JP6477329B2 - 負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム - Google Patents

負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム Download PDF

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Description

本技術は、負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。
近年、携帯電話機器などのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、リチウムイオン二次電池などの電池の開発が進められている。
リチウムイオン二次電池では、負極活物質として炭素材料が広く用いられている。最近では、ポータブル電子機器の高性能化に伴い、エネルギー密度をさらに向上することが求められているため、負極活物質として、炭素材料に代えて充電理論容量の大きいケイ素などを用いることが検討されている。
下記特許文献１〜特許文献５には、リチウムイオン二次電池の電極または電極合剤スラリーに関する技術が記載されている。これらの文献では、電極または電極合剤スラリーに含まれる結着剤として、ポリアクリル酸、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドなどが使用されている。
特開２０１３−２２９１６３号公報 特開２００６−３３９０９３号公報 特許第５５２５００３号公報 特許第５３８２１２０号公報 特表２０１３−５４１８０６号公報
ケイ素を含む材料を負極活物質として用いた電池では、負極の膨張の抑制、サイクル特性の向上およびプロセス適性の向上が求められている。
したがって、本技術の目的は、負極の膨張の抑制、サイクル特性の向上およびプロセス適性の向上が可能な負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。
上述した課題を解決するために、本技術は、負極活物質および結着剤を含む負極活物質層を有し、負極活物質は、ケイ素を含む材料を含み、結着剤は、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を含み、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩の総量は、負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下である負極である。
本技術は、正極と、負極と、電解質とを備え、負極は、負極活物質および結着剤を含む負極活物質層を有し、負極活物質は、ケイ素を含む材料を含み、結着剤は、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を含み、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩の総量は、負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下である電池である。
また、本技術の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の電池を備える。
本技術の負極によれば、結着剤として、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を所定量用いることで、負極の膨張の抑制、サイクル特性の向上およびプロセス適性の向上を可能にする。本技術の電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムにおいても同様の効果を得ることができる。
図１は本技術の実施の形態に係る電池の構成を示す断面図である。 図２は図１に示した巻回電極体の一部を拡大して示す断面図である。 図３は本技術の実施の形態に係る電池の一構成例を示す分解斜視図である。 図４は図３に示す巻回電極体のI−I線に沿った断面構成を表す断面図である。 図５は本技術の実施の形態に係る電池パックの一構成例を示す斜視図である。 図６は図５に示した電池パックの一構成例を示すブロック図である。 図７は本技術の実施の形態に係る電子機器の一構成例を示すブロック図である。 図８は本技術の実施の形態に係る蓄電システムの一構成例を示す概略図である。 図９は本技術の実施の形態に係る電動車両の一構成例を示す概略図である。 図１０はサイクル数に対して容量維持率をプロットしたグラフである。 図１１はサイクル数に対して容量維持率をプロットしたグラフである。 図１２はサイクル数に対して容量維持率をプロットしたグラフである。 図１３はサイクル数に対して容量維持率をプロットしたグラフである。
以下、本技術の実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（円筒型の電池の例）
２．第２の実施の形態（ラミネートフィルム型の電池の例）
３．第３の実施の形態（電池パックの例）
４．第４の実施の形態（電子機器の例）
５．第５の実施の形態（蓄電システムの例）
６．第６の実施の形態（電動車両の例）
７．他の実施の形態（変形例）
なお、以下に説明する実施の形態などは本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施の形態などに限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また例示した効果と異なる効果が存在することを否定するものではない。
１．第１の実施の形態
（１−１）非水電解質電池の構成例
本技術の第１の実施の形態では、一例として円筒型の非水電解質二次電池（以下、「非水電解質電池」または単に「電池」という）について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、この非水電解質電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、巻回電極体２０および一対の絶縁板１２、１３が収納されたものである。このような電池缶１１を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。
電池缶１１は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）またはそれらの合金などにより構成されている。なお、電池缶１１が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶の１１の表面にニッケル（Ｎｉ）などが鍍金されていてもよい。一対の絶縁板１２、１３は、巻回電極体２０を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient:PTC素子)１６がガスケット１７を介してかしめられており、その電池缶１１は、密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６は、電池蓋１４の内側に設けられている。
安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されている。この安全弁機構１５では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回電極体２０との間の電気的接続を切断するようになっている。
熱感抵抗素子１６は、温度の上昇に応じて抵抗が増大する（電流を制限する）ことにより、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。
巻回電極体２０は、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体２０の中心には、センターピン２４が挿入されていてもよい。
巻回電極体２０の正極２１には正極リード２５が接続されており、負極２２には負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
正極リード２５は、例えば、薄板状の導電部材であり、例えば、アルミニウムなどにより構成されている。負極リード２６は、例えば、薄板状の導電部材であり、銅（Ｃｕ）、ニッケルまたはステンレス（ＳＵＳ）などにより構成されている。
（正極）
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられたものである。なお、正極２１は、正極集電体２１Ａの片面のみに正極活物質層２１Ｂが設けられた領域を有していてもよい。
正極集電体２１Ａとしては、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、またはステンレス箔などの金属箔を用いることができる。
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質を含む。正極活物質層２１Ｂは、必要に応じて、導電剤、結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。
（正極活物質）
正極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。正極活物質としては、例えば、リチウム含有化合物を用いることができる。
リチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物（「リチウム遷移金属複合酸化物」という）、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物（「リチウム遷移金属リン酸化合物」という）などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素としてコバルト（Ｃｏ）、ニッケル、マンガン（Ｍｎ）および鉄の少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。
層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式ＬｉxＭ１Ｏ2（式中、Ｍ１は１種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。ｘの値は、一例として、０．０５≦ｘ≦１．１０である。ｘの値は電池の充放電状態によって異なる。なお、ｘの値はこれに限定されるものではない。）で表されるリチウム含有化合物などが挙げられる。より具体的には、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉxＮｉＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-zＣｏzＯ2（０＜ｚ＜１））、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉxＮｉ(1-v-w)ＣｏvＭｎwＯ2（０＜ｖ＋ｗ＜１、ｖ＞０、ｗ＞０））、リチウムコバルトアルミニウムマグネシウム複合酸化物（ＬｉxＣｏ(1-p-q)ＡｌpＭｇqＯ2（０＜ｐ＋ｑ＜１、ｐ＞０、ｑ＞０））などが挙げられる。
スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-tＮｉtＯ4（０＜ｔ＜２））などが挙げられる。
リチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物などが挙げられる。
オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、一般式ＬｉyＭ２ＰＯ4（式中、Ｍ２は１種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。ｙの値は、一例として、０．０５≦ｙ≦１．１０である。ｙの値は電池の充放電状態によって異なる。なお、ｙの値はこの範囲に限定されるものではない。）で表されるリチウム含有化合物などが挙げられる。より具体的には、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉyＦｅＰＯ4）、リチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉyＦｅ1-uＭｎuＰＯ4（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。
正極活物質としては、上述したリチウム含有化合物の粒子と、リチウム含有化合物の粒子の表面の少なくとも一部に設けられた被覆層とを有する被覆粒子を用いてもよい。このような被覆粒子を用いることで、電池特性をより向上できる。
被覆層は、母材となるリチウム含有化合物の粒子（母材粒子）の表面の少なくとも一部に設けられたものであり、母材粒子とは異なる組成元素または組成比を有するものである。被覆層としては、例えば、酸化物や遷移金属化合物などを含むものが挙げられる。具体的には、被覆層としては、例えば、リチウムとニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方とを含む酸化物、または、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、マグネシウム（Ｍｇ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群のうちの少なくとも１種と、酸素（Ｏ）と、リン（Ｐ）とを含む化合物などを含む。被覆層は、フッ化リチウムなどのハロゲン化物または酸素以外のカルコゲン化物を含むようにしてよい。
被覆層の存在は、正極活物質の表面から内部に向かって構成元素の濃度変化を調べることで、確認することができる。例えば、濃度変化は、被覆層が設けられたリチウム含有化合物の粒子をスパッタリングなどにより削りながらその組成をオージェ電子分光分析（Auger Electron Spectroscopy ；ＡＥＳ）またはＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry ；二次イオン質量分析）により測定することが可能である。また、被覆層が設けられたリチウム含有化合物の粒子を酸性溶液中などでゆっくり溶解させ、その溶出分の時間変化を誘導結合高周波プラズマ（Inductively Coupled Plasma;ICP）分光分析などにより測定することも可能である。
その他、正極活物質としては、例えば、酸化物、二硫化物、リチウムを含有しないカルコゲン化物（特に層状化合物やスピネル型化合物）、導電性高分子などを用いることができる。酸化物としては、例えば、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）などが挙げられる。二硫化物としては、例えば、二硫化鉄（ＦｅＳ2）、二硫化チタン（ＴｉＳ2）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）などが挙げられる。リチウムを含有しないカルコゲン化物としては、例えば、二セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2）などが挙げられる。導電性高分子としては、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンまたはポリピロールなどが挙げられる。
正極活物質は、上記で例示した正極活物質以外であってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
（導電剤）
導電剤としては、例えば、炭素材料などを用いることができる。炭素材料としては、例えば、グラファイト、カーボンブラックまたはアセチレンブラックなどが挙げられる。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などでもよい。
（結着剤）
結着剤（「バインダ」ともいう）としては、例えば、樹脂材料などを用いることができる。樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）またはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などが挙げられる。
（負極）
負極２２は、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。なお、負極２２は、負極集電体２２Ａの片面のみに負極活物質層２２Ｂが設けられた領域を有していてもよい。
負極集電体２２Ａとしては、例えば、銅箔などの金属箔を用いることができる。
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質および結着剤を含む。負極活物質層２２Ｂは、必要に応じて導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。導電剤としては、正極２１の導電剤と同様の材料などを用いることができる。
（負極活物質）
負極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。具体的には、負極活物質としては、ケイ素を構成元素として含む材料（「ケイ素を含む材料」という）を用いることできる。ケイ素を含む材料は、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができる。
ケイ素を含む材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、それらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有する材料などが挙げられる。なお、本技術における「合金」には、２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。また、「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物、またはそれらの２種以上が共存するものがある。
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
ケイ素の合金は、１種以上の合金構成元素を含む単体相または化合物相からなるマトリックス相中に、ケイ素相が分散したものであることが好ましい。例えば、このようなケイ素の合金としては、ケイ素とは異なる異種金属中にケイ素が微分散された合金などである。異種金属元素としては、典型的には、例えば、鉄などである。活物質の理論容量に対する利用率を高めることができ、また、サイクル特性をより向上できるからである。
ケイ素の化合物としては、例えば、ケイ素および酸素を含むケイ素の酸化物、ケイ素および炭素を含むケイ素と炭素との化合物などが挙げられる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金に関して説明した元素のいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。ケイ素の酸化物としては、例えば、ＳｉＯx、ＳｉＯ2などである。なお、ＳｉＯxにおいて化学量論比からずれることがあるため、Ｏの組成比をｘとしている。ｘは、例えば、０＜ｘ＜２である。
負極活物質は、ケイ素を含む材料以外のリチウムを吸蔵および放出可能な材料を含んでいてもよい。また、上記で例示した負極活物質は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
（結着剤）
結着剤は、ポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の両方を含み、ポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の総量を、負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下にしている。これにより、負極の膨張の抑制、サイクル特性の向上およびプロセス適性の向上を可能にする。
結着剤を上記構成にする理由は以下の通りである。結着剤がポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂のみを含む場合には、結着力が低下してしまいサイクル特性が低下してしまう問題がある。結着剤がポリアクリル酸金属塩のみを含む場合には、結着力が向上してサイクル特性を向上できる一方で、ポリアクリル酸金属塩は硬質で可撓性の低い結着剤であるため、電極に割れが生じやすい問題がある。
また、結着剤中のポリアクリル酸金属塩の含有比率とプロセス適性とは、トレードオフの関係にある。例えば、結着剤中のポリアクリル酸金属塩の含有比率を上げていくと、負極形成プロセスにおいて、負極合剤スラリーを塗布して乾燥することで形成した負極活物質層が、パリパリになって割れてしまうので、プロセス適性が悪くなってしまう。
これに対して、本技術では、結着剤がポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の両方を含むことによって、上記問題を改善している。
また、ポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の総量が上記範囲より少ない場合、結着剤の結着力が低下してしまうため、負極の膨張を抑制できずサイクル特性が低下してしまう問題がある。ポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の総量が上記範囲より多い場合、バインダ成分が多すぎるため抵抗が大きくなって充放電効率が低下してしまい、その結果、サイクル特性が低下してしまう問題がある。
これに対して、本技術では、ポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の総量を、負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下にすることで、上記問題を改善している。
（ポリアクリル酸金属塩）
