以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の第1の態様〜第4の態様に係る二次電池、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様に係る二次電池)
3.実施例2(実施例1の変形、本開示の第2の態様に係る二次電池)
4.実施例3(実施例1〜実施例2の変形、本開示の第3の態様に係る二次電池)
5.実施例4(本開示の第4の態様に係る二次電池)
6.実施例5(実施例1〜実施例4の変形であり、正極、セパレータ及び負極が捲回された構造体を有する二次電池)
7.実施例6(実施例1〜実施例4の変形であり、正極、セパレータ及び負極が積層された構造体を有する二次電池)
8.実施例7(本開示の二次電池の応用例)
9.その他
本開示の第2の態様に係る二次電池にあっては、外装部材の第1面には表面処理が施されており、外装部材の第2面には表面処理が施されていない形態とすることができる。あるいは又、外装部材の第1面は、外装部材の第2面の粗さよりも粗い構成とすることができる。そして、このような形態を含む本開示の第2の態様に係る二次電池において、外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る形態とすることができるが、これに限定するものではなく、外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る形態とすることができる。後者の場合、具体的には、(外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せとして、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)を挙げることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る二次電池において、あるいは又、本開示の第1の態様に係る二次電池の上述した各種の好ましい構成において、表面処理は粗面化処理である構成とすることができ、この場合、粗面化処理は、化学処理、紫外線処理、オゾン処理又はプラズマ処理である構成とすることができる。尚、化学処理としてエッチング処理を挙げることができるし、プラズマ処理として、具体的には、アルゴンプラズマ処理、酸素プラズマ処理、窒素プラズマ処理等を挙げることができる。あるいは又、粗面化処理はエンボス加工処理である構成とすることができ、具体的には、プレス装置やローラーを使用して凹凸を付ける処理を挙げることができる。あるいは又、粗面化処理はブラスト加工処理である構成とすることができる。ブラスト加工処理として、具体的には、例えば、アルミナ質研磨材や炭化ケイ素質研磨材、ガラスビーズ等から成る鋭角形状の研磨材や球形の研磨材を圧縮空気や遠心力を利用して高速で噴射し、その衝撃によって微細な凹凸を付けるサンドブラスト法やショットブラスト法を挙げることができる。即ち、外装部材の第1面には凹凸が形成されており、外装部材の第2面は平坦である構成とすることができるし、外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも、単位面積当たり、多くの凹凸が形成されている構成とすることができるし、外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも平均的に大きな凹凸が形成されている構成とすることができる。以上の説明は、本開示の第4の態様に係る二次電池の好ましい構成にも適用することができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様〜第3の態様に係る二次電池において、充電によって構造体が膨張したときの膨張量が大きい方を構造体の第1面、小さい方を構造体の第2面とする形態とすることができ、あるいは又、充電したとき、構造体は、第1面が凸となるように反る形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様〜第3の態様に係る二次電池において、外装部材は、第1樹脂層(第1プラスチック材料層、融着層)、金属層及び第2樹脂層(第2プラスチック材料層、表面保護層)の積層構造を有する形態、即ち、ラミネートフィルムである形態とすることが好ましい。ラミネートフィルム型の二次電池とする場合、例えば、融着層同士が構造体を介して対向するように外装部材を折り畳んだ後、融着層の外周縁部同士を融着する。但し、外装部材は、2枚のラミネートフィルムが接着剤等を介して貼り合わされたものでもよい。融着層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、これらの重合体等のオレフィン樹脂のフィルムから成る。金属層は、例えば、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、ニッケル箔等から成る。表面保護層は、例えば、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等から成る。中でも、外装部材は、ポリエチレンフィルムと、アルミニウム箔と、ナイロンフィルムとがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムであることが好ましい。但し、外装部材は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレン等の高分子フィルムでもよいし、金属フィルムでもよい。
ここで、第1樹脂層(融着層)が、外装部材の第1面及び第2面を構成する。あるいは又、第1樹脂層(融着層)と構造体の第1面及び第2面との間に、外装部材の第1面及び第2面を構成するシート状の部材が配されている。あるいは又、第1樹脂層(融着層)と構造体の第1面との間に外装部材の第1面を構成するシート状の部材が配されており、第1樹脂層(融着層)が外装部材の第2面を構成する。あるいは又、第1樹脂層(融着層)と構造体の第2面との間に外装部材の第2面を構成するシート状の部材が配されており、第1樹脂層(融着層)が外装部材の第1面を構成する。
本開示の第4の態様に係る二次電池において、第1外装部材は、第2外装部材よりも高いヤング率を有する形態とすることができる。そして、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第4の態様に係る二次電池において、第1外装部材は、第1A樹脂層、第1金属層及び第1B樹脂層の積層構造を有し、第2外装部材は、第2A樹脂層、第2金属層及び第2B樹脂層の積層構造を有する形態とすることができ、そして、この場合、第1金属層はステンレス鋼から成り、第2金属層はアルミニウム又はアルミニウム合金から成る形態とすることができるし、更には、第1金属層の厚さは、1×10-5m乃至1.8×10-4mであり、第2金属層の厚さは、5×10-5m乃至2×10-4mである形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第4の態様に係る二次電池において、第2外装部材の外縁は熱融着して第1外装部材に固定される形態とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第4の態様に係る二次電池において、構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、構造体のXZ平面に沿った外面を構造体の第1面及び構造体の第2面とし、構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面(例えば、後述する第1外装部材を構成する第1B樹脂層)を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面(例えば、後述する第2外装部材を構成する第2B樹脂層)を第2外装部材の第2面とする。そして、本開示の第4の態様に係る二次電池にあっては、第1外装部材の第1面の動摩擦係数をμ1、第2外装部材の第2面の動摩擦係数をμ2としたとき、
μ1>μ2
を満足する構成とすることができる。
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第4の態様に係る二次電池において、構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面(例えば、後述する第1外装部材を構成する第1B樹脂層)を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面(例えば、後述する第2外装部材を構成する第2B樹脂層)を第2外装部材の第2面としたとき、第1外装部材の第1面には、第2外装部材の第2面とは異なる表面処理が施されている構成とすることができ、あるいは又、第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面の粗さよりも粗い構成とすることができる。尚、このような構成において、第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る構成とすることができるが、これに限定するものではなく、第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る形態とすることができる。
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第4の態様に係る二次電池において、構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面(例えば、後述する第1外装部材を構成する第1B樹脂層)を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面(例えば、後述する第2外装部材を構成する第2B樹脂層)を第2外装部材の第2面としたとき、(第1外装部材の第1面を構成する材料,第2外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である構成とすることができる。
ここで、本開示の第4の態様に係る二次電池において、充電によって構造体が膨張したときの膨張量が大きい方を構造体の第1面、小さい方を構造体の第2面とする構成とすることができる。また、充電したとき、構造体は、第1面が凸となるように反る構成とすることができる。第1外装部材の第1B樹脂層が構造体の第1面と対向しており、第2外装部材の第2B樹脂層が構造体の第2面と対向している。ここで、前述したとおり、第1外装部材の第1B樹脂層が、構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面に該当し、第2外装部材の第2B樹脂層が、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面に該当する。あるいは又、第1外装部材の第1B樹脂層は、本開示の第1の態様〜第3の態様に係る二次電池における外装部材の第1面に該当し、第2外装部材の第2B樹脂層は、外装部材の第2面に該当する。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第4の態様に係る二次電池において、第1外装部材及び第2外装部材は、ラミネートフィルムから成る。具体的には、
第1A樹脂層(第1Aプラスチック材料層)と第1B樹脂層(第1Bプラスチック材料層、第1外装部材の第1面)とは異なる材料から成り、
第2A樹脂層(第2Aプラスチック材料層)と第2B樹脂層(第2Bプラスチック材料層、第2外装部材の第2面)とは異なる材料から成り、
第1A樹脂層と第2A樹脂層とは同じ材料から成り、あるいは又、第1A樹脂層と第2A樹脂層とは異なる材料から成り、
第1B樹脂層と第2B樹脂層とは同じ材料から成り、あるいは又、第1B樹脂層と第2B樹脂層とは異なる材料から成り、
第1金属層と第2金属層とは異なる材料から成る形態とすることができる。
ここで、第1外装部材の第1A樹脂層及び第2外装部材の第2A樹脂層は表面保護層として機能し、第1外装部材の第1B樹脂層及び第2外装部材の第2B樹脂層は融着層として機能する。そして、融着層同士が構造体を介して対向するように第1外装部材と第2外装部材を重ね合わせた後、融着層を融着する。融着層は、上述したと同様に、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、これらの重合体等のオレフィン樹脂のフィルムから成る。表面保護層は、上述したと同様に、例えば、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等から成る。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様〜第4の態様に係る二次電池において、電解質はゲル状電解質から成る形態とすることができるが、これに限定するものではない。ゲル状電解質にあっては、電解液の真空注入プロセスが必要とされず、連続塗工プロセスを採用することができるため、大面積の二次電池を製造する際に生産性の点で優位である。
セパレータは、正極と負極とを隔離して、正極と負極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら、リチウムイオンを通過させるものである。以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様〜第4の態様に係る二次電池において、セパレータを構成する材料は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリイミド樹脂から成る形態とすることができる。即ち、セパレータは、例えば、ポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂)、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、芳香族ポリアミドといった合成樹脂から成る多孔質膜;セラミック等の多孔質膜;ガラス繊維;液晶ポリエステル繊維や芳香族ポリアミド繊維、セルロース系繊維から成る不織布から構成されている。あるいは又、セパレータを2種類以上の多孔質膜が積層された積層膜から構成することもできるし、無機物層が塗布されたセパレータや、無機物含有セパレータとすることもできる。
構造体の第1面及び構造体の第2面は、例えば、負極活物質層から構成され、あるいは又、負極集電体から構成され、あるいは又、正極活物質層から構成され、あるいは又、正極集電体から構成され、あるいは又、構造体の最外周部に貼り付けられた保護テープから構成される。
本開示の二次電池、具体的には、例えば、リチウムイオン二次電池において、正極活物質にはリチウム原子が含まれる形態とすることができる。正極において、正極集電体の片面又は両面には、正極活物質層が形成されている。正極集電体を構成する材料として、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)等、又は、これらの何れかを含む合金や、ステンレス鋼等の導電材料を例示することができる。正極活物質層は、正極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である正極材料を含んでいる。正極活物質層は、更に、正極結着剤や正極導電剤等を含んでいてもよい。正極材料としてリチウム含有化合物(リチウム原子を含む化合物)を挙げることができ、高いエネルギー密度が得られるといった観点からは、リチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物を用いることが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(以下、『他元素』と呼ぶ。但し、リチウムを除く)を構成元素として含む酸化物であり、層状岩塩型の結晶構造又はスピネル型の結晶構造を有している。具体的には、例えば、リチウム−コバルト系材料、リチウム−ニッケル系材料、スピネルマンガン系材料、超格子構造材料を挙げることができる。あるいは又、リチウム含有リン酸化合物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(他元素)を構成元素として含むリン酸化合物であり、オリビン型の結晶構造を有している。
負極において、負極集電体の片面又は両面には、負極活物質層が形成されている。負極集電体を構成する材料として、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)等、又は、これらの何れかを含む合金や、ステンレス鋼等の導電材料を例示することができる。負極活物質層は、負極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料を含んでいる。負極活物質層は、更に、負極結着剤や負極導電剤等を含んでいてもよい。負極結着剤及び負極導電剤は、正極結着剤及び正極導電剤と同様とすることができる。負極集電体の表面は、所謂アンカー効果に基づき負極集電体に対する負極活物質層の密着性を向上させるといった観点から、粗面化されていることが好ましい。この場合、少なくとも負極活物質層を形成すべき負極集電体の領域の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法として、例えば、電解処理を利用して微粒子を形成する方法を挙げることができる。電解処理とは、電解槽中において電解法を用いて負極集電体の表面に微粒子を形成することで負極集電体の表面に凹凸を設ける方法である。あるいは又、負極をリチウム箔やリチウムシート、リチウム板から構成することもできる。
負極活物質層は、例えば、塗布法、気相法、液相法、溶射法、焼成法(焼結法)に基づき形成することができる。塗布法とは、粒子(粉末)状の負極活物質を負極結着剤等と混合した後、混合物を有機溶剤等の溶媒に分散させ、負極集電体に塗布する方法である。気相法とは、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法といったPVD法(物理的気相成長法)や、プラズマCVD法を含む各種CVD法(化学的気相成長法)である。液相法として、電解メッキ法や無電解メッキ法を挙げることができる。溶射法とは、溶融状態又は半溶融状態の負極活物質を負極集電体に噴き付ける方法である。焼成法とは、例えば、塗布法を用いて溶媒に分散された混合物を負極集電体に塗布した後、負極結着剤等の融点よりも高い温度で熱処理する方法であり、雰囲気焼成法、反応焼成法、ホットプレス焼成法を挙げることができる。
充電途中に意図せずにリチウムが負極に析出することを防止するために、負極材料の充電可能な容量は、正極の放電容量よりも大きいことが好ましい。即ち、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料の電気化学当量は、正極の電気化学当量よりも大きいことが好ましい。尚、負極に析出するリチウムとは、例えば、電極反応物質がリチウムである場合にはリチウム金属である。
実施例5は実施例1〜実施例4の変形である。尚、以下の説明においては、主に、実施例1〜実施例3において説明した二次電池を例に取り、説明を行うが、実施例4において説明した二次電池に適用することができることは云うまでもない。後述する実施例6においても同様である。
実施例5の二次電池は、平板型のラミネートフィルム型の二次電池から成り、正極、セパレータ及び負極が捲回されている。実施例5の二次電池の模式的な分解斜視図を図3及び図4Aに示し、図3、図4Aに示す捲回電極体(構造体)の矢印A−Aに沿った模式的な拡大断面図(YZ平面に沿った模式的な拡大断面図)を図4Bに示す。更には、図4Bに示す捲回電極体(構造体)の一部を拡大した模式的な一部断面図(XY平面に沿った模式的な一部断面図)を図5Aに示す。
実施例5の二次電池にあっては、ラミネートフィルムから成る外装部材10(あるいは第1外装部材と第2外装部材)の内部に捲回電極体(構造体)20が収納されている。尚、以下の説明においては、外装部材10、並びに、第1外装部材及び第2外装部材を総称して、『外装部材10等』と呼ぶ場合がある。捲回電極体20は、セパレータ25及び電解質層26を介して正極23と負極24とを積層した後、積層物を捲回することで作製することができる。正極23には正極リード21が取り付けられており、負極24には負極リード22が取り付けられている。捲回電極体20の最外周部は、保護テープ27によって保護されている。それ故、保護テープ27が構造体の第1面及び構造体の第2面に該当する。
