(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と共に電解液を備え、前記負極は負極集電体の上に負極活物質層を有し、
前記負極活物質層は、ケイ素（Ｓｉ）を構成元素として有する負極活物質と、金属元素を構成元素として有する金属導電物質とを含み、
前記負極活物質および前記金属導電物質は、それらの形成材料が衝撃結合現象により前記負極集電体の表面に同一工程で堆積されたものであり、
水銀圧入法により測定される前記負極活物質層の空隙率（圧力＝９０ＭＰａ）は１０％以下である、
リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記負極活物質および前記金属導電物質は、パウダージェットデポジション（ＰＪＤ：powder jet deposition ）法およびエアロゾルデポジション（ＡＤ：aerosol deposition）法のうちの少なくとも一方により形成されている、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記空隙率は７％以下である、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記金属導電物質は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１種の金属元素を構成元素として有する、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記金属導電物質は前記金属元素の単体である、
請求項４記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記負極活物質は、ケイ素の単体、合金および化合物のうちの少なくとも１種である、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記負極活物質は、鉄、アルミニウム、カルシウム（Ｃａ）、マンガン、クロム、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル、カリウム（Ｋ）、銅およびチタンのうちの少なくとも１種の金属元素を構成元素として有する、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
前記負極活物質は結晶性である、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
Ｘ線回折法により得られる前記負極活物質の（１１１）結晶面における回折ピークの半値幅（２θ）は２０°以下であると共に結晶子サイズは１０ｎｍ以上である、
請求項８記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
前記負極活物質および前記金属導電物質のうちの少なくとも一方は前記負極集電体と合金化している、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】
前記負極集電体の表面の十点平均粗さＲｚは２μｍ以下である、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
前記十点平均粗さＲｚは１μｍ以下である、
請求項１１記載のリチウムイオン二次電池 。
【請求項１３】
負極集電体の上に負極活物質層を有し、前記負極活物質層は、ケイ素を構成元素として有する負極活物質と、金属元素を構成元素として有する金属導電物質とを含み、
前記負極活物質および前記金属導電物質は、それらの形成材料が衝撃結合現象により前記負極集電体の表面に同一工程で堆積されたものであり、
水銀圧入法により測定される前記負極活物質層の空隙率（圧力＝９０ＭＰａ）は１０％以下である、
リチウムイオン二次電池用負極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極活物質および金属導電物質を含む負極活物質層を備えたリチウムイオン二次電池用負極、ならびにそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話あるいはノートパソコンなどに代表される小型の電子機器が広く普及しており、そのさらなる小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、最近では、小型の電子機器に限らず、電気自動車などに代表される大型の電子機器への適用も検討されている。
【０００３】
中でも、充放電反応としてリチウムイオンの吸蔵放出を利用するリチウムイオン二次電池は、大いに期待されている。鉛電池およびニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるからである。リチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えている。この負極は、負極集電体の上に負極活物質層を有しており、その負極活物質層は、充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。
【０００４】
