１４４７号公報 特開平１１−２６０１５号公報 特開２０１０−１２３２８７号公報 特開２００８−１９２５０４号公報

上述のように、負極活物質や電解液について研究が行われているが、二次電池の分野では、特に高温環境下で充放電させたときのサイクル特性の低下が問題となっており、それを解決できる技術の開発が望まれていた。また、高温環境下では、使用による抵抗変化、とくに抵抗上昇が起き易く、電池抵抗が上昇すると、急速充電機能の低下に代表される入出力特性の低下、発熱によるエネルギー損失の増加といった問題が出てくる。

また、二次電池には、繰り返し充放電させたときの体積増加が少ないことが求められる。

したがって、本発明に係る実施形態は、高温環境でもサイクル特性に優れ、高温環境の使用でも抵抗上昇が少なく、体積増加が抑制された二次電池を提供することを目的とする。

本発明に係る実施形態の一は、
正極と、負極と、電解液と、を備える二次電池であって、
前記電解液が、下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池である。

（式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。）。

また、本発明に係る実施形態の一は、
上記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池用電解液である。

本発明に係る実施形態によれば、高温環境でもサイクル特性に優れ、かつ高温環境の使用でも抵抗上昇が少ない二次電池を提供することできる。

積層ラミネート型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。

以下、本実施形態について、詳細に説明する。

［１］電解液
本実施形態における電解液は、下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含む。鎖状フッ素化スルホン化合物を含む電解液を用いることにより、負極表面に安定な被膜（いわゆる、固体液体界面被膜、ＳＥＩ被膜）を形成し、電池特性の劣化を抑制することが出来ると推測される。すなわち、反応性の高い鎖状フッ素化スルホン化合物が選択的に負極表面と反応して安定な皮膜を形成することで、負極における電解液の分解に伴うガスの発生が有効に抑制され、高温環境下での電池特性の劣化を抑制しているものと推測される。

式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。

式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２において、アルキル基の炭素数は、１〜１２であることが好ましく、１〜８であることがより好ましく、１〜６であることがさらに好ましく、１〜４であることが特に好ましい。アリール基の炭素数は、６〜１８であることが好ましく、６〜１２であることがより好ましく、６〜１０であることがさらに好ましい。

Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。したがって、Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一つが置換基としてフッ素原子を有することが好ましく、Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一つがフッ素置換アルキル基であることが好ましい。フッ素置換アルキル基とは、無置換アルキル基のうちの少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された構造を有する置換アルキル基を表す。また、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のものを含むが、フッ素置換アルキル基は直鎖状であることが好ましい。

Ｒ_１及びＲ_２において、他の置換基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基）、炭素数６〜１０のアリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基）、ハロゲン原子（例えば、塩素原子、臭素原子）等が挙げられる。

Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、フッ素置換アルキル基であることが好ましい。また、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、炭素数１〜６のフッ素置換アルキル基であることが好ましく、炭素数１〜４のフッ素置換アルキル基であることがより好ましい。

また、式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２の一方が炭素数１〜６のフッ素置換アルキル基であり、他方がアリール基で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基、又はアルキル基で置換されていてもよい炭素数６〜１０のアリール基であることが好ましい。

鎖状フッ素化スルホン化合物は１種を単独で又は２種以上を混合して用いることができる。

鎖状フッ素化スルホン化合物の電解液中の含有量は、特に制限されるものではないが、０．０１〜３０質量％であることが好ましく、０．１〜２０質量％であることがより好ましく、１〜１０質量％であることがさらに好ましい。鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量を０．１質量％以上とすることにより、負極表面において効果的に被膜を形成することができ、電解液の分解をより効果的に抑制することができる。また、鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量を３０質量％以下とすることにより、ＳＥＩ膜の過剰な生成による電池の内部抵抗上昇を抑えることができる。

また、本実施形態において、電解液は、さらに、下記式（２）で表される鎖状フッ素化エーテル化合物を含有することが好ましい。鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とを含む電解液を用いることにより、高温環境下におけるサイクル維持率をより改善でき、高温サイクル後の抵抗上昇をより抑制することができる。

式（２）において、Ｒ_ａ及びＲ_ｂは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素置換アルキル基を示し、Ｒ_ａ及びＲ_ｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。

Ｒ_ａ及びＲ_ｂにおいて、アルキル基の炭素数は、１〜１２であることが好ましく、１〜８であることがより好ましく、１〜６であることがさらに好ましく、１〜４であることが特に好ましい。また、式（２）において、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のものを含むが、直鎖状であることが好ましい。

Ｒ_ａ及びＲ_ｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。フッ素置換アルキル基とは、無置換アルキル基のうちの少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された構造を有する置換アルキル基を表す。また、フッ素置換アルキル基は直鎖状であることが好ましい。また、Ｒ_ａ及びＲ_ｂは、それぞれ独立に、炭素数１〜６のフッ素置換アルキル基であることが好ましく、炭素数１〜４のフッ素置換アルキル基であることがより好ましい。