ポリアクリル酸金属塩としては、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸マグネシウム、ポリアクリル酸ナトリウムなどが挙げられる。これらの中でも、より優れた効果を得られる点から、ポリアクリル酸リチウムが好ましい。
ポリアクリル酸金属塩の重量平均分子量は、典型的な一例として、１０万以上１００万以下である。なお、重量平均分子量は、これに限定されるものではない。
負極活物質がケイ素および金属を含む合金を含む場合には、中和塩であるポリアクリル酸金属塩を用いているため、酸性状態になることを回避でき、合金化した金属が溶出してしまうことを抑制できる。これに対して、ポリアクリル酸を用いた場合には、ポリアクリル酸と金属とが反応して水素を発生し、合金化した金属が溶出してしまう。例えば、ケイ素および金属を構成する金属が、水素よりイオン化傾向が高いものである場合に、上記合金化した金属の溶出が生じやすい。したがって、この場合にポリアクリル酸金属塩を用いることは特に効果的であるので、好ましい。
（ポリアクリル酸金属塩の含有量）
ポリアクリル酸金属塩の含有量としては、負極活物質１００質量部に対して、５質量部以上１５質量部以下であることが好ましい。ポリアクリル酸金属塩の含有量を多くすると、負極活物質を覆うポリアクリル酸金属塩による被膜を十分に形成できるので、負極活物質の膨張をより抑制でき、その結果、サイクル特性をより向上できる。一方、ポリアクリル酸金属塩の含有量が多すぎると、プロセス適性が低下する傾向にある。このため、上記範囲が好ましい。
（フッ素含有樹脂）
「フッ素含有樹脂」とは、フッ素を含む樹脂のことをいい、典型的には、フッ素を含む不飽和炭化水素の重合体のことをいう。フッ素含有樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロエチレン共重合体などのフッ化ビニリデン由来の繰り返し単位を含む単独重合体（ホモポリマー）または共重合体（コポリマー）や、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。これらは、１種であっても２種以上であってもよい。
（フッ素含有樹脂の含有量）
フッ素含有樹脂の含有量としては、負極活物質１００質量部に対して、０．５質量部以上１５質量部以下であることが好ましい。フッ素含有樹脂の含有量を多くするとプロセス適正を向上できる一方で、バインダ成分が多すぎて抵抗が高くなり、サイクル特性が低下する傾向にあるため、上記範囲が好ましい。
（セパレータ）
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡（ショート）を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。
セパレータ２３は、例えば、樹脂を含む多孔質膜である。この樹脂を含む多孔質膜は、例えば、樹脂材料を延伸開孔法、相分離法などで成形することにより得られる。なお、樹脂を含む多孔質膜の製造方法は、これらに限定されるものではない。
セパレータ２３を構成する樹脂材料には、例えば、ポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂またはナイロン樹脂などを用いることができる。
セパレータ２３は、樹脂を含む多孔質膜を２以上積層した構造を有するものであってもよい。樹脂を含む多孔質膜は、２種以上の樹脂材料が混合されたもの（２種以上の樹脂材料を溶融混練して形成したもの）であってもよい。ポリオレフィン樹脂を含む多孔質膜は、正極２１と負極２２との分離性に優れ、内部短絡の発生をより低減できるので、好ましい。
セパレータ２３は、不織布であってもよい。不織布は、繊維を織ったり編んだりしないで、繊維間を接合もしくは絡合、または接合および絡合した構造体である。不織布の原料には繊維に加工できるほとんどの物質を使用することができ、繊維長や太さなどの形状を調整することで、目的、用途に応じた機能を持たせることができる。
不織布としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を用いた透気性膜（ポリエチレンテレフタレート不織布）などが挙げられる。なお、透気性膜とは、透気性を有する膜のことをいう。その他、不織布としては、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリオレフィン繊維、または、ナイロン繊維などを用いたものなどが挙げられる。不織布は、２種以上の繊維を用いたものであってもよい。
セパレータ２３は、無機粒子、有機粒子などの粒子を含むものであってもよい。例えば、このようなセパレータ２３としては、基材と、基材の両方の主面のうちの少なくとも一方に表面層が形成されたものなどである。基材は、例えば、上記した樹脂を含む多孔質膜、不織布などである。表面層は、例えば、樹脂材料と粒子とを含む多孔質層などである。樹脂材料は、例えば、フィブリル化し、フィブリルが相互連続的に繋がった三次元的なネットワーク構造を有していてもよい。
（粒子）
粒子としては、例えば、無機粒子および有機粒子の少なくとも一つを用いることができる。無機粒子としては、具体的には、電気絶縁性の無機粒子である金属酸化物、金属酸化物水和物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物、鉱物などが挙げられる。
金属酸化物または金属酸化物水和物としては、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ2Ｏ3）、ベーマイト（Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2ＯまたはＡｌＯＯＨ）、酸化マグネシウム（マグネシア、ＭｇＯ）、酸化チタン（チタニア、ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ジルコニア、ＺｒＯ2）、酸化ケイ素（シリカ、ＳｉＯ2）または酸化イットリウム（イットリア、Ｙ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。
金属窒化物としては、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）または窒化チタン（ＴｉＮ）などが挙げられる。金属炭化物としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）などが挙げられる。金属硫化物としては、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などが挙げられる。
金属水酸化物としては水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）などが挙げられる。鉱物としては、ゼオライト（Ｍ2/nＯ・Ａｌ2Ｏ3・ｘＳｉＯ2・ｙＨ2Ｏ、Ｍは金属元素、ｘ≧２、ｙ≧０）などの多孔質アルミノケイ酸塩、タルク（Ｍｇ3Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）2）などの層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）などが挙げられる。
その他の無機粒子としては、リチウム化合物の粒子、炭素材料の粒子などが挙げられる。リチウム化合物としては、Ｌｉ2Ｏ4、Ｌｉ3ＰＯ4、ＬｉＦなどが挙げられる。炭素材料としては、黒鉛、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドなどが挙げられる。
これら無機粒子は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、針状、鱗片状または板状などであってもよい。
有機粒子を構成する材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどのゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド（アラミド）などのポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステルなどの融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が１８０℃以上の高い耐熱性を有する樹脂などが挙げられる。
これら材料は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。有機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、針状、鱗片状または板状などであってもよい。
（電解液）
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む非水電解液である。非水電解液は、必要に応じて添加剤などを含んでいてもよい。
非水溶媒としては、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上できるからである。
非水溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。
非水溶媒としては、さらにまた、２，４−ジフルオロアニソールまたは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので好ましい。
これらの他にも、非水溶媒としては、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、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、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またはリン酸トリメチルなどが挙げられる。
なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属化合物の１種または２種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳｉＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）または臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などが挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。
（非水電解質電池の動作）
この非水電解質電池では、充電時において、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して正極２１に吸蔵される。
この非水電解質電池は、完全充電時における開回路電圧（すなわち電池電圧）が、例えば、３．６０Ｖ以上６．００Ｖ以下、好ましくは４．２５Ｖ以上６．００Ｖ以下、さらに好ましくは４．３０Ｖ以上４．５０Ｖ以下の範囲内になるように設計されていてもよい。完全充電時における開回路電圧が、例えば正極活物質として層状岩塩型リチウム複合酸化物などを用いた電池において４．２５Ｖ以上とされる場合は、４．２０Ｖの電池と比較して、同じ正極活物質であっても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整され、高いエネルギー密度が得られるようになっている。