負極活物質としては、炭素材料が広く用いられているが、最近では、電池容量のさらなる向上が求められているため、ケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。この場合には、ケイ素の単体に限らず、合金あるいは化合物なども検討されている。
【０００５】
リチウムイオン二次電池における負極の構成については、サイクル特性などを向上させるために、さまざまな検討がなされている。
【０００６】
具体的には、リチウムと合金を形成する金属（スズ（Ｓｎ）など）およびリチウムと合金を形成しない金属（銅（Ｃｕ）など）を含む合金層あるいは複合酸化物層を形成している（例えば、特許文献１参照。）。ケイ素を堆積させた薄膜のうちの少なくとも表面に、４〜６周期の３Ａ〜７Ａ族、８族、１Ｂ族および２Ｂ族の元素（銅を除く）を含有させている（例えば、特許文献２参照。）。ケイ素系材料（ケイ素と金属との混合材料など）からなる活物質層の上に、リチウム化合物の形成能が低い導電性材料（銅など）からなる表面被覆層を形成している（例えば、特許文献３参照。）。第１層（銅など）の上に、リチウムと合金を形成可能なリチウム吸蔵材料（ケイ素など）からなる第２の層を形成している（例えば、特許文献４参照。）。これらの場合には、ケイ素を含む層が蒸着法、スパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition ）法あるいは鍍金法などにより形成されている。
【０００７】
また、反応部（ケイ素など）の表面に金属酸化物（酸化チタン（ＴｉＯ2 ）など）からなる被覆部を設けている（例えば、特許文献５参照。）。この場合には、被覆部が液相析出法により形成されている。
【０００８】
また、負極活物質層中にケイ素と共に強磁性金属元素（鉄（Ｆｅ）など）を含有させている（例えば、特許文献６参照。）。この場合には、ケイ素および強磁性金属元素が共蒸着されている。これにより、強磁性金属元素の少なくとも一部がケイ素と固溶せずに偏析しており、磁化曲線により得られる負極活物質層の最大磁化が０．０００６Ｔ以上になっている。
【０００９】
さらに、ケイ素を含む負極活物質層に、その厚さ方向において濃度が増減するように金属元素（鉄など）を含有させている（例えば、特許文献７参照。）。この場合には、ケイ素層および金属層が蒸着法により交互に形成されている。
【００１０】
この他、リチウム化合物の形成能が低い金属材料（銅など）で負極活物質の粒子の表面を被覆して、負極活物質層の空隙率を１５％〜４５％にしている（例えば、特許文献８参照。）。この場合には、負極活物質の粒子を含むスラリーが負極集電体に塗布されたのち、電解鍍金法により金属材料が浸透鍍金されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２１７５７４号公報
【特許文献２】特開２００３−００７２９５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２８０５９号公報
【特許文献４】特開２００４−０３９４０７号公報
【特許文献５】特開２００７−１４１６６６号公報
【特許文献６】特開２００７−２５７８６６号公報
【特許文献７】特開２００７−２５７８６８号公報
【特許文献８】特開２００８−０６６２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、電子機器は高性能化および多機能化しており、その使用頻度も増加しているため、リチウムイオン二次電池は頻繁に充放電される傾向にある。これに伴い、電解液の分解反応およびそれに起因する電池内のガス発生が継続的に生じやすいため、充放電を繰り返すにしたがって放電容量が低下すると共に電池膨れが生じやすい状況にある。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、サイクル特性および膨れ特性を向上させることが可能なリチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体の上に負極活物質層を有している。負極活物質層は、ケイ素を構成元素として有する負極活物質と、金属元素を構成元素として有する金属導電物質とを含んでいる。負極活物質および金属導電物質は、それらの形成材料が衝撃結合現象により負極集電体の表面に同一工程で堆積されたものである。水銀圧入法により測定される負極活物質層の空隙率（圧力＝９０ＭＰａ）は、１０％以下である。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備え、その負極が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有するものである。
【００１５】
なお、空隙率は水銀ポロシメータにより測定されると共に、水銀圧入法に関する詳細はＪＩＳ  Ｒ  １６５５に準拠する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のリチウムイオン二次電池用負極によれば、負極活物質層は、ケイ素を構成元素として有する負極活物質と、金属元素を構成元素として有する金属導電物質とを含んでおり、負極活物質および金属導電物質は、それらの形成材料が衝撃結合現象により負極集電体の表面に同一工程で堆積されたものである。水銀圧入法により測定される負極活物質層の空隙率（圧力＝９０ＭＰａ）は、１０％以下である。これにより、負極活物質層の表面積（反応面積）が著しく減少するため、その反応性が大幅に低減する。よって、本発明のリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池によれば、電解液の分解反応およびそれに起因する電池内のガス発生が抑制されるため、サイクル特性および膨れ特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用負極の構成を表す断面図である。
