JPWO2013027289A1 - 正極合剤含有組成物および非水二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】 正極生産時における経時変化が少なく生産性に優れた正極合剤含有組成物を構成し得る正極材料、正極生産時における経時変化が少なく生産性に優れた正極合剤含有組成物、並びに前記正極材料または前記正極合剤含有組成物を用いており、高温貯蔵時において膨れが生じ難く貯蔵特性に優れた非水二次電池を提供する。【解決手段】 本発明の正極材料および正極合剤含有組成物は、正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種とを含有することを特徴とするものである。また、本発明の非水二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有しており、前記正極が、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いたことを特徴とするものである。【選択図】 なし

Description

本発明は、非水二次電池用の正極材料および正極合含有組成物、並びに前記正極材料または前記正極合剤含有組成物を用いた非水二次電池に関するものである。
近年、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、高エネルギー密度の非水二次電池の需要が急激に伸びている。現在、こうした要求に応え得る非水二次電池は、例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なリチウム複合酸化物を使用した正極と、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料やリチウム金属などを使用した負極と、電解質塩を有機溶媒に溶解させた非水電解質（非水電解液など）とを用いて構成されている。
非水二次電池には高温下で貯蔵した際に、非水電解質と正極活物質との間で様々な反応が起こってガスが発生し、膨れが生じるという問題がある。非水二次電池の正極活物質に用いられているＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４などのリチウム複合酸化物は一種の触媒であり、高温下では非水電解質と反応してガスを生成し、このガスが電池の膨れや容量低下を引き起こす。特に、より容量が大きいことや元素の埋蔵量などの観点から近年注目されているＮｉ（ニッケル）含有リチウム複合酸化物は、今まで一般的に用いられてきたＬｉＣｏＯ２に比べてより触媒作用が大きく、また、合成時に残留するアルカリ成分が原因となって、よりガスを生成しやすい。
また、アルカリ成分の残留しているリチウム複合酸化物と、導電助剤や結着剤を含む正極合剤を、溶剤に分散させてスラリー状やペースト状の正極合剤含有組成物を調製し、これを金属箔などからなる集電体の片面または両面に塗布し、乾燥するなどして正極合剤層を形成する場合、正極合剤含有組成物のゲル化が進行しやすく、正極生産時における正極合剤含有組成物のポットライフが短いため、これが正極の生産性、ひいては非水二次電池の生産性を損なう原因となっていた。
ところで、非水二次電池では、非水電解質や電極に少量含有させることで、その特性改善を図り得る添加剤について、種々検討されている。例えば、特許文献１、２には、エポキシ基を含有する有機化合物を非水電解液に添加し、負極上に前記有機化合物由来の良好な皮膜を形成して、非水電解液溶媒と負極活物質との間の反応を抑制することで、非水二次電池の充放電サイクル特性向上を図る技術が提案されている。
特開２００６−１７９２１０号公報 特開２００９−２０６０８１号公報
しかしながら、正極活物質における残留アルカリ成分による前記の諸問題を解決するには、従来から知られている前記のような添加剤による改善手段では十分ではない。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、正極生産時における経時変化が少なく生産性に優れた正極合剤含有組成物を構成し得る正極材料、正極生産時における経時変化が少なく生産性に優れた正極合剤含有組成物、並びに前記正極材料または前記正極合剤含有組成物を用いており、高温貯蔵時において膨れが生じ難く貯蔵特性に優れた非水二次電池を提供することにある。
前記目的を達成し得た本発明の正極材料は、非水二次電池の正極に使用されるものであって、正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種とを含有することを特徴とするものである。
また、本発明の正極合剤含有組成物は、非水二次電池の正極に使用されるものであって、少なくとも、正極活物質と、結着剤と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種と、溶剤とを含有することを特徴とするものである。
更に、本発明の非水二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有する非水二次電池であって、前記正極は、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いたものであることを特徴とするものである。
本発明によれば、正極生産時における経時変化が少なく生産性に優れた正極合剤含有組成物を構成し得る正極材料、正極生産時における経時変化が少なく生産性に優れた正極合剤含有組成物、並びに前記正極材料または前記正極合剤含有組成物を用いており、高温貯蔵時において膨れが生じ難く貯蔵特性に優れた非水二次電池を提供することができる。
本発明の非水二次電池の一例を示す模式図であり、（ａ）平面図、（ｂ）部分縦断面図である。 図１の斜視図である。
本発明の正極材料は、正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種とを含有している。
リチウム複合酸化物などの非水二次電池用の正極活物質には、前記の通り、主にＬｉＯＨなどのアルカリ成分が不純物として含まれており、これが、正極の製造に用いられる正極合剤含有組成物（溶剤も含む組成物）のゲル化を引き起こしたり、非水二次電池を貯蔵（特に高温下での貯蔵）した際に膨れを引き起こしたりする。
本発明の正極材料は、こうした正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物とを混合することで調製されるが、前記化合物は、ＬｉＯＨなどのアルカリ成分との共存下で、エポキシ基がアルカリ成分を取り込みつつ開環して開環物となったり、アルカリ成分を取り込みつつ重合物を形成したりする。そのため、本発明の正極材料であれば、これを用いて製造される非水二次電池が完成するまでの段階（正極材料の調整段階、正極材料を用いた正極合剤含有組成物の調製段階、正極の製造段階、および非水二次電池の組み立て段階など）において、正極活物質中に不純物として含まれていたアルカリ成分の総量を減少させることができる。
よって、本発明の正極材料であれば、これを用いて調製される正極合剤含有組成物の、正極活物質に由来のアルカリ成分に起因するゲル化を抑制することが可能であり、また、前記正極材料を用いて製造される非水二次電池の、高温貯蔵時におけるアルカリ成分に起因する膨れの発生の抑制を、例えば充放電サイクル特性の低下などの問題を引き起こすことなく図ることができる。
更に、前記の効果は、非水二次電池の充電電圧を高めた場合にも発揮されるので、通常の充電電圧（４．２Ｖ）よりも高い電圧（例えば、４．３〜４．６Ｖ）で充電される非水二次電池にも、本発明の正極材料を好ましく用いることができる。
また、本発明の正極合剤含有組成物は、少なくとも、正極活物質と、結着剤と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種と、溶剤とを含有しており、非水二次電池の正極の製造に使用される。
本発明の正極合剤含有組成物は、本発明の正極材料を他の成分と混合したり、本発明の正極材料と同様に、正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物などとを混合したりすることで調製される。そのとき、本発明の正極材料の調製に用いられたり、正極合剤含有組成物の調製に直接使用されたりした２つ以上のエポキシ基を有する化合物は、正極活物質に含まれているＬｉＯＨなどのアルカリ成分との共存下で、エポキシ基がアルカリ成分を取り込みつつ開環して開環物となったり、アルカリ成分を取り込みつつ重合物を形成したりする。そのため、本発明の正極合剤含有組成物であれば、これを用いて製造される非水二次電池が完成するまでの段階（正極合剤含有組成物の調製段階、正極の製造段階、および非水二次電池の組み立て段階など）において、正極活物質中に不純物として含まれていたアルカリ成分の総量を減少させることができる。
よって、本発明の正極合剤含有組成物であれば、正極活物質に由来のアルカリ成分に起因するゲル化を抑制することが可能であり、また、前記正極合剤含有組成物を用いて製造される非水二次電池の、高温貯蔵時におけるアルカリ成分に起因する膨れの発生の抑制を、例えば充放電サイクル特性の低下などの問題を引き起こすことなく図ることができる。
更に、前記の効果は、非水二次電池の充電電圧を高めた場合にも発揮されるので、通常の充電電圧（４．２Ｖ）よりも高い電圧（例えば、４．３〜４．６Ｖ）で充電される非水二次電池にも、本発明の正極合剤含有組成物を好ましく用いることができる。
本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物に使用し得る２つ以上のエポキシ基を有する化合物としては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、１，２：８，９ジエポキシリモネン、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートなどが挙げられる。具体的な商品名としては、共栄社化学社製のエポライトシリーズ、ダイセル化学工業社製のセロキサイドシリーズなどが挙げられる。エポライトシリーズでは４０Ｅ、１００Ｅ、２００Ｅ、４００Ｅ、７０Ｐ、２００Ｐ、４００Ｐ、１５００ＮＰ、１６００、８０ＭＦ、１００ＭＦ、４０００、３００２などが挙げられる。セロキサイドシリーズでは、セロキサイド２０２１Ｐ、３０００などが挙げられる。
２つ以上のエポキシ基を有する化合物には、前記例示のもののうちの１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、２つ以上のエポキシ基を有する化合物を、エポキシ基を１つのみ有する化合物と併用してもよい。
本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物に係る２つ以上のエポキシ基を有する化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および２つ以上のエポキシ基を有する化合物の重合物は、前記の通り、２つ以上のエポキシ基を有する化合物を用いた正極材料や正極合剤含有組成物中において形成される。よって、本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物に係る２つ以上のエポキシ基を有する化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および２つ以上のエポキシ基を有する化合物の重合物には、２つ以上のエポキシ基を有する化合物として先に例示した各種の化合物の開環物および重合物が該当する。
そして、本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物は、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちのいずれか１種のみを含有していてもよく、２種以上を含有していてもよい。
本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物に使用する正極活物質としては、従来から知られているリチウム二次電池などの非水二次電池で使用されている正極活物質、すなわち、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な活物質が挙げられる。