（１−２）非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、以下の手順により製造される。
まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて結着剤および導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、例えば、有機溶剤などに分散させてペースト状またはスラリー状の正極合剤スラリーとする。続いて、正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層２１Ｂを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型する。この場合には、複数回に渡って圧縮成型を繰り返してもよい。
次に、上記した正極２１と同様の手順により、負極２２を作製する。この場合には、負極活物質と、結着剤と、必要に応じて導電剤などとを混合した負極合剤を、例えば、極性溶媒である水などの水を含む分散溶媒などに分散させて、ペースト状またはスラリー状の負極合剤スラリーとする。こののち、負極集電体２２Ａの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、負極活物質層２２Ｂを形成したのち、その負極活物質層２２Ｂを圧縮成型する。なお、本技術の負極合剤スラリーは、極性溶媒である水などの水を含む分散溶媒を用いているので、環境負荷の低減などの観点から好ましい。
最後に、正極２１および負極２２を用いて非水電解質電池を組み立てる。最初に、正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接などして取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層および巻回させて巻回電極体２０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン２４を挿入する。
続いて、一対の絶縁板１２、１３で挟みながら、巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収納する。この場合には、正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に溶接などして取り付けると共に、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接などして取り付ける。続いて、電池缶１１の内部に電解液を注入して、セパレータ２３に含浸させる。最後に、ガスケット１７を介して電池缶１１の開口端部に電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をかしめる。これにより、図１および図２に示した非水電解質電池が完成する。
（効果）
本技術の第１の実施の形態では、結着剤として、ポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の両方を負極活物質の質量に対する比率で規定した所定質量で用いることによって、負極の膨張の抑制、サイクル特性の向上およびプロセス適性の向上を可能にする。
なお、以下では、本技術の理解を容易にするため、本技術に関連する技術について簡単に説明する。負極活物質としてケイ素などを用いたリチウムイオン二次電池では、充電時にリチウムを吸蔵したケイ素が膨張して負極から脱落したり、負極の膨張収縮によって集電体から負極活物質層が剥がれたりすることによって、サイクル特性が悪化してしまう。しかも、膨張によってケイ素に割れが生じると活性が高くなるため電解液が分解されやすく、リチウムが不活性化されてしまう。
これに対して、ポリアクリル酸で表面を被覆しサイクル特性を向上させる技術がある。しかし、この技術では、中和されていないポリアクリル酸を使用している。このため、負極活物質として、水素よりイオン化傾向の高い金属（例えば鉄）とケイ素との合金を使用すると、合金から金属が溶出していまい特性が低下してしまう。
ポリアクリル酸を単独で結着剤として用いる場合、負極活物質を被覆する効果によってサイクル特性を向上できる一方で、強度が高いため、巻回性が悪く、生産性が悪くなってしまう。これに対して、カーボンファイバを混合することにより、電極に柔軟性を与える技術がある。
結着剤として、強度の高いポリイミドを用いる技術がある。ポリイミドは、強度が高い一方で、初回の充放電での不可逆容量が大きく、エネルギー密度の向上への寄与は限られてしまう。
本技術では、結着剤としてポリアクリル酸金属塩およびフッ素含有樹脂の両方を、負極活物質の質量に対する比率で規定した所定質量で用いることによって、電極への柔軟性および集電体箔への結着性を向上させることができ、また、生産性をさらに向上できる。
上述した特許文献４（特許第５３８２１２０号公報）および特許文献５（特表２０１３−５４１８０６号公報）には、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩の両方を、負極活物質の質量に対する比率で規定した所定質量で用いることについて、特段の記載はない。
２．第２の実施の形態
（２−１）ラミネートフィルム型の電池の構成例
本技術の第２の実施の形態では、一例として、ラミネートフィルム型の電池について、図３および図４を参照しながら説明する。
非水電解質電池は、外装部材４０の内部に、巻回電極体３０が収納されたものである。巻回電極体３０には、正極リード３１および負極リード３２が取り付けられている。正極リード３１および負極リード３２は、例えば、外装部材４０の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。
（外装部材）
外装部材４０は、フィルム状の部材である。外装部材４０は、例えば、融着層、金属層および表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムである。融着層は、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂などで構成される。金属層は、例えば、アルミニウムなどで構成される。表面保護層は、例えば、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートなどで構成される。外装部材４０は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよく、高分子フィルム単体または金属フィルム単体でもよい。
外装部材４０と正極リード３１との間には、密着フィルム４１が介在されている。同様に、外装部材４０と負極リード３２との間には、密着フィルム４１が介在されている。密着フィルム４１は、例えば、金属材料との接着性が高い材料などで構成されている。この材料としては、例えば、ポリオレフィン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。
（正極、負極およびセパレータ）
巻回電極体３０は、セパレータ３５および電解質層３６を介して正極３３と負極３４とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ３７により保護されている。なお、巻回電極体３０は、セパレータ３５を省略したものであってもよい。
正極３３は、例えば、正極集電体３３Ａの両面に正極活物質層３３Ｂが設けられたものである。正極集電体３３Ａおよび正極活物質層３３Ｂの構成は、それぞれ第１の実施の形態の正極集電体２１Ａおよび正極活物質層２１Ｂと同様である。負極３４は、例えば、負極集電体３４Ａの両面に負極活物質層３４Ｂが設けられたものである。負極集電体３４Ａおよび負極活物質層３４Ｂの構成は、それぞれ第１の実施の形態の負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成と同様である。セパレータ３５の構成は、第１の実施の形態のセパレータ２３の構成と同様である。
（電解質層）
電解質層３６は、電解液が高分子化合物により保持されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層３６は、例えば、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、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、ポリフッ化ビニル、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、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリフッ化ビニリデン、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。
電解液は、第１の実施の形態と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層３６において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。
なお、電解液が高分子化合物により保持されたゲル状の電解質層３６に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ３５に含浸される。
（粒子を含む電解質層）
電解質層３６は、粒子を含むものであってもよい。粒子としては、上述した無機粒子、有機粒子と同様のものを用いることができる。
（２−２）非水電解質電池の製造方法
非水電解質電池は、例えば、以下の３種類の手順により製造される。
（第１の製造方法）
第１の製造方法では、最初に、第１の実施の形態と同様にして、正極３３および負極３４を作製する。電解液を、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
次に、電解液、高分子化合物および溶剤を含む前駆溶液を調製して正極３３および負極３４に塗布したのち、その溶剤を揮発させてゲル状の電解質層３６を形成する。続いて、正極集電体３３Ａに正極リード３１を溶接などして取り付けると共に、負極集電体３４Ａに負極リード３２を溶接などして取り付ける。
次に、電解質層３６が形成された正極３３と負極３４とをセパレータ３５を介して積層および巻回したのち、その最外周部に保護テープ３７を接着させて、巻回電極体３０を作製する。
最後に、２枚のフィルム状の外装部材４０の間に巻回電極体３０を挟み込んだのち、その外装部材４０の外縁部同士を熱融着などで接着させて、巻回電極体３０を封入する。この際、正極リード３１および負極リード３２と外装部材４０との間に、密着フィルム４１を挿入する。これにより、図３および図４に示した非水電解質電池が完成する。
（第２の製造方法）