鎖状フッ素化エーテルは、耐電圧性と他の電解質との相溶性の観点から、下記式（３）で表される化合物であることが好ましい。

Ｙ^１−（ＣＹ^２Ｙ^３）ｎ−ＣＨ_２Ｏ−ＣＹ^４Ｙ^５−ＣＹ^６Ｙ^７−Ｙ^８ （３）
（式（３）中、ｎは１〜８であり、Ｙ^１〜Ｙ^８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｙ^１〜Ｙ^３の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｙ^４〜Ｙ^８の少なくとも一つはフッ素原子である。）。

式（３）において、Ｙ^２及びＹ^３は、ｎ毎にそれぞれ独立していてもよい。

また、鎖状フッ素化エーテル化合物は、電解液の粘度や、鎖状フッ素化スルホンなどに代表される他の電解質との相溶性の観点から、下記式（４）で表されることがより好ましい。

Ｈ−（ＣＸ^１Ｘ^２−ＣＸ^３Ｘ^４）ｎ−ＣＨ_２Ｏ−ＣＸ^５Ｘ^６−ＣＸ^７Ｘ^８−Ｈ （４）
式（４）において、ｎは１、２、３または４である。Ｘ^１〜Ｘ^８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｘ^１〜Ｘ^４の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｘ^５〜Ｘ^８の少なくとも１つはフッ素原子である。Ｘ^１〜Ｘ^４は、ｎ毎にそれぞれ独立していてもよい。

式（４）において、ｎが１又は２であることが好ましく、ｎが１であることがより好ましい。

また、式（４）において、フッ素原子と水素原子の原子比〔（フッ素原子の総数）／（水素原子の総数）〕が１以上であることが好ましい。

鎖状フッ素化エーテル化合物としては、例えば、ＣＦ_３ＯＣＨ_３、ＣＦ_３ＯＣ_２Ｈ_６、Ｆ（ＣＦ_２）_２ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_２ＯＣ_２Ｈ_５、Ｆ（ＣＦ_２）_３ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_３ＯＣ_２Ｈ_５、Ｆ（ＣＦ_２）_４ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_４ＯＣ_２Ｈ_５、Ｆ（ＣＦ_２）_５ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_５ＯＣ_２Ｈ_５、Ｆ（ＣＦ_２）_８ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_８ＯＣ_２Ｈ_５、Ｆ（ＣＦ_２）_９ＯＣＨ_３、ＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_３、ＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＨＦ_２、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_３、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＨ_２ＯＣＨＦ_２、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＨ_２Ｏ（ＣＦ_２）_２Ｈ，ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＨ_２Ｏ（ＣＦ_２）_２Ｆ、ＨＣＦ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_３，Ｈ（ＣＦ_２）_２ＯＣＨ_２ＣＨ_３、Ｈ（ＣＦ_２）_２ＯＣＨ_２ＣＦ_３，Ｈ（ＣＦ_２）_２ＣＨ_２ＯＣＨＦ_２、Ｈ（ＣＦ_２）_２ＣＨ_２Ｏ（ＣＦ_２）_２Ｈ、Ｈ（ＣＦ_２）_２ＣＨ_２Ｏ（ＣＦ_２）_３Ｈ、Ｈ（ＣＦ_２）_３ＣＨ_２Ｏ（ＣＦ_２）_２Ｈ、（ＣＦ_３）_２ＣＨＯＣＨ_３、（ＣＦ_３）_２ＣＨＣＦ_２ＯＣＨ_３、ＣＦ_３ＣＨＦＣＦ_２ＯＣＨ_３、ＣＦ_３ＣＨＦＣＦ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_３、ＣＦ_３ＣＨＦＣＦ_２ＣＨ_２ＯＣＨＦ_２などが挙げられる。

鎖状フッ素化エーテル化合物の電解液中の含有量は、例えば、１〜７０質量％である。また、鎖状フッ素化エーテル化合物の電解液中の含有量は、５〜６０質量％であることが好ましく、７〜５０質量％であることがより好ましく、１０〜４０質量％であることがさらに好ましい。鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が６０質量％以下の場合、支持塩におけるＬｉイオンの解離が起こりやすくなり、電解液の導伝性が改善される。また、鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が５質量％以上の場合、電解液の負極上での還元分解を抑制し易くなると考えられる。

電解液に用いることができる溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類；プロピレンカーボネート誘導体；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類；などの非プロトン性溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性溶媒は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。