このような捲回電極体(構造体)20にあっては、捲回中心を中心に積層物が捲回されている。図4Bにおいて、捲回中心を通るXZ平面をC−Cで示すが、この捲回中心を通るXZ平面が、実施例1における第1の部分1aと第2の部分1bとの境界1cに相当する。そして、図4Bにおいて、C−Cで示すXZ平面より上方に位置する捲回部分(実施例1における第1の部分1aに相当する)と、C−Cで示すXZ平面より下方に位置する捲回部分(実施例1における第2の部分1bに相当する)とでは、捲回数(巻き数)が異なるし、正極リード21、負極リード22の取付け位置が異なっている。即ち、二次電池の内部の構成部材である捲回電極体(構造体)20における厚さ方向(Y方向)の非対称性(巻き数の非対称性、リードの取付け位置の非対称性)に起因した膨張量の違いが曲げモーメントを発生させる。しかしながら、実施例5にあっても、実施例1〜実施例4に述べた各種の規定を有することで、充電時、負極活物質の体積変化に起因した反りが発生し難い二次電池を提供することができる。
正極リード21及び負極リード22は、外装部材10等の内部から外部に向かって同一方向に突出している。正極リード21は、アルミニウム等の導電性材料から形成されている。負極リード22は、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性材料から形成されている。これらの導電性材料は、例えば、薄板状又は網目状である。
外装部材10は、図3に示す矢印Rの方向に折り畳み可能な1枚のフィルムであり、外装部材10の一部には、捲回電極体20を収納するための窪み(凹部、エンボス)が設けられている。外装部材10は、具体的には、例えば、ナイロンフィルム(厚さ30μm)と、アルミニウム箔(厚さ40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ30μm)とが外側からこの順に積層された耐湿性のアルミラミネートフィルム(総厚100μm)から成る。あるいは又、外装部材は、実施例4において説明した構成、構造を有する。
外気の侵入を防止するために、外装部材10等と正極リード21との間、及び、外装部材10等と負極リード22との間には、密着フィルム11が挿入されている。密着フィルム11は、正極リード21及び負極リード22に対して密着性を有する材料、例えば、ポリオレフィン樹脂等、より具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂から成る。
図4B、図5Aに示すように、正極23は、正極集電体23Aの片面又は両面に正極活物質層23Bを有している。また、負極24は、負極集電体24Aの片面又は両面に負極活物質層24Bを有している。
正極23を作製する場合、先ず、正極活物質〈LiCoO2〉91質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部と、正極導電剤(黒鉛、グラファイト)6質量部とを混合して、正極合剤とする。そして、正極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)と混合して、ペースト状の正極合剤スラリーとする。次いで、コーティング装置を用いて帯状の正極集電体23A(厚さ12μmのアルミニウム箔)の両面に正極合剤スラリーを塗布した後、正極合剤スラリーを乾燥させて、正極活物質層23Bを形成する。そして、ロールプレス機を用いて正極活物質層23Bを圧縮成型する。
正極活物質としてLi1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)0.85O2を用いる場合、先ず、硫酸ニッケル〈NiSO4〉と、硫酸コバルト〈CoSO4〉と、硫酸マンガン〈MnSO4〉とを混合する。そして、混合物を水に分散させて、水溶液を調製する。次いで、水溶液を十分に攪拌しながら、水溶液に水酸化ナトリウム〈NaOH〉を添加して、共沈物(マンガン・ニッケル・コバルト複合共沈水酸化物)を得る。その後、共沈物を水洗してから乾燥させ、次いで、共沈物に水酸化リチウム一水和塩を添加して、前駆体を得る。そして、大気中において前駆体を焼成(800゜C×10時間)することで、上記の正極活物質を得ることができる。
また、正極活物質としてLiNi0.5Mn1.50O4を用いる場合、先ず、炭酸リチウム〈Li2CO3〉と、酸化マンガン〈MnO2〉と、酸化ニッケル〈NiO〉とを秤量して、ボールミルを用いて秤量物を混合する。この場合、主要元素の混合比(モル比)をNi:Mn=25:75とする。次いで、大気中において混合物を焼成(800゜C×10時間)した後、冷却する。次に、ボールミルを用いて焼成物を再混合した後、大気中において焼成物を再焼成(700゜C×10時間)することで、上記の正極活物質を得ることができる。
あるいは又、正極活物質として、以下の式(A)で表される化合物、あるいは、LiNiMnO系材料を用いることもできる。
Li1+a(MnbCocNi1-b-c)1-aM0 dO2-e (A)
ここで、「M0」は、長周期型周期表における2族〜15族に属する元素(但し、マンガン、コバルト及びニッケルを除く)の少なくとも1種類であり、0<a<0.25,0.3≦b<0.7,0≦c<1−b,0≦d≦1,0≦e≦1を満足する。具体的には、Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)0.85O2を例示することができる。また、LiNiMnO系材料として、具体的には、LiNi0.5Mn1.50O4を例示することができる。
負極24を作製する場合、先ず、負極活物質(黒鉛、グラファイト)97質量部と、負極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部とを混合して、負極合剤とする。黒鉛の平均粒径d50を20μmとする。次いで、負極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)と混合して、ペースト状の負極合剤スラリーとする。そして、コーティング装置を用いて帯状の負極集電体24A(厚さ15μmの銅箔)の両面に負極合剤スラリーを塗布した後、負極合剤スラリーを乾燥させて、負極活物質層24Bを形成する。そして、ロールプレス機を用いて負極活物質層24Bを圧縮成型する。
あるいは又、負極活物質(ケイ素)と負極結着剤の前駆体(ポリアミック酸)とを混合して、負極合剤とすることもできる。この場合、混合比を乾燥質量比でケイ素:ポリアミック酸=80:20とする。ケイ素の平均粒径d50を1μmとする。ポリアミック酸の溶媒として、N−メチル−2−ピロリドン及びN,N−ジメチルアセトアミドを用いる。また、圧縮成型の後、真空雰囲気中において負極合剤スラリーを、400゜C×12時間といった条件で加熱する。これによって、負極結着剤であるポリイミドが形成される。
セパレータ25は、厚さ20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムから成る。また、捲回電極体20には、ゲル状電解質である非水系電解液が含浸されている。
電解質層26は、非水系電解液及び保持用高分子化合物を含んでおり、非水系電解液は、保持用高分子化合物によって保持されている。電解質層26は、ゲル状電解質であり、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、非水系電解液の漏液が防止される。電解質層26は、更に、添加剤等の他の材料を含んでいてもよい。
非水系電解液の組成として、以下の表3、表4を例示することができる。
〈表3〉
有機溶媒 :EC/PC 質量比で1/1
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
その他の添加剤 :炭酸ビニレン(VC) 1質量%
〈表4〉
有機溶媒 :EC/DMC/FEC
質量比で2.7/6.3/1.0
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
保持用高分子化合物として、具体的には、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(PVF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、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、ポリエチレンオキシド、塩化ビニルを例示することができる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。また、保持用高分子化合物は共重合体であってもよい。共重合体として、具体的には、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等を例示することができるが、中でも、電気化学的な安定性といった観点から、単独重合体としてポリフッ化ビニリデンが好ましく、共重合体として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。また、フィラーとして、Al2O3、SiO2、TiO2、BN(窒化ホウ等の耐熱性の高い化合物を含んでいてもよい。
非水系電解液を調製する場合、詳細は後述するが、第1化合物、第2化合物、第3化合物、及び、他の材料を混合、撹拌する。第1化合物として、ビスフルオロスルホニルイミドリチウム〈LiFSI〉又はビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム〈LiTFSI〉を用いる。また、第2化合物として、非酸素含有モノニトリル化合物であるアセトニトリル(AN)、プロピオニトリル(PN)若しくはブチロニトリル(BN)、又は、酸素含有モノニトリル化合物であるメトキシアセトニトリル(MAN)を用いる。更には、第3化合物として、不飽和環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)、炭酸ビニルエチレン(VEC)若しくは炭酸メチレンエチレン(MEC)、又は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)若しくは炭酸ビス(フルオロメチル)(DFDMC)、又は、ポリニトリル化合物であるスクシノニトリル(SN)を用いる。更には、他の材料として、環状炭酸エステルである炭酸エチレン(EC)、鎖状炭酸エステルである炭酸ジメチル(DMC)、電解質塩である六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉、四フッ化ホウ酸リチウム〈LiBF4〉を用いる。
尚、ゲル状の電解質である電解質層26において、非水系電解液の溶媒とは、液状の材料だけでなく、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材料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、高分子化合物も溶媒に含まれる。ゲル状の電解質層26に代えて、非水系電解液をそのまま用いてもよい。この場合、非水系電解液が捲回電極体20に含浸される。
具体的には、電解質層26を形成する場合、先ず、非水系電解液を調製する。そして、非水系電解液と、保持用高分子化合物と、有機溶剤(炭酸ジメチル)とを混合して、ゾル状の前駆体溶液を調製する。保持用高分子化合物として、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体(ヘキサフルオロプロピレンの共重合量=6.9質量%)を用いる。次いで、正極23及び負極24に前駆体溶液を塗布した後、前駆体溶液を乾燥させて、ゲル状の電解質層26を形成する。
正極23に含まれている正極活物質と負極24に含まれている負極活物質との間の領域(活物質間領域)の内のいずれかに、絶縁性材料を備えていてもよい。絶縁性材料が配置される場所は、活物質間領域の内のいずれかであれば特に限定されない。即ち、絶縁性材料は、正極23(正極活物質層23B)中に存在していてもよいし、負極24(負極活物質層24B)中に存在していてもよいし、正極23と負極24との間に存在していてもよい。一例を挙げると、絶縁性材料を配置する場所に関して、例えば、以下で説明するように、3通りの態様を挙げることができる。
第1態様においては、図5Bに示すように、正極活物質層23Bは、粒子状の正極活物質211を含んでいる。そして、正極活物質211の表面に、絶縁性材料を含む層(第1絶縁層である活物質絶縁層212)が形成されている。活物質絶縁層212は、正極活物質211の表面の一部だけを被覆していてもよいし、全部を被覆していてもよい。活物質絶縁層212が正極活物質211の表面の一部を被覆している場合、互いに離間された複数の活物質絶縁層212が存在していてもよい。活物質絶縁層212は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
活物質絶縁層212は、絶縁性セラミックス等の無機絶縁性材料から成り、あるいは又、絶縁性高分子化合物等の有機絶縁性材料から成り、あるいは又、無機絶縁性材料及び有機絶縁性材料から成る。絶縁性セラミックスとして、具体的には、酸化アルミニウム〈Al2O3〉、酸化ケイ素〈SiO2〉、酸化マグネシウム〈MgO〉、酸化チタン〈TiO2〉、酸化ジルコニウム〈ZrO2〉を例示することができるし、LiNbO3、LIPON〈Li3+yPO4-xNx,但し、0.5≦x≦1、−0.3<y<0.3〉、LISICON(Lithium-Super-Ion-CONductor)と呼ばれる材料、Thio−LISICON(例えば、Li3.25Ge0.25P0.75S4)、Li2S、Li2S−P2S5、Li2S−SiS2、Li2S−GeS2、Li2S−B2S5、Li2S−Al2S5及びLi2O−Al2O3−TiO2−P2O5(LATP)を例示することもできる。絶縁性高分子化合物は、結着剤を構成する材料と同様とすることができるが、中でも、フッ化ビニリデンの単独重合体(例えば、ポリフッ化ビニリデン)あるいは共重合体(例えば、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体)が好ましい。物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。フッ化ビニリデンと共重合される単量体は、ヘキサフルオロプロピレン以外の単量体であってもよい。
正極活物質211の表面に活物質絶縁層212を形成する手順は、例えば、以下のとおりである。尚、活物質絶縁層212が絶縁性セラミックスを含む場合を例にとり説明する。活物質絶縁層212を形成する場合、正極活物質211の粒子と絶縁性セラミックスの粒子とを混合する。そして、ボールミル、ジェットミル、擂潰機、微粉粉砕機等を用いて、混合物を粉砕・混合する。この場合、水等の分散媒又は溶媒を混合物に加えてもよい。これによって、正極活物質211の表面に絶縁性セラミックスが被着するため、活物質絶縁層212が形成される。その他、メカノフュージョン等のメカノケミカル処理を用いて、絶縁性セラミックスを被着させてもよい。また、スパッタリング法等のPVD法やCVD法に基づき、正極活物質211の表面に絶縁性セラミックスを堆積させてもよい。あるいは又、ゾル・ゲル法を用いてもよく、この場合、アルミニウム、ケイ素等を含むアルコキシド溶液に正極活物質211を浸漬させて、正極活物質211の表面に前駆体層を被着させた後、前駆体層を焼成すればよい。
第2態様においては、図5Cに示すように、負極24(負極活物質層24B)の表面に、絶縁性材料を含む層(第2絶縁層である負極絶縁層213)が設けられている。負極絶縁層213の被覆状態、層構造及び構成材料等に関する詳細は、上記の活物質絶縁層212と同様である。そして、この場合、特に、負極絶縁層213が絶縁性高分子化合物を含んでいると、負極24に対するセパレータ25の密着性が向上するため、捲回電極体20が歪み難くなる。そして、これによって、非水系電解液の分解反応が抑制されると共に、セパレータ25に含浸されている非水系電解液の漏液も抑制される。よって、充放電を繰り返しても抵抗が上昇し難くなると共に、二次電池が膨れ難くなる。
負極活物質層24Bの表面に負極絶縁層213を形成する手順は、例えば、以下のとおりである。尚、負極絶縁層213が絶縁性セラミックス及び絶縁性高分子化合物を含む場合を例にとり説明する。負極絶縁層213を形成する場合、絶縁性セラミックスの粒子と、絶縁性高分子化合物と、N−メチル−2−ピロリドン等の溶媒とを混合して、絶縁性セラミックスの粒子を溶媒中に分散させると共に、絶縁性高分子化合物を溶媒に溶解させる。そして、混合液中に負極24を浸漬させた後、混合液中から負極24を取り出して乾燥させる。これによって、混合液中の溶媒が揮発すると共に絶縁性高分子化合物が膜化するため、負極活物質層24Bの表面に負極絶縁層213が形成される。この場合、乾燥前に負極24を加圧して、負極絶縁層213の厚さを調整してもよい。混合液中に負極24を浸漬させる代わりに、混合液を負極活物質層24Bの表面に塗布してもよい。
あるいは又、負極絶縁層213を形成する場合、先ず、粉末状の絶縁性セラミックス80質量部と、絶縁性高分子化合物(ポリフッ化ビニリデン)20質量部とを混合した後、混合物を有機溶剤に分散させて、処理溶液を調製する。粉末状の絶縁性セラミックスとして、酸化アルミニウム〈Al2O3〉及び酸化ケイ素〈SiO2〉を用いる。絶縁性セラミックスの平均粒径d50を0.5μmとする。そして、処理溶液中に負極24を浸漬した後、グラビアローラを用いて負極24の表面に供給された処理溶液の厚さを調整する。そして、乾燥器を用いて処理溶液を120゜Cにて乾燥させて、処理溶液中の有機溶剤を揮発させる。こうして、負極活物質層24Bの表面に負極絶縁層213を形成することができる。負極絶縁層213の厚さを、例えば5μmとする。
第3態様においては、図5Dに示すように、セパレータ25の表面に、絶縁性材料を含む層(第3絶縁層であるセパレータ絶縁層214)が設けられている。セパレータ絶縁層214は、セパレータ25の正極23と対向する面に設けられていてもよいし、負極24と対向する面に設けられていてもよいし、双方の面に設けられていてもよい。セパレータ絶縁層214の被覆状態、層構造及び構成材料等に関する詳細は、上記の活物質絶縁層212と同様である。そして、この場合、特に、セパレータ絶縁層214が絶縁性高分子化合物を含んでいると、正極23及び負極24に対するセパレータ25の密着性が向上するため、上記の負極絶縁層213が高分子化合物を含んでいる場合と同様の利点が得られる。
セパレータ絶縁層214を形成する場合、先ず、負極絶縁層213を調製した場合と同様の手順に基づき、処理溶液を調製する。次いで、処理溶液中にセパレータ25を浸漬する。そして、処理溶液中からセパレータ25を引き上げた後、セパレータ25を水で洗浄する。そして、セパレータ25の表面に供給された処理溶液を熱風で80゜Cにて乾燥させて、処理溶液中の有機溶剤を揮発させる。こうして、セパレータ25の両面にセパレータ絶縁層214を形成することができる。セパレータ25の両面に形成されたセパレータ絶縁層214の厚さ(総厚)を、例えば4.5μmとする。
セパレータ25の表面にセパレータ絶縁層214を形成する手順は、上記の負極絶縁層213を形成する手順と同様である。セパレータ絶縁層214が絶縁性高分子化合物だけを含む場合には、絶縁性セラミックスの粒子を用いないことを除き、セパレータ絶縁層214が絶縁性セラミックス及び絶縁性高分子化合物を含む場合と同様の手順を用いればよい。
活物質間領域の内のいずれかに絶縁性材料を配置することで、電池特性と安全性とを両立させることができる。即ち、活物質間領域に絶縁性材料が配置されていると、二次電池の内部において熱暴走等の異常が発生し難くなるため、安全性が向上する。しかも、非水系電解液が第1化合物(後述する)を含んでいると、第1化合物との反応に起因して絶縁性材料の表面状態が適正化されるため、活物質間領域に絶縁性材料が存在していても、リチウムイオンが円滑に移動し易くなるため、電池特性が確保される。よって、電池特性を確保しつつ、安全性が向上する。