【図２】本発明のリチウムイオン二次電池用負極の断面構造を表す走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope：ＳＥＭ）写真である。
【図３】比較例のリチウムイオン二次電池用負極の断面構造を表すＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極を用いた角型二次電池の構成を表す断面図である。
【図５】図４に示した角型二次電池のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図４に示した正極および負極の構成を模式的に表す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極を用いた円筒型二次電池の構成を表す断面図である。
【図８】図７に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極を用いたラミネートフィルム型二次電池の構成を表す分解斜視図である。
【図１０】図９に示した巻回電極体のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】水銀ポロシメータによる測定結果を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．リチウムイオン二次電池用負極
２．リチウムイオン二次電池
２−１．角型
２−２．円筒型
２−３．ラミネートフィルム型
【００１９】
＜１．リチウムイオン二次電池用負極＞
図１は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用負極（以下、単に「負極」という。）の断面構成を表している。
【００２０】
［負極の全体構成］
負極は、負極集電体１の上に負極活物質層２を有している。この負極活物質層２は、負極集電体１の両面に設けられていてもよいし、片面だけに設けられていてもよい。
【００２１】
［負極集電体］
負極集電体１は、例えば、電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度に優れた導電性材料により形成されている。この導電性材料としては、例えば、銅、ニッケル（Ｎｉ）あるいはステンレスなどが挙げられ、特に、リチウム（Ｌｉ）と金属間化合物を形成しないと共に負極活物質層２と合金化する材料が好ましい。
【００２２】
この負極集電体１の表面は、粗面化されていなくてもよいし、粗面化されていてもよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理あるいはサンドブラスト処理などが挙げられる。電解処理とは、電解槽中で電解法により金属箔などの表面に微粒子を形成して、その表面に凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に電解銅箔と呼ばれている。
【００２３】
負極集電体１の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）は、特に限定されない。後述するように、本発明では負極集電体１に対する負極活物質層２の密着性が十分に高くなるため、その密着性が表面粗さの影響をほとんど受けないからである。中でも、十点平均粗さＲｚは、２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。負極集電体１に対する負極活物質層２の密着性がより高くなるからである。
【００２４】
［負極活物質層］
負極活物質層２は、負極活物質および金属導電物質を含んでおり、必要に応じて、さらに負極結着剤あるいは負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００２５】
負極活物質層２は、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料のいずれか１種類あるいは２種類以上を含んでいる。
【００２６】
負極材料は、ケイ素を構成元素として有している。リチウムイオンを吸蔵放出する能力が優れているため、高いエネルギー密度が得られるからである。この負極材料は、ケイ素の単体、合金あるいは化合物である。ただし、２種類以上の混合物でもよいし、それらの１種類あるいは２種類以上の相を少なくとも一部に有する材料でもよい。
【００２７】
なお、本発明の単体とは、あくまで一般的な意味での単体（微量の不純物を含んでいてもよい）であり、必ずしも純度１００％を意味しているわけではない。また、本発明の合金には、２種以上の金属元素を構成元素として有する材料に加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを構成元素として有する材料も含まれる。もちろん、合金は、非金属元素を構成元素として有していてもよい。その組織には、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物、あるいはそれらの２種以上の共存などがある。