電解液は、溶媒としてカーボネート化合物（非フッ素化）を含むことが好ましい。カーボネート化合物を用いることにより、電解液のイオン解離性が向上し、また電解液の粘度が下がる。そのため、イオン移動度を向上することができる。カーボネート化合物としては、上述のような、環状カーボネート類や鎖状カーボネート類が挙げられる。カーボネート化合物としては、上述のように、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等が挙げられる。電解液は、カーボネート化合物を主溶媒として含むことが好ましい。カーボネート化合物の溶媒中の含有量は、６０体積％以上であることが好ましく、７０体積％以上であることがより好ましく、８０体積％以上であることがさらに好ましく、９０体積％以上であることが特に好ましくい。

溶媒としては、上記以外にも、例えば、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、１、２−エトキシエタン（ＤＥＥ）、エトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、１、３−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１、３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、１、３−プロパンスルトン、アニソール、Ｎ−メチルピロリドン、フッ素化カルボン酸エステルなどの非プロトン性有機溶媒を挙げることができる。これらは、一種又は二種以上を混合して用いることができる。

本実施形態における電解液は、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とカーボネート化合物とを含むことがとくに好ましい。カーボネート化合物は、比誘電率が大きいため電解液のイオン解離性が向上し、さらに、電解液の粘度が下がるのでイオン移動度が向上するという利点がある。しかし、カーボネート構造を有するカーボネート化合物を電解液として用いると、カーボネート化合物が分解してＣＯ_２からなるガスが発生し易い傾向がある。とくに積層ラミネート型の二次電池の場合、内部でガスが生じると膨れの問題が現れ、性能低下に繋がりやすい。本実施形態では、カーボネート化合物を溶媒として含む場合でも、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物の両者を含ませることにより、さらにサイクル特性維持率及び抵抗上昇が改善され、さらにガス発生による膨れをかなり抑制できることがわかった。これは、鎖状スルホン化合物によるＳＥＩ被膜形成効果だけでなく、さらに鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物との相乗効果が寄与しているものと考えられる。つまり、効果発現のメカニズムは明確には判明していないが、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とカーボネート化合物の共存によって、一層のガス発生抑制効果が得られたものと考えられる。以下は推測であるが、鎖状フッ素化スルホン化合物によって形成されたＳＥＩ被膜に鎖状フッ素化エーテル化合物が配位又は吸着することによって、電解液の分解をより抑制できるためと推測される。なお、以上の考察はあくまで推測であり、本発明を限定するものではない。

この場合、鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量が鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１〜１５体積％であり、鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１０〜３５体積％であり、カーボネート化合物の含有量が鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して３０〜８９体積％であることが好ましい。また、さらに鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量は２〜１２体積％であることがより好ましい。また、鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量は鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１５〜３０体積％であることがより好ましい。また、カーボネート化合物の含有量は鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して５０〜８０体積％であることがより好ましく、５５〜７５体積％であることがさらに好ましい。

電解液は、さらに支持塩を含むことができる。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等のリチウム塩が挙げられる。支持塩は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。支持塩の電解液中の濃度は、０．５〜１．５ｍｏｌ／ｌであることが好ましい。支持塩の濃度をこの範囲とすることにより、密度や粘度、電気伝導率等を適切な範囲に調整し易い。

［２］負極
本実施形態のリチウム二次電池は、負極活物質を有する負極を備える。負極活物質は負極用結着材によって負極集電体上に結着されることができる。

本実施形態における負極活物質としては、特に制限されるものではなく、例えば、リチウムと合金可能な金属（ａ）、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物（ｂ）、又はリチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料（ｃ）等が挙げられる。

金属（ａ）としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ、またはこれらの２種以上の合金等が挙げられる。また、これらの金属又は合金は２種以上混合して用いてもよい。また、これらの金属又は合金は１種以上の非金属元素を含んでもよい。本実施形態では、負極活物質としてシリコンを用いることが好ましい。シリコンは、酸素に続くクラーク数２位の元素であり資源量が豊富である。また、約４２００ｍＡｈ/ｇという他金属より高めの充電容量を示す。そのため、負極活物質としてシリコンを用いることにより、重量エネルギー密度や、体積エネルギー密度に優れた、資源面での制約が少ないリチウムイオン電池を提供することができる。また、負極活物質として、スズを用いることもでき、スズ及びシリコンを用いることが好ましく、スズとシリコンとの合金を用いることがより好ましい。負極活物質中の金属（ａ）の含有率は、０質量％でも１００質量％でも構わないが、５質量％以上９５質量％以下とすることが好ましく、１０質量％以上９０質量％以下とすることがより好ましく、２０質量％以上５０質量％以下とすることがさらに好ましい。

シリコンを含む負極は充放電の繰り返しによる体積増加が大きいという問題があったが、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とを含む電解液を用いることにより、充放電による体積増加を抑制できることがわかった。本実施形態のメカニズムは、上述のように、鎖状フッ素化スルホン化合物が形成した被膜に鎖状フッ素化エーテル化合物が配位又は吸着することで、一層の電解液の分解抑制が行われるものと推測されるが、このような現象は、シリコンを含む負極に特に顕著であると考えられている。したがって、本実施形態はシリコンを含む負極を用いることにより特に有利な効果が得られる。