このような正極活物質の具体例としては、リチウム複合酸化物が挙げられ、より具体的には、例えば、ＬｉＣｏＯ２などのリチウムコバルト酸化物；ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ３などのリチウムマンガン酸化物；ＬｉＣｏ１−ｐＮｉｐＯ２（ただし、ｐ＜０．２）などの層状構造のリチウム複合酸化物；ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４などのスピネル構造のリチウム複合酸化物；ＬｉＦｅＰＯ４などのオリビン構造のリチウム複合酸化物；前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物；などが例示できる。
また、下記一般組成式（１）で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物も、本発明の正極材料や本発明の正極合剤含有組成物に係る正極活物質として使用できる。
Ｌｉ１＋ｘＭＯ２ （１）
［ただし、−０．５≦ｘ≦０．５であり、かつＭは、ＭｎおよびＣｏのうちの少なくとも１種の元素と、Ｎｉとを含む２種以上の元素群を表し、Ｍを構成する各元素中で、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏの割合（ｍｏｌ％）を、それぞれａ、ｂおよびｃとしたとき、２０≦ａ＜１００、５０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１００である。］
正極活物質には、前記例示の各リチウム複合酸化物のうちの１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
前記例示の各リチウム複合酸化物の中でも、前記一般組成式（１）で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物は、不純物としてＬｉＯＨなどのアルカリ成分が混入しやすいため、これを用いた正極合剤含有組成物ではゲル化が生じやすく、また、このようなＮｉ含有リチウム複合酸化物を用いた非水二次電池では、例えば高温貯蔵時に膨れが生じやすい。しかしながら、本発明の正極材料および正極合剤含有組成物であれば、アルカリ成分量の多いＮｉ含有リチウム複合酸化物を正極活物質に用いた場合でも、そのアルカリ成分による前記の問題の発生を良好に抑制できる。よって、本発明において、正極活物質にＮｉ含有リチウム複合酸化物を用いた場合には、前記の問題を回避しつつ、例えば非水二次電池の高容量化を図ることができる。
前記一般組成式（１）で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物は、ＭｎおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎｉとを含む元素群Ｍを含有している。このうち、Ｎｉは、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の容量向上に寄与する成分である。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、高容量化を達成するにはＮｉの比率をより大きくすることが好ましい。よって、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたとき、Ｎｉの割合ａは、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の容量向上を図る観点から、２０ｍｏｌ％以上とすることが好ましく、５０ｍｏｌ％以上とすることがより好ましい。ただし、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、Ｎｉの比率が大きすぎると、ＮｉがＬｉサイトに導入されて非化学量論組成になりやすくなる。よって、Ｎｉの割合ａは、９７ｍｏｌ％以下であることが好ましく、９０ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
また、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、その結晶格子中にＭｎを存在させると、２価のＮｉとともに層状の構造を安定化させ、リチウム複合酸化物の熱的安定性を向上させ得ることから、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。
Ｍｎを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｍｎの割合ｂを１ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。ただし、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物においてＭｎの量が多すぎると、電池の充放電に伴ってＭｎの溶出量が増大し、充放電サイクル特性などが低下する傾向があることから、Ｍｎの割合ｂは７０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
また、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、その結晶格子中にＣｏを存在させると、非水二次電池の充放電でのＬｉのドープおよび脱ドープによるリチウム複合酸化物の相転移から起こる不可逆反応を緩和でき、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、充放電サイクル寿命の長い非水二次電池を構成することが可能となる。
Ｃｏを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｃｏの割合ｃを１ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。ただし、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物においてＣｏの量が多すぎると、Ｃｏの溶出によって充放電サイクル特性や熱的安定性が低下する傾向があることから、Ｃｏの割合ｃは５０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
なお、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｎｉの割合ａとＭｎの割合ｂとＣｏの割合ｃとの合計（ａ＋ｂ＋ｃ）は、容量をより良好に確保する観点から、５０ｍｏｌ％以上とすることが好ましく、６０ｍｏｌ％以上とすることがより好ましい。
また、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物は、前記一般組成式（１）における元素群Ｍとして、Ｎｉと、Ｍｎおよび／またはＣｏのみを含有していてもよいが、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を用いた非水二次電池の充放電サイクル特性や、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の熱的安定性向上のためには、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物にＮｉ、ＭｎおよびＣｏ以外の元素、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｇ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、ＷおよびＧａなどより選ばれる少なくとも１種を含有させることが望ましい。よって、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、Ｎｉの割合ａとＭｎの割合ｂとＣｏの割合ｃとの合計（ａ＋ｂ＋ｃ）は、１００ｍｏｌ％以下の範囲でＮｉ、ＭｎおよびＣｏ以外の元素の含有量を差し引いた値、例えば、９７ｍｏｌ％以下とすることができる。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、結晶格子中にＡｌを存在させると、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。また、ＡｌがＮｉ含有リチウム複合酸化物粒子の粒界や表面に存在することで、その経時安定性や非水電解質との副反応を抑制することができ、より長寿命の非水二次電池を構成することが可能となる。
ただし、Ａｌは充放電容量に関与することができないため、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物中の含有量を多くすると、容量低下を引き起こす虞がある。よって、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物にＡｌを含有させる場合には、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ａｌの割合ｄは１０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。なお、Ａｌを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、Ａｌの割合ｄは０．０２ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、結晶格子中にＭｇを存在させると、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。また、非水二次電池の充放電でのＬｉのドープおよび脱ドープによってリチウム複合酸化物の相転移が起こる際、ＭｇがＬｉサイトに転位することによって不可逆反応を緩和し、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、充放電サイクル寿命の長い非水二次電池を構成することができる。特に、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、ｘ＜０として、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物をＬｉ欠損な結晶構造とした場合には、Ｌｉの代わりにＭｇがＬｉサイトに入る形でＮｉ含有リチウム複合酸化物を形成し、安定な化合物とすることができる。
ただし、Ｍｇは充放電容量への関与が小さいため、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物中の含有量を多くすると、容量低下を引き起こす虞がある。よって、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物にＭｇを含有させる場合には、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｍｇの割合ｅは１０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。なお、Ｍｇを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、Ｍｇの割合ｅは０．０２ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において粒子中にＴｉを含有させると、ＬｉＮｉＯ２型の結晶構造において、酸素欠損などの結晶の欠陥部に配置されて結晶構造を安定化させるため、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の反応の可逆性が高まり、充放電サイクル特性に優れた非水二次電池を構成できるようになる。また、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の合成原料として、ＮｉとＴｉとが均一に混じり合った複合化合物を用いることにより、容量を増大させることも可能となる。
