JPWO2014080890A1 - 電気デバイス用負極、及びこれを用いた電気デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高いサイクル特性を維持しつつ、かつ、初期容量も高くバランスよい特性を示すＬｉイオン二次電池等の電気デバイス用負極を提供する。【解決手段】集電体と、前記集電体の表面に配置された負極活物質、導電助剤、およびバインダを含む電極層と、を有する電気デバイス用負極であって、前記負極活物質が、下記式（１）：（上記式（１）において、Ｍは、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの金属であり、前記Ａは、不可避不純物であり、ｘ、ｙ、ｚ、およびａは、質量％の値を表し、この際、０＜ｘ＜１００、０＜ｙ＜１００、０＜ｚ＜１００、および０≦ａ＜０．５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１００である。）で表される合金を含み、前記集電体の弾性伸びが、１．３０％以上であることを特徴とする、電気デバイス用負極。【選択図】図１

Description

本発明は、電気デバイス用負極、及びこれを用いた電気デバイスに関する。本発明の電気デバイス用負極及びこれを用いた電気デバイスは、例えば、二次電池やキャパシタ等として電気自動車、燃料電池車及びハイブリッド電気自動車等の車両のモータ等の駆動用電源や補助電源に用いられる。

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの電気デバイスの開発が盛んに行われている。

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、及び高いエネルギーを有することが求められている。従って、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。

従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素・黒鉛系材料が用いられてきた。しかし、炭素・黒鉛系の負極材料ではリチウムイオンの黒鉛結晶中への吸蔵・放出により充放電がなされるため、最大リチウム導入化合物であるＬｉＣ_６から得られる理論容量３７２ｍＡｈ／ｇ以上の充放電容量が得られないという欠点がある。このため、炭素・黒鉛系負極材料で車両用途の実用化レベルを満足する容量、エネルギー密度を得るのは困難である。

これに対し、負極にＬｉと合金化する材料を用いた電池は、従来の炭素・黒鉛系負極材料と比較しエネルギー密度が向上するため、車両用途における負極材料として期待されている。例えば、Ｓｉ材料は、充放電において下記の反応式（Ａ）のように１ｍｏｌあたり４．４ｍｏｌのリチウムイオンを吸蔵放出し、Ｌｉ_２２Ｓｉ_５（＝Ｌｉ_４．４Ｓｉ）においては理論容量２１００ｍＡｈ／ｇである。さらに、Ｓｉ重量当りで算出した場合、３２００ｍＡｈ／ｇ（参考例Ｃの比較参考例３４参照）もの初期容量を有する。

しかしながら、負極にＬｉと合金化する材料を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電時の負極での膨張収縮が大きい。例えば、Ｌｉイオンを吸蔵した場合の体積膨張は、黒鉛材料では約１．２倍であるのに対し、Ｓｉ材料ではＳｉとＬｉが合金化する際、アモルファス状態から結晶状態へ転移し大きな体積変化（約４倍）を起こすため、電極のサイクル寿命を低下させる問題があった。また、Ｓｉ負極活物質の場合、容量とサイクル耐久性はトレードオフの関係であり、高容量を示しつつ高サイクル耐久性を向上させることが困難であるといった問題があった。

こうした問題を解決すべく、式；Ｓｉ_ｘＭ_ｙＡｌ_ｚを有するアモルファス合金を含む、リチウムイオン二次電池用の負極活物質が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、式中ｘ、ｙ、ｚは原子パーセント値を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、ｘ≧５５、ｙ＜２２、ｚ＞０、Ｍは、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、及びＹの少なくとも１種からなる金属である。かかる特許文献１に記載の発明では、段落「００１８」に金属Ｍの含有量を最小限にすることで、高容量の他に、良好なサイクル寿命を示すことが記載されている。

特表２００９−５１７８５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の式；Ｓｉ_ｘＭ_ｙＡｌ_ｚを有するアモルファス合金を有する負極を用いたリチウムイオン二次電池の場合、良好なサイクル特性を示すことができるとされているものの、初期容量が十分とはいえなかった。またサイクル特性も十分なものとはいえなかった。

そこで、本発明の目的は、高いサイクル特性を維持しつつ、かつ、初期容量も高くバランスよい特性を示すＬｉイオン二次電池等の電気デバイス用負極を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、所定の３元系Ｓｉ合金を負極活物質として使用し、所定の弾性伸びを有する負極集電体を使用することによって、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、集電体と、前記集電体の表面に配置された負極活物質、導電助剤、およびバインダを含む電極層と、を有する電気デバイス用負極に関する。この際、負極活物質が、下記式（１）：

で表される合金であり、前記集電体の弾性伸びが１．３０％以上であることを特徴とする。この際、上記式（１）において、Ｍは、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの金属である。また、Ａは、不可避不純物である。さらに、ｘ、ｙ、ｚ、およびａは、質量％の値を表し、この際、０＜ｘ＜１００、０＜ｙ＜１００、０＜ｚ＜１００、および０≦ａ＜０．５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１００である。

本発明に係る電気デバイスの代表的な一実施形態である積層型の扁平な非双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。 本発明に係る電気デバイスの代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｇｅ系合金の組成範囲と共に、参考例Ａで成膜した合金成分をプロットして示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｇｅ系合金の好適な組成範囲を示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｇｅ系合金のより好適な組成範囲を示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｇｅ系合金のさらに好適な組成範囲を示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｇｅ系合金のさらに一層好適な組成範囲を示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｓｎ系合金の組成範囲と共に、参考例Ｂで成膜した合金成分をプロットして示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｓｎ系合金の好適な組成範囲を示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｓｎ系合金のより好適な組成範囲を示す３元組成図である。 本発明の電気デバイス用負極が有する負極活物質を構成するＳｉ−Ｔｉ−Ｓｎ系合金のさらに好適な組成範囲を示す３元組成図である。 参考例Ｂにおいて、参考例１９〜４４及び比較参考例１４〜２７で得られた電池の初期放電容量に及ぼす負極活物質合金組成の影響を示す図である。 参考例Ｂにおいて、参考例１９〜４４及び比較参考例１４〜２７で得られた電池の５０サイクル目の放電容量維持率に及ぼす負極活物質合金組成の影響を示す図である。 参考例Ｂにおいて、参考例１９〜４４及び比較参考例１４〜２７で得られた電池の１００サイクル目の放電容量維持率に及ぼす負極活物質合金組成の影響を示す図である。 参考例Ｃにおいて、参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０における負極を用いた電池の１サイクル目の放電容量（ｍＡｈｇ）を、容量の大きさにより色分けして（濃淡をつけて）プロットしたＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図である。 参考例Ｃにおいて、参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０における負極を用いた電池の５０サイクル目での放電容量維持率（％）を、放電容量維持率の大きさにより色分けして（濃淡をつけて）プロットしたＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図である。 参考例Ｃにおいて、図１５のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図に参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金サンプルの組成範囲を色分けして（濃淡をつけて）囲った図面である。図中、０．３８≦Ｓｉ（ｗｔ％／１００）＜１．００であり、０＜Ｔｉ（ｗｔ％／１００）＜０．６２であり、０＜Ｚｎ（ｗｔ％／１００）＜０．６２である。 参考例Ｃにおいて、図１５のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図に参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金サンプルのうち、好ましい組成範囲を色分けして（濃淡をつけて）囲った図面である。図中、０．３８≦Ｓｉ（ｗｔ％／１００）＜１．００であり、０＜Ｔｉ（ｗｔ％／１００）≦０．４２であり、０＜Ｚｎ（ｗｔ％／１００）≦０．３９である。 参考例Ｃにおいて、図１６のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図に参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金サンプルのうち、より好ましい組成範囲を色分けして（濃淡をつけて）囲った図面である。図中、０．３８≦Ｓｉ（ｗｔ％／１００）≦０．７２であり、０．０８≦Ｔｉ（ｗｔ％／１００）≦０．４２であり、０．１２≦Ｚｎ（ｗｔ％／１００）≦０．３９である。 参考例Ｃにおいて、図１６のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図に参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金サンプルのうち、特に好ましい組成範囲を色分けして（濃淡をつけて）囲った図面である。図中、０．３８≦Ｓｉ（ｗｔ％／１００）≦０．６１であり、０．１９≦Ｔｉ（ｗｔ％／１００）≦０．４２であり、０．１２≦Ｚｎ（ｗｔ％／１００）≦０．３５である。 参考例Ｃにおいて、図１６のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の組成図に参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０のＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金サンプルのうち、とりわけ好ましい組成範囲を色分けして（濃淡をつけて）囲った図面である。図中、０．４７≦Ｓｉ（ｗｔ％／１００）≦０．５３であり、０．１９≦Ｔｉ（ｗｔ％／１００）≦０．２１であり、０．２６≦Ｚｎ（ｗｔ％／１００）≦０．３５である。 参考例Ｃで行った、ｐｕｒｅ Ｓｉ、Ｓｉ−Ｔｉ系の２元系合金、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系合金の各サンプルを用いた電池での１サイクル目（初期サイクル）の放電過程でのｄＱ／ｄＶ曲線を表す図面である。 実施例において、負極集電体の弾性伸びと電池の放電容量維持率の向上率との関係を表す図面である。

上述のように、本発明は、所定の３元系Ｓｉ合金を負極活物質として使用し、所定の弾性伸びを有する負極集電体を使用すること点に特徴を有する。

本発明によれば、特定のＳｉ合金を負極活物質として用いることにより、ＳｉとＬｉが合金化する際のアモルファス−結晶の相転移が抑制され電池のサイクル特性が向上しうる。さらに、上記の特定のＳｉ合金を用いた負極において、所定の弾性伸びを有する集電体を使用することにより、電池の充放電に伴う負極活物質の膨張・収縮による負極活物質層の体積変化に追随して集電体が弾性的に変形しうる。そのため、集電体の塑性変形が起こりにくく、集電体の塑性変形による電極層（負極活物質層）のゆがみを低減でき、正極との均一な電極間距離を維持できる。その結果、高容量・高サイクル耐久性を有する電気デバイスが得られうる。

以下、図面を参照しながら、本発明の電気デバイス用の負極及びこれを用いてなる電気デバイスの実施形態を説明する。但し、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

以下、本発明の電気デバイス用の負極が適用され得る電気デバイスの基本的な構成を、図面を用いて説明する。本実施形態では、電気デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例示して説明する。なお、本発明において、「電極層」とは、負極活物質、導電助剤、およびバインダを含む合剤層を意味するが、本明細書の説明では、「負極活物質層」とも称する。同様に、正極側の電極層を「正極活物質層」とも称する。

まず、本発明に係る電気デバイス用負極の代表的な一実施形態であるリチウムイオン二次電池用の負極およびこれを用いてなるリチウムイオン二次電池では、セル（単電池層）の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる。そのため本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極を用いてなるリチウムイオン二次電池では、車両の駆動電源用や補助電源用として優れている。その結果、車両の駆動電源用等のリチウムイオン二次電池として好適に利用できる。このほかにも、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。

すなわち、本実施形態の対象となるリチウムイオン二次電池は、以下に説明する本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極を用いてなるものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではない。

例えば、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型（扁平型）電池、巻回型（円筒型）電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型（扁平型）電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。

また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態（電極構造）で見た場合、非双極型（内部並列接続タイプ）電池および双極型（内部直列接続タイプ）電池のいずれにも適用し得るものである。

リチウムイオン二次電池内の電解質層の種類で区別した場合には、電解質層に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質層に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質層のタイプにも適用し得るものである。該ポリマー電池は、更に高分子ゲル電解質（単にゲル電解質ともいう）を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質（単にポリマー電解質ともいう）を用いた固体高分子（全固体）型電池に分けられる。

したがって、以下の説明では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極を用いてなる非双極型（内部並列接続タイプ）リチウムイオン二次電池につき図面を用いてごく簡単に説明する。但し、本実施形態のリチウムイオン二次電池の技術的範囲が、これらに制限されるべきものではない。

＜電池の全体構造＞
図１は、本発明の電気デバイスの代表的な一実施形態である、扁平型（積層型）のリチウムイオン二次電池（以下、単に「積層型電池」ともいう）の全体構造を模式的に表した断面概略図である。