第２の製造方法では、最初に、正極３３に正極リード３１を取り付けると共に、負極３４に負極リード３２を取り付ける。続いて、セパレータ３５を介して正極３３と負極３４とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ３７を接着させて、巻回電極体３０の前駆体である巻回体を作製する。
次に、２枚のフィルム状の外装部材４０の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材４０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材４０の内部に注入したのち、その外装部材４０の開口部を熱融着などで密封する。
最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層３６を形成する。これにより、非水電解質電池が完成する。
（第３の製造方法）
第３の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ３５を用いることを除き、上記した第２の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材４０の内部に収納する。
次に、電解液を調製して外装部材４０の内部に注入したのち、その外装部材４０の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材４０に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ３５を正極３３および負極３４に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質層３６が形成されるため、非水電解質電池が完成する。
３．第３の実施の形態
本技術の第３の実施の形態では、電池パックの構成の一例について、図５および図６を参照しながら説明する。
この電池パックは、１つの二次電池（単電池）を用いた簡易型の電池パック（いわゆるソフトパック）であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器などに内蔵される。電池パックは、電池セル１１１と、電池セル１１１に接続される回路基板１１６とを備えている。電池セル１１１は、例えば、第２の実施の形態に係るラミネートフィルム型の二次電池である。
電池セル１１１の両側面には、一対の粘着テープ１１８、１１９が貼り付けられている。回路基板１１６には、保護回路（ＰＣＭ：Protection Circuit Module）が形成されている。この回路基板１１６は、電池セル１１１の正極リード１１２および負極リード１１３に対して一対のタブ１１４、１１５を介して接続されていると共に、外部接続用のコネクタ付きリード線１１７に接続されている。なお、回路基板１１６が電池セル１１１に接続された状態において、その回路基板１１６は、ラベル１２０および絶縁シート１３１により上下から保護されている。ラベル１２０が貼り付けられることで、回路基板１１６および絶縁シート１３１などが固定されている。
また、電池パックは、図６に示すように、電源に相当する電池セル１１１と、回路基板１１６とを備えている。回路基板１１６は、例えば、制御部１２１と、スイッチ部１２２と、ＰＴＣ１２３と、温度検出部１２４とを備えている。電池セル１１１は、正極端子１２５および負極端子１２７を介して外部と接続可能であるため、その電池セル１１１は、正極端子１２５および負極端子１２７を介して充放電される。温度検出部１２４は、温度検出端子（いわゆるＴ端子）１２６を用いて温度を検出可能である。
制御部１２１は、電池パック全体の動作（電池セル１１１の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリなどを含んでいる。
この制御部１２１は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部１２２を切断させることで、電池セル１１１の電流経路に充電電流が流れないようにする。また、制御部１２１は、例えば、充電時において大電流が流れると、スイッチ部１２２を切断させて、充電電流を遮断する。
この他、制御部１２１は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部１２２を切断させることで、電池セル１１１の電流経路に放電電流が流れないようにする。また、制御部１２１は、例えば、放電時において大電流が流れると、スイッチ部１２２を切断させることで、放電電流を遮断する。
なお、二次電池の過充電検出電圧の一例としては、４．２０Ｖ±０．０５Ｖなどである。過放電検出電圧の一例としては、２．４Ｖ±０．１Ｖなどである。
スイッチ部１２２は、制御部１２１の指示に応じて、電池セル１１１の使用状態（電池セル１１１と外部機器との接続の可否）を切り換えるものである。このスイッチ部１２２は、例えば、充電制御スイッチおよび放電制御スイッチなどを含んでいる。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチである。なお、充放電電流は、例えば、スイッチ部１２２のＯＮ抵抗に基づいて検出される。
温度検出部１２４は、電池セル１１１の温度を測定して、その測定結果を制御部１２１に出力するものであり、例えば、サーミスタなどの温度検出素子を含んでいる。なお、温度検出部１２４による測定結果は、異常発熱時において制御部１２１が充放電制御を行う場合や、制御部１２１が残容量の算出時において補正処理を行う場合などに用いられる。
なお、回路基板１１６は、ＰＴＣ１２３を備えていなくてもよい。この場合には、別途、回路基板１１６にＰＴＣ素子が付設されていてもよい。
４．第４の実施の形態
本技術の第４の実施の形態では、電子機器の構成の一例について、図７を参照しながら説明する。
電子機器３００は、電子機器本体の電子回路３０１と、電池パック２００とを備える。電池パック２００は、正極端子２３１ａおよび負極端子２３１ｂを介して電子回路３０１に対して電気的に接続されている。電子機器３００は、例えば、ユーザにより電池パック２００を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器３００の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック２００を電子機器３００から取り外しできないように、電池パック２００が電子機器３００内に内蔵されている構成を有していてもよい。
電池パック２００の充電時には、電池パック２００の正極端子２３１ａ、負極端子２３１ｂがそれぞれ、充電器（図示せず）の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック２００の放電時（電子機器３００の使用時）には、電池パック２００の正極端子２３１ａ、負極端子２３１ｂがそれぞれ、電子回路３０１の正極端子、負極端子に接続される。
電子機器３００としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話（スマートフォンなど）、携帯情報端末（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）、表示装置（ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ、電子ペーパ、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）など）、撮像装置（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど）、オーディオ機器（ポータブルオーディオプレイヤーなど）、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられるが、これに限定されるものでなない。
（電子回路）
電子回路３０１は、例えば、ＣＰＵ、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部などを備え、電子機器３００の全体を制御する。
（電池パック）
電池パック２００は、組電池２０１と、充放電回路２０２とを含む組電池の電池パックである。組電池２０１は、複数の二次電池２０１ａを直列および／または並列に接続して構成されている。複数の二次電池２０１ａは、例えばｎ並列ｍ直列（ｎ、ｍは正の整数）に接続される。なお、図７では、６つの二次電池２０１ａが２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された例が示されている。二次電池２０１ａとしては、第１の実施の形態に係る電池が用いられる。
充電時には、充放電回路２０２は、組電池２０１に対する充電を制御する。一方、放電時（すなわち電子機器３００の使用時）には、充放電回路２０２は、電子機器３００に対する放電を制御する。
電池パック２００に代えて、第１の実施の形態もしくは第２の実施の形態に係る電池または第３の実施の形態に係る単電池の電池パックを用いてもよい。
５．第５の実施の形態
本技術の第５の実施の形態では、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池を蓄電装置に備える蓄電システムの例について説明する。
この蓄電システムは、電力を使用するものである限り、どのようなものであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）、車両などを含み、蓄電も可能である。
蓄電装置（蓄電モジュール）は、例えば、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源などに適用されるものである。蓄電装置の一例としては、複数の電池が並列および直列の少なくとも一つで接続された電池ブロックと、これらの電池ブロックの充電および放電を制御する制御部とを含む蓄電モジュールが挙げられる。蓄電装置の構成の一例は、例えば、複数の電池ブロックが外装ケースに収納されものである。電池には、第１の実施の形態に係る電池を用いることができる。
蓄電システムの例としては、例えば、以下の第１〜第５の蓄電システムなどが挙げられる。第１の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第２の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第３の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器を含む蓄電システムである。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
第４の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第５の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、住宅および電動車両に適用される蓄電システムについて説明する。
（蓄電システムの構成）