【００２８】
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、以下の金属元素のいずれか１種類あるいは２種類以上を有する材料などが挙げられる。鉄、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル、カリウム（Ｋ）あるいは銅である。チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）である。
【００２９】
ケイ素の化合物としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を有する材料などが挙げられる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金について説明した元素のいずれか１種類あるいは２種類以上を有していてもよい。
【００３０】
中でも、ケイ素の合金が好ましい。金属元素を有するため、抵抗が低下すると共に、負極活物質と金属導電物質との間の結着性（結合性）が向上するからである。中でも、金属元素としては、鉄が好ましい。良好な抵抗および結着性が得られるからである。このケイ素の合金は、例えば、ガスアトマイズ法あるいは水アトマイズ法などにより形成される。ケイ素の合金における金属元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、０．２重量％以上であることが好ましい。高いエネルギー密度が得られるというケイ素の特性を損なうことなく、良好な抵抗および結着性が得られるからである。
【００３１】
負極活物質は、結晶性でも非結晶性でもよいが、中でも、結晶性であることが好ましい。負極活物質の物性が経時変化しにくくなると共に、充放電時において負極活物質層２が膨張収縮しにくくなるからである。なお、負極活物質が結晶性であるかどうかは、例えば、Ｘ線回折法により確認できる。具体的には、Ｘ線回折によりシャープなピークが観察されれば、結晶性である。
【００３２】
中でも、Ｘ線回折法により得られる負極活物質の（１１１）結晶面における回折ピークの半値幅（２θ）は、２０°以下であることが好ましく、０．４°〜２０°であることがより好ましい。また、Ｘ線回折法により得られる負極活物質の（１１１）結晶面に起因する結晶子サイズは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ〜１１５ｎｍであることがより好ましい。負極活物質の結晶性が高くなるため、充放電時においてリチウムイオンの拡散性が向上するからである。これにより、負極活物質層２がより膨張収縮しにくくなると共に、その膨張収縮に起因して負極活物質層２が破損（変形、割れあるいは脱落など）しにくくなる。
【００３３】
負極活物質層２は、金属導電物質として、金属材料のいずれか１種類あるいは２種類以上を含んでいる。
【００３４】
金属材料は、例えば、銅、ニッケル、コバルト、鉄、亜鉛、アルミニウム、クロム、マンガン、チタン、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、銀、インジウムあるいはスズなどの金属元素のいずれか１種類あるいは２種類以上を含んでいる。この金属材料は、上記した金属元素の単体でもよいし、合金あるいは化合物でもよい。合金としては、例えば、上記した金属元素のうちの２種類以上を有する材料などが挙げられる。化合物としては、例えば、金属元素以外の構成元素として酸素を有する材料などが挙げられる。
【００３５】
中でも、金属材料は、上記した金属元素の単体であることが好ましい。金属導電物質同士の結着性が高くなるからである。特に、負極活物質がケイ素の合金である場合において、その合金に含まれる金属元素の種類と金属材料の種類とが同じであれば、負極活物質と金属導電物質との間の結着性がより高くなる。
【００３６】
金属導電物質の平均厚さは、特に限定されないが、中でも、１ｎｍ〜３００００ｎｍであることが好ましい。負極活物質同士が金属導電物質を介して結着しやすくなるからである。なお、金属導電物質の平均厚さは、以下のように測定される。まず、クロスセッションポリッシャなどで負極活物質層２を切断して、その断面を露出させる。続いて、ＳＥＭなど（例えば倍率＝３０００倍）で負極活物質層２の断面を複数箇所（例えば５枚以上）観察する。続いて、ＳＥＭ写真ごとに、負極活物質層２の上に垂線（負極集電体１の表面に垂直な線）を引いて、その垂線と交わる金属導電物質の厚さ（負極活物質間の距離）を測定したのち、その平均値を算出する。この場合には、１本に限らず、２本以上の垂線を引いてもよい。最後に、ＳＥＭ写真ごとに求めた金属導電物質の厚さ（平均値）の平均値を算出する。
【００３７】
水銀圧入法により測定される負極活物質層２の空隙率（圧力＝９０ＭＰａ）は、１０％以下であることが好ましく、７％以下であることがより好ましい。負極活物質層２の表面積（反応面積）が著しく減少するため、その反応性が大幅に低減するからである。なお、空隙率を測定する際には、上記したように、水銀ポロシメータを用いると共に、ＪＩＳ  Ｒ  １６５５に準拠する。