よって、前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物にＴｉを含有させる場合には、Ｔｉによる前記の効果を良好に確保する観点から、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｔｉの割合ｆを、０．０１ｍｏｌ％以上とすることが好ましく、０．１ｍｏｌ％以上とすることがより好ましい。また、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、Ｔｉの割合ｆは、５０ｍｏｌ％以下とすることが好ましく、１０ｍｏｌ％以下とすることがより好ましく、５ｍｏｌ％以下とすることが更に好ましく、２ｍｏｌ％以下とすることが特に好ましい。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、粒子中にＣａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金属を含有させると、一次粒子の成長が促進され、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の結晶性が向上するため、非水電解質との副反応が抑制されて高温貯蔵時における非水二次電池の膨れがより生じ難くなる。アルカリ土類金属としては、Ｂａが特に好適である。Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｃａ、ＳｒおよびＢａより選ばれるアルカリ土類金属の割合ｇは、１０ｍｏｌ％以下とすることが好ましく、５ｍｏｌ％以下とすることがより好ましく、３ｍｏｌ％以下とすることが更に好ましい。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物において、Ｆｅを含有させると、結晶構造が安定化し、熱的安定性を高めることができる。また、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の合成原料として、ＮｉとＦｅとが均一に混じり合った複合化合物を用いることにより、容量を増大させることも可能となる。
Ｆｅによる前記の効果を良好に確保するためには、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、元素群Ｍの全元素数を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｆｅの割合ｈを、０．０１ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。ただし、Ｆｅの含有量が多くなると、２価のＦｅが生成しやすくなり、容量が低下したり、放電電位が低下したりして、非水二次電池のエネルギー密度が低下する虞がある。よって、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物を表す前記一般組成式（１）において、Ｆｅの割合ｈは、５０ｍｏｌ％以下とする必要があり、４０ｍｏｌ％以下とすることが好ましく、２０ｍｏｌ％以下とすることがより好ましい。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物は、元素群Ｍに係る元素として、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏ以外の元素を含有していなくてもよく、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏ以外の元素として例えば先に例示した元素のうちの１種または２種以上を含有していてもよい。
前記の組成を有するＮｉ含有リチウム複合酸化物は、その真密度が４．５５〜４．９５ｇ／ｃｍ３と大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、Ｍｎを一定範囲で含むリチウム複合酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では安定して合成でき前記のような大きな真密度となるものと考えられる。また、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物は、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、前記一般組成式（１）において、−０．５≦ｘ≦０．５とすることが好ましく、ｘの値をこのように調整することで、真密度および可逆性を高めることができる。ｘは、−０．１以上０．３以下であることがより好ましく、この場合には、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の真密度を４．４ｇ／ｃｍ３以上と、より高い値にすることができる。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物は、Ｌｉ含有化合物およびＮｉ含有化合物、並びにＭｎ含有化合物、Ｃｏ含有化合物、Ａｌ含有化合物、Ｍｇ含有化合物、Ｔｉ含有化合物、Ｂａ化合物およびＦｅ含有化合物などの、各構成元素を含む化合物のうちの必要とするものを混合し、焼成する工程を経て合成することができる。なお、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物をより高い純度で合成するためには、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｇ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、ＷおよびＧａなどから選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎｉとを含有する複合化合物（これらの元素を含む共沈化合物、水熱合成された化合物、メカニカル合成された化合物、およびそれらを熱処理して得られる化合物など）を用いることが好ましい。このような複合化合物としては、前記の元素を含む水酸化物や酸化物が好ましい。
前記Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の合成において、原料化合物の混合物を焼成する条件としては、例えば、温度を６００〜１０００℃とし、時間を１〜２４時間とすればよい。
前記原料混合物の焼成に際しては、一度に所定温度まで昇温するよりも、一旦焼成温度よりも低い温度（例えば、２５０〜８５０℃）まで加熱し、その温度で０．５〜３０時間程度保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましく、また、焼成環境の酸素濃度を一定に保つことが好ましい。これにより、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の組成の均質性をより高めることができる。
また、前記原料混合物の焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気（すなわち、大気中）、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素など）と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度（体積基準）は、１５％以上であることが好ましく、１８％以上であることが好ましい。ただし、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の製造コストを低減して、その生産性、ひいては非水二次電池の生産性を高める観点からは、大気フロー中で前記原料混合物の焼成を行うことが、より好ましい。
前記原料混合物の焼成時における前記ガスの流量は、前記混合物１００ｇあたり２ｄｍ３／分以上とすることが好ましい。ガスの流量が少なすぎる場合、すなわちガス流速が遅すぎる場合には、Ｎｉ含有リチウム複合酸化物の組成の均質性が損なわれる虞がある。なお、前記原料混合物の焼成時における前記ガスの流量は、前記混合物１００ｇあたり５ｄｍ３／分以下とすることが好ましい。
また、前記原料混合物を焼成する工程では、乾式混合された混合物をそのまま用いてもよいが、原料混合物をエタノールなどの溶媒に分散させてスラリー状にし、遊星型ボールミルなどで３０〜６０分間程度混合し、これを乾燥させたものを用いることが好ましく、このような方法によって、合成されるＮｉ含有リチウム複合酸化物の均質性を更に高めることができる。
本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物において、正極活物質に前記一般組成式（１）で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物を使用する場合には、その使用による効果を良好に確保する観点から、前記一般組成式（１）で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物の、正極活物質全量中における量を、２０〜１００質量％とすることが好ましい。
本発明の正極材料は、例えば、前記の通り、正極活物質と２つ以上のエポキシ基を有する化合物を混合することにより調製できる。この調製途中に、２つ以上のエポキシ基を有する化合物の一部または全部が正極活物質中のアルカリ成分と反応して、開環物や重合物が形成される場合がある。
正極活物質と２つ以上のエポキシ基を有する化合物との混合は、例えば、正極活物質と２つ以上のエポキシ基を有する化合物とを機械的に攪拌混合する方法；２つ以上のエポキシ基を有する化合物を溶媒に溶解させた溶液を、正極活物質に噴霧する方法；などが採用できる。なお、２つ以上のエポキシ基を有する化合物を溶媒に溶解させた溶液を、正極活物質に噴霧して正極合剤を調製する場合、必要に応じて前記溶液を正極活物質に噴霧した後に乾燥を施してもよく、また、乾燥せずに正極合剤含有組成物の調製に供してもよい。
２つ以上のエポキシ基を有する化合物を溶解させる溶媒には、水；ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど）、アルコール類（エタノール、イソプロパノール）、トルエン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶媒；を用いることができる。
本発明の正極材料は、本発明の正極合剤含有組成物の調製に用いることができる。
すなわち、本発明の正極合剤含有組成物は、少なくとも、正極活物質と、結着剤と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種と、溶剤とを含有しているが、正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種とについては、本発明の正極材料を用いてもよい。
また、本発明の正極合剤含有組成物において、正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種とを含有させるには、正極活物質と２つ以上のエポキシ基を有する化合物とを、予め混合せずに（すなわち、本発明の正極材料とせずに）用いてもよい。
本発明の正極材料を用いることなく本発明の正極合剤含有組成物を調製した場合でも、２つ以上のエポキシ基を有する化合物が、正極活物質に含まれるアルカリ成分と反応することで、前記の効果が期待できる。しかし、本発明の正極材料を用いて本発明の正極合剤含有組成物を調製する方が、より効果的である。
本発明の正極合剤含有組成物に係る結着剤には、非水二次電池内で化学的に安定なものであれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。結着剤の具体例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＶＤＦ、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリ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（ＥＴＦＥ樹脂）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、または、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびそれら共重合体のＮａイオン架橋体などが挙げられ、これらを１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、非水二次電池内での安定性や非水二次電池の特性などを考慮すると、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＨＦＰなどのフッ素樹脂が好ましく、また、これらを併用したり、これらのモノマーにより形成される共重合体を用いたりしてもよい。