以下、図８を参照して、第５の実施の形態に係る蓄電システム（電力システム）４００の構成例について説明する。この蓄電システム４００は、住宅用の蓄電システムであり、火力発電４０２ａ、原子力発電４０２ｂ、水力発電４０２ｃなどの集中型電力系統４０２から電力網４０９、情報網４１２、スマートメータ４０７、パワーハブ４０８などを介し、電力が蓄電装置４０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置４０４などの独立電源から電力が蓄電装置４０３に供給される。蓄電装置４０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置４０３を使用して、住宅４０１で使用する電力が給電される。住宅４０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅４０１には、家庭内発電装置４０４、電力消費装置４０５、蓄電装置４０３、各装置を制御する制御装置４１０、スマートメータ４０７、パワーハブ４０８、各種情報を取得するセンサ４１１が設けられている。各装置は、電力網４０９および情報網４１２によって接続されている。家庭内発電装置４０４として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置４０５および／または蓄電装置４０３に供給される。電力消費装置４０５は、冷蔵庫４０５ａ、空調装置４０５ｂ、テレビジョン受信機４０５ｃ、風呂４０５ｄなどである。さらに、電力消費装置４０５には、電動車両４０６が含まれる。電動車両４０６は、電気自動車４０６ａ、ハイブリッドカー４０６ｂ、電気バイク４０６ｃなどである。
蓄電装置４０３は、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池を１以上含む。スマートメータ４０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網４０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数の組み合わせであってもよい。
各種のセンサ４１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ４１１により取得された情報は、制御装置４１０に送信される。センサ４１１からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置４０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置４１０は、住宅４０１に関する情報を、インターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。
パワーハブ４０８によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置４１０と接続される情報網４１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver-Transceiver：非同期シリアル通信用送受信回路）などの通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）またはＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置４１０は、外部のサーバ４１３と接続されている。このサーバ４１３は、住宅４０１、電力会社、およびサービスプロバイダーのいずれかによって管理されていてもよい。サーバ４１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信してもよいが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機など）から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡなどに、表示されてもよい。
各部を制御する制御装置４１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成され、この例では、蓄電装置４０３に格納されている。制御装置４１０は、蓄電装置４０３、家庭内発電装置４０４、電力消費装置４０５、各種のセンサ４１１、サーバ４１３と情報網４１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていてもよい。
以上のように、電力が火力発電４０２ａ、原子力発電４０２ｂ、水力発電４０２ｃなどの集中型電力系統４０２のみならず、家庭内発電装置４０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置４０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置４０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置４０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置４０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置４０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置４１０が蓄電装置４０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ４０７内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム４００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
６．第６の実施の形態
本技術の第６の実施の形態では、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池を備える電動車両の一例について説明する。電動車両としては、鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）、農耕用作業車両（トラクタ、コンバインなど）などが挙げられる。以下では、電気自動車の例について説明する。
図９を参照して、本技術の第６の実施の形態に係る電動車両の構成例について説明する。このハイブリッド車両５００は、シリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両である。シリーズハイブリッドシステムは、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置５０３で走行する車である。
このハイブリッド車両５００には、エンジン５０１、発電機５０２、電力駆動力変換装置５０３、駆動輪５０４ａ、駆動輪５０４ｂ、車輪５０５ａ、車輪５０５ｂ、バッテリー５０８、車両制御装置５０９、各種センサ５１０、充電口５１１が搭載されている。バッテリー５０８としては、第１の実施の形態または第２の実施の形態に係る電池が用いられる。
ハイブリッド車両５００は、電力駆動力変換装置５０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置５０３の一例は、モータである。バッテリー５０８の電力によって電力駆動力変換装置５０３が作動し、この電力駆動力変換装置５０３の回転力が駆動輪５０４ａ、５０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）または逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置５０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ５１０は、車両制御装置５０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ５１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン５０１の回転力は発電機５０２に伝えられ、その回転力によって発電機５０２により生成された電力をバッテリー５０８に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両５００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置５０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置５０３により生成された回生電力がバッテリー５０８に蓄積される。
バッテリー５０８は、充電口５１１を介してハイブリッド車両５００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口５１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
図示しないが、電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力をいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
以下、実施例により本技術を詳細に説明する。なお、本技術は、下記の実施例の構成に限定されるものではない。
＜実施例１−１＞
（負極の作製）
負極活物質としてケイ素および鉄を主成分とした合金１００質量部と、結着剤としてポリアクリル酸リチウム（重量平均分子量２５万）１０質量部およびポリフッ化ビニリデン（アルケマ社製、ｋｙｎａｒ ＨＳＶ９００）５質量部（結着剤の総量１５質量部）とを、純水に分散させてスラリー状の負極合剤スラリーを調製した。
次に、この負極合剤スラリーを厚さ８μｍの帯状銅箔の両面に均一に塗布した。その後、乾燥したのち、圧縮成型して切り出しすることで負極を作製した。こののち、負極集電体の一端に、負極リードを溶接して取り付けた。
（正極の作製）
正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９８質量部と、導電剤としてカーボンブラック１質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１質量部とを混合して正極合剤を得た。次に、これをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させることにより、スラリー状の正極合剤スラリーを調製した。
次に、この正極合剤スラリーを厚さ１０μｍの帯状のアルミニウム箔の両面に正極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、正極活物質層を形成した。こののち、正極集電体の一端に、正極リードを溶接して取り付けた。
（ゲル電解質層の形成）
炭酸エチレン（ＥＣ）と炭酸プロピレン（ＰＣ）とを、質量比５：５で混合した非水溶媒に対して、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／ｋｇの濃度で溶解させることにより、非水電解液を調製した。
続いて、非水電解液を保持する高分子化合物として、ポリフッ化ビニリデンを用い、非水電解液と、ポリフッ化ビニリデンと、可塑剤である炭酸ジメチル（ＤＭＣ）とを混合して、ゾル状の前駆溶液を調製した。