図１に示すように、本実施形態の積層型電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２１が、外装体であるラミネートシート２９の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素２１は、正極集電体１１の両面に正極活物質層１３が配置された正極と、電解質層１７と、負極集電体１２の両面に負極活物質層１５が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、１つの正極活物質層１３とこれに隣接する負極活物質層１５とが、電解質層１７を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。

これにより、隣接する正極、電解質層、および負極は、１つの単電池層１９を構成する。したがって、図１に示す積層型電池１０は、単電池層１９が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素２１の両最外層に位置する最外層の正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層１３が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図１とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素２１の両最外層に最外層の負極集電体が位置するようにし、該最外層の負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。

正極集電体１１および負極集電体１２は、各電極（正極および負極）と導通される正極集電板２５および負極集電板２７がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート２９の端部に挟まれるようにしてラミネートシート２９の外部に導出される構造を有している。正極集電板２５および負極集電板２７は、それぞれ必要に応じて正極リードおよび負極リード（図示せず）を介して、各電極の正極集電体１１および負極集電体１２に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。

上記で説明したリチウムイオン二次電池は、負極に特徴を有する。以下、当該負極を含めた電池の主要な構成部材について説明する。

＜正極＞
［正極活物質層］
正極活物質層１３は、正極活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。

（正極活物質）
正極活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物、固溶体系、３元系、ＮｉＭｎ系、ＮｉＣｏ系、スピネルＭｎ系などが挙げられる。

リチウム−遷移金属複合酸化物としては、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ）Ｏ_２、Ｌｉ（Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ）Ｏ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等が挙げられる。

固溶体系としては、ｘＬｉＭＯ_２・（１−ｘ）Ｌｉ_２ＮＯ_３（０＜ｘ＜１、Ｍは平均酸化状態が３＋、Ｎは平均酸化状態が４＋である１種類以上の遷移金属）、ＬｉＲＯ_２−ＬｉＭｎ_２Ｏ_４（Ｒ＝Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ等の遷移金属元素）等が挙げられる。

３元系としては、ニッケル・コバルト・マンガン系（複合）正極材等が挙げられる。

ＮｉＭｎ系としては、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４等が挙げられる。

ＮｉＣｏ系としては、Ｌｉ（ＮｉＣｏ）Ｏ_２等が挙げられる。

スピネルＭｎ系としてはＬｉＭｎ_２Ｏ_４等が挙げられる。

場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。活物質それぞれの固有の効果を発現する上で最適な粒子径が異なる場合には、それぞれの固有の効果を発現する上で最適な粒子径同士をブレンドして用いればよく、全ての活物質の粒子径を必ずしも均一化させる必要はない。

正極活物質層１３に含まれる正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは１〜３０μｍであり、より好ましくは５〜２０μｍである。なお、本明細書において、「粒子径」とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用いて観察される活物質粒子（観察面）の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離を意味する。また、本明細書において、「平均粒子径」の値は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。他の構成成分の粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。

正極（正極活物質層）は、通常のスラリーを塗布（コーティング）する方法のほか、混練法、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、イオンプレーティング法および溶射法のいずれかの方法によって形成することができる。

＜正極集電体＞
正極集電体１１は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。

集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は１〜１００μｍ程度である。

集電体の形状についても特に制限されない。図１に示す積層型電池１０では、集電箔のほか、網目形状（エキスパンドグリッド等）等を用いることができる。

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むものである。

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。

＜負極＞
本実施形態の負極は、集電体と、前記集電体の表面に配置された特定の負極活物質、導電助剤、バインダを含む電極層と、を含み、前記集電体の弾性伸びが１．３０％以上であることを特徴とする。

［負極活物質層］
負極活物質層１５は、負極活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。

（負極活物質）
負極活物質は、所定の合金を含む。

合金
本実施形態において、前記合金は、下記化学式（１）で表される。

上記式（１）において、Ｍは、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの金属である。また、Ａは、不可避不純物である。さらに、ｘ、ｙ、ｚ、およびａは、質量％の値を表し、この際、０＜ｘ＜１００、０＜ｙ＜１００、０＜ｚ＜１００、および０≦ａ＜０．５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１００である。また、本明細書において、前記「不可避不純物」とは、Ｓｉ合金において、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入するものを意味する。当該不可避不純物は、本来は不要なものであるが、微量であり、Ｓｉ合金の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。

本実施形態では、負極活物質として、第１添加元素であるＴｉと、第２添加元素であるＭ（Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの金属）を選択したことによって、Ｌｉ合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質、例えば炭素系負極活物質よりも高容量のものとなる。

ここでＬｉ合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を抑制するのは、Ｓｉ材料ではＳｉとＬｉが合金化する際、アモルファス状態から結晶状態へ転移し大きな体積変化（約４倍）を起こすため、粒子自体が壊れてしまい活物質としての機能が失われるためである。そのためアモルファス−結晶の相転移を抑制することで、粒子自体の崩壊を抑制し活物質としての機能（高容量）を保持することができ、サイクル寿命も向上させることができるものである。かかる第１及び第２添加元素を選定することにより、高容量で高サイクル耐久性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できる。

上述のように、Ｍは、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの金属である。よって、以下、Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＧｅ_ｚＡ_ａ、Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＳｎ_ｚＡ_ａ、およびＳｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎｚＡ_ａのＳｉ合金について、それぞれ説明する。

Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＧｅ_ｚＡ_ａ
上記Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＧｅ_ｚＡ_ａは、上述のように、第１添加元素であるＴｉと、第２添加元素であるＧｅを選択したことによって、Ｌｉ合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質、例えば炭素系負極活物質よりも高容量のものとなる。

上記合金の組成において、前記ｘが１７以上９０未満であり、前記ｙが１０超８３未満であり、ｚが０超７３未満であることが好ましい。前記ｘが１７以上であると、高い初期放電容量が得られる。また、上記ｙが１０超であると良好なサイクル寿命を示す。

なお、当該負極活物質の上記特性のさらなる向上を図る観点からは、図４の網掛け部分に示すように、前記ｘを１７〜７７、前記ｙを２０〜８０、前記ｚを３〜６３の範囲とすることが好ましい。また、図５の網掛け部分に示すように、より好ましくは、さらにｙを６８以下の範囲とする。そして、図６の網掛け部分に示すように、さらに好ましくは、さらに前記ｘを５０以下の範囲とする。また、図７の網掛け部分に示すように、最も好ましくは、さらに前記ｙを５１％の以上の範囲とする。

なお、Ａは上述のように、原料や製法に由来する上記３成分以外の不純物（不可避不純物）である。前記ａは、０≦ａ＜０．５であり、０≦ａ＜０．１であることが好ましい。

Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＳｎ_ｚＡ_ａ
上記Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＳｎ_ｚＡ_ａは、上述のように、第１添加元素であるＴｉと、第２添加元素であるＳｎを選択したことによって、Ｌｉ合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質、例えば炭素系負極活物質よりも高容量のものとなる。

上記合金の組成において、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１）または（２）：

を満たすことが好ましい。各成分含有量が上記範囲内にあると、１０００ｍＡｈ／ｇを超える初期放電容量を得ることができ、サイクル寿命についても９０％（５０サイクル）を超えうる。

なお、当該負極活物質の上記特性の更なる向上を図る観点からは、チタンの含有量が７質量％以上の範囲とすることが望ましい。つまり、図９の符号Ｃで示すように、第１の領域は、３５質量％以上７８質量％以下のケイ素（Ｓｉ）、７質量％以上３０質量％以下の錫（Ｓｎ）、７質量％以上３７質量％以下のチタン（Ｔｉ）を含む領域であることが好ましい。また、図９の符号Ｄで示すように、第２の領域は、３５質量％以上５２質量％以下のＳｉ、３０質量％以上５１質量％以下のＳｎ、７質量％以上３５質量％以下のＴｉを含む領域であることが好ましい。すなわち、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（３）または（４）：

を満たすことが好ましい。これにより、後述の参考例で示すように、５０サイクル後における放電容量維持率を４５％以上とすることが可能となる。

そして、より良好なサイクル特性を確保する観点から、図１０の符号Ｅで示すように、第１の領域は、３５質量％以上６８質量％以下のＳｉ、７質量％以上３０質量％以下のＳｎ、１８質量％以上３７質量％以下のＴｉを含む領域であることが好ましい。また、図１０の符号Ｆで示すように、第２の領域は、３９質量％以上５２質量％以下のＳｉ、３０質量％以上５１質量％以下のＳｎ、７質量％以上２０質量％以下のＴｉを含む領域であることが望ましい。すなわち、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（５）または（６）：

を満たすことが好ましい。

そして、初期放電容量及びサイクル特性の観点から、本実施形態の負極活物質は、図１１の符号Ｇで示す領域の成分を含有し、残部が不可避不純物である合金を有することが特に好ましい。なお、符号Ｇで示す領域は、４６質量％以上５８質量％以下のＳｉ、７質量％以上２１質量％以下のＳｎ、２４質量％以上３７質量％以下のＴｉを含有する領域である。すなわち、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（７）：

を満たすことが好ましい。

なお、前記ａは、０≦ａ＜０．５であり、０≦ａ＜０．１であることが好ましい。

Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａ
上記Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａは、上述のように、第１添加元素であるＴｉと、第２添加元素であるＺｎを選択したことによって、Ｌｉ合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質、例えば炭素系負極活物質よりも高容量のものとなる。

一実施形態において、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（８）：

を満たすことが好ましい（図１７参照）。具体的にはＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金の組成比が図１７の太い実線で囲われた範囲内（三角形の内側）にあると、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できる。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較しても同様以上の高容量（初期容量６９０ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できる。更に高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性についても、高容量であるがサイクル耐久性の悪いＳｎ系負極活物質や特許文献１に記載の多元系合金負極活物質と比較した場合には格段に優れたサイクル耐久性（特に、５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上）を実現できる（表３及び図１５、１６、１７参照のこと）。

一実施形態において、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（９）：

を満たすことがより好ましい。本実施形態では、第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎ、更に高容量元素Ｓｉの組成比が上記に規定する適切な範囲である場合に、良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できる。具体的にはＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金の組成比が図１８の太い実線で囲われた範囲内（図１８の５角形の内側＝図１７の三角形の底部の２つの頂点のカドを落とした形状の内側）の場合にも、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できる。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較しても同様以上の高容量（初期容量６９０ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できる。特に、この場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６で具体的に高容量化を実現できた組成範囲を選択した（＝図１８の太い実線で囲われた５角形とした）ものである。更に高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性についても、高容量であるがサイクル耐久性の悪いＳｎ系負極活物質や特許文献１に記載の多元系合金負極活物質と比較した場合には格段に優れたサイクル耐久性を実現できる。具体的には、５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上を実現できる。これにより優れたＳｉ合金負極活物質を提供できる（表３及び図１５、１６、１８参照のこと）。

一実施形態において、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１０）：

を満たすことがさらに好ましい。本実施形態では、第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎ、更に高容量元素Ｓｉの組成比が上記に規定する適切な範囲である場合に、より良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できる。具体的にはＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金の組成比が図１９の太い実線で囲われた範囲内（六角形の内側）の場合にも、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できる。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較しても同様以上の高容量（初期容量６９０ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できる。更に高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性についても、高容量であるがサイクル耐久性の悪いＳｎ系負極活物質や特許文献１に記載の多元系合金負極活物質と比較した場合には格段に優れたサイクル耐久性を実現できる。具体的には、５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上を実現できる。特に、この場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６で具体的に高容量化と高サイクル耐久性をバランスよく実現できた組成範囲のみ選択した（＝図１９の太い実線で囲われた六角形とした）ものである。これにより、より優れたＳｉ合金負極活物質を提供できる（表３及び図１５、１６、１９参照のこと）。

一実施形態において、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１１）：

を満たすことが特に好ましい。本実施形態では、第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎ、更に高容量元素Ｓｉの組成比が上記に規定する適切な範囲である場合に、特に良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できる。具体的にはＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金の組成比が図２０の太い実線で囲われた範囲内（小さい六角形の内側）の場合にも、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できる。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較しても同様以上の高容量（初期容量６９０ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できる。更に高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性についても、高容量であるがサイクル耐久性の悪いＳｎ系負極活物質や特許文献１に記載の多元系合金負極活物質と比較した場合には格段に優れた高サイクル耐久性を実現できる。具体的には、５０サイクル目でのより高い放電容量維持率９０％以上を実現できる。即ち、この場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６のうち、高容量化とより一層高いサイクル耐久性を非常にバランスよく実現できた組成範囲を選択した（＝図２０の太い実線で囲われた小さな六角形とした）ものである。これにより、高性能なＳｉ合金負極活物質を提供できる（表３及び図１５、１６、２０参照のこと）。