絶縁性材料の表面状態が適正化されるメカニズムは、例えば、以下のとおりであると考えられる。即ち、絶縁性材料が酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスを含んでいる場合、絶縁性材料の粒子表面に存在する水酸基〈−OH〉に起因して、リチウムイオンが移動し難くなる傾向にある。しかしながら、非水系電解液に第1化合物(後述する)が含まれていると、第1化合物と絶縁性材料とが反応するため、絶縁性材料の表面に、リチウムイオンの移動を阻害し難い被膜が形成される。この場合、例えば、第1化合物がSO2−F結合を含んでいると、SO2−F結合と水酸基とが反応するため、セラミックスの粒子表面にF−SO2−N−SO2−O−結合を有する良好な被膜が形成される。そして、この被膜によって、セラミックスの表面状態がリチウムイオンの移動を阻害し難くなるように改質される。
ゲル状の電解質層26を備えた二次電池は、例えば、以下の3種類の手順に基づき製造することができる。尚、以下の説明では、絶縁層212,213,214の形成手順は省略する。
第1の手順にあっては、先ず、正極集電体23Aの両面に正極活物質層23Bを形成し、負極集電体24Aの両面に負極活物質層24Bを形成する。一方、非水系電解液、保持用高分子化合物及び有機溶剤を混合して、ゾル状の前駆体溶液を調製する。そして、正極23及び負極24に前駆体溶液を塗布した後、前駆体溶液を乾燥させて、ゲル状の電解質層26を形成する。その後、溶接法等を用いて、正極集電体23Aに正極リード21を取り付け、負極集電体24Aに負極リード22を取り付ける。次に、厚さ25μmの微孔性プリプロピレンフィルムから成るセパレータ25を介して正極23と負極24とを積層し、捲回して、捲回電極体20を作製した後、最外周部に保護テープ27を貼り付ける。その後、捲回電極体20を挟むように外装部材10を折り畳んだ後、熱融着法等を用いて外装部材10の外周縁部同士を接着させて、外装部材10の内部に捲回電極体20を封入する。あるいは又、その後、第2外装部材の凹部に捲回電極体20を収納し、熱融着法等を用いて第1外装部材と第2外装部材とを接着させて、第1外装部材及び第2外装部材の内部に捲回電極体を封入する。尚、正極リード21及び負極リード22と外装部材10等との間に密着フィルム(厚さ50μmの酸変性プロピレンフィルム)11を挿入しておく。
あるいは又、第2の手順にあっては、先ず、正極23及び負極24を作製する。そして、正極23に正極リード21を取り付け、負極24に負極リード22を取り付ける。その後、セパレータ25を介して正極23と負極24とを積層し、捲回して、捲回電極体20の前駆体である捲回体を作製した後、捲回体の最外周部に保護テープ27を貼り付ける。次いで、捲回体を挟むように外装部材10を折り畳んだ後、熱融着法等を用いて外装部材10の内の一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着し、袋状の外装部材10の内部に捲回体を収納する。あるいは又、その後、第2外装部材の凹部に捲回体を収納し、熱融着法等を用いて第1外装部材と第2外装部材とを接着させて、第1外装部材及び第2外装部材の内部に捲回電極体を封入する。一方、非水系電解液と、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等の他の材料とを混合して、電解質用組成物を調製する。そして、外装部材10等の内部に電解質用組成物を注入した後、熱融着法等を用いて外装部材10等を密封する。その後、モノマーを熱重合させて、高分子化合物を形成する。これによって、ゲル状の電解質層26が形成される。
あるいは又、第3の手順にあっては、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ25を用いることを除き、第2の手順と同様にして、捲回体を作製して外装部材10等の内部に収納する。セパレータ25に塗布される高分子化合物は、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体(単独重合体、共重合体又は多元共重合体)等である。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及びクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体等である。フッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種類又は2種類以上の高分子化合物を用いてもよい。その後、非水系電解液を調製して外装部材10等の内部に注入した後、熱融着法等を用いて外装部材10等の開口部を密封する。次いで、外装部材10等に荷重を加えながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ25を正極23及び負極24に密着させる。これによって、非水系電解液が高分子化合物に含浸すると共に、高分子化合物がゲル化し、電解質層26が形成される。
第3の手順では、第1の手順よりも二次電池の膨れが抑制される。また、第3の手順では、第2の手順と比較して、溶媒及び高分子化合物の原料であるモノマー等が電解質層26中に殆ど残存しないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。そのため、正極23、負極24及びセパレータ25と電解質層26とが十分に密着する。
実施例5の二次電池は、例えば、以下のように動作する。即ち、充電時、正極23からリチウムイオンが放出されると、リチウムイオンが非水系電解液を介して負極24に吸蔵される。一方、放電時、負極24からリチウムイオンが放出されると、リチウムイオンが非水系電解液を介して正極23に吸蔵される。二次電池は、例えば、完全充電時の開回路電圧(電池電圧)が4.2ボルト乃至6.0ボルト、好ましくは4.25ボルト乃至6.0ボルト、より好ましくは4.3ボルト乃至4.55ボルトとなるように設計されていることが望ましい。この場合、完全充電時の開回路電圧が4.2ボルトとなるように設計されている場合と比較して、同じ種類の正極活物質を用いても、単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなる。このように、正極活物質の量と負極活物質との量を調整し、完全充電時の開回路電圧(電池電圧)が所定の電圧(上限電圧)となるように二次電池を設計することで、高いエネルギー密度が得られる。
実施例7においては、本開示の二次電池の適用例について説明する。
本開示の二次電池の用途は、本開示の二次電池を駆動用・作動用の電源又は電力蓄積用の電力貯蔵源として利用可能な機械、機器、器具、装置、システム(複数の機器等の集合体)であれば、特に限定されない。電源として使用される二次電池は、主電源(優先的に使用される電源)であってもよいし、補助電源(主電源に代えて、又は、主電源から切り換えて使用される電源)であってもよい。二次電池を補助電源として使用する場合、主電源は二次電池に限られない。
本開示の二次電池の用途として、具体的には、ビデオカメラやカムコーダ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機、各種表示装置、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、音楽プレーヤ、携帯用ラジオ、電子ブックや電子新聞等の電子ペーパー、PDA(Personal Digital Assistant)を含む携帯用情報端末といった各種電子機器、電気機器(携帯用電子機器を含む);玩具;電気シェーバ等の携帯用生活器具;室内灯等の照明器具;ペースメーカや補聴器等の医療用電子機器;メモリーカード等の記憶用装置;着脱可能な電源としてパーソナルコンピュータ等に用いられる電池パック;電動ドリルや電動鋸等の電動工具;非常時等に備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステム等の電力貯蔵システムやホームエネルギーサーバ(家庭用蓄電装置);蓄電ユニットやバックアップ電源;電動自動車、電動オートバイ、電動自転車、セグウェイ(登録商標)等の電動車両;航空機や船舶の電力駆動力変換装置(具体的には、例えば、動力用モータ)の駆動を例示することができるが、これらの用途に限定するものではない。
中でも、本開示の二次電池は、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具、電子機器、電気機器等に適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本開示の二次電池を用いることで、有効に性能向上を図ることができる。電池パックは、二次電池を用いた電源であり、所謂組電池等である。電動車両は、二次電池を駆動用電源として作動(走行)する車両であり、二次電池以外の駆動源を併せて備えた自動車(ハイブリッド自動車等)であってもよい。電力貯蔵システムは、二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である二次電池に電力が蓄積されているため、電力を利用して家庭用の電気製品等が使用可能となる。電動工具は、二次電池を駆動用の電源として可動部(例えばドリル等)が可動する工具である。電子機器や電気機器は、二次電池を作動用の電源(電力供給源)として各種機能を発揮する機器である。
以下、二次電池の幾つかの適用例について具体的に説明する。尚、以下で説明する各適用例の構成は、あくまで一例であり、構成は適宜変更可能である。
単電池を用いた電池パックを分解した模式的な斜視図を図6に示し、電池パック(単電池)の構成を表すブロック図を図7Aに示す。電池パックは、1つの二次電池を用いた簡易型の電池パック(所謂ソフトパック)であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器等に搭載される。電池パックは、ラミネートフィルム型の実施例1〜実施例6の二次電池から成る電源31、及び、電源31に接続された回路基板35を備えている。電源31には、正極リード32及び負極リード33が取り付けられている。
電源31の両側面には、一対の粘着テープ37が貼り付けられている。回路基板35には、保護回路(PCM:Protection Circuit Module)が設けられている。回路基板35は、タブ34Aを介して正極リード32に接続され、タブ34Bを介して負極リード33に接続されている。また、回路基板35には、外部接続用のコネクタ付きリード線36が接続されている。回路基板35が電源31に接続された状態において、回路基板35は、ラベル38及び絶縁シート39によって上下から保護されている。ラベル38を貼り付けることで、回路基板35及び絶縁シート39は固定される。回路基板35は、制御部41、スイッチ部42、PTC素子43、温度検出部44、及び、温度検出素子44Aを備えている。電源31は、正極端子45A及び負極端子45Bを介して外部と接続可能であり、充放電される。電源31は、正極端子45A及び負極端子45Bを介して充放電される。温度検出部44は、温度検出素子44Aを介して温度を検出可能である。
電池パック全体の動作(電源31の使用状態を含む)を制御する制御部41には、中央演算処理装置(CPU)及びメモリ等が備えられている。制御部41は、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部42を切断することで、電源31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41は、充電時において大電流が流れると、スイッチ部42を切断し、充電電流を遮断する。その他、制御部41は、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部42を切断することで、電源31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41は、放電時において大電流が流れると、スイッチ部42を切断し、放電電流を遮断する。
二次電池の過充電検出電圧は、例えば、4.20ボルト±0.05ボルトであり、過放電検出電圧は、例えば、2.4ボルト±0.1ボルトである。
スイッチ部42は、制御部41の指示に応じて、電源31の使用状態(電源31と外部機器との接続の可否)を切り換える。スイッチ部42には、充電制御スイッチ及び放電制御スイッチ等が備えられている。充電制御スイッチ及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)等の半導体スイッチから成る。充放電電流は、例えば、スイッチ部42のオン抵抗に基づいて検出される。サーミスタ等の温度検出素子44Aを備えた温度検出部44は、電源31の温度を測定し、測定結果を制御部41に出力する。温度検出部44の測定結果は、異常発熱時における制御部41による充放電制御、制御部41による残容量算出時における補正処理等に用いられる。回路基板35にはPTC素子43が備えられていなくともよく、この場合、別途、回路基板35にPTC素子を配設すればよい。
次に、図7Aに示したとは別の電池パック(組電池)の構成を表すブロック図を図7Bに示す。この電池パックは、例えば、プラスチック材料等から作製された筐体50の内部に、制御部51、メモリ52、電圧検出部53、電流測定部54、電流検出抵抗器54A、温度検出部55、温度検出素子55A、スイッチ制御部56、スイッチ部57、電源58、正極端子59A、及び、負極端子59Bを備えている。
制御部51は、電池パック全体の動作(電源58の使用状態を含む)を制御し、例えば、CPU等を備えている。電源58は、例えば、実施例1〜実施例6において説明した2以上の二次電池(図示せず)を含む組電池であり、二次電池の接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源58は、2並列3直列となるように接続された6つの二次電池を備えている。
スイッチ部57は、制御部51の指示に応じて電源58の使用状態(電源58と外部機器との接続の可否)を切り換える。スイッチ部57には、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオード及び放電用ダイオード(いずれも図示せず)が備えられている。充電制御スイッチ及び放電制御スイッチは、例えば、MOSFET等の半導体スイッチから成る。
電流測定部54は、電流検出抵抗器54Aを用いて電流を測定し、測定結果を制御部51に出力する。温度検出部55は、温度検出素子55Aを用いて温度を測定し、測定結果を制御部51に出力する。温度測定結果は、例えば、異常発熱時における制御部51による充放電制御、制御部51による残容量算出時における補正処理等に用いられる。電圧検出部53は、電源58中における二次電池の電圧を測定し、測定電圧をアナログ−デジタル変換して制御部51に供給する。
スイッチ制御部56は、電流測定部54及び電圧検出部53から入力される信号に応じて、スイッチ部57の動作を制御する。スイッチ制御部56は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部57(充電制御スイッチ)を切断して、電源58の電流経路に充電電流が流れないように制御する。これによって、電源58では、放電用ダイオードを介した放電のみが可能になる。また、スイッチ制御部56は、例えば、充電時に大電流が流れた場合に、充電電流を遮断する。更には、スイッチ制御部56は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部57(放電制御スイッチ)を切断して、電源58の電流経路に放電電流が流れないようにする。これによって、電源58では、充電用ダイオードを介した充電のみが可能になる。また、スイッチ制御部56は、例えば、放電時に大電流が流れた場合に、放電電流を遮断する。
二次電池の過充電検出電圧は、例えば、4.20ボルト±0.05ボルトであり、過放電検出電圧は、例えば、2.4ボルト±0.1ボルトである。
メモリ52は、例えば、不揮発性メモリであるEEPROM等から成る。メモリ52には、例えば、制御部51によって演算された数値や、製造工程段階で測定された二次電池の情報(例えば、初期状態の内部抵抗等)等が記憶されている。メモリ52に二次電池の満充電容量を記憶させておけば、制御部51が残容量等の情報を把握することが可能となる。サーミスタ等から成る温度検出素子55Aは、電源58の温度を測定し、測定結果を制御部51に出力する。正極端子59A及び負極端子59Bは、電池パックによって作動させられる外部機器(例えばパーソナルコンピュータ等)や、電池パックを充電するために用いられる外部機器等(例えば充電器等)に接続される端子である。電源58の充放電は、正極端子59A及び負極端子59Bを介して行われる。
次に、電動車両の一例であるハイブリッド自動車といった電動車両の構成を表すブロック図を図8Aに示す。電動車両は、例えば、金属製の筐体60の内部に、制御部61、各種センサ62、電源63、エンジン71、発電機72、インバータ73,74、駆動用のモータ75、差動装置76、トランスミッション77及びクラッチ78を備えている。その他、電動車両は、例えば、差動装置76や、トランスミッション77に接続された前輪用駆動軸81、前輪82、後輪用駆動軸83、後輪84を備えている。
電動車両は、例えば、エンジン71又はモータ75のいずれか一方を駆動源として走行可能である。エンジン71は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジン等である。エンジン71を動力源とする場合、エンジン71の駆動力(回転力)は、例えば、駆動部である差動装置76、トランスミッション77及びクラッチ78を介して前輪82又は後輪84に伝達される。エンジン71の回転力は発電機72にも伝達され、回転力を利用して発電機72が交流電力を発生させ、交流電力はインバータ74を介して直流電力に変換され、電源63に蓄積される。一方、変換部であるモータ75を動力源とする場合、電源63から供給された電力(直流電力)がインバータ73を介して交流電力に変換され、交流電力を利用してモータ75を駆動する。モータ75によって電力から変換された駆動力(回転力)は、例えば、駆動部である差動装置76、トランスミッション77及びクラッチ78を介して前輪82又は後輪84に伝達される。
図示しない制動機構を介して電動車両が減速すると、減速時の抵抗力がモータ75に回転力として伝達され、その回転力を利用してモータ75が交流電力を発生させるようにしてもよい。交流電力はインバータ73を介して直流電力に変換され、直流回生電力は電源63に蓄積される。
制御部61は、電動車両全体の動作を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源63は、実施例1〜実施例6において説明した1又は2以上の二次電池(図示せず)を備えている。電源63は、外部電源と接続され、外部電源から電力供給を受けることで電力を蓄積する構成とすることもできる。各種センサ62は、例えば、エンジン71の回転数を制御すると共に、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御するために用いられる。各種センサ62は、例えば、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等を備えている。
尚、電動車両がハイブリッド自動車である場合について説明したが、電動車両は、エンジン71を用いずに電源63及びモータ75だけを用いて作動する車両(電気自動車)でもよい。
次に、電力貯蔵システムの構成を表すブロック図を図8Bに示す。電力貯蔵システムは、例えば、一般住宅及び商業用ビル等の家屋90の内部に、制御部91、電源92、スマートメータ93、及び、パワーハブ94を備えている。