続いて、正極および負極のそれぞれの両面に、前駆溶液を塗布し、乾燥させて可塑剤を除去した。これにより、正極の表面および負極の表面にゲル電解質層を形成した。
（ラミネートフィルム型電池の組み立て）
次に、セパレータとして、微多孔性のポリエチレンフィルムを用意した。次に、ゲル電解質層が両面に形成された正極および負極と、セパレータとを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層したのち巻回した後、巻き終わり部分を粘着テープで固定することにより巻回電極体を形成した。
次に、外装部材として、アルミニウム箔が一対の樹脂フィルムで挟まれた構造を有する２枚のラミネートフィルムを用意した。次に、２枚のラミネートフィルムの間に巻回電極体を挟み、正極リードおよび負極リードとラミネートフィルムとの間に密着フィルムを挿入した後、巻回電極体周辺のうちの正極リードおよび負極リードの導出される１辺と、他の３辺とを減圧下で熱融着して封止し、密閉した。これにより、ラミネートフィルム型の電池を作製した
＜実施例１−２＞
負極の作製の際、ポリフッ化ビニリデンの含有量を変えずに５質量部のままとし、ポリアクリル酸リチウムの含有量のみを５質量部に変えた。これにより、結着剤の総量を１０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜実施例１−３＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を１５質量部に変え、ポリフッ化ビニリデンの含有量を１５質量部に変えた。これにより、結着剤の総量を３０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜実施例１−４＞
負極の作製の際、ポリフッ化ビニリデンの含有量を変えずに５質量部のままとし、ポリアクリル酸リチウムの含有量のみを１５質量部に変えた。これにより、結着剤の総量を２０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜実施例１−５＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を変えずに１０質量部のままとし、ポリフッ化ビニリデンの含有量のみを０．５質量部に変えた。これにより、結着剤の総量を１０．５質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜実施例１−６＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を変えずに１０質量部のままとし、ポリフッ化ビニリデンの含有量のみを１５質量部に変えた。これにより、結着剤の総量を２５質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例１−１＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を変えずに１０質量部のままとし、ポリフッ化ビニリデンを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を１０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例１−２＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を２０質量部に変え、ポリフッ化ビニリデンを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を２０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例１−３＞
負極の作製の際、ポリフッ化ビニリデンの含有量を１０質量部に変え、ポリアクリル酸リチウムを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を１０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例１−４＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を２０質量部に変え、ポリフッ化ビニリデンの含有量を２０質量部に変えた。これにより、結着剤の総量を４０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例１−５＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムに代えて、ポリアクリル酸を混合したこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例１−６＞
負極の作製の際、ポリフッ化ビニリデンの含有量を５質量部に変え、ポリアクリル酸リチウムを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を５質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
（評価）
作製した電池について、以下に説明するサイクル特性の評価を行った。
（１００サイクル容量維持率）
作製した各電池について、充放電を繰り返し行い下記の１００サイクル容量維持率を測定した。
１００サイクル容量維持率（％）＝［１００サイクル後の放電容量／１サイクル目の放電容量］×１００（％）
（容量維持率の変化を示すグラフの作成）
作製した各電池について、充放電を繰り返し行いサイクル数に対して容量維持率をプロットしたグラフを作成した。
（充放電条件）
サイクル特性の評価において、電池の充放電は以下のように行った。充電は、定電流−定電圧方式で、充電電圧４．３５Ｖ、充電電流０．７Ｃで行った。放電は、定電流方式、放電電流０．５Ｃ、カットオフ電圧３Ｖで放電を行った。なお、０．１Ｃは、理論容量を１０時間で放電（または充電）しきる電流値である。
（結果）
実施例１−１〜実施例１−６および比較例１−１〜比較例１−４の測定結果を表１に示す。図１０に、実施例１−１、実施例１−２、比較例１−１および比較例１−２の測定結果を示す。図１１に、実施例１−１および比較例１−５の測定結果を示す。図１２に、比較例１−３および比較例１−６の測定結果を示す。
表１の結果より、実施例１−１〜実施例１−６ではサイクル特性を向上できることが確認できた。
図１１の結果より、実施例１−１では、ポリアクリル酸を用いた比較例１−５よりサイクル特性を向上できることが確認できた。図１２の結果より、ポリフッ化ビニリデンの量を多くするとサイクル特性がかなり低下することが確認できた。これに対して、結着剤としてポリフッ化ビニリデンおよびポリアクリル酸リチウムの両方を用いることで、サイクル特性の低下を抑制できた。
（評価）
負極作製の際、以下のプロセスで負極活物質層に割れが生じているかを目視により確認し、これによりプロセス適性を評価した。
１．打ち抜き試験
負極をφ１５ｍｍの円形に打ち抜き、端部に割れ、欠けがないかを目視にて確認した。
２．巻き取り試験
負極をφ５０ｍｍの丸棒に巻きつけ、曲げに対するプロセス適性を目視にて確認した。
（結果）
ポリアクリル酸リチウムの量が多い比較例１−１や比較例１−２では、結着剤が柔軟性に乏しいため、上記両方の試験において、負極活物質層に割れが確認できた。一方、実施例１−１〜実施例１−６では、上記両方の試験において、そのような割れは生じていなかった。これにより、実施例１−１〜実施例１−６では、プロセス適性を向上できることが確認できた。
（評価）
（剥離強度の測定）
実施例１−１、実施例１−２、比較例１−１および比較例１−３について、剥離強度試験を行った。剥離強度試験は、以下のようにして行い、負極集電体に形成された負極活物質層の剥離強度を測定した。
剥離強度試験は１８０°剥離試験にて測定を行った。
作製した負極を幅２０ｍｍ、長さ８０ｍｍに切断してこれを試験片とし、一般用粘着テープを負極活物質塗布面（一方の面）に張り付けた。試験片をセットする試験板にはＳＵＳ板を用い、試験片の負極活物質塗布面（粘着テープが貼り付けられていない他方の面）とＳＵＳ板とを両面テープにて貼り合わせた。
試験片の負極活物質層を負極集電体（銅箔）からはがす際には粘着テープの端を１８０°に折り返して約１０ｍｍはがした後、試験機の治具に試験片の負極活物質層がはがされた部分を試験板の片端と共に固定し、上側の治具に粘着テープを固定した。１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で試験を実施し、測定値は最初の２０ｍｍまでの測定値は無視し、その後、引きはがされた３０ｍｍの長さまでの測定値の平均を剥離強度の値とした。
（結果）
測定結果を表２に示す。
表２に示すように、実施例１−１および実施例１−２では、結着剤としてポリアクリル酸リチウムおよびポリフッ化ビニリデンの両方を用いることで、負極活物質層の剥離強度を向上できることが確認できた。
＜実施例２−１＞
（負極の作製）
実施例１−１と同様にして負極を作製した。
（正極の作製）
実施例１−１と同様にして正極を作製した。
（コインセルの作製）
２０１６サイズ（直径２０ｍｍ、高さ１．６ｍｍのサイズ）のコイン型電池（以下「コインセル」という）を以下のようにして作製した。
正極、負極を直径１５ｍｍの円形状に打ち抜いた。次に、セパレータとしてポリエチレン製の微多孔フィルムを準備した。
次に、実施例１−１と同様の非水電解液を調製した。
次に、作製した正極と負極とを微多孔フィルムを介して積層して積層体とし、この積層体とともに非水電解液を外装カップおよび外装缶の内部に収容させてガスケットを介してかしめた。これにより、目的とするコインセルを得た。
＜比較例２−１＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を変えずに１０質量部のままとし、ポリフッ化ビニリデンを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を１０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例２−１と同様にして、コインセルを作製した。
＜比較例２−２＞
負極の作製の際、ポリフッ化ビニリデンの含有量を１０質量部に変えて、ポリアクリル酸リチウムを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を１０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例２−１と同様にして、コインセルを作製した。
（膨張率の測定）
作製したコインセルについて、実施例１−１と同様の条件で１サイクル充放電を行い、充電時（満充電時）の膨張率を測定した。なお、膨張率は、コインセル組み立て後充放電前の負極の厚み（「組立厚み」という）および満充電時の負極の厚み（「満充電厚み」という）を測定して、以下の式で求めたものである。
膨張率（％）＝（満充電厚み／組立厚み）×１００（％）
（電極状態の観察）