金属酸化物（ｂ）としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物等が挙げられる。本実施形態では、負極活物質として酸化シリコンを用いることが好ましい。これは、酸化シリコンは、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。また、金属酸化物（ｂ）に、窒素、ホウ素およびイオウの中から選ばれる一種または二種以上の元素を、例えば０．１〜５質量％添加することもできる。こうすることで、金属酸化物（ｂ）の電気伝導性を向上させることができる。負極活物質中の金属酸化物（ｂ）の含有率は、０質量％でも１００質量％でも構わないが、５質量％以上９０質量％以下とすることが好ましく、４０質量％以上８０質量％以下とすることがより好ましく、５０質量％以上７０質量％以下とすることがさらに好ましい。

炭素材料（ｃ）としては、例えば、炭素、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物等が挙げられる。ここで、結晶性の高い炭素は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる負極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。負極活物質中の炭素材料（ｃ）の含有率は、０質量％でも１００質量％でも構わないが、２質量％以上５０質量％以下とすることが好ましく、２質量％以上３０質量％以下とすることがより好ましい。

本実施形態における負極活物質は、リチウムと合金可能な金属（ａ）と、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物（ｂ）と、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料（ｃ）と、を含むことが好ましい。また、金属（ａ）はシリコンであり、金属酸化物（ｂ）は酸化シリコンであることが好ましい。つまり、負極活物質は、シリコン、酸化シリコン及び炭素材料の複合体（以下、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体とも称す）からなることが好ましい。さらに、金属酸化物（ｂ）は、その全部または一部がアモルファス構造を有することが好ましい。アモルファス構造の金属酸化物（ｂ）は、他の負極活物質である炭素材料（ｃ）や金属（ａ）の体積膨張を抑制することができる。このメカニズムは明確ではないが、金属酸化物（ｂ）がアモルファス構造であることにより、炭素材料（ｃ）と電解液の界面への皮膜形成に何らかの影響があるものと推定される。また、アモルファス構造は、結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する要素が比較的少ないと考えられる。なお、金属酸化物（ｂ）の全部または一部がアモルファス構造を有することは、エックス線回折測定（一般的なＸＲＤ測定）にて確認することができる。具体的には、金属酸化物（ｂ）がアモルファス構造を有しない場合には、金属酸化物（ｂ）に固有のピークが観測されるが、金属酸化物（ｂ）の全部または一部がアモルファス構造を有する場合が、金属酸化物（ｂ）に固有ピークがブロードとなって観測される。

Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体において、シリコンは、その全部または一部が酸化シリコン中に分散していることが好ましい。シリコンの少なくとも一部を酸化シリコン中に分散させることで、負極全体としての体積膨張をより抑制することができ、電解液の分解も抑制することができる。なお、シリコンの全部または一部が酸化シリコン中に分散していることは、透過型電子顕微鏡観察（一般的なＴＥＭ観察）とエネルギー分散型Ｘ線分光法測定（一般的なＥＤＸ測定）を併用することで確認することができる。具体的には、シリコン粒子を含むサンプルの断面を観察し、酸化シリコン中に分散しているシリコン粒子の酸素濃度を測定し、酸化物となっていないことを確認することができる。

上述のように、本実施形態はシリコンを含む負極を用いることにより特に有利な効果が得られるが、シリコンを含む負極活物質としては、特にＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体であることが好ましい。本実施形態において、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体からなる負極活物質と、鎖状フッ素化スルホン化合物及び鎖状フッ素化エーテル化合物を含む電解液とを用いることにより、サイクル特性、抵抗変化率、そして体積増加率にさらに優れた二次電池を得ることができる。

Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体において、例えば、酸化シリコンの全部または一部がアモルファス構造であり、シリコンはその全部または一部が酸化シリコン中に分散している。このようなＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、例えば、特許文献３（特開２００４−４７４０４号公報）で開示されているような方法で作製することができる。すなわち、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、例えば、酸化シリコンをメタンガスなどの有機物ガスを含む雰囲気下でＣＶＤ処理を行うことで得ることができる。このような方法で得られるＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、シリコンを含む酸化シリコンからなる粒子の表面がカーボンで被覆された形態となる。また、シリコンは酸化シリコン中にナノクラスター化している。

Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体において、シリコン、酸化シリコンおよび炭素材料の割合は、特に制限されるものではない。シリコンは、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体に対し、５質量％以上９０質量％以下とすることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下とすることが好ましい。酸化シリコンは、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体に対し、５質量％以上９０質量％以下とすることが好ましく、４０質量％以上７０質量％以下とすることが好ましい。炭素材料は、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体に対し、２質量％以上５０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは２質量％以上３０質量％以下である。