また、本発明の正極合剤含有組成物には、必要に応じて導電助剤を含有させてもよい。本発明の正極合剤含有組成物に使用し得る導電助剤については、非水二次電池内で化学的に安定なものであればいが、具体的には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（商品名）、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維；アルミニウム粉などの金属粉末；フッ化炭素；酸化亜鉛；チタン酸カリウムなどからなる導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料；などが挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高い黒鉛と、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャーなどの集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易である。
更に、本発明の正極合剤含有組成物に使用する溶剤としては、水や有機溶媒（ＮＭＰなど）が挙げられる。このような溶剤を用いることで、正極合剤含有組成物を、スラリー状やペースト状とする。正極合剤含有組成物において、結着剤は溶剤に溶解していてもよい。
正極合剤含有組成物の調製には、正極活物質と、結着剤と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物と、必要に応じて使用される導電助剤とを予め混合し（なお、正極活物質と２つ以上のエポキシ基を有する化合物とに代えて、本発明の正極材料を用いてもよい。正極合剤含有組成物の調製について、以下同じ。）、この混合物に溶剤を添加して更に混合する方法；正極活物質と、結着剤と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物と、必要に応じて使用される導電助剤と、溶剤とを直接混合する方法；などが採用できる。
本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物を調製するに当たっては、２つ以上のエポキシ基を有する化合物の量は、その使用による前記の効果を良好に確保する観点から、正極活物質１００質量部に対して、０．０１質量部以上とすることが好ましく、０．１質量部以上とすることがより好ましい。ただし、正極材料や正極合剤含有組成物の調製に使用する２つ以上のエポキシ基を有する化合物の量が多すぎると、これらの正極材料や正極合剤含有組成物を用いて得られる正極の有する正極合剤層（後述する）中の正極活物質量が減り、また、正極活物質表面に前記化合物やその開環物、その重合物が過剰に付着することで充放電反応が阻害されるなどして、非水二次電池の容量を低下させる虞がある。よって、本発明の正極材料および本発明の正極合剤含有組成物を調製するに当たっては、２つ以上のエポキシ基を有する化合物の量は、正極活物質１００質量部に対して、３質量部以下とすることが好ましく、１質量部以下とすることがより好ましい。
また、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いて得られる正極の正極合剤層における結着剤の量は、正極活物質（正極材料）や導電助剤を安定に結着できれば少ないほど好ましく、例えば、正極活物質１００質量部に対して、０．０３〜２質量部であることが好ましい。よって、本発明の正極合剤含有組成物を調製するに当たっては、結着剤の量が前記の値になるように調整することが好ましい。
更に、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いて得られる正極の正極合剤層における導電助剤の量は、導電性と吸液性とが良好に確保できればよく、例えば、正極活物質１００質量部に対して、０．１〜２質量部であることが好ましい。よって、本発明の正極合剤含有組成物を調製するに当たり、導電助剤を使用する場合には、その量が前記の値になるように調整することが好ましい。
本発明の非水二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有するものであり、前記正極が、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いたものである。
本発明の非水二次電池に係る正極には、例えば、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いて形成される正極合剤層を、集電体の片面または両面に有するものを使用することができる。
正極は、例えば、本発明の正極合剤含有組成物を、集電体の表面に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、更に、必要に応じてプレス処理を施して正極合剤層の厚みや密度を調整する工程を経て製造することができる。ただし、本発明の非水二次電池に係る正極は、本発明の正極材料または本発明の正極合剤含有組成物を用いていればよく、前記方法以外の方法により製造しても構わない。
正極の集電体の材質としては、非水二次電池内において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、アルミニウム、アルミニウム合金、またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。これらの中でも、軽量で電子伝導性が高いことから、アルミニウムまたはアルミニウム合金が特に好ましい。正極の集電体には、例えば、前記材質からなるフォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが使用される。また、集電体の表面に、表面処理を施して凹凸を付けることもできる。集電体の厚みは特に限定されないが、通常１〜５００μｍである。
このような集電体の表面に正極合剤含有組成物を塗布するには、例えば、ドクターブレードを用いた基材引き上げ方式；ダイコータ、コンマコータ、ナイフコータなどを用いたコータ方式；スクリーン印刷、凸版印刷などの印刷方式：などを採用することができる。
また、プレス処理後において、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、１５〜２００μｍであることが好ましい。更に、プレス処理後において、正極合剤層の密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。このような高密度の正極合剤層を有する正極とすることで、より高容量の電池を構成できる。ただし、正極合剤層の密度が大きすぎると、空孔率が小さくなって、非水電解質の浸透性が低下する虞があることから、プレス処理後における正極合剤層の密度は、４．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、プレス処理としては、例えば、１〜１００ｋＮ／ｃｍ程度の線圧でロールプレスすることができ、このような処理によって、前記の密度を有する正極合剤層とすることができる。
本明細書でいう正極合剤層の密度は、以下の方法により測定される値である。正極を所定面積に切り取り、その質量を最小目盛０．１ｍｇの電子天秤を用いて測定し、集電体の質量を差し引いて正極合剤層の質量を算出する。一方、正極の全厚を最小目盛１μｍのマイクロメーターで１０点測定し、これらの測定値から集電体の厚みを差し引いた値の平均値と、面積とから、正極合剤層の体積を算出する。そして、前記正極合剤層の質量を前記体積で割ることにより正極合剤層の密度を算出する。
また、正極には、電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。
本発明の非水二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質や結着剤などを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。
負極活物質には、黒鉛（天然黒鉛；熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を２８００℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛；など）、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素材料；リチウムと合金化可能な元素（Ｓｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎなど）や、これらの元素を含む材料（合金、酸化物など）；リチウムやリチウム合金（リチウム／アルミニウムなど）；などが使用できる。これらの負極活物質の中でも、より高容量の電池を構成し得る点で、黒鉛、またはリチウムと合金化可能な元素もしくはこれらの元素を含む材料が好ましい。
リチウムと合金化可能な元素を含む材料としては、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料（ただし、Ｓｉに対するＯの原子比は、０．５≦ｙ≦１．５である。以下、当該材料を「ＳｉＯｙ」という）が特に好ましい。
ＳｉＯｙは、Ｓｉの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、ＳｉとＯの原子比は、Ｓｉの微結晶または非晶質相のＳｉを含めた比率となる。すなわち、ＳｉＯｙには、非晶質のＳｉＯ２マトリックス中にＳｉ（例えば、微結晶Ｓｉ）が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のＳｉＯ２と、その中に分散しているＳｉを合わせて、前記の原子比ｙが０．５≦ｙ≦１．５を満足していればよい。例えば、非晶質のＳｉＯ２マトリックス中にＳｉが分散した構造で、ＳｉＯ２とＳｉのモル比が１：１の材料の場合、ｙ＝１であるので、構造式としてはＳｉＯで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、Ｘ線回折分析では、Ｓｉ（微結晶Ｓｉ）の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なＳｉの存在が確認できる。
なお、ＳｉＯｙは導電性が低いことから、例えば、ＳｉＯｙの表面を炭素で被覆して用いてもよく、これにより負極における導電ネットワークを、より良好に形成することができる。
ＳｉＯｙの表面を被覆するための炭素には、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などを使用することができる。
なお、炭化水素系ガスを気相中で加熱し、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、ＳｉＯｙ粒子の表面上に堆積する方法［気相成長（ＣＶＤ）法］で、ＳｉＯｙの表面を炭素で被覆すると、炭化水素系ガスがＳｉＯｙ粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素を含む薄くて均一な皮膜（炭素被覆層）を形成できることから、少量の炭素によってＳｉＯｙ粒子に均一性よく導電性を付与できる。
ＣＶＤ法で使用する炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなどを用いることができるが、取り扱いやすいトルエンが特に好ましい。これらを気化させる（例えば、窒素ガスでバブリングする）ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやエチレンガス、アセチレンガスなどを用いることもできる。
ＣＶＤ法の処理温度としては、例えば、６００〜１２００℃であることが好ましい。また、ＣＶＤ法に供するＳｉＯｙは、公知の手法で造粒した造粒体（複合粒子）であることが好ましい。
ＳｉＯｙの表面を炭素で被覆する場合、炭素の量は、ＳｉＯｙ：１００質量部に対して、５質量部以上であることが好ましく、１０質量部以上であることがより好ましく、また、９５質量部以下であることが好ましく、９０質量部以下であることがより好ましい。
なお、ＳｉＯｙは電池の充放電に伴う体積変化が大きいため、これのみを負極活物質とする負極合剤層を有する負極を用いた電池では、充放電に伴う負極の膨張収縮による劣化が生じやすく、充放電サイクル特性劣化の虞がある。そこで、こうした問題を回避するには、ＳｉＯｙと黒鉛とを負極活物質に併用することが好ましい。これにより、ＳｉＯｙの使用による高容量化を図りつつ、電池の充放電に伴う負極の膨張収縮を抑えて、充放電サイクル特性も高く維持することが可能となる。