また、充放電試験を行った後、コインセルから取り出した負極を目視により観察し、負極活物質層の剥がれや負極集電体（銅箔）にダメージが生じているかを確認した。
（結果）
測定結果を表３に示す。
表３に示すように、実施例２−１では、負極の膨張を抑制することができた。一方、比較例２−１では、膨張率が大きかった。ポリアクリル酸リチウム単独では、結着力が高くて粒子１つ１つの体積変化に対応できるが、負極の膨張抑制効果は弱いからであると考えられる。比較例２−２では、膨張率がさらに大きかった。ポリフッ化ビニリデン単独では、結着力が低いため、体積変化をある程度まで抑えるが限界を超えると負極の膨張抑制効果がほとんどなくなってしまった。
電極状態の観察の結果、実施例２−１では、負極活物質層の剥がれもなく、集電体である銅箔にダメージも生じていなかった。比較例２−１では、負極活物質層の剥がれがあり、銅箔の表面に凹凸が見られ、銅箔にダメージが生じていた。ポリアクリル酸リチウム単独では柔軟性に乏しいからであると考えられる。比較例２−２では、負極活物質層の剥がれがあったが、ポリフッ化ビニリデンの柔軟性のため、銅箔へのダメージが比較例２−１より少なかった。
＜実施例３−１＞
負極活物質としてシリコンおよび鉄を含む合金に代えて、酸化ケイ素（ＳｉＯx）を用いたこと以外は、実施例１−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
＜比較例３−１＞
負極の作製の際、ポリアクリル酸リチウムの含有量を変えずに１０質量部のままとし、ポリフッ化ビニリデンを混合しないでその含有量を０質量部にした。これにより、結着剤の総量を１０質量部に変えた。以上のこと以外は、実施例３−１と同様にして、ラミネートフィルム型の電池を作製した。
（結果）
測定結果を図１３に示す。
図１３の結果より、負極活物質として酸化ケイ素を用いた場合でも、結着剤としてポリアクリル酸リチウムおよびポリフッ化ビニリデンを所定量で用いることにより、サイクル特性を向上できることが確認できた。
７．他の実施の形態（変形例）
以上、本技術を各実施の形態および実施例によって説明したが、本技術はこれらに限定されるものではなく、本技術の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどを用いてもよい。
上述の実施の形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
本技術の負極は、角型などの他の電池構造を有する場合についても、同様に適用可能である。第１〜第２の実施の形態において、巻回型の電極体に代えて、積層型の電極体を用いてもよい。例えば、スマートウォッチ、ヘッドマウントディスプレイ、ｉＧｌａｓｓ（登録商標）などのウェアラブル端末に搭載されるフレキシブル電池などにも適用可能である。本技術の負極は、例えば、航空機、無人飛行機などの飛行体などに搭載される電池にも適用可能である。
本技術は以下の構成を採用することもできる。
［１］
負極活物質および結着剤を含む負極活物質層を有し、
前記負極活物質は、ケイ素を含む材料を含み、
前記結着剤は、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を含み、
前記フッ素含有樹脂および前記ポリアクリル酸金属塩の総量は、前記負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下である負極。
［２］
前記ポリアクリル酸金属塩の含有量は、前記負極活物質１００質量部に対して、５質量部以上１５質量部以下であり、
前記フッ素含有樹脂の含有量は、前記負極活物質１００質量部に対して、０．５質量部以上１５質量部以下である［１］に記載の負極。
［３］
前記ケイ素を含む材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の少なくとも一つを含む［１］〜［２］の何れかに記載の負極。
［４］
前記フッ素含有樹脂は、ポリフッ化ビニリデンである［１］〜［３］の何れかに記載の負極。
［５］
前記ポリアクリル酸金属塩は、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸マグネシウムおよびポリアクリル酸ナトリウムの少なくとも一つである［１］〜［４］の何れかに記載の負極。
［６］
前記ケイ素を含む材料は、ケイ素および金属を含む合金である［１］〜［５］の何れかに記載の負極。
［７］
前記合金を構成する金属は、水素よりイオン化傾向が高いものである［６］に記載の負極。
［８］
前記負極活物質層は、負極合剤スラリーから形成されたものであり、
前記負極合剤スラリーは、前記負極活物質および前記結着剤が水を含む溶媒に分散されたものである［１］〜［７］の何れかに記載の負極。
［９］
正極と、
負極と、
電解質と
を備え、
前記負極は、負極活物質および結着剤を含む負極活物質層を有し、
前記負極活物質は、ケイ素を含む材料を含み、
前記結着剤は、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を含み、
前記フッ素含有樹脂および前記ポリアクリル酸金属塩の総量は、前記負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下である電池。
［１０］
［９］に記載の電池と、
前記電池を制御する制御部と、
を有する電池パック。
［１１］
［９］に記載の電池から電力の供給を受ける電子機器。
［１２］
［９］に記載の電池と、
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
［１３］
［９］に記載の電池を有し、前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
［１４］
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を有し、
前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う［１３］に記載の蓄電装置。
［１５］
［９］に記載の電池から電力の供給を受ける電力システム。
［１６］
発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される［１５］に記載の電力システム。
１１・・・電池缶
１２、１３・・・絶縁板
１４・・・電池蓋
１５Ａ・・・ディスク板
１５・・・安全弁機構
１６・・・熱感抵抗素子
１７・・・ガスケット
２０・・・巻回電極体
２１・・・正極
２１Ａ・・・正極集電体
２１Ｂ・・・正極活物質層
２２・・・負極
２２Ａ・・・負極集電体
２２Ｂ・・・負極活物質層
２３・・・セパレータ
２４・・・センターピン
２５・・・正極リード
２６・・・負極リード
３０・・・巻回電極体
３１・・・正極リード
３２・・・負極リード
３３・・・正極
３４・・・負極
３５・・・セパレータ
３６・・・電解質層
１１１・・・電池セル（電源）
１２１・・・制御部
２００・・・電池パック
２０１・・・組電池
２０１ａ・・・二次電池
３００・・・電子機器
４００・・・蓄電システム
４０３・・・蓄電装置
４０４・・・発電装置
４０６・・・電動車両
４０９・・・電力網
４１０・・・制御装置
４１２・・・情報網
５０３・・・電力駆動力変換装置
５０８・・・バッテリー
５０９・・・車両制御装置

Claims (16)

  1. 負極活物質および結着剤を含む負極活物質層を有し、
    前記負極活物質は、ケイ素を含む材料を含み、
    前記結着剤は、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を含み、
    前記フッ素含有樹脂および前記ポリアクリル酸金属塩の総量は、前記負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下である負極。
  2. 前記ポリアクリル酸金属塩の含有量は、前記負極活物質１００質量部に対して、５質量部以上１５質量部以下であり、
    前記フッ素含有樹脂の含有量は、前記負極活物質１００質量部に対して、０．５質量部以上１５質量部以下である請求項１に記載の負極。
  3. 前記ケイ素を含む材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の少なくとも一つを含む請求項１に記載の負極。
  4. 前記フッ素含有樹脂は、ポリフッ化ビニリデンである請求項１に記載の負極。
  5. 前記ポリアクリル酸金属塩は、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸マグネシウムおよびポリアクリル酸ナトリウムの少なくとも一つである請求項１に記載の負極。
  6. 前記ケイ素を含む材料は、ケイ素および金属を含む合金である請求項１に記載の負極。
  7. 前記合金を構成する金属は、水素よりイオン化傾向が高いものである請求項６に記載の負極。
  8. 前記負極活物質層は、負極合剤スラリーから形成されたものであり、
    前記負極合剤スラリーは、前記負極活物質および前記結着剤が水を含む溶媒に分散されたものである請求項１に記載の負極。
  9. 正極と、
    負極と、
    電解質と
    を備え、
    前記負極は、負極活物質および結着剤を含む負極活物質層を有し、
    前記負極活物質は、ケイ素を含む材料を含み、
    前記結着剤は、フッ素含有樹脂およびポリアクリル酸金属塩を含み、
    前記フッ素含有樹脂および前記ポリアクリル酸金属塩の総量は、前記負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以上３０質量部以下である電池。
  10. 請求項９に記載の電池と、
    前記電池を制御する制御部と、
    を有する電池パック。
  11. 請求項９に記載の電池を有し、前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
  12. 請求項９に記載の電池と、
    前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
    前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
    を有する電動車両。
  13. 請求項９に記載の電池を有し、前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
  14. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を有し、
    前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う請求項１３に記載の蓄電装置。
  15. 請求項９に記載の電池を有し、前記電池から電力の供給を受ける電力システム。
  16. 発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される請求項１５に記載の電力システム。
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