また、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、シリコン、酸化シリコン及び炭素材料の混合物からなることができ、金属（ａ）と金属酸化物（ｂ）と炭素材料（ｃ）とをメカニカルミリングで混合することでも作製することができる。例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、それぞれのシリコン、酸化シリコンおよび炭素材料が粒子状のものを混合して得ることができる。例えば、シリコンの平均粒子径は、炭素材料の平均粒子径および酸化シリコンの平均粒子径よりも小さい構成とすることができる。このようにすれば、充放電時に伴う体積変化の小さいシリコンが相対的に小粒径となり、体積変化の大きい炭素材料や酸化シリコンが相対的に大粒径となるため、デンドライト生成および合金の微粉化がより効果的に抑制される。また、充放電の過程で大粒径の粒子、小粒径の粒子、大粒径の粒子の順にリチウムが吸蔵、放出されることとなり、この点からも、残留応力、残留歪みの発生が抑制される。シリコンの平均粒子径は、例えば２０μｍ以下とすることができ、１５μｍ以下とすることが好ましい。また、金属酸化物（ｂ）の平均粒子径が炭素材料（ｃ）の平均粒子径の１／２以下であることが好ましく、金属（ａ）の平均粒子径が金属酸化物（ｂ）の平均粒子径の１／２以下であることが好ましい。さらに、金属酸化物（ｂ）の平均粒子径が炭素材料（ｃ）の平均粒子径の１／２以下であり、かつ金属（ａ）の平均粒子径が金属酸化物（ｂ）の平均粒子径の１／２以下であることがより好ましい。平均粒子径をこのような範囲に制御すれば、金属および合金相の体積膨脹の緩和効果がより有効に得ることができ、エネルギー密度、サイクル寿命と効率のバランスに優れた二次電池を得ることができる。より具体的には、酸化シリコン（ｃ）の平均粒子径を黒鉛（ａ）の平均粒子径の１／２以下とし、シリコン（ｂ）の平均粒子径を酸化シリコン（ｃ）の平均粒子径の１／２以下とすることが好ましい。またより具体的には、シリコン（ｂ）の平均粒子径は、例えば２０μｍ以下とすることができ、１５μｍ以下とすることが好ましい。

負極用結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸等を用いることができる。中でも、結着性が強いことから、ポリイミドまたはポリアミドイミドが好ましい。使用する負極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、負極活物質１００質量部に対して、５〜２５質量部が好ましい。

負極集電体としては、電気化学的な安定性から、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、クロム、銅、銀、およびそれらの合金が好ましい。その形状としては、箔、平板状、メッシュ状が挙げられる。

負極は、負極集電体上に、負極活物質と負極用結着剤を含む負極活物質層を形成することで作製することができる。負極活物質層の形成方法としては、ドクターブレード法、ダイコーター法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などが挙げられる。予め負極活物質層を形成した後に、蒸着、スパッタ等の方法でアルミニウム、ニッケルまたはそれらの合金の薄膜を形成して、負極としてもよい。

［３］正極
正極は、例えば、正極活物質が正極用結着剤によって正極集電体を覆うように結着されてなる。

正極活物質としては、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４（０＜ｘ＜２）等の層状構造を持つマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム；ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの；ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２などの特定の遷移金属が半数を超えないリチウム遷移金属酸化物；これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもＬｉを過剰にしたもの等が挙げられる。特に、Ｌｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＡｌ_δＯ_２（１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．７、γ≦０．２）またはＬｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＭｎ_δＯ_２（１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．６、γ≦０．２）が好ましい。正極活物質は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。

正極用結着剤としては、負極用結着剤と同様のものと用いることができる。中でも、汎用性や低コストの観点から、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。使用する正極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、正極活物質１００質量部に対して、２〜１０質量部が好ましい。

正極集電体としては、負極集電体と同様のものを用いることができる。

正極活物質を含む正極活物質層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子が挙げられる。

［４］セパレータ
セパレータとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の多孔質フィルムや不織布を用いることができる。また、セパレータとしては、それらを積層したものを用いることもできる。

［５］外装体
外装体としては、電解液に安定で、かつ十分な水蒸気バリア性を持つものであれば、適宜選択することができる。例えば、積層ラミネート型の二次電池の場合、外装体としては、アルミニウム、シリカをコーティングしたポリプロピレン、ポリエチレン等のラミネートフィルムを用いることができる。特に、体積膨張を抑制する観点から、アルミニウムラミネートフィルムを用いることが好ましい。