一実施形態において、前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１２）：

を満たすことが最も好ましい。本実施形態では、第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎ、更に高容量元素Ｓｉの組成比が上記に規定する適切な範囲である場合に、最も良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できる。具体的にはＳｉ−Ｔｉ−Ｚｎ合金の組成比が図２１の太い実線で囲われた範囲内（小さい四角形の内側）の場合には、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できる。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較してもより高い高容量（初期容量１１２９ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できる。更に高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性についても、高容量であるがサイクル耐久性の悪いＳｎ系負極活物質や特許文献１に記載の多元系合金負極活物質と比較した場合には格段に優れた高サイクル耐久性を実現できる。具体的には、５０サイクル目でのより一層高い放電容量維持率９６％以上を実現できる。即ち、この場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６のうち、より一層の高容量化とより一層高いサイクル耐久性を最もバランスよく実現できた組成範囲（ベストモード）のみを選択した（＝図２１の太い実線で囲われた小さな四角形とした）ものである。これにより極めて高性能なＳｉ合金負極活物質を提供できる（表３及び図１５、１６、２１参照のこと）。

詳しくは、本形態に係る負極活物質は、製造された状態（未充電状態）において、上記した適切な組成比を有するＳｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚ（Ａ_ａ）で表される３元系のアモルファス合金である。そして、本実施形態の負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池では、充放電により、ＳｉとＬｉが合金化する際にも、アモルファス状態から結晶状態へ転移し大きな体積変化を起こすのを抑制し得る顕著な特性を有するものである。これは、Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚで表される３元系合金でのＳｉへの添加金属元素のいずれか一方を含まない２元系合金（ｙ＝０のＳｉ−Ｚｎ合金やｚ＝０のＳｉ−Ｔｉ系合金）では、高いサイクル特性、特に５０サイクル目の高放電容量維持率の維持が困難である。そのため、サイクル特性が急激に低下（劣化）するという大きな問題が生じる（参考例Ｃの参考例４５〜５６と比較参考例２８〜４０とを対比参照のこと）。また特許文献１のＳｉ_ｘＭ_ｙＡｌ_ｚで表される他の３元系や４元系の合金でも、やはり高いサイクル特性、特に５０サイクル目の高放電容量維持率の維持が困難であるため、サイクル特性が急激に低下（劣化）するという大きな問題が生じる。即ち、特許文献１の３元系や４元系の合金では、初期容量（１サイクル目の放電容量）は、既存のカーボン系負極活物質（理論容量３７２ｍＡｈ／ｇ）に比して格段に高容量であり、Ｓｎ系負極活物質（理論容量６００〜７００ｍＡｈ／ｇ程度）と比較しても高容量となっている。しかしながら、サイクル特性が、６００〜７００ｍＡｈ／ｇ程度と高容量化し得るＳｎ系負極活物質の５０サイクル目の放電容量維持率（６０％程度）と比較した場合に非常に悪く十分なものとはいえなかった。即ち、トレードオフの関係にある高容量化とサイクル耐久性とのバランスが悪く実用化し得ないものであった。具体的には、特許文献１の実施例１のＳｉ_６２Ａｌ_１８Ｆｅ_１６Ｚｒ_４の４元系合金では、図２から初期容量は１１５０ｍＡｈ／ｇ程度と高容量であるが、僅か５〜６サイクル後の循環容量で既に１０９０ｍＡｈ／ｇ程度しかないことが図示されている。即ち、特許文献１の実施例１では、５〜６サイクル目の放電容量維持率が既に９５％程度まで大幅に低下しており、１サイクルごとに放電容量維持率が概ね１％ずつ低下していることが図示されている。このことから５０サイクル目では、放電容量維持率がほぼ５０％低下する（＝放電容量維持率がほぼ５０％まで低下してしまう）ことが推測される。同様に実施例２のＳｉ_５５Ａｌ_２９．３Ｆｅ_１５．７の３元系合金では、図４から初期容量が１４３０ｍＡｈ／ｇ程度と高容量であるが、僅か５〜６サイクル後の循環容量が既に１３００ｍＡｈ／ｇ程度にまで大きく低下していることが図示されている。即ち、特許文献１の実施例２では、５〜６サイクル目の放電容量維持率が既に９０％程度まで急激に低下しており、１サイクルごとに放電容量維持率が概ね２％ずつ低下していることが図示されている。このことから５０サイクル目では、放電容量維持率がほぼ１００％低下する（＝放電容量維持率がほぼ０％まで低下してしまう）ことが推測される。実施例３のＳｉ_６０Ａｌ_２０Ｆｅ_１２Ｔｉ_８の４元系合金及び実施例４のＳｉ_６２Ａｌ_１６Ｆｅ_１４Ｔｉ_８の４元系合金では、初期容量の記載はないが、表２から僅か５〜６サイクル後の循環容量で既に７００〜１２００ｍＡｈ／ｇの低い値になっていることが示されている。特許文献１の実施例３の５〜６サイクル目の放電容量維持率は実施例１〜２と同程度以下であり、５０サイクル目の放電容量維持率も概ね５０％〜１００％低下する（＝放電容量維持率がほぼ５０％〜０％まで低下してしまう）ことが推測される。なお、特許文献１の合金組成は原子比で記載されているため、本実施形態と同様に、質量比に換算すると、実施例ではＦｅが２０質量％程度入っており、第一添加元素となっている合金組成が開示されていると言える。

そのため、これら２元系合金や特許文献１記載の３元系や４元系合金を用いた電池では、車両用途のようにサイクル耐久性が強く求められる分野では実用化レベルを満足するサイクル特性が十分に得られない等、その信頼性・安全性に課題があり、実用化が困難である。一方、本実施形態のＳｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚ（Ａ_ａ）で表される３元系合金を用いた負極活物質では、高いサイクル特性として５０サイクル目の高い放電容量維持率を有する（図１６参照）。さらに初期容量（１サイクル目の放電容量）も既存のカーボン系負極活物質より格段に高く、また既存のＳｎ系負極活物質と比べても同等以上と高く（図１５参照）、バランスよい特性を示す負極活物質を提供できる。即ち、既存のカーボン系やＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の３元系や４元系合金ではトレードオフの関係にあり実現できていなかった高容量化とサイクル耐久性の両特性を、高次元でバランスよく成立し得る合金を用いた負極活物質を見出したものである。詳しくは、非常に多種多様な組合せが存在する１又は２以上の添加元素種よりなる群から、Ｔｉ、Ｚｎの２種を選択することで、所期の目的が達成し得ることを見出したものである。その結果、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン二次電池を提供できる点で優れている。

以下、負極活物質Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａについてより詳しく説明する。

（１）合金の合計の質量％値について
上記組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａを有する合金の合計の質量％値である、式中（１）のｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１００である（ここで、ｘ、ｙ、ｚ、及びａは質量％値を表す）。即ち、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系の３元系の合金からなるものでなければならない。言い換えれば、２元系の合金、他の組成の３元系の合金、あるいは別の金属を添加した４元系以上の合金は含まれないものと言える。但し、上述の不可避不純物Ａについては含まれていてもよい。なお、本実施形態の負極活物質層１５には、少なくとも１種の組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａを有する合金が含まれていればよく、２種以上の組成の異なる当該合金を併用して用いてもよい。

（２）合金中のＳｉの質量％値について
上記組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａを有する合金中のＳｉの質量％値である、式中（２）のｘの範囲は、好ましくは３８≦ｘ＜１００であり、より好ましくは３８≦ｘ≦７２であり、さらに好ましくは３８≦ｘ≦６１であり、特に好ましくは４７≦ｘ≦５３である（表３、図１７〜図２１参照）。これは、合金中の高容量元素Ｓｉの質量パーセント値（ｘ値）の数値が高いほど高容量化でき、３８≦ｘ＜１００の範囲であれば、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量（６９０ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できるためである。同様に、既存のＳｎ系負極活物質と同等以上の高容量の合金を得ることができるためである（図１７及び１８参照）。さらに３８≦ｘ＜１００の範囲であれば、５０サイクル目の放電容量維持率（サイクル耐久性）にも優れるためである（表３、図１６〜１８参照）。一方、組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚで表される３元系の合金に比して高容量元素Ｓｉへの添加金属元素（Ｔｉ、Ｚｎ）のいずれか一方を含まない２元系の合金（ｙ＝０のＳｉ−Ｚｎ合金やｚ＝０のＳｉ−Ｔｉ系合金）では、高いサイクル特性を維持することができない。特に、５０サイクル目の高い放電容量維持率を十分に維持することができず（表３の参考例２８〜３６及び図１６参照）、サイクル特性が急激に低下（劣化）するという大きな問題が生じる。また、ｘ＝１００の場合（Ｓｉへの添加金属元素Ｔｉ、Ｚｎを全く含まないｐｕｒｅ Ｓｉの場合）、高容量化とサイクル耐久性はトレードオフの関係であり、高容量を示しつつ高サイクル耐久性を向上させることはできないことがわかる。即ち、高容量元素であるＳｉのみであるため、最も高容量である反面、充放電に伴いＳｉの膨脹収縮現象により、負極活物質としての劣化が顕著であり、最も悪く格段に低い放電容量維持率（僅か４７％）しか得られないことがわかる（表３の参考例３４及び図１６参照）。

合金中の高容量元素Ｓｉの質量％値（ｘ値）として好ましくは、高いサイクル特性（特に、５０サイクル目の高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点からは、３８≦ｘ≦７２の範囲が望ましい。加えて後述する第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎの組成比が適切である場合に、良好な特性（既存の合金系負極活物質ではトレードオフの関係にあった高容量化とサイクル耐久性の双方に優れた特性）を有するＳｉ合金負極活物質を提供ができる（表３及び図１９の参考例Ｃの参考例４５〜５６参照のこと）。即ち、合金中の高容量元素Ｓｉの質量％値（ｘ値）の数値が高いほど高容量化できる反面、サイクル耐久性が低下する傾向にあるが、３８≦ｘ≦７２の範囲内であれば、高容量化（６９０ｍＡｈ／ｇ以上）と共に高い放電容量維持率（８７％以上）を維持できる点で好ましい（表３の参考例Ｃの参考例４５〜５６及び図１９参照）。

合金中の高容量元素Ｓｉの質量％値（ｘ値）としてより好ましくは、より高いサイクル特性（より高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点からは、３８≦ｘ≦６１の範囲がより望ましいと言える。加えて後述する第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎの比がより適切である場合に、より良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供することができる（表３及び図２０の太い実線で囲われた内部参照）。即ち、より好ましい範囲の３８≦ｘ≦６１であれば、高容量化（６９０ｍＡｈ／ｇ以上）と共に、５０サイクル目のより高い放電容量維持率（９０％以上）を維持できる点でより優れている（表３及び図２０の太い実線で囲われた内部参照）。

合金中の高容量元素Ｓｉの質量％値（ｘ値）として特に好ましくは、特に高いサイクル特性（特に高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点からは、４７≦ｘ≦５３の範囲が特に望ましいと言える。加えて後述する第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎの比がより適切である場合に、最も良好な特性を有する高性能なＳｉ合金負極活物質を提供することができる（表３及び図２１の太い実線で囲われた内部参照）。即ち、特に好ましい範囲の４７≦ｘ≦５３であれば、高容量化（１１２９ｍＡｈ／ｇ以上）と共に、５０サイクル目の特に高い放電容量維持率（９５％以上）を維持できる点で特に優れている（表３及び図２１の太い実線で囲われた内部参照）。