負極活物質にＳｉＯｙと黒鉛とを併用する場合、負極活物質全量中におけるＳｉＯｙの割合は、ＳｉＯｙの使用による高容量化効果を良好に確保する観点から０．５質量％以上とすることが好ましく、また、ＳｉＯｙによる負極の膨張収縮を抑制する観点から１０質量％以下とすることが好ましい。
負極合剤層に係る結着剤としては、例えば、ＰＶＤＦやＰＴＦＥ、ＰＨＦＰなどのフッ素樹脂；スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、二トリルゴム（ＮＢＲ）などの合成ゴムや天然ゴム；カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）などのセルロース類；エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびそれら共重合体の架橋体などのアクリル樹脂；ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリＮビニルアセトアミドなどのアミド類；ポリイミド；ポリアクリル酸；ポリアクリル酸スルホン酸；キタンサンガム、グアーガムなどの多糖類；などが挙げられる。
また、負極合剤層には、必要に応じて、正極合剤層において使用可能なものとして先に例示した導電助剤を含有させることもできる。
負極の集電体の材質は、構成された電池において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、銅または銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、銅、銅合金またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。これらの中でも、リチウムと合金化せず、電子伝導性が高いことから、銅または銅合金が特に好ましい。負極の集電体には、例えば、前記の材質からなるフォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが使用できる。また、集電体の表面に、表面処理を施して凹凸を付けることもできる。集電体の厚みは特に限定されないが、通常１〜５００μｍである。
負極は、例えば、負極活物質および結着剤、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤を溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物（結着剤は溶剤に溶解していてもよい）を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成すし、必要に応じてプレス処理を施して負極合剤層の厚みや密度を調整することにより得ることができる。なお、負極は前記の製造方法により得られたものに限定されず、他の方法により製造したものであってもよい。負極合剤層の厚みは、集電体の片面当たり１０〜３００μｍであることが好ましい。また、正極合剤層の密度と同じ方法で測定される負極合剤層の密度は、例えば、１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
本発明の非水二次電池に係るセパレータは、８０℃以上（より好ましくは１００℃以上）１８０℃以下（より好ましくは１５０℃以下）において、その孔が閉塞する性質（すなわちシャットダウン機能）を有していることが好ましく、通常の非水二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、ＰＥのみを使用したものやＰＰのみを使用したものであってもよく、また、ＰＥ製の微多孔膜とＰＰ製の微多孔膜との積層体であってもよい。
なお、本発明の非水二次電池に係るセパレータには、熱可塑性樹脂［好ましくは、融点が８０℃以上（より好ましくは１００℃以上）１８０℃以下（より好ましくは１５０℃以下）の熱可塑性樹脂］を主体とする多孔質層（I）と、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子を主体として含む多孔質層（II）とを有する積層型のセパレータを使用することが好ましい。ここで、「融点」とはＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度を意味している。また「耐熱温度が２００℃以上」とは、少なくとも２００℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。
前記積層型のセパレータに係る多孔質層（I）は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、非水二次電池が多孔質層（I）の主体となる成分である樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層（I）に係る樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。
多孔質層（I）の主体となる熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＥ、ＰＰ、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィンなどが挙げられ、その形態としては、前述の非水二次電池に用いられる微多孔膜や、不織布などの基材にポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂の粒子を含む分散液を塗布し、乾燥するなどして得られるものが挙げられる。ここで、多孔質層（I）の構成成分の全体積（空孔部分を除く全体積）中において、主体となる熱可塑性樹脂の体積は、５０体積％以上であり、７０体積％以上であることがより好ましい。なお、例えば多孔質層（I）を前記ポリオレフィン製の微多孔膜で形成する場合は、熱可塑性樹脂の体積が１００体積％となる。
前記積層型のセパレータに係る多孔質層（II）は、非水二次電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子によって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層（I）が収縮しても、収縮し難い多孔質層（II）によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、この耐熱性の多孔質層（II）がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層（I）の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。
多孔質層（II）に係る無機微粒子は、耐熱温度が２００℃以上で、電池の有する非水電解質に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであればよいが、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。アルミナ、シリカ、ベーマイトは、耐酸化性が高く、粒径や形状を所望の数値などに調整することが可能であるため、多孔質層（II）の空孔率を精度よく制御することが容易となる。なお、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子は、例えば前記例示のものを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
多孔質層（II）に係る耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子の形状については特に制限はなく、略球状（真球状を含む）、略楕円体状（楕円体状を含む）、板状などの各種形状のものを使用できる。
また、多孔質層（II）に係る耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子の平均粒子径は、小さすぎるとイオンの透過性が低下することから、０．３μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましい。また、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子が大きすぎると、電気特性が劣化しやすくなることから、その平均粒子径は、５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。なお、本明細書でいう無機微粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計（例えば、堀場製作所製「ＬＡ−９２０」）を用い、媒体に微粒子を分散させて測定した平均粒子径Ｄ５０％である。
多孔質層（II）において、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子は、多孔質層（II）に主体として含まれるものであるため、これらの多孔質層（II）における量は、多孔質層（II）の構成成分の全体積［空孔部分を除く全体積。多孔質層（II）の含有成分の量について、以下同じ。］中、５０体積％以上であり、７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることが更に好ましい。多孔質層（II）中の無機微粒子を前記のように高含有量とすることで、非水二次電池が高温となった際にも、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができ、正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができる。
なお、後述するように、多孔質層（II）には有機バインダも含有させることが好ましいため、多孔質層（II）における耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子の量は、多孔質層（II）の構成成分の全体積中、９９．５体積％以下であることが好ましい。
多孔質層（II）には、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子同士を結着したり、多孔質層（II）と多孔質層（I）との一体化などのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ、酢酸ビニル由来の構造単位が２０〜３５モル％のもの）、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、ＳＢＲ、ＣＭＣ、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、２００℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
前記例示の有機バインダの中でも、ＥＶＡ、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、ＳＢＲなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ（ＥＶＡ）」、日本ユニカー社のＥＶＡ、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−ＥＥＡシリーズ（エチレン−アクリル酸共重合体）」、日本ユニカー社のＥＥＡ、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ（フッ素ゴム）」、ＪＳＲ社の「ＴＲＤ−２００１（ＳＢＲ）」、日本ゼオン社の「ＢＭ−４００Ｂ（ＳＢＲ）」などがある。
なお、前記の有機バインダを多孔質層（II）に使用する場合には、後述する多孔質層（II）形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。
前記積層型のセパレータは、例えば、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子などを含有する多孔質層（II）形成用組成物（スラリーなど）を、多孔質層（I）を構成するための微多孔膜の表面に塗布し、所定の温度に乾燥して多孔質層（II）を形成することにより製造することができる。