外装体としてラミネートフィルムを用いた二次電池の場合、外装体として金属缶を用いた二次電池に比べて、ガスが発生すると電極素子の歪みが非常に大きくなる。これは、ラミネートフィルムが金属缶に比べて二次電池の内圧により変形しやすいためである。さらに、外装体としてラミネートフィルムを用いた二次電池を封止する際には、通常、電池内圧を大気圧より低くするため、内部に余分な空間がなく、ガスが発生した場合にそれが直ちに電池の体積変化や電極素子の変形につながりやすい。

ところが、本実施形態に係る二次電池は、上記問題を克服することができる。それにより、安価かつ積層数の変更によるセル容量の設計の自由度に優れた、積層ラミネート型のリチウムイオン二次電池を提供することができる。

［６］二次電池
本実施形態に係る二次電池の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、正極および負極が対向配置された電極素子と、電解液とが外装体に内包されている構成とすることができる。二次電池の形状は、特に制限されるものではないが、例えば、円筒型、扁平捲回角型、積層角型、コイン型、扁平捲回ラミネート型、又は積層ラミネート型が挙げられる。

以下、例として積層ラミネート型の二次電池について説明する。図１は、積層ラミネート型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。この電極素子は、正極ｃの複数および負極ａの複数が、セパレータｂを挟みつつ交互に積み重ねられて形成されている。各正極ｃが有する正極集電体ｅは、正極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に正極端子ｆが溶接されている。各負極ａが有する負極集電体ｄは、負極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に負極端子ｇが溶接されている。

このような平面的な積層構造を有する電極素子は、Ｒの小さい部分（捲回構造の巻き芯に近い領域）がないため、捲回構造を持つ電極素子に比べて、充放電に伴う電極の体積変化に対する悪影響を受けにくいという利点がある。すなわち、体積膨張を起こしやすい活物質を用いた電極素子として有効である。ところが、平面的な積層構造を持つ電極素子には、電極間にガスが発生した際に、その発生したガスが電極間に滞留しやすい場合がある。これは、捲回構造を持つ電極素子の場合には電極に張力が働いているため電極間の間隔が広がりにくいのに対して、積層構造を持つ電極素子の場合には電極間の間隔が広がりやすいためである。外装体がアルミラミネートフィルムであった場合、この問題は特に顕著となる。本実施形態では、このような問題を解決することができ、高エネルギー型の負極を用いた積層ラミネート型のリチウムイオン二次電池においても、長寿命駆動が可能となる。

（実施例）
以下、本実施形態を実施例により具体的に説明する。

（実施例１）
＜負極＞
負極活物質として、レーザ回折・散乱法により測定される平均粒径Ｄ５０が５μｍとなるように調整された単体ケイ素を用いた。この負極活物質と、負極用結着剤としてのポリアミドイミド（東洋紡績株式会社製、商品名：バイロマックス（登録商標））と、導電補助材としてのアセチレンブラックを、７５：２０：５の質量比で計量し、それらをｎ−メチルピロリドンと混合して、負極スラリーを調製した。負極スラリーを厚さ１０μｍの銅箔に塗布した後に乾燥し、さらに窒素雰囲気３００℃の熱処理を行うことで、負極を作製した。

＜正極＞
正極活物質としてのニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉ_0.80Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂）と、導電補助材としてのカーボンブラックと、正極用結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを、９０：５：５の質量比で計量した。そして、これら材料をｎ−メチルピロリドンと混合して、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ２０μｍのアルミ箔に塗布した後に乾燥し、さらにプレスすることで、正極を作製した。

＜電極素子＞
得られた正極の３層と負極の４層を、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質フィルムを挟みつつ交互に重ねた。正極活物質に覆われていない正極集電体および負極活物質に覆われていない負極集電体の端部をそれぞれ溶接した。さらに、その溶接箇所に、アルミニウム製の正極端子およびニッケル製の負極端子をそれぞれ溶接して、平面的な積層構造を有する電極素子を得た。

＜電解液＞
カーボネート系非水溶媒と、式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物（Ｒ_１＝ＣＨ_２Ｆ−、Ｒ_２＝ＣＨ_３−）と、を９０：１０（体積比）で混合して混合溶媒を調製した。該混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ_６を１モル／ｌとなるように混合して電解液を得た。なお、カーボネート系非水溶媒としてＥＣ／ＰＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣ／ＤＥＣ＝２０／２０／２０／２０／２０（体積比）の溶媒を用いた。なお、調製した混合溶媒において、鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量は１０体積％である。

＜二次電池＞
上記電極素子を外装体としてのアルミニウムラミネートフィルムで包み、内部に電解液を注液した後、０．１気圧まで減圧しつつ封止することで、二次電池を作製した。

＜評価＞
（５５℃におけるサイクル特性、抵抗変化率、体積増加）
作製した二次電池に対し、５５℃に保った恒温槽中で、２．５Ｖから４．１Ｖの電圧範囲で充放電を繰り返す試験を行い、サイクル維持率（％）、抵抗変化率（％）及び体積増加（％）について評価した。充電は、１Ｃで４．１Ｖまで充電した後、合計で２．５時間定電圧充電を行った。放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電した。結果を表１に示す。