ここで、ｘ≧３８、特にｘ≧４７の場合には、３２００ｍＡｈ／ｇもの初期容量を有するＳｉ材料（ｘ値）と第１添加元素Ｔｉ（ｙ値）と第２添加元素Ｚｎ（ｚ値）の含有比率（バランス）が最適な範囲（図１７〜図２１の太い実線で囲われた範囲参照）となり得る。そのため、最も良好な特性を発現することができ、車両用途レベルでの高容量化を長期間にわたって安定且つ安全に維持することができる点で優れている。一方、ｘ≦７２、特にｘ≦６１、中でもｘ≦５３の場合には、３２００ｍＡｈ／ｇもの初期容量を有する高容量Ｓｉ材料と第１添加元素であるＴｉと第２添加元素のＺｎの含有比率（バランス）が最適な範囲（図１７〜図２１の太い実線で囲われた範囲参照）となり得る。そのため、ＳｉとＬｉとの合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を格段に抑制し、サイクル寿命を大幅に向上させることができる。即ち、５０サイクル目の放電容量維持率８７％以上、特に９０％以上、中でも９６％以上を実現できる。但し、ｘが上記の最適な範囲（３８≦ｘ≦７２、特に３８≦ｘ≦６１、中でも４７≦ｘ≦５３）を外れる場合であっても、上記した本実施形態の作用効果を有効に発現することができる範囲であれば、本発明の技術範囲（権利範囲）に含まれることはいうまでもない。

また、上記した特許文献１の実施例では、僅か５〜６サイクル程度で既にかなりの容量低下によるサイクル特性の劣化現象を示すことが開示されている。即ち、特許文献１の実施例では５〜６サイクル目の放電容量維持率で既に９０〜９５％にまで低下しており、５０サイクル目の放電容量維持率はほぼ５０〜０％にまで低下することになる。一方、本実施形態では高容量Ｓｉ材料への第１添加元素Ｔｉと第２添加元素Ｚｎという相互補完関係にある組み合わせを、いわば幾多の試行錯誤、加えて多種多様な添加（金属ないし非金属）元素の組み合わせによる過度の実験を通じて選定し得たものである。そして、その組み合わせにおいて、更に高容量Ｓｉ材料の含有量を上記に示す最適な範囲とすることで、高容量化と共に、５０サイクル目の放電容量維持率の減少を大幅に低減できる点でも優れている。即ち、ＳｉとＬｉが合金化する際、第１添加元素Ｔｉと、このＴｉと相互補完関係にある第２添加元素Ｚｎとの最適範囲による格別顕著な相乗作用（効果）により、アモルファス状態から結晶状態へ転移を抑制し、大きな体積変化を防止できる。さらに、高容量を示しつつ電極の高いサイクル耐久性を向上させることができる点でも優れている（表３及び図１７〜図２１参照）。

（３）合金中のＴｉの質量％値について
上記組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａを有する合金中のＴｉの質量％値である、式中（３）のｙの範囲は、好ましくは０＜ｙ＜６２であり、より好ましくは０＜ｙ≦４２であり、さらに好ましくは８≦ｙ≦４２であり、特に好ましくは１９≦ｙ≦４２であり、中でも好ましくは１９≦ｙ≦２１である。これは、合金中の第１添加元素Ｔｉの質量パーセント値（ｙ値）の数値が０＜ｙ＜６２の範囲であれば、Ｔｉの持つ特性（更にＺｎとの相乗特性）により、高容量Ｓｉ材料のアモルファス−結晶の相転移を効果的に抑制することができる。その結果、サイクル寿命（サイクル耐久性）、特に５０サイクル目での高い放電容量維持率（８７％以上）に優れた効果を発現することができる（表３、図１７参照）。また、高容量Ｓｉ材料の含有量ｘ値の数値を一定以上（３８≦ｘ＜１００）に保持し得ることができ、既存のカーボン系負極活物質では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できる。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較しても同様以上の高容量（初期容量６９０ｍＡｈ／ｇ以上）の合金を得ることができる（表３及び図１７参照）。一方、組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚ（Ａ_ａ）で表される３元系の合金に対して高容量元素Ｓｉへの添加金属元素（Ｔｉ、Ｚｎ）のいずれか一方を含まない２元系の合金（特に、ｙ＝０のＳｉ−Ｚｎ合金）では、本実施形態に比して高いサイクル特性を維持することができない。特に、５０サイクル目の高い放電容量維持率を十分に維持することができず（表３の比較参考例２８〜４０及び図１６参照）、サイクル特性が急激に低下（劣化）するという大きな問題が生じる。また、ｙ＜６２であれば、負極活物質としての特性を十分に発現することができることから、高い容量およびサイクル耐久性の発現に貢献しうる。

合金中の第１添加元素Ｔｉの質量％値（ｙ値）として好ましくは、高いサイクル特性（特に、５０サイクル目での高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点からは、０＜ｙ≦４２の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる作用効果を有する第１添加元素Ｔｉの含有比率が適切である場合に、良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供することができる（表３及び図１８の太い実線で囲まれた組成範囲参照）。即ち、合金中の第１添加元素Ｔｉの質量％値（ｙ値）の数値が、好ましい範囲の０＜ｙ≦４２であれば、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる作用効果を有効に発現させることができ、５０サイクル目での高い放電容量維持率（８７％以上）を維持できる点で好ましい（表３及び図１８参照）。この場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６で具体的に高容量化を実現できた組成範囲（特にＴｉ含有量に関しては０＜ｙ≦４２）を選択した（図１８の太い実線で囲われた五角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＴｉ含有量に関しては０＜ｙ≦４２を選択することで、Ｓｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性（放電容量維持率８７％以上）を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる（表３及び図１８参照）。

合金中の第１添加元素Ｔｉの質量％値（ｙ値）としてより好ましくは、高いサイクル特性（５０サイクル目での高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点からは、８≦ｙ≦４２の範囲が望ましいと言える。Ｌｉ合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる作用効果を有する第１添加元素Ｔｉの含有比率が適切である場合に、良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供することができる（表３及び図１９参照）。即ち、より好ましい範囲の８≦ｙ≦４２であれば、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果を有効に発現させることができ、５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上を維持できる（表３及び図１９参照）。特にこの場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６で具体的に高容量化及び５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上を実現できた組成範囲（特にＴｉ含有量に関しては８≦ｙ≦４２）を選択した（図１９の太い実線で囲われた六角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＴｉ含有量に関しては８≦ｙ≦４２を選択することで、高容量化と共にＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性（高い放電容量維持率）を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる。

合金中の第１添加元素Ｔｉの質量％値（ｙ値）として特に好ましくは、より高いサイクル特性（５０サイクル目での高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性を非常にバランスよく示す負極活物質を提供する観点から１９≦ｙ≦４２の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる作用効果を有する第１添加元素Ｔｉの含有比率がより適切である場合に、さらに良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供することができる（表３及び図２０参照）。即ち、特に好ましい範囲の１９≦ｙ≦４２であれば、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果をより有効に発現させることができ、５０サイクル目での高い放電容量維持率９０％以上を維持できる（表３及び図２０参照）。特にこの場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６のなかでも、高容量化及び５０サイクル目での高い放電容量維持率９０％以上を実現できた組成範囲（特にＴｉ含有量に関しては１９≦ｙ≦４２）を選択した（図２０の太い実線で囲われた小さな六角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＴｉ含有量に関し１９≦ｙ≦４２を選択することで高容量化と共にＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性（より高い放電容量維持率）を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる。

合金中の第１添加元素Ｔｉの質量％値（ｙ値）として中でも好ましくは、より高いサイクル特性（５０サイクル目での高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性を最もバランスよく示す負極活物質を提供する観点から１９≦ｙ≦２１の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる作用効果を有する第１添加元素Ｔｉの含有比率が最も適切である場合に、最も良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供することができる（表３及び図２１参照）。即ち、特に好ましい範囲の１９≦ｙ≦２１であれば、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果をより有効に発現させることができ、５０サイクル目での高い放電容量維持率９６％以上を維持できる（表３及び図２１参照）。特にこの場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６のなかでも、より一層の高容量化及び５０サイクル目での高い放電容量維持率９６％以上を実現できた組成範囲（特にＴｉ含有量に関しては１９≦ｙ≦２１）を選択した（図２１の太い実線で囲われた小さな四角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＴｉ含有量に関し１９≦ｙ≦２１を選択することで高容量化と共にＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性（より高い放電容量維持率）を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる。

ここで、ｙ≧８、特にｙ≧１９の場合には、３２００ｍＡｈ／ｇもの初期容量を有する高容量Ｓｉ材料と第１添加元素Ｔｉ（更には残る第２添加元素Ｚｎ）との含有比率（バランス）が最適な範囲（図１９〜図２１の太い実線で囲われた範囲参照）となり得る。そのため、Ｔｉの持つ特性（更にはＺｎとの相乗特性）である、Ｓｉ材料のアモルファス−結晶の相転移を効果的に抑制し、サイクル寿命（特に放電容量維持率）を格段に向上させることができる。即ち、５０サイクル目の放電容量維持率８７％以上、特に９０％以上、中でも９６％以上を実現できる。その結果、負極活物質（負極）としても、最も良好な特性を発現することができ、車両用途レベルでの高容量化を長期間にわたって安定且つ安全に維持することができる点で優れている。一方、ｙ≦４２、特にｙ≦２１の場合には、３２００ｍＡｈ／ｇ程度のもの初期容量を有する高容量Ｓｉ材料と第１添加元素であるＴｉ（更には第２添加元素のＺｎ）との含有比率（バランス）が最適な範囲（図１８〜図２１の太い実線で囲われた範囲参照）となり得る。そのため、ＳｉとＬｉとの合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を格段に抑制し、サイクル寿命を大幅に向上させることができる。即ち、５０サイクル目の放電容量維持率８７％以上、特に９０％以上、中でも９６％以上を実現できる。但し、ｙが上記の最適な範囲（８≦ｙ≦４２、特に１９≦ｙ≦４２、中でも１９≦ｙ≦２１）を外れる場合であっても、上記した本実施形態の作用効果を有効に発現することができる範囲であれば、本発明の技術範囲（権利範囲）に含まれることはいうまでもない。

また、上記した特許文献１の実施例では、僅か５〜６サイクル程度で既にかなりの容量低下によるサイクル特性の劣化現象を示すことが開示されている。即ち、特許文献１の実施例では５〜６サイクル目の放電容量維持率で既に９０〜９５％にまで低下しており、５０サイクル目の放電容量維持率はほぼ５０〜０％にまで低下することになる。一方、本実施形態では高容量Ｓｉ材料への第１添加元素のＴｉ（更には第２添加元素のＺｎという相互補完関係にある組合せ）を、いわば幾多の試行錯誤、加えて多種多様な添加（金属ないし非金属）元素の組み合わせによる過度の実験を通じて（一通りの組み合わせのみを）選定し得たものである。そして、その組み合わせにおいて、更にＴｉの含有量を上記に示す最適な範囲とすることで、５０サイクル目の放電容量維持率の減少を大幅に低減できる点でも優れている。即ち、ＳｉとＬｉが合金化する際、第１添加元素Ｔｉ（更にはＴｉと相互補完関係にある第２添加元素Ｚｎ）の最適範囲による格別顕著な相乗作用（効果）により、アモルファス状態から結晶状態へ転移を抑制し、大きな体積変化を防止できる。さらに、高容量を示しつつ電極の高いサイクル耐久性を向上させることができる点でも優れている（表３及び図１７〜図２１参照）。

（４）合金中のＺｎの質量％値について
上記組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａを有する合金中のＺｎの質量％値である、式中（４）のｚの範囲は、好ましくは０＜ｚ＜６２であり、より好ましくは０＜ｚ≦３９であり、さらに好ましくは１２≦ｚ≦３９であり、特に好ましくは１２≦ｚ≦３５であり、中でも好ましくは２６≦ｚ≦３５である。これは、合金中の第１添加元素濃度が増加しても電極としての容量が減少しない第２添加元素種Ｚｎの質量％値（ｚ値）の数値が０＜ｚ＜６２の範囲であれば、Ｔｉの持つ特性とＺｎとの相乗特性により、高容量Ｓｉ材料のアモルファス−結晶の相転移を効果的に抑制することができる。その結果、サイクル寿命（サイクル耐久性）、特に５０サイクル目での高い放電容量維持率（８７％以上）に優れた効果を発現することができる（表３、図１７参照）。また、高容量Ｓｉ材料の含有量ｘ値の数値を一定以上（３８≦ｘ＜１００）に保持し得ることができ、既存のカーボン系負極活物質に比して格段に高容量化でき、Ｓｎ系負極活物質と同等以上の高容量の合金を得ることができる（図１７参照）。一方、組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚ（Ａ_ａ）で表される３元系の合金のＳｉへの添加金属元素（Ｔｉ、Ｚｎ）のいずれか一方を含まない２元系の合金（特に、ｚ＝０のＳｉ−Ｔｉ合金）では、本実施形態に比して高いサイクル特性を維持することができない。特に、５０サイクル目の高い放電容量維持率を十分に維持することができず（表３の比較参考例２８〜４０及び図１６参照）、サイクル特性が急激に低下（劣化）するという大きな問題が生じる。また、ｚ＜６２であれば、負極活物質としての特性を十分に発現することができることから、高い容量およびサイクル耐久性の発現に貢献しうる。