多孔質層（II）形成用組成物は、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子の他、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶媒（分散媒を含む。以下同じ。）に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。多孔質層（II）形成用組成物に用いられる溶媒は、無機微粒子などを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール（エチレングリコール、プロピレングリコールなど）、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類（メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど）を適宜加えて界面張力を制御することもできる。
多孔質層（II）形成用組成物は、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子、更には有機バインダなどを含む固形分含量を、例えば１０〜８０質量％とすることが好ましい。
なお、前記積層型のセパレータにおいて、多孔質層（I）と多孔質層（II）とは、それぞれ１層ずつである必要はなく、複数の層がセパレータ中にあってもよい。例えば、多孔質層（II）の両面に多孔質層（I）を配置した構成としたり、多孔質層（I）の両面に多孔質層（II）を配置した構成としてもよい。ただし、層数を増やすことで、セパレータの厚みを増やして電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので、層数を多くしすぎるのは好ましくなく、前記積層型のセパレータ中の多孔質層（I）と多孔質層（II）との合計層数は５層以下であることが好ましい。
本発明の非水二次電池に係るセパレータ（ポリオレフィン製の微多孔膜からなるセパレータや、前記積層型のセパレータ）の厚みは、例えば、１０〜３０μｍであることが好ましい。
また、前記積層型のセパレータにおいては、多孔質層（II）の厚み［セパレータが多孔質層（II）を複数有する場合は、その総厚み］は、多孔質層（II）による前記の各作用をより有効に発揮させる観点から、３μｍ以上であることが好ましい。ただし、多孔質層（II）が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こすなどの虞があることから、多孔質層（II）の厚みは、８μｍ以下であることが好ましい。
更に、前記積層型のセパレータにおいては、多孔質層（I）の厚み［セパレータが多孔質層（I）を複数有する場合は、その総厚み。以下同じ。］は、多孔質層（I）の使用による前記作用（特にシャットダウン作用）をより有効に発揮させる観点から、６μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層（I）が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、多孔質層（I）が熱収縮しようとする力が大きくなり、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。そのため、多孔質層（I）の厚みは、２５μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１４μｍ以下であることが更に好ましい。
セパレータ全体の空孔率としては、液状の非水電解質（非水電解液）の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、３０％以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、７０％以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率：Ｐ（％）は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記（２）式を用いて各成分ｉについての総和を求めることにより計算できる。
Ｐ ＝｛１−（ｍ／ｔ）／（Σａｉ・ρｉ）｝×１００ （２）
ここで、前記式中、ａｉ：全体の質量を１としたときの成分ｉの比率、ρｉ：成分ｉの密度（ｇ／ｃｍ３）、ｍ：セパレータの単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ２）、ｔ：セパレータの厚み（ｃｍ）である。
また、前記積層型のセパレータの場合、前記（２）式において、ｍを多孔質層（I）の単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ２）とし、ｔを多孔質層（I）の厚み（ｃｍ）とすることで、前記（２）式を用いて多孔質層（I）の空孔率：Ｐ（％）を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層（I）の空孔率は、３０〜７０％であることが好ましい。
更に、前記積層型のセパレータの場合、前記（２）式において、ｍを多孔質層（II）の単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ２）とし、ｔを多孔質層（II）の厚み（ｃｍ）とすることで、前記（２）式を用いて多孔質層（II）の空孔率：Ｐ（％）を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層（II）の空孔率は、２０〜６０％であることが好ましい。
前記セパレータとしては、機械的な強度の高いものが好ましく、例えば突き刺し強度が３Ｎ以上であることが好ましい。例えば、充放電に伴う体積変化の大きなＳｉＯｙを負極活物質に使用した場合、充放電を繰り返すことで、負極全体の伸縮によって、対面させたセパレータにも機械的なダメージが加わることになる。セパレータの突き刺し強度が３Ｎ以上であれば、良好な機械的強度が確保され、セパレータの受ける機械的ダメージを緩和することができる。
突き刺し強度が３Ｎ以上のセパレータとしては、前述した積層型のセパレータが挙げられ、特に、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層（I）に、耐熱温度が２００℃以上の無機微粒子を主体として含む多孔質層（II）を積層したセパレータが好適である。それは、前記無機微粒子の機械的強度が高いため、多孔質層（I）の機械的強度を補って、セパレータ全体の機械的強度を高めることができるからであると考えられる。
前記突き刺し強度は以下の方法で測定できる。直径２インチの穴があいた板上にセパレータをしわやたわみのないように固定し、先端の直径が１．０ｍｍの半円球状の金属ピンを、１２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で測定試料に降下させて、セパレータに穴があく時の力を５回測定する。そして、前記５回の測定値のうち最大値と最小値とを除く３回の測定について平均値を求め、これをセパレータの突き刺し強度とする。
本発明の非水二次電池に係る非水電解質には、電解質塩を有機溶媒に溶解させた溶液（非水電解液）を使用することができる。溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を、１種または２種以上用いることができる。また、アミンイミド系有機溶媒や、含イオウまたは含フッ素系有機溶媒なども用いることができる。これらのなかでも、ＥＣとＭＥＣとＤＥＣとの混合溶媒が好ましく、この場合、混合溶媒の全容量に対して、ＤＥＣを１５容量％以上８０容量％以下の量で含むことがより好ましい。このような混合溶媒であれば、電池の低温特性や充放電サイクル特性を高く維持しつつ、高電圧充電時における溶媒の安定性を高めることができるからである。
非水電解質に係る電解質塩としては、リチウムの過塩素酸塩、有機ホウ素リチウム塩、トリフロロメタンスルホン酸塩などの含フッ素化合物の塩、またはイミド塩などが好適に用いられる。このような電解質塩の具体例としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（Ｒｆ３ＯＳＯ２）２［ここで、Ｒｆはフルオロアルキル基を表す。］などが挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、これらの２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ＬｉＰＦ６やＬｉＢＦ４などが、充放電特性が良好なことからより好ましい。これらの含フッ素有機リチウム塩はアニオン性が大きく、かつイオン分離しやすいので前記溶媒に溶解しやすいからである。溶媒中における電解質塩の濃度は特に限定されないが、通常０．５〜１．７ｍｏｌ／Ｌである。
また、前記の非水電解質に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、１，３−プロパンスルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、ｔ−ブチルベンゼン、トリエチルホスフェート、トリエチルホスホノアセテートなどの添加剤を適宜加えることもできる。
例えば、非水電解質にビニレンカーボネートを含有させる場合、電池に使用する非水電解質中のビニレンカーボネートの含有量は、０．０１〜５質量％であることが好ましい。
また、負極にＳｉ、ＳｉＯｙ、Ｓｎのようなリチウムと合金化可能な金属を含む場合、非水電解質にフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートなどのフッ素含有添加剤を加えると充放電サイクル性向上が期待できる。非水電解質にフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートなどのフッ素含有添加剤を加える場合、電池に使用する非水電解質中のフッ素含有添加剤の含有量は、０．１〜２０質量％であることが好ましい。
本発明の非水二次電池は、例えば、前記の正極と負極とを、前記のセパレータを介して積層した積層電極体や、更にこれを渦巻状に巻回した巻回電極体を作製し、このような電極体と、前記の非水電解質とを、常法に従い外装体内に封入して構成される。
非水二次電池の形態としては、従来から知られている非水二次電池と同様に、筒形（円筒形や角筒形）の外装缶を使用した筒形のものや、扁平形（平面視で円形や角形の扁平形）の外装缶を使用した扁平形のもの、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージタイプのものなどとすることができる。また、外装缶には、スチール製やアルミニウム製のものが使用できる。
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。
実施例１
＜正極材料の調製＞
Ｌｉ１．０２Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２で表される正極活物質１００質量部と、エチレングリコールジグリシジルエーテル０．５質量部とを、プラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して、正極材料を調製した。
＜正極の作製＞
前記の正極材料９６．８質量部と、結着剤であるＰＶＤＦ１．５質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック１．７質量部とに、ＮＭＰを加えてプラネタリーミキサーを用いて減圧中で混練した。この混練物に更にＮＭＰを加えて粘度を調節して、正極合剤含有組成物を調製した。
前記の正極合剤含有組成物を、厚みが１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布し、１２０℃で乾燥後、更に１２０℃で１２時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚みおよび密度を調節し、アルミニウム箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ３７５ｍｍ、幅４３ｍｍの帯状の正極を作製した。
＜負極の作製＞