電源92は、例えば、家屋90の内部に設置された電気機器(電子機器)95に接続されていると共に、家屋90の外部に停車している電動車両97に接続可能である。また、電源92は、例えば、家屋90に設置された自家発電機96にパワーハブ94を介して接続されていると共に、スマートメータ93及びパワーハブ94を介して外部の集中型電力系統98に接続可能である。電気機器(電子機器)95は、例えば、1又は2以上の家電製品を含んでいる。家電製品として、例えば、冷蔵庫、エアコンディショナー、テレビジョン受像機、給湯器等を挙げることができる。自家発電機96は、例えば、太陽光発電機や風力発電機等から構成されている。電動車両97として、例えば、電動自動車、ハイブリッド自動車、電動オートバイ、電動自転車、セグウェイ(登録商標)等を挙げることができる。集中型電力系統98として、商用電源、発電装置、送電網、スマートグリッド(次世代送電網)を挙げることができるし、また、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所、風力発電所等を挙げることもできるし、集中型電力系統98に備えられた発電装置として、種々の太陽電池、燃料電池、風力発電装置、マイクロ水力発電装置、地熱発電装置等を例示することができるが、これらに限定するものではない。
制御部91は、電力貯蔵システム全体の動作(電源92の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源92は、実施例1〜実施例6において説明した1又は2以上の二次電池(図示せず)を備えている。スマートメータ93は、例えば、電力需要側の家屋90に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能である。そして、スマートメータ93は、例えば、外部と通信しながら、家屋90における需要・供給のバランスを制御することで、効率的で安定したエネルギー供給が可能となる。
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統98からスマートメータ93及びパワーハブ94を介して電源92に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機96からパワーハブ94を介して電源92に電力が蓄積される。電源92に蓄積された電力は、制御部91の指示に応じて電気機器(電子機器)95及び電動車両97に供給されるため、電気機器(電子機器)95の作動が可能になると共に、電動車両97が充電可能になる。即ち、電力貯蔵システムは、電源92を用いて、家屋90内における電力の蓄積及び供給を可能にするシステムである。
電源92に蓄積された電力は、任意に利用可能である。そのため、例えば、電気料金が安価な深夜に集中型電力系統98から電源92に電力を蓄積しておき、電源92に蓄積しておいた電力を電気料金が高い日中に用いることができる。
以上に説明した電力貯蔵システムは、1戸(1世帯)毎に設置されていてもよいし、複数戸(複数世帯)毎に設置されていてもよい。
次に、電動工具の構成を表すブロック図を図8Cに示す。電動工具は、例えば、電動ドリルであり、プラスチック材料等から作製された工具本体100の内部に、制御部101及び電源102を備えている。工具本体100には、例えば、可動部であるドリル部103が回動可能に取り付けられている。制御部101は、電動工具全体の動作(電源102の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源102は、実施例1〜実施例6において説明した1又は2以上の二次電池(図示せず)を備えている。制御部101は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、電源102からドリル部103に電力を供給する。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではなく、種々の変形が可能である。実施例において説明した二次電池の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。
以下、前述した二次電池を構成する正極、負極、非水系電解液等について、詳述する。
正極材料を構成する好ましい材料であるリチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物の詳細は、以下のとおりである。尚、リチウム含有複合酸化物やリチウム含有リン酸化合物を構成する他元素として、特に限定されないが、長周期型周期表における2族〜15族に属する元素のいずれか1種類又は2種類以上を挙げることができ、高い電圧が得られるといった観点からは、ニッケル〈Ni〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、鉄〈Fe〉を用いることが好ましい。
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、式(B)、式(C)、式(D)で表される化合物を例示することができる。
LiaMn1-b-cNibM11 cO2-dFe (B)
ここで、M11は、コバルト〈Co〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、ジルコニウム〈Zr〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,d,eの値は、
0.8≦a≦1.2
0<b<0.5
0≦c≦0.5
b+c<1
−0.1≦d≦0.2
0≦e≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
LiaNi1-bM12 bO2-cFd (C)
ここで、M12は、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.8 ≦a≦1.2
0.005≦b≦0.5
−0.1 ≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
LiaCo1-bM13 bO2-cFd (D)
ここで、M13は、ニッケル〈Ni〉、マンガン〈Mn〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.8≦a≦1.2
0≦b<0.5
−0.1≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2、Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2を例示することができる。
また、スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、式(E)で表される化合物を例示することができる。
LiaMn2-bM14 bOcFd (E)
ここで、M14は、コバルト〈Co〉、ニッケル〈Ni〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.9≦a≦1.1
0≦b≦0.6
3.7≦c≦4.1
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiMn2O4を例示することができる。
更には、オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、式(F)で表される化合物を例示することができる。
LiaM15PO4 (F)
ここで、M15は、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、鉄〈Fe〉、ニッケル〈Ni〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、ニオブ〈Nb〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉、タングステン〈W〉及びジルコニウム〈Zr〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、aの値は、
0.9≦a≦1.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、具体的には、LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4、LiFe0.3Mn0.7PO4を例示することができる。
あるいは又、リチウム含有複合酸化物として、式(G)で表される化合物を例示することができる。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x (G)
ここで、xの値は、
0≦x≦1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、xは完全放電状態の値である。
正極には、その他、例えば、酸化チタン、酸化バナジウム、二酸化マンガンといった酸化物;二硫化チタン、硫化モリブデンといった二硫化物;セレン化ニオブといったカルコゲン化物;硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェンといった導電性高分子が含まれていてもよい。
結着剤として、具体的には、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエンといった合成ゴム;ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドといった高分子材料等を例示することができる。また、導電剤として、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックといった炭素材料を例示することができるが、導電性を有する材料であれば、金属材料、導電性高分子等とすることもできる。
負極を構成する材料の詳細は、以下のとおりである。
負極を構成する材料として、例えば、炭素材料を挙げることができる。炭素材料は、リチウムの吸蔵・放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が安定して得られる。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層の導電性が向上する。炭素材料として、例えば、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、黒鉛(グラファイト)を挙げることができる。但し、難黒鉛化性炭素における(002)面の面間隔は0.37nm以上であることが好ましいし、黒鉛における(002)面の面間隔は0.34nm以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料として、例えば、熱分解炭素類;ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスといったコークス類;ガラス状炭素繊維;フェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子化合物を適当な温度で焼成(炭素化)することで得ることができる有機高分子化合物焼成体;活性炭;カーボンブラック類を挙げることができる。また、炭素材料として、その他、約1000゜C以下の温度で熱処理された低結晶性炭素を挙げることもできるし、非晶質炭素とすることもできる。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状、鱗片状のいずれであってもよい。
あるいは又、負極を構成する材料として、例えば、金属元素、半金属元素のいずれかを、1種類又は2種類以上、構成元素として含む材料(以下、『金属系材料』と呼ぶ)を挙げることができ、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。金属系材料は、単体、合金、化合物のいずれであってもよいし、これらの2種類以上から構成された材料でもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。合金には、2種類以上の金属元素から成る材料の他、1種類以上の金属元素と1種類以上の半金属元素とを含む材料も含まれる。また、合金は、非金属元素を含んでいてもよい。金属系材料の組織として、例えば、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、及び、これらの2種類以上の共存物を挙げることができる。
金属元素、半金属元素として、例えば、リチウムと合金を形成可能である金属元素、半金属元素を挙げることができる。具体的には、例えば、マグネシウム〈Mg〉、ホウ素〈B〉、アルミニウム〈Al〉、ガリウム〈Ga〉、インジウム〈In〉、ケイ素〈Si〉、ゲルマニウム〈Ge〉、スズ〈Sn〉、鉛〈Pb〉、ビスマス〈Bi〉、カドミウム〈Cd〉、銀〈Ag〉、亜鉛〈Zn〉、ハフニウム〈Hf〉、ジルコニウム〈Zr〉、イットリウム〈Y〉、パラジウム〈Pd〉、白金〈Pt〉を例示することができるが、中でも、ケイ素〈Si〉やスズ〈Sn〉が、リチウムを吸蔵・放出する能力が優れており、著しく高いエネルギー密度が得られるといった観点から、好ましい。
ケイ素を構成元素として含む材料として、ケイ素の単体、ケイ素合金、ケイ素化合物を挙げることができるし、これらの2種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。スズを構成元素として含む材料として、スズの単体、スズ合金、スズ化合物を挙げることができるし、これらの2種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。単体とは、あくまで一般的な意味合いでの単体を意味しており、微量の不純物を含んでいてもよく、必ずしも純度100%を意味しているわけではない。
ケイ素合金あるいはケイ素化合物を構成するケイ素以外の元素として、スズ〈Sn〉、ニッケル〈Ni〉、銅〈Cu〉、鉄〈Fe〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、亜鉛〈Zn〉、インジウム〈In〉、銀〈Ag〉、チタン〈Ti〉、ゲルマニウム〈Ge〉、ビスマス〈Bi〉、アンチモン〈Sb〉、クロム〈Cr〉を挙げることができるし、炭素〈C〉、酸素〈O〉を挙げることもできる。ケイ素合金あるいはケイ素化合物として、具体的には、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2、好ましくは、0.2<v<1.4)、LiSiOを例示することができる。
スズ合金あるいはスズ化合物を構成するスズ以外の元素として、ケイ素〈Si〉、ニッケル〈Ni〉、銅〈Cu〉、鉄〈Fe〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、亜鉛〈Zn〉、インジウム〈In〉、銀〈Ag〉、チタン〈Ti〉、ゲルマニウム〈Ge〉、ビスマス〈Bi〉、アンチモン〈Sb〉、クロム〈Cr〉を挙げることができるし、炭素〈C〉、酸素〈O〉を挙げることもできる。スズ合金あるいはスズ化合物として、具体的には、SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnO、Mg2Snを例示することができる。特に、スズを構成元素として含む材料は、例えば、スズ(第1構成元素)と共に第2構成元素及び第3構成元素を含む材料(以下、『Sn含有材料』と呼ぶ)であることが好ましい。第2構成元素として、例えば、コバルト〈Co〉、鉄〈Fe〉、マグネシウム〈Mg〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、マンガン〈Mn〉、ニッケル〈Ni〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、ガリウム〈Ga〉、ジルコニウム〈Zr〉、ニオブ〈Nb〉、モリブデン〈Mo〉、銀〈Ag〉、インジウム〈In〉、セシウム〈Ce〉、ハフニウム〈Hf〉、タンタル〈Ta〉、タングステン〈W〉、ビスマス〈Bi〉、ケイ素〈Si〉を挙げることができるし、第3構成元素として、例えば、ホウ素〈B〉、炭素〈C〉、アルミニウム〈Al〉、リン〈P〉を挙げることができる。Sn含有材料が第2構成元素及び第3構成元素を含んでいると、高い電池容量及び優れたサイクル特性等が得られる。
中でも、Sn含有材料は、スズ〈Sn〉、コバルト〈Co〉及び炭素〈C〉を構成元素として含む材料(『SnCoC含有材料』と呼ぶ)であることが好ましい。SnCoC含有材料にあっては、例えば、炭素の含有量が9.9質量%乃至29.7質量%、スズ及びコバルトの含有量の割合{Co/(Sn+Co)}が20質量%乃至70質量%である。高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoC含有材料は、スズ、コバルト及び炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性又は非晶質であることが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な反応相であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。この反応相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅(回折角2θ)は、特定X線としてCuKα線を用い、挿引速度を1度/分とした場合、1度以上であることが好ましい。リチウムがより円滑に吸蔵・放出されると共に、非水系電解液との反応性が低減するからである。SnCoC含有材料は、低結晶性又は非晶質の相に加えて、各構成元素の単体又は一部が含まれている相を含んでいる場合もある。
X線回折により得られた回折ピークがリチウムと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムとの電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較すれば容易に判断することができる。例えば、リチウムとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムと反応可能な反応相に対応するものである。この場合、例えば、低結晶性又は非晶質の反応相の回折ピークが2θ=20度乃至50度の間に見られる。このような反応相は、例えば、上記の各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化又は非晶質化しているものと考えられる。
SnCoC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素と結合していることが好ましい。スズ等の凝集、結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、軟X線源としてAl−Kα線又はMg−Kα線等を用いたX線光電子分光法(XPS)を用いて確認可能である。炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素等と結合している場合、炭素の1s軌道(C1s)の合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる。尚、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるように、エネルギー較正されているものとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとして、そのピークをエネルギー基準とする。XPS測定において、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形で得られる。そのため、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析して、両者のピークを分離すればよい。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。
SnCoC含有材料は、構成元素がスズ、コバルト及び炭素だけである材料(SnCoC)に限られない。SnCoC含有材料は、例えば、スズ、コバルト及び炭素に加えて、ケイ素〈Si〉、鉄〈Fe〉、ニッケル〈Ni〉、クロム〈Cr〉、インジウム〈In〉、ニオブ〈Nb〉、ゲルマニウム〈Ge〉、チタン〈Ti〉、モリブデン〈Mo〉、アルミニウム〈Al〉、リン〈P〉、ガリウム〈Ga〉、ビスマス〈Bi〉等のいずれか1種類又は2種類以上を構成元素として含んでいてもよい。
SnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄及び炭素を構成元素として含む材料(以下、『SnCoFeC含有材料』と呼ぶ)も好ましい材料である。SnCoFeC含有材料の組成は任意である。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合、炭素の含有量が9.9質量%乃至29.7質量%、鉄の含有量が0.3質量%乃至5.9質量%、スズ及びコバルトの含有量の割合{Co/(Sn+Co)}が30質量%乃至70質量%である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合、炭素の含有量が11.9質量%乃至29.7質量%、スズ、コバルト及び鉄の含有量の割合{(Co+Fe)/(Sn+Co+Fe)}が26.4質量%乃至48.5質量%、コバルト及び鉄の含有量の割合{Co/(Co+Fe)}が9.9質量%乃至79.5質量%である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoFeC含有材料の物性(半値幅等)は、上記のSnCoC含有材料の物性と同様である。
その他、負極を構成する材料として、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデンといった金属酸化物;ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロールといった高分子化合物を挙げることができる。
中でも、負極を構成する材料は、以下の理由により、炭素材料及び金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。即ち、金属系材料、特に、ケイ素及びスズの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、理論容量が高いという利点を有する反面、充放電時において激しく膨張・収縮し易い。一方、炭素材料は、理論容量が低い反面、充放電時において膨張・収縮し難いという利点を有する。よって、炭素材料及び金属系材料の双方を用いることで、高い理論容量(云い換えれば、電池容量)を得つつ、充放電時の膨張・収縮が抑制される。
前述したように、本開示の二次電池における使用に適した非水系電解液として、限定するものではないが、
式(1)で表される化合物、
式(2−A)で表される化合物及び式(2−B)で表される化合物の少なくとも一方の化合物、並びに、
式(3−A)乃至式(3−F)で表される化合物の少なくとも1種類の化合物、
を含む非水系電解液を挙げることができる。尚、非水系電解液中における式(1)で表される化合物の含有量は、2.5モル/リットル乃至6モル/リットル、好ましくは3モル/リットル乃至6モル/リットルであることが望ましい。
M+[(Z1Y1)(Z2Y2)N]- (1)
但し、Mは金属元素であり、Z1及びZ2のそれぞれは、フッ素基〈−F〉、1価の炭化水素基、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Z1及びZ2の少なくとも一方は、フッ素基〈−F〉、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Y1及びY2のそれぞれは、スルホニル基〈−S(=O)2−〉、カルボニル基〈−C(=O)−〉のいずれかである。
R1−CN (2−A)
R2−X−CN (2−B)
但し、R1は1価の炭化水素基であり、R2は1価の炭化水素基であり、Xは、1又は2以上のエーテル結合〈−O−〉と1又は2以上の2価の炭化水素基とが任意の順に結合した基である。
ここで、式(3−A)中、R3及びR4のそれぞれは、水素基〈−H〉、1価の炭化水素基のいずれかである。また、式(3−B)中、R5,R6,R7,R8のそれぞれは、水素基、1価の飽和炭化水素基、1価の不飽和炭化水素基のいずれかであり、R5,R6,R7,R8の少なくとも1つは、1価の不飽和炭化水素基である。更には、式(3−C)中、R9は、>CR10R11で表される基であり、R10及びR11のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。また、式(3−D)中、R12,R13,R14,R15のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R12,R13,R14,R15の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。更には、式(3−E)中、R16,R17,R18,R19,R20,R21のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R16,R17,R18,R19,R20,R21の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。また、式(3−F)中、R22はn価(但し、nは2以上の整数)の炭化水素基である。尚、「>C」、「C<」は、炭素原子から2本の接合手が延びていることを表している。
具体的には、上記の非水系電解液は、スルホニルイミド型の構造を有する第1化合物と、アセトニトリル型の構造を有する第2化合物と、不飽和炭化水素基等の反応性基を有する第3化合物とを含んでいる。ここで、非水系電解液がこのような組成を有しているのは、以下の利点が得られるからである。即ち、非水系電解液が第1化合物、第2化合物及び第3化合物を一緒に含んでいると共に、非水系電解液中における第1化合物の含有量が上記の範囲(2.5モル/リットル乃至6モル/リットル)内であると、第1化合物と第2化合物と第3化合物との相乗作用により、非水系電解液の化学的安定性が特異的に向上し、充放電時における非水系電解液の分解反応が抑制される。よって、充放電を繰り返しても放電容量が減少し難くなり、二次電池の電池特性を向上させることができる。特に、ここで説明する特異的な相乗作用が得られるかどうかは、第1化合物の含有量に依存する。そのため、特異的な相乗作用は、第1化合物の含有量が上記の範囲内である場合においてだけ得られる。
第1化合物は、式(1)で表される化合物の1種類又は2種類以上を含んでいる。第1化合物は、カチオン(M+)とアニオン([(Z1Y1)(Z2Y2)N]-)とを含む塩であるため、二次電池において電解質塩の一部として機能し得る。
式(1)における「M」は、金属元素であれば特に限定されず、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素を例示することができるが、中でも、「M」は、アルカリ金属元素であることが好ましく、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。アルカリ金属元素として、リチウム〈Li〉、ナトリウム〈Na〉、カリウム〈K〉、ルビジウム〈Rb〉、セシウム〈Cs〉等を挙げることができるが、中でも、リチウム〈Li〉が好ましい。アルカリ金属元素は、電極反応物質を構成するアルカリ金属元素と同じであることが好ましく、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。電極反応物質とは、電極反応に拘わる物質であり、例えば、リチウムイオン二次電池ではリチウムである。このため、リチウムイオン二次電池に用いられる場合、「M」はリチウムであることが好ましい。
Z1及びZ2は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。Z1、Z2における1価の炭化水素基とは、炭素〈C〉及び水素〈H〉から構成される1価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。また、1価の飽和炭化水素基は、不飽和結合を含んでいない飽和炭化水素基であってもよいし、1又は2以上の不飽和結合を含んでいる不飽和炭化水素基であってもよい。不飽和結合とは、炭素間二重結合(>C=C<)及び炭素間三重結合(−C≡C−)の一方、又は、双方である。
1価の炭化水素基として、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基を挙げることができる。云い換えれば、1価の飽和炭化水素基は、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基である。1価の不飽和炭化水素基は、例えば、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、これらの1種類以上を含む基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基である。1価の炭化水素基における2種類以上が結合した基として、アルキル基とアルケニル基とが結合した基、アルキル基とアルキニル基とが結合した基、アルケニル基とアルキニル基とが結合した基、アルキル基とシクロアルキル基とが結合した基、アルキル基とアリール基とが結合した基を例示することができる。1価の飽和炭化水素基における2種類以上が結合した基として、アルキル基とシクロアルキル基とが結合した基を例示することができる。1価の不飽和炭化水素基における2種類以上が結合した基として、アルキル基とアルケニル基とが結合した基、アルキル基とアルケニル基とが結合した基を例示することができる。
アルキル基として、具体的には、メチル基〈−CH3〉、エチル基〈−C2H5〉、プロピル基〈−C3H7〉、n−ブチル基〈−C4H8〉、t−ブチル基〈−C(CH3)2−CH3〉を例示することができる。アルケニル基として、具体的には、ビニル基〈−CH=CH2〉、アリル基〈−CH2−CH=CH2〉を例示することができる。アルキニル基として、具体的には、エチニル基〈−C≡CH〉を例示することができる。シクロアルキル基として、具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基を例示することができる。アリール基として、具体的には、フェニル基、ナフチル基を例示することができる。2種類以上が結合した基として、具体的には、メチル基とエチニル基とが結合した基、ビニル基とエチニル基とが結合した基、メチル基とシクロプロピル基とが結合した基、メチル基とフェニル基とが結合した基を例示することができる。
1価のフッ素化炭化水素基とは、上記の1価の炭化水素基において、1又は2以上の水素基〈−H〉がフッ素基〈−F〉によって置換された基である。1価のフッ素化炭化水素基として、具体的には、フッ素化アルキル基、フッ素化アルケニル基、フッ素化アルキニル基、フッ素化シクロアルキル基、フッ素化アリール基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基を例示することができる。
フッ素化アルキル基として、具体的には、フルオロメチル基〈−CH2F〉、ジフルオロメチル基〈−CHF2〉、パーフルオロメチル基〈−CF3〉、パーフルオロエチル基〈−C2F5〉、パーフルオロプロピル基〈−C3F7〉、n−パーフルオロブチル基〈−C4F8〉、t−パーフルオロブチル基〈−C(CF3)2−CF3〉を例示することができる。フッ素化アルケニル基として、具体的には、パーフルオロビニル基〈−CF=CF2〉、パーフルオロアリル基〈−CF2−CF=CF2〉を例示することができる。フッ素化アルキニル基として、具体的には、パーフルオロエチニル基〈−F≡CF〉を例示することができる。フッ素化シクロアルキル基として、具体的には、パーフルオロシクロプロピル基、パーフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシクロヘプチル基、パーフルオロシクロオクチル基を例示することができる。フッ素化アリール基として、具体的には、パーフルオロフェニル基、パーフルオロナフチル基を例示することができる。中でも、フッ素化アルキル基、フッ素化アルケニル基、フッ素化アルキニル基、フッ素化シクロアルキル基、フッ素化アリール基は、パーフルオロ基であることが好ましく、パーフルオロアルキル基がより好ましい。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。
1価の炭化水素基及び1価のフッ素化炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、極端に多すぎないことが好ましい。第1化合物の溶解性及び相溶性等が向上するからである。具体的には、フッ素化アルキル基の炭素数は、1乃至4であることが好ましい。フッ素化アルケニル基及びフッ素化アルキニル基の炭素数は、2乃至4であることが好ましい。フッ素化シクロアルキル基及びフッ素化アリール基の炭素数は、6乃至12であることが好ましい。
式(1)において、Z1及びZ2の一方、又は、双方は、フッ素基〈−F〉、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかである。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。これに伴い、Z1及びZ2の一方が1価の炭化水素基である場合、他方はフッ素基〈−F〉、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかである。即ち、Z1及びZ2の双方が1価の炭化水素基とはならない。
式(1)において、Y1及びY2のそれぞれは、スルホニル基、カルボニル基のいずれかであれば特に限定されない。Y1及びY2は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。
第1化合物として、具体的には、ビスフルオロスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)2〉、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(CF3SO2)2〉、フルオロスルホニルトリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(CF3SO2)〉、フルオロスルホニルペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C2F5SO2)〉、フルオロスルホニルノナフルオロブチルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C4F9SO2)〉、フルオロスルホニルフェニルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C6H5SO2)〉、フルオロスルホニルペンタフルオロフェニルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C6F5SO2)〉、フルオロスルホニルビニルスルホニルイミドリチウム〈LiN(FSO2)(C2F3SO2)〉を例示することができる。
上述した第2化合物は、式(2−A)及び式(2−B)で表される化合物のいずれか一方、又は、双方を含んでいる。但し、第2化合物は、式(2−A)に示した化合物の2種類以上を含んでいてもよいし、式(2−B)に示した化合物の2種類以上を含んでいてもよい。
式(2−A)に示した化合物は、エーテル結合を含んでいないモノニトリル化合物(非酸素含有モノニトリル化合物)である。R1は、1価の炭化水素基であれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。非酸素含有モノニトリル化合物として、具体的には、アセトニトリル〈CH3CN〉、プロピオニトリル〈C3H7CN〉、ブチロニトリル〈C4H9CN〉を例示することができる。
式(2−B)に示した化合物は、エーテル結合を含んでいるモノニトリル化合物(酸素含有モノニトリル化合物)である。R2は、1価の炭化水素基であれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。式(2−B)中の「X」において、2価の炭化水素基とは、炭素及び水素から構成される2価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。2価の炭化水素基として、具体的には、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、及び、これらの2種類以上が2価となるように結合した基を例示することができる。2種類以上が結合した基として、具体的には、アルキレン基とアルケニレン基とが結合した基、アルキル基とアルキニレン基とが結合した基、アルケニレン基とアルキニレン基とが結合した基、アルキレン基とシクロアルキレン基とが結合した基、アルキレン基とアリーレン基とが結合した基を例示することができる。
アルキレン基として,具体的には、メチレン基〈−CH2−〉、エチレン基〈−C2H4−〉、プロピレン基〈−C3H6−〉、n−ブチレン基〈−C4H8−〉、t−ブチレン基〈−C(CH3)2−CH2−〉を例示することができる。アルケニレン基として、具体的には、ビニレン基〈−CH=CH−〉、アリレン基〈−CH2−CH=CH−〉を例示することができる。アルキニレン基として、具体的には、エチニレン基〈−C≡C−〉を例示することができる。シクロアルキレン基として、具体的には、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基を例示することができる。アリーレン基として、具体的には、フェニレン基、ナフチレン基を例示することができる。2種類以上が結合した基として、具体的には、メチレン基とエチニレン基とが結合した基、ビニレン基とエチニレン基とが結合した基、メチレン基とシクロプロピレン基とが結合した基、メチレン基とフェニレン基とが結合した基を例示することができる。
2価の炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、極端に多すぎないことが好ましい。第2化合物の溶解性及び相溶性等が向上するからである。具体的には、アルキレン基の炭素数は、1乃至4であることが好ましい。アルケニレン基及びアルキニレン基の炭素数は、2乃至4であることが好ましい。シクロアルキレン基及びアリーレン基の炭素数は、6乃至12であることが好ましい。
「X」は、1又は2以上のエーテル結合、及び、1又は2以上の2価の炭化水素基が任意の順に結合した基であれば特に限定されない。即ち、「X」中に含まれるエーテル結合の数は、1であってもよいし、2以上であってもよい。同様に、「X」中に含まれる2価の炭化水素基の数は、1であってもよいし、2以上であってもよい。2価の炭化水素基の数が2以上である場合、2以上の2価の炭化水素基は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。2以上の2価の炭化水素基の一部が同じ基であってもよい。エーテル結合と2価の炭化水素基とが結合される順序は任意でよいため、エーテル結合同士が結合されてもよいし、2価の炭化水素基同士が結合されてもよいし、エーテル結合と2価の炭化水素基とが結合されてもよい。
中でも、「X」は、−O−Y−(Yは、2価の炭化水素基である)で表される基であることが好ましい。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。2価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、ここで説明したX(即ち、−O−Y−)では、エーテル結合(−O−)がR2に結合されると共に、Yがシアノ基〈−CN〉に結合される。「X」として、具体的には、−O−CH2−、−CH2−O−、−O−CH2−O−、−O−C2H5−を例示することができる。
酸素含有モノニトリル化合物の具体例として、メトキシアセトニトリル〈CH3−O−CH2−CN〉、エトキシアセトニトリル〈C2H5−O−CH2−CN〉、プロポキシアセトニトリル〈C3H7−O−CH2−CN〉を例示することができる。
非水系電解液中における第2化合物の含有量は特に限定されないが、例えば、20質量%乃至100質量%であることが好ましい。後述する相乗作用が得られ易いからである。第2化合物が非酸素含有モノニトリル化合物及び酸素含有モノニトリル化合物の双方を含む場合、上記の第2化合物の含有量は、非酸素含有モノニトリル化合物の含有量と酸素含有モノニトリル化合物の含有量との総和である。このように含有量が総和を意味することは、以降においても同様である。
上述した第3化合物は、不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、ポリニトリル化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。但し、第3化合物は、2種類以上の不飽和環状炭酸エステルを含んでいてもよい。このように2種類以上を含んでいてもよいことは、ハロゲン化環状炭酸エステル及びポリニトリル化合物に関しても同様である。