合金中の第２添加元素Ｚｎの質量％値（ｚ値）として好ましくは、高いサイクル特性（特に、５０サイクル目の高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点からは、０＜ｚ≦３９の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる第１添加元素Ｔｉと、その第１添加元素濃度が増加しても負極活物質（負極）としての容量が減少しない第２添加元素Ｚｎの選定が本実施形態においては極めて重要かつ有用である。かかる第１及び第２添加元素により、特許文献１等の従来公知の３元系合金や４元系以上の合金、更にＳｉ−Ｔｉ系合金やＳｉ−Ｚｎ系合金等の２元系合金との顕著な作用効果の差異が見られることがわかったものである。かかる第２添加元素Ｚｎ（更にはＺｎと相互補完関係にある第１添加元素Ｔｉ）の含有比率が適切である場合に、良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質となる（表３及び図１８の太い実線で囲まれた組成範囲参照）。即ち、合金中の第２添加元素Ｚｎの質量％値（ｚ値）の数値が、好ましい範囲の０＜ｙ≦３９であれば、第１添加元素Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）により、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果を有効に発現できる。その結果、５０サイクル目での高い放電容量維持率（８７％以上）を維持できる（表３及び図１８参照）。この場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６で具体的に高容量化を実現できた組成範囲（特にＺｎ含有量に関しては０＜ｙ≦３９）を選択した（図１８の太い実線で囲われた五角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＺｎ含有量に関しては０＜ｙ≦３９を選択することで、第１添加元素Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）により、Ｓｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性を実現できる。その結果、５０サイクル目での放電容量維持率８７％以上を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる（表３及び図１８の太い実線で囲まれた組成範囲参照）。

合金中の第２添加元素Ｚｎの質量％値（ｚ値）としてより好ましくは、第１添加元素Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）により高いサイクル特性を維持しつつ初期容量も高い特性をバランスよく示す負極活物質を提供する観点から、１２≦ｚ≦３９の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）によりアモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果を奏し得る第２添加元素Ｚｎの含有比率が適切である場合に良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供することができるためである。即ち、より好ましい範囲の１２≦ｚ≦３９であれば、第１添加元素との相乗効果（相互補完特性）により、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果を有効に発現させることができる。その結果、５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上を維持できる（表３及び図１９参照）。特にこの場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６で具体的に高容量化及び５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上を実現できた組成範囲（特にＺｎ含有量に関しては１２≦ｚ≦３９）を選択した（図１９の太い実線で囲われた六角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＺｎ含有量に関しては１２≦ｚ≦３９を選択することで、Ｔｉとの相乗特性により高容量化と共にＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる。

合金中の第２添加元素Ｚｎの質量％値（ｚ値）として特に好ましくは、より高いサイクル特性（５０サイクル目での高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性を非常にバランスよく示す負極活物質を提供する観点から１２≦ｚ≦３５の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）によりアモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果を奏し得る第２添加元素Ｚｎの含有比率がより適切である場合にさらに良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できるためである。即ち、特に好ましい範囲の１２≦ｚ≦３５であれば、Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）により、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果をより有効に発現させることができる。その結果、５０サイクル目でのより高い放電容量維持率９０％以上を維持できる（表３及び図２０参照）。特にこの場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６のなかでも、高容量化及び５０サイクル目での高い放電容量維持率９０％以上を実現できた組成範囲（特にＺｎ含有量に関しては１２≦ｚ≦３５）を選択した（図２０の太い実線で囲われた小さな六角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＺｎ含有量に関し１２≦ｚ≦３５を選択することで、Ｔｉとの相乗特性により高容量化と共にＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる。

合金中の第２添加元素Ｚｎの質量％値（ｚ値）として中でも好ましくは、より高いサイクル特性（５０サイクル目での高い放電容量維持率）を維持しつつ、初期容量も高い特性を最もバランスよく示す負極活物質を提供する観点から２６≦ｚ≦３５の範囲が望ましい。Ｌｉ合金化の際、Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）によりアモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果を奏し得る第２添加元素Ｚｎの含有比率が最も適切である場合に最も良好な特性を有するＳｉ合金負極活物質を提供できるためである。即ち、特に好ましい範囲の２６≦ｚ≦３５であれば、Ｔｉとの相乗効果（相互補完特性）により、合金化する際、アモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させる効果をより有効に発現させることができる。その結果、５０サイクル目でのより一層高い放電容量維持率９６％以上を維持できる（表３及び図２１参照）。特にこの場合には、参考例Ｃの参考例４５〜５６のなかでも、より一層の高容量化及び５０サイクル目での高い放電容量維持率９６％以上を実現できた組成範囲（特にＺｎ含有量に関しては２６≦ｚ≦３５）を選択した（図２１の太い実線で囲われた四角形とした）ものである。上記組成範囲、特にＺｎ含有量に関し２６≦ｚ≦３５を選択することで、Ｔｉとの相乗特性により高容量化と共にＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性を実現したＳｉ合金負極活物質を提供できる。

ここで、ｚ≧１２、特にｚ≧２６の場合には、３２００ｍＡｈ／ｇもの初期容量を有する高容量Ｓｉ材料及び第１添加元素Ｔｉと、更なる第２添加元素Ｚｎとの含有比率（バランス）が最適な範囲（図１９〜図２１の太い実線で囲われた範囲参照）となり得る。そのため、Ｚｎの持つ特性（Ｔｉとの相乗効果；相互補完特性）である、アモルファス−結晶の相転移を抑制し得るＴｉ濃度が増加しても負極活物質（負極）としての容量の減少を効果的に抑制し、サイクル寿命（特に放電容量維持率）を格段に向上させることができる。即ち、５０サイクル目の放電容量維持率８７％以上、特に９０％以上、中でも９６％以上を実現できる。その結果、負極活物質（負極）としても、最も良好な特性を発現することができ、車両用途レベルでの高容量化を長期間にわたって安定且つ安全に維持することができる点で優れている。一方、ｚ≦３９、特にｚ≦３５の場合には、３２００ｍＡｈ／ｇもの初期容量を有する高容量Ｓｉ材料及び第１添加元素Ｔｉと、第２添加元素Ｚｎとの含有比率（バランス）が最適な範囲（図１８〜図２１の太い実線で囲われた範囲参照）となり得る。そのため、ＳｉとＬｉとの合金化の際、アモルファス−結晶の相転移を格段に抑制し、更にサイクル寿命（特に５０サイクル目の放電容量維持率）を大幅に向上させることができる。即ち、５０サイクル目の放電容量維持率が８７％以上、特に９０％以上、中でも９６％以上を実現できる。但し、ｚが上記の最適な範囲（１２≦ｚ≦３９、特に１２≦ｚ≦３５、中でも２６≦ｚ≦３５）を外れる場合であっても、上記した本実施形態の作用効果を有効に発現することができる範囲であれば、本発明の技術範囲（権利範囲）に含まれることはいうまでもない。

また、上記した特許文献１の実施例では、僅か５〜６サイクル程度で既にかなりの容量低下によるサイクル特性の劣化現象を示すことが開示されている。即ち、特許文献１の実施例では５〜６サイクル目の放電容量維持率で既に９０〜９５％にまで低下しており、５０サイクル目の放電容量維持率はほぼ５０〜０％にまで低下することになる。一方、本実施形態では高容量Ｓｉ材料への第１添加元素Ｔｉと第２添加元素Ｚｎという相互補完関係にある組み合わせを、いわば幾多の試行錯誤、加えて多種多様な添加（金属ないし非金属）元素種の組み合わせによる過度の実験を通じて（一通りの組み合わせのみを）選定し得たものである。そして、その組み合わせにおいて、更にＺｎの含有量を上記に示す最適な範囲とするとで、５０サイクル目の放電容量維持率の減少を大幅に低減できる点でも優れている。即ち、ＳｉとＬｉが合金化する際、第２添加元素Ｚｎ（更にはＺｎと相互補完関係にある第１添加元素Ｔｉ）の最適範囲による格別顕著な相乗作用（効果）により、アモルファス状態から結晶状態へ転移を抑制し、大きな体積変化を防止できる。さらに、高容量を示しつつ電極の高いサイクル耐久性を向上させることができる点でも優れている。

（５）合金中のＡの質量％値について
上記組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａを有する合金中のＡの質量％値である、式中（５）のａの範囲は、０≦ａ＜０．５であり、好ましくは０≦ｘ＜０．１である。Ａは、上述のように、Ｓｉ合金において、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入するものであり、本来は不要なものであるが、微量であり、Ｓｉ合金の特性に影響を及ぼさないため、合金中に含有されることが許容される。

（Ｓｉ合金の平均粒子径）
上記Ｓｉ合金の平均粒子径は、既存の負極活物質層１５に含まれる負極活物質の平均粒子径と同程度であればよく、特に制限されない。高出力化の観点からは、好ましくは１〜２０μｍの範囲であればよい。ただし、上記範囲に何ら制限されるものではなく、本実施形態の作用効果を有効に発現できるものであれば、上記範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。なお、Ｓｉ合金の形状としては、特に制限はなく、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、鱗片状、不定形などでありうる。

（合金の製造方法）
本形態に係る組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＭ_ｚＡ_ａを有する合金の製造方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の各種の製造を利用して製造することができる。即ち、作製方法による合金状態・特性の違いはほとんどないので、ありとあらゆる作製方法が適用できる。

具体的には、例えば、組成式Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＭ_ｚＡ_ａを有する合金の粒子形態の製造方法としては、例えば、メカニカルアロイ法、アークプラズマ溶融法等を利用することができる。

上記の粒子の形態に製造する方法では、該粒子にバインダ、導電助剤、粘度調整溶剤を加えてスラリーを調整し、該スラリーを用いてスラリー電極を形成することができる。そのため、量産化（大量生産）し易く、実際の電池用電極として実用化しやすい点で優れている。

＜負極集電体＞
負極集電体１２は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。

集電体の形状についても特に制限されない。図１に示す積層型電池１０では、集電箔のほか、網目形状（エキスパンドグリッド等）等を用いることができるが、本実施形態では集電箔を用いるのが望ましい。

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。

具体的には、金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、など、またはこれらの合金が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点から、後述のように銅が好ましく用いられうる。

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバ、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むものである。

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。

本実施形態の負極は、集電体の平面方向への弾性伸びが、１．３０％以上であることを特徴とする。ここで集電体の弾性伸び（％）は、引張方向への比例限度までの弾性伸びの大きさの、元の大きさに対する割合（％）である。

本実施形態の負極は、負極活物質として特定の三元系Ｓｉ合金を適用することで、Ｓｉ負極と同様の高い初期放電容量が得られると同時に、ＳｉとＬｉとが合金化する際のアモルファス−結晶の相転移を抑制しサイクル寿命を向上させるという作用が得られる。

しかしながら、上記の特定の三元系Ｓｉ合金をバインダ、導電助剤と共に有する負極活物質層を負極集電体上に塗布した負極を用いて電池を作製した場合、電池の充放電に伴って負極活物質の膨張・収縮が生じうる。これに伴って、負極活物質層が体積変化し、負極活物質層に密着している集電体に応力が働く。このとき、負極活物質層の体積変化に集電体が追随できないと、集電体が塑性変形してしまい、集電体にしわが生じてしまう。集電体にしわが生じると、負極活物質層がゆがんでしまい、正極との電極間距離が不均一になってしまうため、Ｌｉ反応性が低下したり、電極集中が生じうる。さらには、集電体の塑性変形によって集電体に亀裂、破断が生じたり、負極活物質層の直接的な破壊につながる可能性もある。その結果、電池の放電容量の低下が生じてしまう。