負極活物質である数平均粒子径が１０μｍの天然黒鉛９７．５質量部と、結着剤であるスチレンブタジエンゴム１．５質量部と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース１質量部とに、水を加えて混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを厚みが８μｍの銅箔の両面に塗布し、１００℃で風乾した後、１２０℃で１２時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚みおよび密度を調節し、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ３８０ｍｍ、幅４４ｍｍの帯状の負極を作製した。
＜非水電解液の調製＞
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネートとの容積比２：３：１の混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させ、更に、ビニレンカーボネート（ＶＣ）２．５質量％を添加して、非水電解液を調製した。
＜電池の組み立て＞
前記帯状の正極を、厚みが１６μｍの微孔性ポリエチレンセパレータ（空孔率：４１％）を介して前記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体とし、この巻回電極体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が厚さ４．６ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記巻回電極体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた注入口から前記電解液を注入し、１時間静置した後注入口を封止して、図１に示す構造で、図２に示す外観の非水二次電池を得た。なお、前記非水二次電池の設計電気容量は、９００ｍＡｈとした。
ここで図１および図２に示す電池について説明すると、図１の（ａ）は平面図、（ｂ）はその部分断面図であって、図１（ｂ）に示すように、正極１と負極２はセパレータ３を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体６として、角形（角筒形）の電池ケース（外装缶）４に非水電解液と共に収容されている。ただし、図１では、煩雑化を避けるため、正極１や負極２の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解液などは図示していない。
電池ケース４はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース４は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース４の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体５が配置され、正極１、負極２およびセパレータ３からなる扁平状巻回電極体６からは、正極１および負極２のそれぞれ一端に接続された正極リード体７と負極リード体８が引き出されている。また、電池ケース４の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板９にはポリプロピレン製の絶縁パッキング１０を介してステンレス鋼製の端子１１が取り付けられ、この端子１１には絶縁体１２を介してステンレス鋼製のリード板１３が取り付けられている。
そして、この蓋板９は電池ケース４の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース４の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図１の電池では、蓋板９に電解液注入口１４が設けられており、この電解液注入口１４には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている（従って、図１および図２の電池では、実際には、電解液注入口１４は、電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、電解液注入口１４として示している）。更に、蓋板９には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント１５が設けられている。
この実施例１の電池では、正極リード体７を蓋板９に直接溶接することによって電池ケース４と蓋板９とが正極端子として機能し、負極リード体８をリード板１３に溶接し、そのリード板１３を介して負極リード体８と端子１１とを導通させることによって端子１１が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース４の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。
図２は前記図１に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図２は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図１では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図１においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。
実施例２
Ｌｉ１．０２Ｎｉ０．８２Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０３Ｏ２で表される正極活物質１００質量部と、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート１．０質量部とを、プラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して、正極材料を調製した。そして、この正極材料を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製し、更に、この正極を用いた以外は実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例３
Ｌｉ１．００Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２で表される正極活物質１００質量部と、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル０．５質量部とを、プラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して、正極材料を調製した。そして、この正極材料を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製した。
また、数平均粒子径が１０μｍの天然黒鉛５０質量部と、数平均粒子径が１５μｍの人造黒鉛５０質量部とを混合して負極活物質とし、この負極活物質を使用した以外は実施例１と同様にして負極を作製した。そして、前記の正極と前記の負極とを用いた以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例４
Ｌｉ１．０３Ｎｉ０．９Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｍｇ０．０２５Ｏ２で表される正極活物質１００質量部と、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル０．７質量部とを、プラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して、正極材料を調製した。そして、この正極材料を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製し、更に、この正極を用いた以外は実施例３と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例５
Ｌｉ１．０２Ｎｉ０．３４Ｃｏ０．３４Ｍｎ０．３２Ｏ２で表される正極活物質１００質量部と、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル０．４質量部とを、プラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して、正極材料を調製した。そして、この正極材料を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製し、更に、この正極を用いた以外は実施例３と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例６
Ｌｉ１．０３Ｎｉ０．９Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｍｇ０．０２５Ｏ２で表される正極活物質２０質量部とトリプロピレングリコールジグリシジルエーテル０．１質量部とをプラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して混合した。ここに、Ｌｉ１．００Ｃｏ０．９８８Ａｌ０．００５Ｍｇ０．００５Ｚｒ０．００２Ｏ２で表される正極活物質８０質量部を追加し、プラネタリーミキサーで減圧中１０分間攪拌して正極材料を調製した。そして、この正極材料を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製した。
ＳｉＯ（平均粒径５．０μｍ）を沸騰床反応器中で約１０００℃に加熱し、加熱された粒子にエチレンと窒素ガスからなる２５℃の混合ガスを接触させ、１０００℃で６０分間ＣＶＤ処理を行った。このようにして前記混合ガスが熱分解して生じた炭素（以下「ＣＶＤ炭素」ともいう）を複合粒子に堆積させて被覆層を形成し、負極材料（炭素被覆ＳｉＯ）を得た。被覆層形成前後の質量変化から前記負極材料の組成を算出したところ、ＳｉＯ：ＣＶＤ炭素＝８０：２０（質量比）であった。
負極活物質を、数平均粒子径が１０μｍの天然黒鉛：４９．０質量部と、数平均粒子径が１５μｍが人造黒鉛：４９．０質量部と、前記炭素被覆ＳｉＯ：２質量部との混合物に変更した以外は、実施例１と同様にして負極を作製した。
また、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネートとの容積比２：３：１の混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させ、更に、ＶＣ：２．５質量％とフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）：１質量％とを添加して、非水電解液を調製した。
前記の正極、前記の負極および前記の非水電解液を用いた以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例７
Ｌｉ１．００Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２で表される正極活物質１００質量部と、プロピレングリコールジグリシジルエーテル１．５質量部とを、プラネタリーミキサーで減圧中３０分間攪拌して、正極材料を調製した。そして、この正極材料を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製し、更に、この正極を用いた以外は実施例６と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例８
Ｌｉ１．０２Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２で表される正極活物質９６．８質量部と、結着剤であるＰＶＤＦを１．５質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック１．７質量部にＮＭＰを加えてプラネタリーミキサーを用いて減圧中で混練した。そこへ、エチレングリコールジグリシジルエーテル０．４８質量部を加えて更に混練した。その後、ここにＮＭＰを更に加えて粘度を調節して、正極合剤含有組成物を調製した。そして、この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例１と同様にして正極を作製し、更に、この正極を用いた以外は実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。