不飽和環状炭酸エステルは、式(3−A)、式(3−B)、式(3−C)に示した化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。ここで、不飽和環状炭酸エステルとは、1又は2以上の不飽和結合(炭素間二重結合)を含む環状炭酸エステルである。
式(3−A)に示した化合物は、炭酸ビニレン系化合物である。R3及びR4のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。R3及びR4は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。
炭酸ビニレン系化合物の具体例として、炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンを例示することができるが、中でも、容易に合成可能であるといった観点から、炭酸ビニレンが好ましい。
式(3−B)に示した化合物は、炭酸ビニルエチレン系化合物である。R5,R6,R7,R8のそれぞれは、水素基、1価の飽和炭化水素基、1価の不飽和炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の飽和炭化水素基及び1価の不飽和炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、R5,R6,R7,R8の1又は2以上は、1価の不飽和炭化水素基である。炭酸ビニルエチレン系化合物は、1又は2以上の不飽和結合(炭素間二重結合)を含んでいなければならないからである。R5,R6,R7,R8は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R5,R6,R7,R8の一部が同じ基であってもよい。
炭酸ビニルエチレン系化合物として、具体的には、炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンを例示することができるが、中でも、容易に合成可能であるといった観点から、炭酸ビニルエチレンが好ましい。
式(3−C)に示した化合物は、炭酸メチレンエチレン系化合物である。R9は、>CR10R11で表される基であれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。R10及びR11は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。
炭酸メチレンエチレン系化合物として、具体的には、炭酸メチレンエチレン(4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンを例示することができる。
その他、不飽和環状炭酸エステルは、2つのメチレン基を含む化合物であってもよいし、ベンゼン環を含む炭酸カテコール(カテコールカーボネート)等であってもよい。2つのメチレン基を含む化合物とは、式(3−C)において、>C=R9の代わりに>C=CH2を含むと共に、>CH2の代わりに>C=CH2を含む化合物である。
非水系電解液中における不飽和環状炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、不飽和環状炭酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至20質量%であることが好ましい。
ハロゲン化環状炭酸エステルは、式(3−D)及び式(3−E)に示した化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。ハロゲン化炭酸エステルとは、1又は2以上のハロゲン基を有する炭酸エステルである。
式(3−D)に示した化合物は、ハロゲン化環状炭酸エステルである。R12〜R15は、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、R12〜R15の1又は2以上は、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。ハロゲン化環状炭酸エステルは、1又は2以上のハロゲン基を含んでいなければならないからである。R12〜R15は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R12〜R15の一部が同じ基であってもよい。
1価のハロゲン化炭化水素基とは、上記の1価の炭化水素基において、1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。ハロゲン基は特に限定されないが、例えば、フッ素基〈−F〉、塩素基〈−Cl〉、臭素基〈−Br〉、ヨウ素基〈−I〉等のいずれかであり、中でも、フッ素基〈−F〉が好ましい。容易に合成可能であると共に、後述する相乗作用が得られ易いからである。ハロゲン基の数は、1よりも2が好ましく、更には、3以上であってもよい。より高い効果が得られるからである。
1価のハロゲン化炭化水素基として、具体的には、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アルキニル基、ハロゲン化シクロアルキル基、ハロゲン化アリール基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基を例示することができる。
ハロゲン化アルキル基の内、フッ素化アルキル基、フッ素化アルケニル基、フッ素化アルキニル基、フッ素化シクロアルキル基、フッ素化アリール基の具体例は、上記のとおりである。塩素化アルキル基、臭素化アルキル基、ヨウ素化アルキル基の具体例は、上記のフッ素化アルキル基の具体例の内のフッ素基を、塩素基、臭素基、ヨウ素基に変更した化合物である。このように、フッ素基を、塩素基、臭素基、ヨウ素基に変更することは、塩素化アルケニル基、塩素化アルキニル基、塩素化シクロアルキル基、塩素化アリール基、臭素化アルケニル基、臭素化アルキニル基、臭素化シクロアルキル基、臭素化アリール基、ヨウ素化アルケニル基、ヨウ素化アルキニル基、ヨウ素化シクロアルキル基、ヨウ素化アリール基に関しても同様である。
ハロゲン化環状炭酸エステルの具体例として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−1,3−オキソラン−2−オン、テトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ビストリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−5−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−1,1−ジフルオロエチル−4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジクロロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−4,5,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンを例示することができる。ここで説明するハロゲン化環状炭酸エステルの具体例には、異性体(シス異性体及びトランス異性体)が含まれる。
式(3−E)に示した化合物は、ハロゲン化鎖状炭酸エステルである。R16〜R21は、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。但し、上記のハロゲン化環状炭酸エステルと同様の理由により、R16〜R21の1又は2以上は、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。R16〜R21は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R16〜R21の一部が同じ基であってもよい。ハロゲン化鎖状炭酸エステルとして、具体的には、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルを例示することができる。非水系電解液中におけるハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、ハロゲン化環状炭酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至20質量%であることが好ましい。
ポリニトリル化合物は、式(3−F)に示した化合物のいずれかを、1種類又は2種類以上、含んでいる。ポリニトリル化合物は、2以上のニトリル基を含む化合物であり、上記の第2化合物は、ここで説明するポリニトリル化合物に含まれない。第2化合物は、2以上のニトリル基を含んでいないからである。
R22は、n価の炭化水素基であれば特に限定されない。一例を挙げると、R22の炭素数が1である場合、2価の炭化水素基として−CH2−、3価の炭化水素基として>CH−等を挙げることができる。同様に、R22の炭素数が2である場合、2価の炭化水素基として−CH2−CH2−、3価の炭化水素基として>CH−CH2−等を挙げることができる。中でも、R22は、2価の炭化水素基であることが好ましい。シアノ基〈−CN〉の数が2になるため、後述する相乗作用が得られ易いからである。2価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。
ポリニトリル化合物として、具体的には、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル、フタロニトリル、テトラシアノキノジメタンを例示することができる。非水系電解液中におけるポリニトリル化合物の含有量は特に限定されないが、例えば、ポリニトリル化合物を除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
非水系電解液は、上記の第1化合物、第2化合物及び第3化合物に加えて、他の材料の1種類又は2種類以上を含んでいてもよい。他の材料として、具体的には、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル(ラクトン)、ジアルキルスルホキシド、鎖状ジ炭酸エステル(下記の式(10)参照)、芳香族炭酸エステル(下記の式(11)参照)、環状炭酸エステル(下記の式(12)参照)、鎖状モノ炭酸エステル(下記の式(13)参照)、鎖状カルボン酸エステル(下記の式(14)参照)、リン酸エステル(下記の式(15)参照)、モノフルオロリン酸リチウム〈Li2PO3F〉、ジフルオロリン酸リチウム〈LiPO2F2〉のいずれか1種類又は2種類以上を例示することができる。
ここで、R23及びR24のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R25は、2価の炭化水素基、2価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。また、R26,R27,R28,R29,R30,R31,R32,R33,R34,R35のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価の酸素含有炭化水素基、1価の窒素含有炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基、1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基、1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかである。更には、R36,R37,R38,R39のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。また、R40及びR41のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。更には、R42及びR43のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかである。また、R44,R45,R46のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。
スルホン酸エステルとして、具体的には、モノスルホン酸エステル、ジスルホン酸エステルを例示することができる。非水系電解液中におけるスルホン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、スルホン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
モノスルホン酸エステルは、環状モノスルホン酸エステルであってもよいし、鎖状モノスルホン酸エステルであってもよい。環状モノスルホン酸エステルとして、具体的には、プロパンスルトン、プロペンスルトン等のスルトンを例示することができる。鎖状モノスルホン酸エステルとして、具体的には、環状モノスルホン酸エステルが途中で切断された構造を有する化合物を例示することができる。一例を挙げると、プロパンスルトンが途中で切断された化合物として、CH3−CH2−CH2−SO3−CH3を例示することができる。−SO3−(−S(=O)2−O−)の向きは特に限定されない。即ち、上記のCH3−CH2−CH2−SO3−CH3は、CH3−CH2−CH2−S(=O)2−O−CH3であってもよいし、CH3−CH2−CH2−O−S(=O)2−CH3であってもよい。
ジスルホン酸エステルは、環状ジスルホン酸エステルであってもよいし、鎖状ジスルホン酸エステルであってもよい。環状ジスルホン酸エステルとして、具体的には、式(16−1)、式(16−2)、式(16−3)で表される化合物を例示することができる。鎖状ジスルホン酸エステルは、環状ジスルホン酸エステルが途中で切断された化合物である。式(16−2)に示した化合物が途中で切断された化合物として、具体的には、CH3−SO3−CH2−CH2−SO3−CH3を例示することができる。2つの−SO3−(−S(=O)2−O−)の向きは特に限定されない。即ち、上記のCH3−SO3−CH2−CH2−SO3−CH3は、CH3−S(=O)2−O−CH2−CH2−S(=O)2−O−CH3でもよいし、CH3−O−S(=O)2−CH2−CH2−S(=O)2−O−CH3でもよいし、CH3−S(=O)2−O−CH2−CH2−O−S(=O)2−CH3でもよい。
酸無水物として、具体的には、安息香酸無水物、コハク酸無水物、グルタル酸無水物、マレイン酸無水物といったカルボン酸無水物;エタンジスルホン酸無水物、プロパンジスルホン酸無水物といったジスルホン酸無水物;スルホ安息香酸無水物、スルホプロピオン酸無水物、スルホ酪酸無水物といったカルボン酸スルホン酸無水物を例示することができる。非水系電解液中における酸無水物の含有量は特に限定されないが、例えば、酸無水物を除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
環状カルボン酸エステルとして、具体的には、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンを例示することができる。非水系電解液中における環状カルボン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、環状カルボン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
ジアルキルスルホキシドとして、具体的には、ジメチルスルホキシド〈(CH3)2SO〉、ジエチルスルホキシド〈(C2H5)2SO〉を例示することができる。非水系電解液中におけるジアルキルスルホキシドの含有量は特に限定されないが、例えば、ジアルキルスルホキシドを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
鎖状ジ炭酸エステルは、上記の式(10)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R23及びR24は、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R23及びR24は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R25は、2価の炭化水素基、2価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。2価のハロゲン化炭化水素基とは、2価の炭化水素基の1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。2価の炭化水素基及びハロゲン基に関する詳細は、上記のとおりである。2価のハロゲン化炭化水素基として、具体的には、パーフルオロメチレン基〈−CF2−〉、パーフルオロエチレン基〈−C2F4−〉、パーフルオロプロピレン基〈−C3F6−〉、n−パーフルオロブチレン基〈−C4F8−〉、t−パーフルオロブチレン基〈−C(CF3)2−CF2−〉を例示することができる。鎖状ジ炭酸エステルとして、具体的には、エタン−1,2−ジイルジメチルジカーボネート、エタン−1,2−ジイルエチルメチルジカーボネート、エタン−1,2−ジイルジエチルジカーボネート、ジメチルオキシビスエタン−2,1−ジイルジカーボネート、エチルメチルオキシビスエタン−2,1−ジイルジカーボネート、ジエチルオキシビスエタン−2,1−ジイルジカーボネートを例示することができる。非水系電解液中における鎖状ジ炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、鎖状ジ炭酸エステルを除いた全体の合計に対して例えば、0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
芳香族炭酸エステルは、上記の式(11)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R26〜R35は、1価の炭化水素基、1価の酸素含有炭化水素基、1価の窒素含有炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基、1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基、1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかであれば特に限定されない。R26〜R35は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R26〜R35の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。
1価の酸素含有炭化水素基とは、炭素、水素及び酸素から構成される1価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。1価の酸素含有炭化水素基として、具体的には、アルコキシ基を例示することができ、アルコキシ基として、具体的には、メトキシ基〈−OCH3〉、エトキシ基〈−OC2H5〉、プロポキシ基〈−OC3H7〉を例示することができる。
1価の窒素含有炭化水素基とは、炭素、水素及び窒素から構成される1価の基の総称であり、直鎖状であってもよいし、1又は2以上の側鎖を有する分岐状であってもよい。1価の窒素含有炭化水素基として、具体的には、アミノ基〈−NH2〉を例示することができる。
1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基とは、1価の酸素含有炭化水素基の1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。1価の酸素含有炭化水素基及びハロゲン基に関する詳細は、上記のとおりである。1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基として、具体的には、パーフルオロメトキシ基〈−OCF3−〉、パーフルオロエトキシ基〈−OC2F4−〉を例示することができる。