本実施形態の負極は、このような問題を解決するものであって、弾性伸びが１．３０％以上の負極を用いることにより、充放電による負極活物質の膨張・収縮による負極活物質層の体積変化に対して、集電体が弾性的に追随しうる。そのため、負極活物質層と密着している集電体に応力が働くことで生じうるしわを抑制することができるため、負極活物質層のゆがみや、負極活物質層または集電体の破断を防ぐことができる。その結果、正極との電極間距離が均一に保たれる。さらに、副反応も生じにくくなる。そのため、高い放電容量が得られうる。さらに、充放電を繰り返しても集電体の塑性変形が起こりにくいため、サイクル耐久性が向上しうる。

また、弾性伸びが１．３０％以上の集電体であれば、仮に充放電に伴う負極活物質の膨張・収縮によって負極活物質層の弾性が失われた場合であっても集電体が負極活物質層に密着して弾性変形するため、容量の低下、サイクル耐久性の低下を最小限に抑えることができる。

本実施形態の負極に用いられる集電体の弾性伸びは、好ましくは１．４０％以上である。集電体の弾性伸びが１．４０％以上であれば、本実施形態で用いられる負極活物質の充放電に伴う体積変化の程度を考慮すると、より追随しやすい。そのため、放電容量維持率の向上率が高く、サイクル特性がより改善されうる。さらに、集電体の弾性伸びが１．５０％以上であると、本実施形態の負極活物質を用いた場合、より高い効果が得られうる。

前記集電体の弾性伸びが大きいほど負極活物質層の体積変化に弾性的に追随することができるため、弾性伸びの上限値は、特に限定されない。

本実施形態で用いられる負極活物質は、黒鉛などの炭素材料と比較すると充放電に伴う体積変化が大きいが、上記のような集電体を用いることで集電体の塑性変形を抑えることができ、負極活物質層のゆがみ、およびこれに起因する放電容量の低下を抑えることができる。しかしながら、純Ｓｉを負極活物質として用いた場合、充放電に伴う体積変化がさらに大きいため、上記のような集電体を用いても負極活物質層の体積変化に十分に追随できず、放電容量の低下を防ぐことが難しい場合がある。本実施形態で用いられる三元系Ｓｉ合金の活物質の場合、集電体の弾性伸びが１．３０％以上であればよく、放電容量およびサイクル特性に優れた電池が得られる（図２３参照）。

なお、本明細書中、集電体の弾性伸び（％）は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１（２０１０年）の引張試験方法に準じて測定した値を用いるものとする。また、集電体の弾性伸び（％）は、２５℃において測定した時の値である。

本実施形態における集電体は、引張強度が、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。引張強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２以上であれば、集電体の破断を防止する効果が高い。

なお、本明細書中、集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ^２）は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１（２０１０年）の引張試験方法に準じて測定した値を用いるものとする。また、集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ^２）は、２５℃において測定した時の値である。

本実施形態における集電体は、弾性伸びが１．３０％以上であれば、上述したように集電体を構成する材料に特に制限はなく、好ましくは銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、コバルトなどの金属、またはこれらの金属の合金が用いられうる。

上記の金属の中でも、銅、ニッケル、ステンレス、またはこれらに他の金属を添加した合金を用いた金属箔が機械的強度、活物質層との密着性、化学的安定性、電池反応が進行する電位における電気化学的な安定性、導電性、コスト等の観点から好ましい。特に銅または銅の合金は、標準酸化還元電位の理由から特に好ましい。

銅箔は、圧延銅箔（圧延法によって得られる銅箔）または電解銅箔（電解法によって得られる銅箔）を用いることができる。銅合金箔についても、電解銅合金箔または圧延銅合金箔のいずれも用いることができる。本実施形態の負極においては、引張強度が大きいこと、屈曲性に優れることから、圧延銅箔または圧延銅合金箔を用いることが好ましい。

銅の合金としては、銅に、例えば、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎなどの元素を添加した合金が好ましく用いられうる。このような合金は、純銅と比較して、弾性率が高く、負極活物質層の体積変化に追随しやすく塑性変形が生じにくい。このため、集電体のしわや破断が生じにくい。また、銅にＺｒ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎなどの元素を添加した合金は純銅と比較して耐熱性が向上しうる。特に、軟化点が、負極の製造工程において負極活物質を含むスラリーを集電体上に塗布して乾燥する際の熱処理する場合の熱処理温度（約３００℃）よりも高い合金であれば、熱処理後も弾性が維持されうるため好ましい。中でも、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎを添加した合金が、熱処理後の弾性維持の理由で好ましい。これらの合金元素は、１種類でも、２種類以上含まれてもよい。これらの合金元素の含有量は、合計で、例えば、０．０１〜０．９質量％であり、好ましくは０．０３〜０．９質量％であり、さらに好ましくは０．３〜０．９質量％である。合金元素の含有量が０．０３質量％以上であれば、熱処理後の弾性維持の理由で好適である。

弾性伸びが１．３０％以上である集電体を得る方法は特に制限されない。本実施形態の集電体が金属箔からなるものである場合、加熱、冷却、圧力、不純物元素添加により機械的特性を変化させることができる。なお、上記の伸びを有する市販の金属箔を用いてもよい。

負極の集電体の厚さについても特に限定されないが、本実施形態の負極においては、５〜１５μｍであることが好ましく、５〜１０μｍであることがより好ましい。負極の集電体の厚さが５μｍ以上であれば、十分な機械的強度が得られるため好ましい。また負極の集電体の厚さが１５μｍ以下であれば、電池の薄型化の点で好ましい。

なお、双極型電極用の集電体についても、負極集電体と同様のものを用いればよい。特に正極電位および負極電位に対する耐性を有するものを用いるのが望ましい。

（正極及び負極に共通する要件）
以下に、正極及び負極に共通する要件につき、説明する。

正極活物質層１３および負極活物質層１５は、バインダ、導電助剤、電解質塩（リチウム塩）、イオン伝導性ポリマー等を含む。

バインダ
活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−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系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、１種単独で用いてもよいし、２種併用してもよい。

活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、０．５〜１５質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。

導電助剤
導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。

また、上記導電助剤とバインダの機能を併せ持つ導電性結着剤をこれら導電助剤とバインダに代えて用いてもよいし、あるいはこれら導電助剤とバインダの一方ないし双方と併用してもよい。導電性結着剤としては、既に市販のＴＡＢ−２（宝泉株式会社製）を用いることができる。

活物質層へ混入されてなる導電助剤の含有量は、活物質層の総量に対して、１質量％以上、より好ましくは３質量％以上、さらに好ましくは５質量％以上の範囲である。また、活物質層へ混入されてなる導電助剤の含有量は、活物質層の総量に対して、１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは７質量％以下の範囲である。活物質自体の電子導電性は低く導電助剤の量によって電極抵抗を低減できる正極活物質層での導電助剤の配合比（含有量）を上記範囲内に規定することで以下の効果が発現される。即ち、電極反応を阻害することなく、電子導電性を十分に担保することができ、電極密度の低下によるエネルギー密度の低下を抑制でき、ひいては電極密度の向上によるエネルギー密度の向上を図ることができる。

電解質塩（リチウム塩）
電解質塩（リチウム塩）としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等が挙げられる。

イオン伝導性ポリマー
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。

正極活物質層および上記（５）（ｉｉ）の粒子の形態の合金を用いる場合の負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。

各活物質層（集電体片面の活物質層）の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮し、通常１〜５００μｍ程度、好ましくは２〜１００μｍである。

＜電解質層＞
電解質層１７を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。

液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩（電解質塩）が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、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）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）等のカーボネート類が例示される。

また、リチウム塩としては、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＴａＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等の電極の活物質層に添加され得る化合物を採用することができる。

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質（電解液）が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導を遮断することが容易になる点で優れている。

マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。

ゲル電解質中の上記液体電解質（電解液）の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量％〜９８質量％程度とするのが望ましい。本実施形態では、電解液の割合が７０質量％以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質や真性ポリマー電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータ（不織布を含む）の具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜や多孔質の平板、更には不織布が挙げられる。

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。

＜集電板およびリード＞
電池外部に電流を取り出す目的で、集電板を用いてもよい。集電板は集電体やリードに電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。

集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極集電板と負極集電板とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。

正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材２９から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。

＜電池外装材＞
電池外装材２９としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。

なお、上記のリチウムイオン二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。

＜リチウムイオン二次電池の外観構成＞
図２は、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。

図２に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池５０では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極集電板５８、負極集電板５９が引き出されている。発電要素５７は、リチウムイオン二次電池５０の電池外装材５２によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素５７は、正極集電板５８および負極集電板５９を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素５７は、図１に示すリチウムイオン二次電池（積層型電池）１０の発電要素２１に相当するものである。発電要素５７は、正極（正極活物質層）１３、電解質層１７および負極（負極活物質層）１５で構成される単電池層（単セル）１９が複数積層されたものである。

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のもの（ラミネートセル）に制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のもの（コインセル）や角柱型形状（角型セル）のもの、こうした円筒型形状のものを変形させて長方形状の扁平な形状にしたようなもの、更にシリンダー状セルであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型や角柱型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。

また、図２に示す正極集電板５８、負極集電板５９の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極集電板５８と負極集電板５９とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極集電板５８と負極集電板５９をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよいなど、図２に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、集電板に変えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。

上記したように、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極活物質を用いてなる負極並びにリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、好適に利用することができる。即ち、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。

なお、上記実施形態では、電気デバイスとして、リチウムイオン電池を例示したが、これに制限されるわけではなく、他のタイプの二次電池、さらには一次電池にも適用できる。また電池だけではなくキャパシタにも適用できる。

本発明を、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。

はじめに、参考例として、本発明に係る電気デバイス用負極を構成する化学式（１）で表されるＳｉ合金についての性能評価を行った。

（参考例Ａ）：Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＧｅ_ｚＡ_ａについての性能評価
［１］負極の作製
スパッタ装置として、独立制御方式の３元ＤＣマグネトロンスパッタ装置（大和機器工業株式会社製、コンビナトリアルスパッタコーティング装置、ガン−サンプル間距離：約１００ｍｍ）を使用し、厚さ２０μｍのニッケル箔から成る基板（集電体）上に、下記の条件のもとで、各組成を有する負極活物質合金の薄膜をそれぞれ成膜することによって、都合３１種の負極サンプルを得た（参考例１〜１８および参考比較例１〜１３）。

（１）ターゲット（株式会社高純度化学研究所製、純度：４Ｎ）
Ｓｉ：５０．８ｍｍ径、３ｍｍ厚さ（厚さ２ｍｍの無酸素銅製バッキングプレート付）
Ｔｉ：５０．８ｍｍ径、５ｍｍ厚さ
Ｇｅ：５０．８ｍｍ径、３ｍｍ厚さ（厚さ２ｍｍの無酸素銅製バッキングプレート付）。

（２）成膜条件
ベース圧力：〜７×１０^−６Ｐａ
スパッタガス種：Ａｒ（９９．９９９９％以上）
スパッタガス導入量：１０ｓｃｃｍ
スパッタ圧力：３０ｍＴｏｒｒ
ＤＣ電源：Ｓｉ（１８５Ｗ）、Ｔｉ（０〜１５０Ｗ）、Ｇｅ（０〜１２０Ｗ）
プレスパッタ時間：１ｍｉｎ．
スパッタ時間：１０ｍｉｎ．
基板温度：室温（２５℃）。

すなわち、上記のようなＳｉターゲット、Ｇｅターゲット及びＴｉターゲットを使用し、スパッタ時間を１０分に固定し、ＤＣ電源のパワーを上記の範囲でそれぞれ変化させることによって、Ｎｉ基板上にアモルファス状態の合金薄膜を成膜し、種々の組成の合金薄膜を備えた負極サンプルを得た。

ここで、サンプル作製の数例を示せば、参考例１４では、ＤＣ電源１（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源２（Ｇｅターゲット）：１００Ｗ、ＤＣ電源３（Ｔｉターゲット）：１３０Ｗとした。また、比較参考例２では、ＤＣ電源１（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源２（Ｇｅターゲット）：１００Ｗ、ＤＣ電源３（Ｔｉターゲット）：０Ｗとした。さらに、比較例９では、ＤＣ電源１（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源２（Ｇｅターゲット）：０Ｗ、ＤＣ電源３（Ｔｉターゲット）：４０Ｗとした。