比較例１
Ｌｉ１．０２Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２で表される正極活物質とエチレングリコールジグリシジルエーテルとを用いて調製した正極材料に代えて、Ｌｉ１．０２Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２をそのまま使用した以外は、実施例１と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。
比較例２
Ｌｉ１．００Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２で表される正極活物質とジエチレングリコールジグリシジルエーテルとを用いて調製した正極材料に代えて、Ｌｉ１．００Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２をそのまま使用した以外は、実施例３と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例３と同様にして非水二次電池を作製した。
比較例３
Ｌｉ１．０３Ｎｉ０．９Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｍｇ０．０２５Ｏ２で表される正極活物質とネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルとを用いて調製した正極材料に代えて、Ｌｉ１．０３Ｎｉ０．９Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｍｇ０．０２５Ｏ２をそのまま使用した以外は、実施例４と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例４と同様にして非水二次電池を作製した。
比較例４
Ｌｉ１．０３Ｎｉ０．９Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｍｇ０．０２５Ｏ２で表される正極活物質と、Ｌｉ１．００Ｃｏ０．９８８Ａｌ０．００５Ｍｇ０．００５Ｚｒ０．００２Ｏ２で表される正極活物質と、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを用いて調製した正極材料に代えて、Ｌｉ１．０３Ｎｉ０．９Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｍｇ０．０２５Ｏ２：２０質量部とＬｉ１．００Ｃｏ０．９８８Ａｌ０．００５Ｍｇ０．００５Ｚｒ０．００２Ｏ２：８０質量部との混合物を用いた以外は、実施例６と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例６と同様にして非水二次電池を作製した。
比較例５
Ｌｉ１．００Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２で表される正極活物質とプロピレングリコールジグリシジルエーテルとを用いて調製した正極材料に代えて、Ｌｉ１．００Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２をそのまま使用した以外は、実施例７と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例７と同様にして非水二次電池を作製した。
実施例１〜８および比較例１〜５の非水二次電池に係る正極に用いた正極材料の調製に使用した正極活物質の組成と、それらの質量比（実施例６および比較例４のみ）とを表１に示し、また、表２には、これらの正極材料の調製に使用した２つ以上のエポキシ基を有する化合物と、正極活物質１００質量部に対する前記化合物の使用量とを示す。更に、実施例１〜８および比較例１〜５の非水二次電池に係る負極に用いた負極活物質、および実施例１〜８および比較例１〜５の非水二次電池に係る非水電解液に用いた添加剤を表３に示す。
Figure 2013027289
Figure 2013027289
Figure 2013027289
また、実施例１〜８および比較例１〜５の非水二次電池、およびこれらの非水二次電池の製造に用いた正極合剤含有組成物について、以下の各評価を行った。これらの結果を表４に示す。
＜容量測定＞
実施例および比較例の各電池を、６０℃で７時間保存した後、２０℃で、２００ｍＡの電流値で５時間充電し、２００ｍＡの電流値で電池電圧が２．５Ｖに低下するまで放電する充放電サイクルを、放電容量が一定になるまで繰り返した。次いで、定電流−定電圧充電（定電流：５００ｍＡ、定電圧：４．２Ｖ、総充電時間：３時間）を行い、１時間休止後に２００ｍＡの電流値で電池電圧が２．５Ｖとなるまで放電して標準容量を求めた。
＜貯蔵特性＞
実施例および比較例の各電池について、定電流−定電圧充電（定電流：０．４Ｃ、定電圧：４．２５Ｖ、総充電時間：３時間）を行った後、恒温槽に入れて８０℃で５日間放置し、その後の電池の厚みを測定した。このようにして得られた各電池の貯蔵後の厚みと、貯蔵前の厚み（４．６ｍｍ）との差から求められる貯蔵時の電池の膨れにより、貯蔵特性を評価した。
＜正極合剤含有組成物の安定性評価＞
実施例および比較例の各電池の製造に使用した正極合剤含有組成物の粘度の経時変化を測定し、これらによって正極合剤含有組成物の安定性を評価した。正極合剤含有組成物の粘度測定にはコーンプレート型粘度計を用い、５ｒｐｍ、２５℃の条件で測定を実施した。各正極合剤含有組成物の安定性は、これらの調製直後の粘度と、ミックスローターを用いて１週間常温で回しながら保管した後の粘度とを比較することで評価した。保管後においても正極合剤含有組成物の粘度が±１０％以内で維持されていたものを◎、保管後の粘度が±２０％以内で維持されていたものを○、保管後に粘度が２０％以上変化したものを×と評価した。
Figure 2013027289
表４に示す通り、正極活物質と２以上のエポキシ基を含有する化合物とで正極材料を調製し、これらの正極材料を用いた正極合剤含有組成物を使用して作製した正極を有する実施例１〜７の非水二次電池、並びに、２以上のエポキシ基を含有する化合物を用いて調製した正極合剤含有組成物を使用して作製した正極を有する実施例８の非水二次電池は、貯蔵試験後の膨れが小さく良好な高温貯蔵特性を有している。また、実施例１〜８の非水二次電池の製造に用いた正極合剤含有組成物は粘度の経時安定性が良好であり、ゲル化の進行が抑えられていた。よって、実施例１〜８の非水二次電池は、生産性も良好であるといえる。
なお、実施例５、６の非水二次電池の製造に使用した正極合剤含有組成物は、その安定性が他の実施例の電池に使用した正極合剤含有組成物と比較して特に良好である。これは正極活物質のＮｉ含有量が他の実施例で使用した正極活物質に比べて少なく、元々存在していたアルカリ量が少ないためであると考えられる。
実施例８の非水二次電池は、構成材料が実施例１の電池と同じであるが、貯蔵後の膨れが実施例１に比べて大きい。実施例８の電池は、正極活物質と２以上のエポキシ基を有する化合物とで調製した正極材料を用いずに、正極活物質と２以上のエポキシ基を有する化合物とを、他の成分と共に混合して調製した正極合剤含有組成物を用いて作製した正極を使用しているため、予め正極活物質と２以上のエポキシ基を有する化合物とで調製した正極材料を用いた実施例１の電池と比べて、正極活物質中のアルカリ成分と２以上のエポキシ基を有する化合物との反応がやや進み難かったことから、貯蔵膨れの抑制効果が小さくなったと考えられる。
また、実施例７の非水二次電池は、実施例２の非水二次電池に比べて、高温貯蔵時の膨れが若干大きい。この結果は非水電解液に添加したＦＥＣが膨れを増加させていると考えられる。また、実施例６の非水二次電池も、使用した正極活物質のＮｉ含有量が少ないにも関わらず高温貯蔵膨れが若干大きいが、それも実施例７の電池における前記の理由と同じ理由によるためであると考えられる。
このような実施例の非水二次電池に対し、比較例１〜５の電池は貯蔵試験後の膨れが大きいが、これらの電池では、内部のガス発生量が実施例の電池よりも多かったと考えられる。また、比較例１〜５の電池の製造に用いた正極合剤含有組成物は安定性評価において、保管後に増粘が見られ、短時間でゲル化が進行してしまった。
本発明の非水二次電池は、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器などの各種電子機器の電源用途を始めとして、安全性が重視される電動工具、自動車、自転車、電力貯蔵用などの用途にも適用することができる。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ

Claims (11)

  1. 非水二次電池の正極に使用される正極材料であって、
    正極活物質と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種とを含有することを特徴とする正極材料。
  2. 正極活物質がリチウム複合酸化物である請求項１に記載の正極材料。
  3. 正極活物質の少なくとも一部が、下記一般組成式（１）
    Ｌｉ１＋ｘＭＯ２ （１）
    ［ただし、−０．５≦ｘ≦０．５であり、かつＭは、ＭｎおよびＣｏのうちの少なくとも１種の元素と、Ｎｉとを含む２種以上の元素群を表し、Ｍを構成する各元素中で、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏの割合（ｍｏｌ％）を、それぞれａ、ｂおよびｃとしたとき、２０≦ａ＜１００、５０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１００である］で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物である請求項１または２に記載の正極材料。
  4. 非水二次電池の正極に使用される正極合剤含有組成物であって、
    少なくとも、正極活物質と、結着剤と、２つ以上のエポキシ基を有する化合物、前記化合物の少なくとも１つのエポキシ基が開環した開環物、および前記化合物の重合物のうちの少なくとも１種と、溶剤とを含有することを特徴とする正極合剤含有組成物。
  5. 正極活物質がリチウム複合酸化物である請求項４に記載の正極合剤含有組成物。
  6. 正極活物質の少なくとも一部が、下記一般組成式（１）
    Ｌｉ１＋ｘＭＯ２ （１）
    ［ただし、−０．５≦ｘ≦０．５であり、かつＭは、ＭｎおよびＣｏのうちの少なくとも１種の元素と、Ｎｉとを含む２種以上の元素群を表し、Ｍを構成する各元素中で、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏの割合（ｍｏｌ％）を、それぞれａ、ｂおよびｃとしたとき、２０≦ａ＜１００、５０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１００である］で表されるＮｉ含有リチウム複合酸化物である請求項４または５に記載の正極合剤含有組成物。
  7. 正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有する非水二次電池であって、
    前記正極は、請求項１〜３のいずれかに記載の正極材料、または請求項４〜６のいずれかに記載の正極合剤含有組成物を用いたものであることを特徴とする非水二次電池。
  8. 負極は、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素材料、またはリチウムと合金化可能な元素もしくは前記元素を含む材料を含有している請求項７に記載の非水二次電池。
  9. 負極は、負極活物質として、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料（ただし、Ｓｉに対するＯの原子比ｙは、０．５≦ｙ≦１．５である）と黒鉛とを含有している請求項８に記載の非水二次電池。
  10. 非水電解質にビニレンカーボネートを含有している請求項７〜９のいずれかに記載の非水二次電池。
  11. 非水電解質にフルオロエチレンカーボネートを含有している請求項７〜１０のいずれかに記載の非水二次電池。
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