1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基とは、1価の窒素含有炭化水素基の1又は2以上の水素基がハロゲン基によって置換された基である。1価の窒素含有炭化水素基及びハロゲン基に関する詳細は、上記のとおりである。1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基として、具体的には、パーフルオロアミノ基〈−NF2〉、パーフルオロメチルアミノ基〈−CF2−NF2〉を例示することができる。
2種類以上が結合した基として、具体的には、アルキル基とアルコキシ基とが1価となるように結合した基(アルキルアルコキシ基)、アルキル基とアミノ基とが1価となるように結合した基(アルキルアミノ基)を例示することができる。アルキルアルコキシ基として、具体的には、メチルメトキシ基〈−CH2−OCH3〉を例示することができる。アルキルアミノ基として、具体的には、メチルアミノ基〈−CH2−NH2〉を例示することができる。
芳香族炭酸エステルとして、具体的には、炭酸ジフェニル、炭酸ビス4−メチルフェニル、炭酸ビスペンタフルオロフェニルを例示することができる。
非水系電解液中における芳香族炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、芳香族炭酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至10質量%であることが好ましい。
環状炭酸エステルは、上記の式(12)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R36〜R39は、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R36〜R39は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R36〜R39の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。環状炭酸エステルとして、具体的には、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレンを例示することができる。非水系電解液中における環状炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、0.01質量%乃至80質量%であることが好ましい。
鎖状モノ炭酸エステルは、上記の式(13)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R40及びR41は、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R40及びR41は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R40及びR41の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。鎖状モノ炭酸エステルとして、具体的には、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルプロピルを例示することができる。非水系電解液中における鎖状モノ炭酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、0.01質量%乃至70質量%であることが好ましい。
鎖状カルボン酸エステルは、上記の式(14)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R42及びR43は、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R42及びR43は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。1価の炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。鎖状カルボン酸エステルとして、具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチルを例示することができる。非水系電解液中における鎖状カルボン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、鎖状カルボン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至50質量%であることが好ましい。
リン酸エステルは、上記の式(15)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上の化合物である。R44〜R46は、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであれば特に限定されない。R44〜R46は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。R44〜R46の一部が同じ基であってもよい。1価の炭化水素基及び1価のハロゲン化炭化水素基に関する詳細は、上記のとおりである。リン酸エステルとして、具体的には、リン酸リメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフルオロエチル、リン酸トリプロピルを例示することができる。非水系電解液中におけるリン酸エステルの含有量は特に限定されないが、例えば、リン酸エステルを除いた全体の合計に対して0.01質量%乃至50質量%であることが好ましい。
更には、他の材料として、非水系溶媒(有機溶剤)等の溶媒のいずれか1種類又は2種類以上を挙げることができる。但し、上記のスルホン酸エステル等の他の材料は、ここで説明する非水系溶媒から除かれる。
また、他の材料として、例えば、リチウム塩等の電解質塩のいずれか1種類又は2種類以上を例示することができる。但し、電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の塩を含んでいてもよい。リチウム塩以外の塩とは、例えば、リチウム塩以外の軽金属塩等である。
以下では、電解質塩の具体例としてリチウム塩を例に挙げながら説明するが、リチウム塩をリチウム塩以外の塩に変更してもよい。即ち、例えば、以下に説明する六フッ化リン酸リチウムを、六フッ化リン酸ナトリウムや六フッ化リン酸カリウム等の他の軽金属塩に変更してもよい。
リチウム塩として、具体的には、前述した各種のリチウム塩を例示することができ、内部抵抗の低下を図ることができる。中でも、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〈LiAsF6〉ムのいずれか1種類又は2種類以上が好ましい。内部抵抗がより低下するからである。特に、六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉、四フッ化ホウ酸リチウム〈LiBF4〉が一層好ましく、六フッ化リン酸リチウム〈LiPF6〉がより一層好ましい。
電解質塩は、式(17)、式(18)、式(19)で表される化合物のいずれか1種類又は2種類以上であってもよい。R51及びR53は、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよい。このことは、R61,R62,R63に関しても同様であるし、R71及びR72に関しても同様である。R61,R62,R63の内の2つが同じ基であってもよい。
ここで、X51は、長周期型周期表における1族元素、2族元素、Alのいずれかである。M51は、遷移金属、並びに、長周期型周期表における13族元素、14族元素、15族元素のいずれかである。R51はハロゲン基である。また、Y51は、−C(=O)−R52−C(=O)−、−C(=O)−CR53 2−、−C(=O)−C(=O)−のいずれかである。但し、R52は、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、ハロゲン化アリーレン基のいずれかであり、R53は、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基のいずれかである。また、a5は1乃至4の整数であり、b5は0、2、4のいずれかであり、c5、d5、m5、n5は1乃至3の整数である。
ここで、X61は、長周期型周期表における1族元素、2族元素のいずれかである。M61は、遷移金属、並びに、長周期型周期表における13族元素、14族元素、15族元素のいずれかである。Y61は、−C(=O)−(CR61 2)b6−C(=O)−、−R63 2C−(CR62 2)c6−C(=O)−、−R63 2C−(CR62 2)c6−CR63 2−、−R63 2C−(CR62 2)c6−S(=O)2−、−S(=O)2−(CR62 2)d6−S(=O)2−、−C(=O)−(CR62 2)d6−S(=O)2−のいずれかである。但し、R61及びR63のそれぞれは、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。但し、R61は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかであり、R63は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。R62は、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。また、a6、e6、n6は1又は2の整数であり、b6、d6は1乃至4の整数であり、c6は0乃至4の整数であり、f6、m6は1乃至3の整数である。
ここで、X71は、長周期型周期表における1族元素、2族元素のいずれかである。M71は、遷移金属、並びに、長周期型周期表における13族元素、14族元素、15族元素のいずれかである。Rfは、フッ素化アルキル基、フッ素化アリール基のいずれかであり、フッ素化アルキル基、フッ素化アリール基の炭素数は、1乃至10である。Y71は、−C(=O)−(CR71 2)d7−C(=O)−、−R72 2C−(CR71 2)d7−C(=O)−、−R72 2C−(CR71 2)d7−CR72 2−、−R72 2C−(CR71 2)d7−S(=O)2−、−S(=O)2−(CR71 2)e7−S(=O)2−、−C(=O)−(CR71 2)e7−S(=O)2−のいずれかである。但し、R71は、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかであり、R72は、水素基、アルキル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかであり、R72は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基のいずれかである。また、a7、f7、n7は1又は2の整数であり、b7、c7、e7は1乃至4の整数であり、d7は0乃至4の整数であり、g7、m7は1乃至3の整数である。
1族元素とは、水素〈H〉、リチウム〈Li〉、ナトリウム〈Na〉、カリウム〈K〉、ルビジウム〈Rb〉、セシウム〈Cs〉、フランシウム〈Fr〉である。2族元素とは、ベリリウム〈Be〉、マグネシウム〈Mg〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉、バリウム〈Ba〉、ラジウム〈Ra〉である。13族元素とは、ホウ素〈B〉、アルミニウム〈Al〉、ガリウム〈Ga〉、インジウム〈In〉、タリウム〈Tl〉である。14族元素とは、炭素〈C〉、ケイ素〈Si〉、ゲルマニウム〈Ge〉、スズ〈Sn〉、鉛〈Pb〉である。15族元素とは、窒素〈N〉、リン〈P〉、ヒ素〈As〉、アンチモン〈Sb〉、ビスマス〈Bi〉である。
式(17)に示した化合物として、具体的には、式(17−1)〜式(17−6)で表される化合物を例示することができる。式(18)に示した化合物として、具体的には、式(18−1)〜式(18−8)で表される化合物を例示することができる。式(19)に示した化合物として、具体的には、式(19−1)で表される化合物を例示することができる。
また、電解質塩として、式(20)あるいは式(21)で表される化合物を例示することもできる。p、q、rは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。p、q、rの内の2つが同じ値であってもよい。
但し、R
81は炭素数2乃至4の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキレン基である。
LiC(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2) (21)
但し、p、q、rは1以上の整数である。
式(20)に示した化合物は環状のイミド化合物である。環状のイミド化合物として、具体的には、式(20−1)〜式(20−4)で表される化合物を例示することができる。
式(21)に示した化合物は鎖状のメチド化合物である。鎖状のメチド化合物として、具体的には、リチウムトリストリフルオロメタンスルホニルメチド〈LiC(CF3SO2)3〉を例示することができる。
電解質塩の含有量は特に限定されないが、溶媒に対して0.3モル/kg乃至3.0モル/kgであることが、高いイオン伝導性が得られるといった観点から好ましい。電解質塩の含有量を算出する場合、電解質塩の量に、上記の第1化合物、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムの量を含めてもよい。また、溶媒の量に、第2化合物、第3化合物、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル、ジアルキルスルホキシド、鎖状ジ炭酸エステル、芳香族炭酸エステル、環状炭酸エステル、鎖状モノ炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、リン酸エステルの量を含めてもよい。
非水系電解液の固有粘度は特に限定されないが、25゜Cにおいて10mPa/s以下であることが、電解質塩の解離性及びイオン移動度等の確保といった観点から好ましい。
特に、非水系電解液が、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル、ジアルキルスルホキシド、鎖状ジ炭酸エステル、芳香族炭酸エステル、環状炭酸エステル、鎖状モノ炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、リン酸エステル、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムのいずれか1種類又は2種類以上を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。
また、非水系電解液が、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウムの少なくとも一方を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《二次電池:第1の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填された二次電池であって、
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を構造体の第1面及び構造体の第2面とし、
構造体の第1面と対向する外装部材の内面を外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する外装部材の内面を外装部材の第2面とし、
外装部材の第1面の動摩擦係数をμ
1、外装部材の第2面の動摩擦係数をμ
2としたとき、
μ
1>μ
2
を満足する二次電池。
[A02]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る[A01]に記載の二次電池。
[A03](外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[A02]に記載の二次電池。
[A04]外装部材の第1面には、外装部材の第2面とは異なる表面処理が施されている[A01]に記載の二次電池。
[A05]外装部材の第1面には表面処理が施されており、外装部材の第2面には表面処理が施されていない[A04]に記載の二次電池。
[A06]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[A04]又は[A05]に記載の二次電池。
[A07]表面処理は、粗面化処理である[A04]乃至[A06]のいずれか1項に記載の二次電池。
[A08]粗面化処理は、化学処理、紫外線処理、オゾン処理又はプラズマ処理である[A07]に記載の二次電池。
[A09]化学処理は、エッチング処理である[A08]に記載の二次電池。
[A10]粗面化処理は、エンボス加工処理である[A07]に記載の二次電池。
[A11]粗面化処理は、ブラスト加工処理である[A07]に記載の二次電池。
[A12]外装部材の第1面は、外装部材の第2面の粗さよりも粗い[A01]に記載の二次電池。
[A13]外装部材の第1面には凹凸が形成されており、外装部材の第2面は平坦である[A12]に記載の二次電池。
[A14]外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも、単位面積当たり、多くの凹凸が形成されている[A12]に記載の二次電池。
[A15]外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも平均的に大きな凹凸が形成されている[A12]に記載の二次電池。
[A16]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[A12]乃至[A15]のいずれか1項に記載の二次電池。
[B01]《二次電池:第2の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填された二次電池であって、
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を構造体の第1面及び構造体の第2面とし、
構造体の第1面と対向する外装部材の内面を外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する外装部材の内面を外装部材の第2面としたとき、
外装部材の第1面には、外装部材の第2面とは異なる表面処理が施されている二次電池。
[B02]外装部材の第1面には表面処理が施されており、外装部材の第2面には表面処理が施されていない[B01]に記載の二次電池。
[B03]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[B01]又は[B02]に記載の二次電池。
[B04]表面処理は、粗面化処理である[B01]乃至[B03]のいずれか1項に記載の二次電池。
[B05]粗面化処理は、化学処理、紫外線処理、オゾン処理又はプラズマ処理である[B04]に記載の二次電池。
[B06]化学処理は、エッチング処理である[B05]に記載の二次電池。
[B07]粗面化処理は、エンボス加工処理である[B04]に記載の二次電池。
[B08]粗面化処理は、ブラスト加工処理である[B04]に記載の二次電池。
[B09]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る[B01]又は[B02]に記載の二次電池。
[B10](外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[B09]に記載の二次電池。
[C01]《二次電池:第2の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填された二次電池であって、
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を構造体の第1面及び構造体の第2面とし、
構造体の第1面と対向する外装部材の内面を外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する外装部材の内面を外装部材の第2面としたとき、
外装部材の第1面は、外装部材の第2面の粗さよりも粗い二次電池。