これら合金薄膜の成分組成を表１及び図３〜７に示す。なお、得られた合金薄膜の分析は、下記の分析法、分析装置によった。

（３）分析方法
組成分析：ＳＥＭ・ＥＤＸ分析（ＪＥＯＬ社）、ＥＰＭＡ分析（ＪＥＯＬ社）
膜厚測定（スパッタレート算出のため）：膜厚計（東京インスツルメンツ）
膜状態分析：ラマン分光測定（ブルカー社）。

［２］電池の作製
上記により得られた各負極サンプルとリチウム箔（本城金属株式会社製、直径１５ｍｍ、厚さ２００μｍ）から成る対極とをセパレータ（セルガード社製セルガード２４００）を介して対向させたのち、電解液を注入することによってＣＲ２０３２型コインセルをそれぞれ作製した。

なお、上記電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を１：１の容積比で混合した混合非水溶媒中に、ＬｉＰＦ_６（六フッ化リン酸リチウム）を１Ｍの濃度となるように溶解させたものを用いた。

［３］電池の充放電試験
上記により得られたそれぞれの電池に対して下記の充放電試験を実施した。

すなわち、充放電試験機（北斗電工株式会社製ＨＪ０５０１ＳＭ８Ａ）を使用し、３００Ｋ（２７℃）の温度に設定された恒温槽（エスペック株式会社製ＰＦＵ−３Ｋ）中にて、充電過程（評価対象である負極へのＬｉ挿入過程）では、定電流・定電圧モードとして、０．１ｍＡにて２Ｖから１０ｍＶまで充電した。その後、放電過程（上記負極からのＬｉ脱離過程）では、定電流モードとし、０．１ｍＡ、１０ｍＶから２Ｖまで放電した。以上の充放電サイクルを１サイクルとして、これを１００回繰り返した。

そして、５０サイクル及び１００サイクル目の放電容量を求め、１サイクル目の放電容量に対する維持率を算出した。この結果を表１に併せて示す。この際、放電容量は、合金重量当りで算出した値を示している。なお、「放電容量（ｍＡｈ／ｇ）」は、ｐｕｒｅ Ｓｉ又は合金重量当りのものであり、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｍ合金（Ｓｉ−Ｍ合金、ｐｕｒｅ ＳｉまたはＳｉ−Ｔｉ合金）へＬｉが反応する時の容量を示す。なお、本明細書中で「初期容量」と表記しているものが、初期サイクル（１サイクル目）の「放電容量（ｍＡｈ／ｇ）」に相当するものである。

また、５０サイクル目又は１００サイクル目の「放電容量維持率（％）」は、「初期容量からどれだけ容量を維持しているか」の指標を表す。放電容量維持率（％）の計算式は下記の通りである。

表１より、１７％以上９０％未満のＳｉと、１０％超８３％未満のＴｉと、０％超７３％未満のＧｅとを含む合金を有する負極活物質を備える参考例の電池は、７４９ｍＡｈ／ｇ以上の初期容量を有することがわかった。そして、これら参考例の電池は、５０サイクル目で８３％以上、１００サイクル目でも４０％以上の高い放電容量維持率を示すことがわかった。さらに、容量及びサイクル耐久性をより優れたものとする観点から、負極活物質は、１７％以上９０％未満のＳｉと、１０％超８３％未満のＴｉと、０％超７３％未満のＧｅとを含む合金から構成されることが好ましいものと判明した。一方、比較参考例の電池は、参考例の電池に比べて、１サイクル目の放電容量が大きいことがあっても、放電容量維持率の低下が著しいことが判明した。このように、参考例の負極活物質を備える電池は、容量及びサイクル耐久性において優れていることが確認された。

（参考例Ｂ）：Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＳｎ_ｚＡ_ａについての性能評価
［１］負極の作製
参考例Ａの（１）におけるターゲットの「Ｇｅ：５０．８ｍｍ径、３ｍｍ厚さ（厚さ２ｍｍの無酸素銅製バッキングプレート付）」を「Ｓｎ：５０．８ｍｍ径、５ｍｍ厚さ」に変更し、（２）におけるＤＣ電源の「Ｇｅ（０〜１２０Ｗ）」を「Ｓｎ（０〜４０Ｗ）」に変更したことを除いては、参考例Ａと同様の方法で、都合４０種の負極サンプルを作製した（参考例１９〜４４および参考比較例１４〜２７）。

なお、前記（２）について、サンプル作製の数例を示せば、参考例３５では、ＤＣ電源１（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源２（Ｓｎターゲット）：３０Ｗ、ＤＣ電源３（Ｔｉターゲット）：１５０Ｗとした。また、比較参考例１５では、ＤＣ電源１（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源２（Ｓｎターゲット）：２２Ｗ、ＤＣ電源３（Ｔｉターゲット）：０Ｗとした。さらに、比較参考例２０では、ＤＣ電源１（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源２（Ｓｎターゲット）：０Ｗ、ＤＣ電源３（Ｔｉターゲット）：３０Ｗとした。

これら合金薄膜の成分組成を表２及び図８に示す。

［２］電池の作製
参考例Ａと同様の方法でＣＲ２０３２型コインセルを作製した。

［３］電池の充放電試験
参考例Ａと同様の方法で電池の充放電試験を行った。この結果を表２に併せて示す。また、図１２では１サイクル目の放電容量と合金組成の関係を示す。さらに、図１３及び１４では５０サイクル及び１００サイクル目の放電容量維持率と合金組成の関係をそれぞれ示す。なお、放電容量は、合金重量当りで算出した値を示している。

以上の結果、参考例の電池においては、少なくとも１０００ｍＡｈ／ｇを超える初期容量を備え、５０サイクル後では９１％以上、１００サイクル後でも４３％以上の放電容量維持率を示すことが確認された。

（参考例Ｃ）：Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＴｉ_ｚＡ_ａについての性能評価
［１］負極の作製
参考例Ａにおける（１）および（２）のＤＣ電源の条件を下記のように変更したことを除いては、参考例Ａと同様の方法で、都合４０種の負極サンプルを作製した（参考例４５〜５６および参考比較例２８〜４０）。

（１）ターゲット（株式会社高純度化学研究所製）
Ｓｉ（純度：４Ｎ）：直径２インチ、厚さ３ｍｍ（厚さ２ｍｍの無酸素銅製バッキングプレート付）
Ｔｉ（純度：５Ｎ）：直径２インチ、厚さ５ｍｍ
Ｚｎ（純度：４Ｎ）：直径２インチ、厚さ５ｍｍ。

（２）成膜条件（ＤＣ電源について）
ＤＣ電源：Ｓｉ（１８５Ｗ）、Ｔｉ（５０〜２００Ｗ）、Ｚｎ（３０〜９０Ｗ）。

ここで、サンプル作製の１例を示せば、参考例４９では、ＤＣ電源２（Ｓｉターゲット）：１８５Ｗ、ＤＣ電源１（Ｔｉターゲット）：１５０Ｗ、ＤＣ電源３（Ｚｎターゲット）：６０Ｗとした。

［２］電池の作製
参考例Ａと同様の方法でＣＲ２０３２型コインセルを作製した。

［３］電池の充放電試験
５０サイクル目の放電容量維持率を下記数式により算出したことを除いては、参考例１と同様の方法で電池の充放電試験を行った。この結果を表３に併せて示す。

なお、初期サイクル〜１０サイクル、通常は５〜１０サイクルの間で最大放電容量を示す。

表３の結果から、参考例４５〜５６の電池では、初期容量（１サイクル目の放電容量）が、既存のカーボン系負極活物質（炭素・黒鉛系負極材料）では実現不可能な格段に高い高容量化を実現できることが確認できた。同様に既存のＳｎ系合金負極活物質と比較しても同様以上の高容量（初期容量６９０ｍＡｈ／ｇ以上）を実現できることが確認できた。更に高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性についても、高容量であるがサイクル耐久性に劣る既存のＳｎ系負極活物質や特許文献１に記載の多元系合金負極活物質と比較しても格段に優れたサイクル耐久性を実現できることが確認できた。

具体的には、５０サイクル目での高い放電容量維持率８７％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９６％以上という格段に優れたサイクル耐久性を実現できることが確認できた。このことから、参考例４５〜５６の電池では、比較参考例２８〜４０の電池に比して５０サイクル目の放電容量維持率が高く、高い初期容量の低下を抑えて高容量をより効率良く維持できていることがわかった。

［４］電池の初期サイクル
参考例４８および参考比較例３４、３７の評価用電極を用いた評価用セル（ＣＲ２０３２型コインセル）につき、［３］と同様の充放電条件で初期サイクルを実施した。初期サイクルの放電過程での電圧（Ｖ）に対するｄＱ／ｄＶ曲線を図２２に示す。

図２２から、ｄＱ／ｄＶの解釈として、低電位（０．４Ｖ以下）の領域での下に凸のピーク本数が減少し、曲線が滑らかになっていることから、Ｓｉ以外に元素（Ｔｉ、Ｚｎ）を添加することでＬｉ−Ｓｉ合金の結晶化を抑制していることが確認できた。ここで、Ｑは電池容量（放電容量）を示す。

詳しくは、比較参考例３４（ｐｕｒｅ Ｓｉの金属薄膜）の０．４Ｖ近傍での下に凸の急峻なピークが電解液の分解による変化を示している。そして、０．３５Ｖ、０．２Ｖ及び０．０５Ｖ近傍での下に凸の緩やかなピークが、それぞれアモルファス状態から結晶化状態に変化していることを示している。

一方、Ｓｉ以外に元素（Ｔｉ、Ｚｎ）を添加した参考例４８（Ｓｉ−Ｔｉ−Ｚｎの３元系合金薄膜）と比較参考例３７（Ｓｉ−Ｔｉの２元系合金薄膜）では、それぞれ２．５Ｖと５Ｖ近傍に、電解液の分解による変化を示す下に凸の急峻なピークが確認できた。但し、それ以外にアモルファス状態から結晶化状態に変化していることを示すような、下に凸の緩やかなピークはなく、Ｌｉ−Ｓｉ合金の結晶化を抑制できていることが確認できた。特に上記サンプル２０からＳｉ以外の添加元素としてＴｉのみでもＬｉ−Ｓｉ合金の結晶化を抑制できていることが確認できた。但し、上記表３より上記比較参考例３７のＳｉ−Ｔｉの２元系合金薄膜では、５０サイクル後の放電容量維持率（％）の低下（劣化）までは抑制できないことも確認できた。

以上の実験結果から、本参考例の３元系合金が高いサイクル特性、特に、５０サイクル目での高い放電容量維持率を維持しつつ、かつ１サイクル目の放電容量も高くバランスよい特性を示すメカニズム（作用機序）につき以下のように推測（推定）することができる。

１．［４］にもあるように、三元系合金のｄＱ／ｄＶ曲線を見ると、低電位領域（〜０．６Ｖ）でのピークが合金でないｐｕｒｅ−Ｓｉのものと比べて少なく、滑らかである。これは、電解液の分解を抑制し、さらにＬｉ−Ｓｉ合金の結晶相への相転移を抑制することを意味していると思われる（図２２参照）。

２．電解液の分解については、この分解によってサイクル数が進むにつれて、全ての参考例４５〜５６で放電容量の減少がおきることがわかる（表３参照）。しかしながら、放電容量維持率で比較した場合、三元系合金の放電容量維持率は、比較参考例３４の合金でないｐｕｒｅ−Ｓｉと比べて格段に高い放電容量維持率を実現できていることがわかる。更に既存の高容量のＳｎ系負極活物質や特許文献１記載の多元系合金負極活物質、更には参照用の二元系合金負極活物質と比べても高い放電容量維持率を実現できていることがわかる。その結果、放電容量維持率が高い状態を実現することで、サイクル特性が向上する傾向があることがわかる（表３の５０サイクル目の放電容量維持率を参照のこと）。