「サイクル維持率（％）」は、（１２５サイクル後の放電容量）／（５サイクル後の放電容量）×１００（単位：％）で算出した。

「抵抗変化率（％）」は、（１２５サイクル後の抵抗値）／（初期抵抗値）×１００（単位：％）で算出した。初期抵抗値はサイクル前の放電状態の抵抗値である。抵抗値は、ＨＩＯＫＩ製ＡＣミリオームハイテスタ３５６０にて測定した。

「体積増加（％）」は、{（１２５サイクル後の体積容量）／（サイクル前の体積容量）−１}×１００（単位：％）で算出した。

（実施例２〜１３）
鎖状フッ素化スルホン化合物として表１に記載の化合物を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。

（比較例１）
鎖状フッ素化スルホン化合物を用いなかった以外、は実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。

（比較例２、３）
鎖状フッ素化スルホン化合物を用いず、代わりに表１に記載の鎖状スルホン化合物を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。

なお、実施例１において、初期抵抗値は１７．８ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は５５．２ｍΩであった。実施例４において、初期抵抗値は１６．６ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は５２．１ｍΩであった。比較例１において、初期抵抗値は２２．７ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は８０．１ｍΩであった。

（実施例１４）
負極活物質として、単体ケイ素の代わりにＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（ＣＶＤ法）を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。

Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（ＣＶＤ法）は、メタンガスを含む雰囲気下１１５０℃で６時間ＣＶＤ処理を行うことにより得た。Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、シリコンと酸化シリコンとからなる粒子の表面がカーボンで被覆された形態を有していた。また、シリコンは酸化シリコン中にナノクラスター化していた。また、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃの質量比はおよそ２９／６１／１０となるように調整した。Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体の平均粒径Ｄ_５０は約５μｍであった。

（実施例１５〜２６）
鎖状フッ素化スルホン化合物として表２に記載の化合物を用いた以外は、実施例１４と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表２に示す。

（実施例２７〜３０）
鎖状フッ素化スルホン化合物の混合溶媒中の含有量（体積％）を表３に示した値とした以外は、実施例１７と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表３に示す。

（実施例３１）
負極活物質として、単体ケイ素の代わりにＳｉＳｎ合金を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表４に示す。ＳｉＳｎ合金の平均粒径Ｄ_５０は約５μｍであった。ＳｉＳｎ合金は、平均粒径Ｄ５０は約７μｍの金属Ｓｉ粒子と、平均粒径Ｄ５０は約７μｍの金属Ｓｎ粒子を、いわゆるメカニカルミリング法にて８ｈ混合することによって得た。

（実施例３２、３３）
鎖状フッ素化スルホン化合物として表４に記載の化合物を用いた以外は、実施例３１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表４に示す。

（実施例３４）
負極活物質として、単体ケイ素の代わりにＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（メカニカル法）を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。

Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（メカニカル法）は以下の方法により作製した。まず、平均粒径５μｍのシリコンと、平均粒径１３μｍの非晶質酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ、０＜ｘ≦２）と、平均粒径３０μｍの黒鉛と、を、２９：６１：１０の質量比で計量した。そして、これら材料をいわゆるメカニカルミリングで２４時間混合して、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（メカニカル法）を得た。なお、この負極活物質において、シリコンは酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ、０＜ｘ≦２）中に分散していた。

（実施例３５）
バインダ樹脂としてポリイミド（宇部興産株式会社製、商品名：ＵワニスＡ）を用いた以外は、実施例１７と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表４に示す。

（実施例３６）
以下のように調製した電解液を用いた以外は、実施例１４と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表５に示す。

カーボネート系非水溶媒と、鎖状フッ素化スルホン化合物（Ｒ_１＝ＣＨ_２Ｆ−、Ｒ_２＝ＣＨ_３−）と、フッ素化エーテル（Ｈ−ＣＦ_２ＣＦ_２−ＣＨ_２Ｏ−ＣＦ_２ＣＦ_２−Ｈ）と、７０：１０：２０（体積比）で混合して、混合溶媒を調製した。該混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ_６を１モル／ｌとなるように混合して電解液を得た。なお、カーボネート系非水溶媒としてＥＣ／ＰＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣ／ＤＥＣ＝２０／２０／２０／２０／２０（体積比）の溶媒を用いた。

（実施例３７〜４８）
鎖状フッ素化スルホン化合物として表５に記載の化合物を用いた以外は、実施例３６と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表５に示す。

なお、実施例３６において、初期抵抗値は４０．４ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は５８．５ｍΩであった。実施例３９において、初期抵抗値は４１．８ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は４８．５ｍΩであった。