[C02]外装部材の第1面には凹凸が形成されており、外装部材の第2面は平坦である[C01]に記載の二次電池。
[C03]外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも、単位面積当たり、多くの凹凸が形成されている[C01]に記載の二次電池。
[C04]外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも平均的に大きな凹凸が形成されている[C01]に記載の二次電池。
[C05]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[C01]乃至[C04]のいずれか1項に記載の二次電池。
[C06]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る[C01]に記載の二次電池。
[C07](外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[C06]に記載の二次電池。
[D01]《二次電池:第3の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填された二次電池であって、
構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、
構造体のXZ平面に沿った外面を構造体の第1面及び構造体の第2面とし、
構造体の第1面と対向する外装部材の内面を外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する外装部材の内面を外装部材の第2面としたとき、
(外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である二次電池。
[E01]充電によって構造体が膨張したときの膨張量が大きい方を構造体の第1面、小さい方を構造体の第2面とする[A01]乃至[D01]のいずれか1項に記載の二次電池。
[E02]充電したとき、構造体は、第1面が凸となるように反る[A01]乃至[E01]のいずれか1項に記載の二次電池。
[E03]外装部材のヤング率は5×10
8Pa乃至7×10
9Paである[A01]乃至[E02]のいずれか1項に記載の二次電池。
[E04]外装部材は、第1樹脂層、金属層及び第2樹脂層の積層構造を有する[A01]乃至[E03]のいずれか1項に記載の二次電池。
[E05]電解質は、ゲル状電解質から成る[A01]乃至[E04]のいずれか1項に記載の二次電池。
[E06]セパレータを構成する材料は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリイミド樹脂から成る[A01]乃至[E05]のいずれか1項に記載の二次電池。
[F01]《二次電池:第4の態様》
正極、セパレータ及び負極が捲回又は積層された構造体が外装部材に収納されて成り、電解質が充填された二次電池であって、
外装部材は、
第1外装部材、及び、
構造体を収納する凹部が形成され、外縁が第1外装部材に固定される第2外装部材、
から成り、
第1外装部材を構成する材料と、第2外装部材を構成する材料とは異なる二次電池。
[F02]第1外装部材は、第2外装部材よりも高いヤング率を有する[F01]に記載の二次電池。
[F03]第1外装部材は、第1A樹脂層、第1金属層及び第1B樹脂層の積層構造を有し、
第2外装部材は、第2A樹脂層、第2金属層及び第2B樹脂層の積層構造を有し、
第1金属層はステンレス鋼から成り、
第2金属層はアルミニウム又はアルミニウム合金から成る[F01]又は[F02]に記載の発光素子。
[F04]第1A樹脂層と第1B樹脂層とは異なる材料から成り、
第2A樹脂層と第2B樹脂層とは異なる材料から成り、
第1A樹脂層と第2A樹脂層とは同じ材料から成り、あるいは又、第1A樹脂層と第2A樹脂層とは異なる材料から成り、
第1B樹脂層と第2B樹脂層とは同じ材料から成り、あるいは又、第1B樹脂層と第2B樹脂層とは異なる材料から成り、
第1金属層と第2金属層とは異なる材料から成る[F03]に記載の二次電池。
[F05]第1金属層の厚さは、1×10
-5m乃至1.8×10
-4mであり、
第2金属層の厚さは、5×10
-5m乃至2×10
-4mである[F03]又は[F04]に記載の発光素子。
[F06]第2外装部材の外縁は熱融着して第1外装部材に固定される[F01]乃至[F05]のいずれか1項に記載の二次電池。
[F07]充電によって構造体が膨張したときの膨張量が大きい方を構造体の第1面、小さい方を構造体の第2面としたとき、充電時、構造体は、第1面が凸となるように反る[F01]乃至[F06]のいずれか1項に記載の二次電池。
[F08]電解質は、ゲル状電解質から成る[F01]乃至[F07]のいずれか1項に記載の二次電池。
[F09]セパレータを構成する材料は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリイミド樹脂から成る[F01]乃至[F08]のいずれか1項に記載の二次電池。
[G01]構造体の長手方向をX方向、構造体の短手方向をZ方向、構造体の厚さ方向をY方向とし、構造体のXZ平面に沿った外面を構造体の第1面及び構造体の第2面とし、構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面を第2外装部材の第2面とし、第1外装部材の第1面の動摩擦係数をμ
1、第2外装部材の第2面の動摩擦係数をμ
2としたとき、
μ
1>μ
2
を満足する[F01]乃至[F09]のいずれか1項に記載の二次電池。
[G02]第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る[G01]に記載の二次電池。
[G03](第1外装部材の第1面を構成する材料,第2外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[G02]に記載の二次電池。
[G04]第1外装部材の第1面には、第2外装部材の第2面とは異なる表面処理が施されている[G01]に記載の二次電池。
[G05]第1外装部材の第1面には表面処理が施されており、第2外装部材の第2面には表面処理が施されていない[G04]に記載の二次電池。
[G06]第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[G04]又は[G05]に記載の二次電池。
[G07]表面処理は、粗面化処理である[G04]乃至[G06]のいずれか1項に記載の二次電池。
[G08]粗面化処理は、化学処理、紫外線処理、オゾン処理又はプラズマ処理である[G07]に記載の二次電池。
[G09]化学処理は、エッチング処理である[G08]に記載の二次電池。
[G10]粗面化処理は、エンボス加工処理である[G07]に記載の二次電池。
[G11]粗面化処理は、ブラスト加工処理である[G07]に記載の二次電池。
[G12]第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面の粗さよりも粗い[G01]に記載の二次電池。
[G13]第1外装部材の第1面には凹凸が形成されており、第2外装部材の第2面は平坦である[G12]に記載の二次電池。
[G14]第1外装部材の第1面には、第2外装部材の第2面に形成された凹凸よりも、単位面積当たり、多くの凹凸が形成されている[G12]に記載の二次電池。
[G15]第1外装部材の第1面には、第2外装部材の第2面に形成された凹凸よりも平均的に大きな凹凸が形成されている[G12]に記載の二次電池。
[G16]第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[G12]乃至[G15]のいずれか1項に記載の二次電池。
[H01]構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面を第2外装部材の第2面としたとき、第1外装部材の第1面には、第2外装部材の第2面とは異なる表面処理が施されている[F01]乃至[F09]のいずれか1項に記載の二次電池。
[H02]外装部材の第1面には表面処理が施されており、外装部材の第2面には表面処理が施されていない[H01]に記載の二次電池。
[H03]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[H01]又は[H02]に記載の二次電池。
[H04]表面処理は、粗面化処理である[H01]乃至[H03]のいずれか1項に記載の二次電池。
[H05]粗面化処理は、化学処理、紫外線処理、オゾン処理又はプラズマ処理である[H04]に記載の二次電池。
[H06]化学処理は、エッチング処理である[H05]に記載の二次電池。
[H07]粗面化処理は、エンボス加工処理である[H04]に記載の二次電池。
[H08]粗面化処理は、ブラスト加工処理である[H04]に記載の二次電池。
[H09]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る[H01]又は[H02]に記載の二次電池。
[H10](外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[H09]に記載の二次電池。
[J01]構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面を第2外装部材の第2面としたとき、第1外装部材の第1面は、第2外装部材の第2面の粗さよりも粗い[F01]乃至[F09]のいずれか1項に記載の二次電池。
[J02]外装部材の第1面には凹凸が形成されており、外装部材の第2面は平坦である[J01]に記載の二次電池。
[J03]外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも、単位面積当たり、多くの凹凸が形成されている[J01]に記載の二次電池。
[J04]外装部材の第1面には、外装部材の第2面に形成された凹凸よりも平均的に大きな凹凸が形成されている[J01]に記載の二次電池。
[J05]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と同じ材料から成る[J01]乃至[J04]のいずれか1項に記載の二次電池。
[J06]外装部材の第1面は、外装部材の第2面を構成する材料と異なる材料から成る[J01]に記載の二次電池。
[J07](外装部材の第1面を構成する材料,外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[J06]に記載の二次電池。
[K01]構造体の第1面と対向する第1外装部材の内面を第1外装部材の第1面とし、構造体の第2面と対向する第2外装部材の内面を第2外装部材の第2面としたとき、(第1外装部材の第1面を構成する材料,第2外装部材の第2面を構成する材料)の組合せは、(ポリプロピレン,ナイロン)、(ポリプロピレン,ポリエチレン)、又は、(ポリエチレン,ナイロン)である[F01]乃至[F09]のいずれか1項に記載の二次電池。
[L01]電解質は非水系電解液から成り、
非水系電解液は、
式(1)で表される化合物、
式(2−A)で表される化合物及び式(2−B)で表される化合物の少なくとも一方の化合物、並びに、
式(3−A)乃至式(3−F)で表される化合物の少なくとも1種類の化合物、
から成り、式(1)で表される化合物の含有量は、2.5モル/リットル乃至6モル/リットル、好ましくは3モル/リットル乃至6モル/リットルである[A01]乃至[K01]のいずれか1項に記載の二次電池。
M
+[(Z
1Y
1)(Z
2Y
2)N]
- (1)
R
1−CN (2−A)
R
2−X−CN (2−B)
R
22−(CN)
n (3−F)
但し、
式(1)中、Mは金属元素であり、Z
1及びZ
2のそれぞれは、フッ素基、1価の炭化水素基、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Z
1及びZ
2の少なくとも一方は、フッ素基、1価のフッ素化炭化水素基のいずれかであり、Y
1及びY
2のそれぞれは、スルホニル基、カルボニル基のいずれかであり、
式(2−A)中、R
1は1価の炭化水素基であり、
式(2−B)中、R
2は1価の炭化水素基であり、Xは、1又は2以上のエーテル結合と1又は2以上の2価の炭化水素基とが任意の順に結合した基であり、
式(3−A)中、R
3及びR
4のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
式(3−B)中、R
5,R
6,R
7,R
8のそれぞれは、水素基、1価の飽和炭化水素基、1価の不飽和炭化水素基のいずれかであり、R
5,R
6,R
7,R
8の少なくとも1つは、1価の不飽和炭化水素基であり、
式(3−C)中、R
9は、>CR
10R
11で表される基であり、R
10及びR
11のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
式(3−D)中、R
12,R
13,R
14,R
15のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R
12,R
13,R
14,R
15の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
式(3−E)中、R
16,R
17,R
18,R
19,R
20,R
21のそれぞれは、水素基、ハロゲン基、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、R
16,R
17,R
18,R
19,R
20,R
21の少なくとも1つは、ハロゲン基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
式(3−F)中、R
22はn価(但し、nは2以上の整数)の炭化水素基である。
[L02]Mは、アルカリ金属元素であり、
1価の炭化水素基は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかであり、
1価のフッ素化炭化水素基は、1価の炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がフッ素基によって置換された基であり、
2価の炭化水素基は、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、及び、これらの2種類以上が結合された基のいずれかであり、
1価の飽和炭化水素基は、アルキル基、シクロアルキル基、及び、これらが1価となるように結合された基のいずれかであり、
1価の不飽和炭化水素基は、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、これらの1種類以上を含む基、及び、これらの2種類以上が1価となるように結合された基のいずれかであり、
ハロゲン基は、フッ素基、塩素基、臭素基、及び、ヨウ素基のいずれかであり、
1価のハロゲン化炭化水素基は、1価の炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基である[L01]に記載の二次電池。
[L03]Mはリチウムであり、
1価のフッ素化炭化水素基は、パーフルオロアルキル基であり、
Xは、−O−Y−(但し、Yは、2価の炭化水素基)で表される基である[L01]又は[L02]に記載の二次電池。
[L04]非水系電解液は、スルホン酸エステル、酸無水物、環状カルボン酸エステル、ジアルキルスルホキシド、式(10)乃至式(15)で表される化合物、モノフルオロリン酸リチウム、及び、ジフルオロリン酸リチウムの少なくとも1種を含む[L01]乃至[L03]のいずれか1項に記載の二次電池。
但し、
R
23及びR
24のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
R
25は、2価の炭化水素基、2価のハロゲン化炭化水素基のいずれかであり、
R
26,R
27,R
28,R
29,R
30,R
31,R
32,R
33,R
34,R
35のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価の酸素含有炭化水素基、1価の窒素含有炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基、1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基、1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基、これらの2種類以上が1価となるように結合した基のいずれかであり、
R
36,R
37,R
38,R
39のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
R
40及びR
41のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
R
42及びR
43のそれぞれは、水素基、1価の炭化水素基のいずれかであり、
R
44,R
45,R
46のそれぞれは、1価の炭化水素基、1価のハロゲン化炭化水素基のいずれかである。
[L05]2価のハロゲン化炭化水素基は、2価の炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基であり、
ハロゲン基は、フッ素基、塩素基、臭素基及びヨウ素基のいずれかであり、
1価の酸素含有炭化水素基は、アルコキシ基であり、
1価の窒素含有炭化水素基は、アルキルアミノ基であり、
1価のハロゲン化酸素含有炭化水素基は、1価の酸素含有炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基であり、
1価のハロゲン化窒素含有炭化水素基は、1価の窒素含有炭化水素基の内の少なくとも1つの水素基がハロゲン基によって置換された基である[L04]に記載の二次電池。
[L06]非水系電解液は、六フッ化リン酸リチウム及び四フッ化ホウ酸リチウムの内の少なくとも一方を含む[L01]乃至[L05]のいずれか1項に記載の二次電池。
[L07]正極は、電極反応物質を吸蔵・放出可能である正極活物質を含み、
負極は、電極反応物質を吸蔵・放出可能である負極活物質を含み、
正極活物質と負極活物質との間に絶縁性材料を備え、
絶縁性材料は、絶縁性セラミックス及び絶縁性高分子化合物の少なくとも一方を含む[L01]乃至[L06]のいずれか1項に記載の二次電池。
[L08]絶縁性セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び、酸化ジルコニウムの少なくとも1種を含み、
絶縁性高分子化合物は、フッ化ビニリデンの単独重合体及び共重合体の少なくとも一方を含む[L07]に記載の二次電池。
[L09]正極活物質の表面に、絶縁性材料を含む第1絶縁層が設けられている[L07]又は[L08]に記載の二次電池。
[L10]負極の表面に、絶縁性材料を含む第2絶縁層が設けられている[L07]又は[L08]に記載の二次電池。
[L11]セパレータの表面に、絶縁性材料を含む第3絶縁層が設けられている[L07]又は[L08]に記載の二次電池。
[M01]《電池パック》
[A01]乃至[L11]のいずれか1項に記載の二次電池、
二次電池の動作を制御する制御部、及び、
制御部の指示に応じて二次電池の動作を切り換えるスイッチ部、
を備えている電池パック。
[M02]《電動車両》
[A01]乃至[L11]のいずれか1項に記載の二次電池、
二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部、
駆動力に応じて駆動する駆動部、及び、
二次電池の動作を制御する制御部、
を備えている電動車両。
[M03]《電力貯蔵システム》
[A01]乃至[L11]のいずれか1項に記載の二次電池、
二次電池から電力を供給される1又は2以上の電気機器、及び、
二次電池からの電気機器に対する電力供給を制御する制御部、
を備えている電力貯蔵システム。
[M04]《電動工具》
[A01]乃至[L11]のいずれか1項に記載の二次電池、及び、
二次電池から電力を供給される可動部、
を備えている電動工具。
[M05]《電子機器》
[A01]乃至[L11]のいずれか1項に記載の二次電池を電力供給源として備えている電子機器。