３．Ｌｉ−Ｓｉ合金の結晶相への相転移については、この相転移が起きると活物質の体積変化が大きくなる。それらによって、活物質自身の破壊、電極の破壊と連鎖が始まることになる。［４］の図２２のｄＱ／ｄＶ曲線をみると、本実施形態のサンプル４では、相転移に起因したピークが少なく、滑らかになっていることから、相転移を抑制できると判断できる。

以上のように、参考例の結果から、Ｌｉ合金化の際、第１添加元素Ｔｉおよび第２添加元素種Ｍの選定が極めて有用かつ有効であることがわかった。かかる第１及び第２添加元素の選定により、Ｌｉ合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制することで、高容量・高サイクル耐久性を有するＳｉ合金系負極活物質を提供できる。その結果、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン二次電池を提供できることがわかった。

なお、例えば、参考例３において、比較参考例２８〜４０の参照電池では高容量化は実現できるが、当該高容量化とトレードオフの関係にあるサイクル耐久性については放電容量維持率が４７〜８５％と十分でないことがわかった。このことから参照電池では、サイクル耐久性の低下（劣化）が十分に抑制できないことがわかった。即ち、Ｓｉ金属又は２元系合金では、トレードオフの関係にある高容量化とサイクル耐久性をバランスよく発現できるものは得られないことが確認できた。

次に、実施例として、上記Ｓｉ合金のうちＳｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１（参考例２２に相当）を用いて、導電助剤、およびバインダを含む負極活物質層を有する電気デバイス用負極についての性能評価を行った。

なお、前記Ｓｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１と以外のその他の本発明に用いられる合金（Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＧｅ_ｚＡ_ａ、Ｓｉ_ｘＴｉ_ｙＺｎ_ｚＡ_ａ、およびＳｉ_ｘＴｉ_ｙＳｎ_ｚＡのうち、Ｓｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１以外のもの）についてもＳｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１を用いた下記の実施例と同一または類似する結果が得られる。この理由は、参考例に示されるように、前記その他の本発明に用いられる合金は、Ｓｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１と同様の特性を有するためである。すなわち、同様の特性を有する合金を用いた場合には、合金の種類を変更したとしても同様の結果が得られうる。

以下の実施例および比較例では、上記Ｓｉ合金のうちＳｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１を負極活物質として用い、集電体の種類（弾性伸び）を替えた電気デバイス用負極についての性能評価を行った。

［Ｓｉ合金の製造］
上記Ｓｉ合金は、メカニカルアロイ法（または、アークプラズマ溶融法）により製造した。具体的には、ドイツ フリッチュ社製遊星ボールミル装置Ｐ−６を用いて、ジルコニア製粉砕ポットにジルコニア製粉砕ボールと各合金の各原料粉末を投入し、６００ｒｐｍ、４８ｈかけて合金化させた。

［負極の作製］
（実施例１）
負極活物質８０質量部、導電助剤５質量部、およびバインダ１５質量部を溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中で混合し、負極活物質スラリーを調製した。ここで、負極活物質には、上記で製造したＳｉ合金粉末（Ｓｉ_４２Ｔｉ_７Ｓｎ_５１、一次粒子の平均粒子径０．３μｍ）を用いた。また、導電助剤には、短鎖状カーボンブラックとして短鎖状アセチレンブラックを用い、バインダにはポリイミドを用いた。

弾性伸び１．４３％、引張強度５８０Ｎ／ｍｍ^２である厚さ１０μｍの銅合金箔（銅合金１：Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎがそれぞれ約０．３質量％添加されたＣｕ）を準備した。

本実施例において、集電体の弾性伸び（％）および引張強度（Ｎ／ｍｍ^２）は、ＩＮＳＴＲＯＮ社製デジタル材料試験機５５６５型を用いて、試験速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間５０ｍｍにて測定した。サンプルは、全長７０ｍｍ、平行部幅５ｍｍの楔形に成形した集電箔を用いた。

得られた負極活物質スラリーを、上記の銅合金箔（銅合金１）の両面に、乾燥後の厚さがそれぞれ５０μｍとなるように均一に塗布し、真空中で２４時間乾燥させて、負極を得た。

（実施例２）
負極集電体として、弾性伸び１．５３％、引張強度４５０Ｎ／ｍｍ^２である厚さ１０μｍの銅合金箔（銅合金２：Ｚｒが約０．３質量％添加されたＣｕ）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で負極を作製した。

（実施例３）
負極集電体として、弾性伸び１．３９％、引張強度４２０Ｎ／ｍｍ^２である厚さ１０μｍの銅合金箔（銅合金３：Ｚｒが約０．１質量％添加されたＣｕ）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で負極を作製した。

（比較例１）
負極集電体として、弾性伸び１．２８％、引張強度１３９Ｎ／ｍｍ^２である厚さ１０μｍの銅箔（タフピッチ銅：Ｃｕの純度が９９．９質量％以上）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で負極を作製した。

（比較例２）
負極活物質としてケイ素（純Ｓｉ）粉末（純度：９９．９９９質量％、一次粒子の平均粒子径４５μｍ）８０質量部を用いた以外は、比較例１と同様の方法で負極を作製した。

（比較例３）
バインダ材料としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いたことを除いては、比較例２と同様の方法で負極を作製した。

［正極の作製］
正極活物質であるＬｉ_１．８５Ｎｉ_０．１８Ｃｏ_０．１０Ｍｎ_０．８７Ｏ_３を、特開２０１２−１８５９１３号公報の実施例１（段落００４６）に記載の手法により作製した。そして、この正極活物質９０質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック５質量部と、バインダであるポリフッ化ビニリデン５質量部と、を混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させて正極スラリーを得た。次いで、得られた正極スラリーを、アルミニウム箔よりなる正極集電体の両面にそれぞれ正極活物質層の厚さが３０μｍとなるように均一に塗布し、乾燥させて、正極を得た。

［電池の作製］
上記で作製した正極と、負極とを対向させ、この間にセパレータ（ポリオレフィン、膜厚２０μｍ）を配置した。次いで、負極、セパレータ、および正極の積層体をコインセル（ＣＲ２０３２、材質：ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６））の底部側に配置した。さらに、正極と負極との間の絶縁性を保つためガスケットを装着し、下記電解液をシリンジにより注入し、スプリングおよびスペーサを積層し、コインセルの上部側を重ねあわせ、かしこめることにより密閉して、リチウムイオン二次電池を得た。

なお、上記電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を、ＥＣ：ＤＣ＝１：２（体積比）の割合で混合した有機溶媒に、支持塩である六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を、濃度が１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解させたものを用いた。

［電池の充放電試験］
参考例Ａと同様の方法で電池の充放電試験を行った。

すなわち、充放電試験機（北斗電工株式会社製ＨＪ０５０１ＳＭ８Ａ）を使用し、３００Ｋ（２７℃）の温度に設定された恒温槽（エスペック株式会社製ＰＦＵ−３Ｋ）中にて、充電過程（評価対象である負極へのＬｉ挿入過程）では、定電流・定電圧モードとして、０．１ｍＡにて２Ｖから１０ｍＶまで充電した。その後、放電過程（上記負極からのＬｉ脱離過程）では、定電流モードとし、０．１ｍＡ、１０ｍＶから２Ｖまで放電した。以上の充放電サイクルを１サイクルとして、これを５０回繰り返した。

そして、５０サイクル目の放電容量を求め、１サイクル目の放電容量に対する放電容量維持率（％）を算出した。５０サイクル目の「放電容量維持率（％）」は、「初期容量からどれだけ容量を維持しているか」の指標を表す。放電容量維持率（％）の計算式は下記の通りである。

さらに、得られた放電容量維持率（％）の結果を、比較例１の放電容量維持率を１００としたときの割合（放電容量維持率の向上率（％））として、下記の表４および図２３に示す。

表４および図２３の結果から、弾性伸びが１．３０％以上の集電体を用いた実施例１〜３の電池では、比較例１〜３の電池と比較して高い放電容量維持率を実現できることが確認できた。これは、実施例１〜３で用いた集電体が、電池の充放電に伴うＳｉ合金を含む負極活物質層の体積変化に弾性的に追随することで、電極層の変形が抑制されたためであると考えられる。特に、集電体の弾性伸びが１．４０％以上、または１．５０％以上である実施例１、２においては、より高い放電容量維持率が得られた。

一方で、弾性伸びが所定の値以下の集電体を用いた比較例１の電池では、電池の充放電に伴う負極活物質層の体積変化に伴って集電体が塑性変形しやすくなり、その結果、負極活物質層がゆがみ、負極の平面方向において正極との均一な電極間距離を維持することが難しくなってしまい、高い放電容量維持率が得られなかったものと考えられる。

また、負極活物質として純Ｓｉを用いた比較例２の電池では、電池の充放電に伴う負極活物質の膨張・収縮による体積変化が、Ｓｉ合金の場合よりも大きい。そのため、負極活物質層の体積変化がより大きいため、負極活物質層の体積変化に集電体が追随できないことに起因する容量の低下がより大きくなっているものと考えられる。

さらに、負極活物質層のバインダとしてＰＶｄＦを用いた比較例３の電池では、放電容量維持率がより低くなっている。これは、比較例３で用いたバインダであるＰＶｄＦの弾性率（１．０ＧＰａ）が、実施例１〜３、比較例１、２で用いたポリイミドの弾性率（３．７３ＧＰａ）よりも小さいため、充放電に伴う活物質の膨張・収縮にバインダが追随できず、負極活物質層の体積変化が大きくなるためと考えられる。その結果、負極活物質層の体積変化に集電体が追随できないことによる容量の低下がさらに大きくなると考えられる。

本出願は、２０１２年１１月２２日に出願された日本国特許出願第２０１２−２５６９３８号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。

１０、５０ リチウムイオン二次電池（積層型電池）、
１１ 正極集電体、
１２ 負極集電体、
１３ 正極活物質層、
１５ 負極活物質層、
１７ 電解質層、
１９ 単電池層、
２１、５７ 発電要素、
２５、５８ 正極集電板、
２７、５９ 負極集電板、
２９、５２ 電池外装材（ラミネートフィルム）。

Claims (18)

1. 集電体と、前記集電体の表面に配置された負極活物質、導電助剤、およびバインダを含む電極層と、を有する電気デバイス用負極であって、
   前記負極活物質が、下記式（１）：
   （上記式（１）において、
   Ｍは、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの金属であり、
   前記Ａは、不可避不純物であり、
   ｘ、ｙ、ｚ、およびａは、質量％の値を表し、この際、０＜ｘ＜１００、０＜ｙ＜１００、０＜ｚ＜１００、および０≦ａ＜０．５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１００である。）
   で表される合金を含み、
   前記集電体の弾性伸びが、１．３０％以上であることを特徴とする、電気デバイス用負極。
2. 前記集電体の弾性伸びが、１．４０％以上である、請求項１に記載の電気デバイス用負極。
3. 前記集電体の弾性伸びが、１．５０％以上である、請求項２に記載の電気デバイス用負極。
4. 前記Ｍが、Ｇｅであり、
   前記ｘが１７以上９０未満であり、前記ｙが１０超８３未満であり、ｚが０超７３未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
5. 前記ｘが７７以下であり、前記ｙが２０以上であり、前記ｚが３以上６３以下である、請求項４に記載の電気デバイス用負極。
6. 前記ｙが６８以下である、請求項５に記載の電気デバイス用負極。
7. 前記ｘが５０以下である、請求項６に記載の電気デバイス用負極。
8. 前記ｘが４６以下であり、前記ｙが５１以上、前記ｚが３２以下である、請求項７に記載の電気デバイス用負極。
9. 前記ＭがＳｎであり、
   前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１）または（２）：
   を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
10. 前記ＭがＳｎであり、
    前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（３）または（４）：
    を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
11. 前記ＭがＳｎであり、
    前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（５）または（６）：
    を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
12. 前記ＭがＳｎであり、
    前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（７）：
    を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
13. 前記ＭがＺｎであり、
    前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（８）：
    を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
14. 前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（９）：
    を満たす、請求項１３に記載の電気デバイス用負極。
15. 前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１０）：
    を満たす、請求項１３または１４に記載の電気デバイス用負極。
16. 前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１１）：
    を満たす、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
17. 前記ｘ、ｙ、およびｚが、下記数式（１２）：
    を満たす、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の電気デバイス用負極を含む、電気デバイス。