（実施例４９〜５３）
鎖状フッ素化エーテルの混合溶媒中の含有量（体積％）を表６に示す値とした以外は、実施例３９と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表６に示す。

（実施例５４〜５７）
鎖状フッ素化エーテルとして表７に示す化合物を用いた以外は、実施例３９と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表７に示す。

表１より、鎖状フッ素化スルホン化合物を含む電解液を用いることにより、高温におけるサイクル維持率及び抵抗変化率が有意に改善されることが確認された。

表２より、鎖状フッ素化スルホン化合物を含む電解液と、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体を含む負極と、を用いることにより、さらにサイクル維持率及び抵抗変化率が改善された二次電池を得ることができることがわかった。

表５より、鎖状フッ素化スルホン化合物に加えて、さらに鎖状フッ素化エーテルを含む電解液を用いることにより、サイクル維持率がさらに改善され、また、抵抗変化率が顕著に改善されることがわかった。

この出願は、２０１１年３月２８日に出願された日本出願特願２０１１−０７０１０８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本実施形態は、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野にて利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源；電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源；ＵＰＳなどのバックアップ電源；太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備；などに、利用することができる。

ａ 負極
ｂ セパレータ
ｃ 正極
ｄ 負極集電体
ｅ 正極集電体
ｆ 正極端子
ｇ 負極端子

Claims (11)

1. 正極と、負極活物質を含む負極と、電解液と、を備える二次電池であって、
   前記電解液が、下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物と、下記式（２）で表される鎖状フッ素化エーテル化合物を含み、
   前記負極活物質がリチウムと合金可能な金属（ａ）を含み、前記金属（ａ）がシリコン、又はシリコンを含む合金であり、
   複数の正極および複数の負極が平面的にセパレータを挟んで交互に積み重ねられた積層ラミネート構造を有し、
   前記電解液は、さらに、溶媒としてカーボネート化合物を含み、
   前記鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１〜１５体積％であり、
   前記鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１０〜３５体積％であり、
   前記カーボネート化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して３０〜８９体積％であり、
   さらに外装体を含み、前記外装体がアルミニウムラミネートフィルムであることを特徴とする二次電池；
   

   

   （式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。）
   

   

   （式（２）において、Ｒ_ａ及びＲ_ｂは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素置換アルキル基を示し、Ｒ_ａ及びＲ_ｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。）。
2. Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一方が、ＣＨ_２Ｆ−、ＣＨＦ_２−、ＣＨ_２ＦＣＨ_２−、又はＣＨＦ_２ＣＨ_２−である、請求項１に記載の二次電池。
3. Ｒ_１及びＲ_２の一方が、ＣＨ_２Ｆ−、ＣＨＦ_２−、ＣＨ_２ＦＣＨ_２−、又はＣＨＦ_２ＣＨ_２−であり、他方がフッ素置換アルキル基である請求項１に記載の二次電池。
4. Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、ＣＨ_２Ｆ−、ＣＨＦ_２−、ＣＨ_２ＦＣＨ_２−、又はＣＨＦ_２ＣＨ_２−である請求項１に記載の二次電池。
5. Ｒ_１及びＲ_２の一方がＣＨ_２Ｆ−、ＣＨＦ_２−、ＣＨ_２ＦＣＨ_２−、又はＣＨＦ_２ＣＨ_２−であり、他方がアリール基で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基、又はアルキル基で置換されていてもよい炭素数６〜１０のアリール基である請求項１に記載の二次電池。
6. 前記鎖状フッ素化エーテル化合物は、下記式（３）で表される請求項１乃至５のいずれかに記載の二次電池；
   Ｈ−（ＣＸ^１Ｘ^２−ＣＸ^３Ｘ^４）_ｎ−ＣＨ_２Ｏ−ＣＸ^５Ｘ^６−ＣＸ^７Ｘ^８−Ｈ （３）
   （式（３）において、ｎは１、２、３または４であり、Ｘ^１〜Ｘ^８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｘ^１〜Ｘ^４の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｘ^５〜Ｘ^８の少なくとも１つはフッ素原子である。）。
7. 前記金属（ａ）がシリコンである請求項１乃至６のいずれかに記載の二次電池。
8. 前記負極活物質が、さらに、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物（ｂ）、及びリチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料（ｃ）を含む請求項１乃至７のいずれかに記載の二次電池。
9. 前記金属酸化物（ｂ）がシリコン酸化物である請求項８に記載の二次電池。
10. 前記シリコン酸化物の少なくとも一部がアモルファス構造を有し、前記シリコンの少なくとも一部が前記シリコン酸化物中に分散している請求項９に記載の二次電池。
11. 前記負極は結着剤を含み、該結着剤が、ポリイミドまたはポリアミドイミドである請求項１乃至１０のいずれかに記載の二次電池。

Images