【００３８】
空隙率が上記した範囲であれば、負極活物質層２の内部に存在する空隙の孔径分布は特に限定されないが、中でも、孔径は特定の値（１つあるいは２つ以上の値）に集中しておらず、広い範囲に分散していることが好ましい。負極活物質層２の表面積がより減少するからである。また、負極活物質層２の内部に応力緩和用のスペースが広く分散するため、充放電時において膨張収縮しても負極活物質層２が破損しにくくなるからである。
【００３９】
負極活物質層２の形成方法は、その空隙率が上記した範囲になれば、特に限定されない。中でも、負極活物質層２は、負極活物質および金属導電物質の形成材料（負極材料および金属材料）が衝撃結合現象により負極集電体１の表面に同一工程で堆積されたものであることが好ましい。「同一工程で堆積」とは、負極材料が堆積されたのちに金属材料が堆積され、あるいはその逆である場合と異なり、負極材料および金属材料が１回の工程で同時に（混合しながら）堆積されていることを意味する。これにより、負極活物質層２の内部では、負極活物質および金属導電物質がランダムに混在する。なお、負極材料および金属材料が同一工程で堆積されていれば、負極活物質層２は単層構造を有していてもよいし、多層構造を有していてもよい。
【００４０】
ここで、衝撃結合現象とは、負極集電体１に対して負極材料および金属材料の粒子が吹き付けられて衝突した際に、それらの材料が温度上昇による表面溶融ではなく衝突時の衝撃による粒子の粉砕および変形により負極集電体の表面に密着する現象である。この場合には、粉砕時に形成された新生面による活性効果が粒子間の結合に対して支配的に働くため、負極集電体１の表面に負極材料および金属材料の緻密な膜が形成される。この衝撃結合現象は、上記したように実質的に温度上昇を伴わないため、常温衝撃固化現象とも呼ばれている。これらのことから、衝撃結合現象による堆積方法は、常温固化による膜形成方法である。
【００４１】
この衝撃結合現象による堆積方法としては、例えば、パウダージェットデポジション（ＰＪＤ：powder jet deposition ）法あるいはエアロゾルデポジション（ＡＤ：aerosol deposition）法などが挙げられる。ただし、衝撃結合現象を利用する堆積方法であれば、上記以外の方法でもよい。衝撃結合現象による堆積方法の詳細については、例えば、以下の文献に記載されている。
（１）「ナノレベルの粒子粉砕でセラミックス膜の常温形成に成功！」
独立行政法人  産業技術総合研究所著，ＡＩＳＴ  Ｔｏｄａｙ，８月号，２００４年，４頁〜６頁  
（２）「衝撃結合現象を用いた窯業プロセスのエネルギー合理化技術に関する研究開発」
http://www.nedo.go.jp/iinkai/singi/shoene/3/7-2-2.pdf
（３）「２重ノズル型パウダージェットデポジション装置の開発」
http://ilc.kek.jp/MechWS/2007/MW07-09Yoshihara.pdf
【００４２】
負極材料および金属材料が衝撃結合現象により堆積されていることが好ましい理由は、他の方法により堆積されている場合よりも、負極活物質および負極導電物質が膜形成過程において密に詰まるからである。このため、上記したように負極活物質層２の空隙率が極めて小さくなる。なお、上記した「他の方法」とは、以下の方法などである。負極材料および金属材料を同一工程で形成する場合には、例えば、蒸着法、スパッタ法あるいは溶射法などである。また、負極材料および金属材料を別工程で形成する場合には、上記した蒸着法などにより負極材料を堆積させたのち、電解鍍金法あるいは無電解鍍金法などにより金属材料を堆積させる方法である。
【００４３】
負極材料および金属材料が同一の工程で堆積されるのであれば、それらは一体品でもよいし、別体品でもよい。一体品とは、例えば、あらかじめ金属材料により表面を被覆された負極材料の粉末（粒子）である。この金属材料は、例えば、電解鍍金法あるいは無電解鍍金などにより形成されることが好ましい。金属材料により負極活物質の表面が被覆されやすいからである。この他、一体品は、負極材料および金属材料の合金粉末でもよい。一方、別体品とは、負極材料の粉末および金属材料の粉末の混合物である。中でも、一体品が好ましい。取り扱いが容易だからである。
【００４４】
負極材料のメジアン径は、特に限定されないが、中でも、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。負極活物質が密に形成されると共に割れにくくなるからである。詳細には、メジアン径が０．１μｍよりも小さいと、負極活物質層２の表面積が大きくなる可能性があり、１０μｍよりも大きいと、負極活物質の物理的強度が低下すると共に負極活物質層２の内部に大きな空隙が生じる可能性がある。
【００４５】
また、負極活物質および金属導電物質のうちの少なくとも一方は、負極集電体１に連結されていることが好ましい。負極活物質層２が負極集電体１に対して物理的に固定されるため、充放電時において負極活物質層２が膨張収縮しにくくなるからである。これにより、負極活物質層２が破損しにくくなる。この「負極集電体１に連結されている」とは、上記したように、ＰＪＤ法などにより負極集電体１の表面に負極材料および金属材料が堆積されていることを意味する。このため、塗布法あるいは焼結法を用いた場合には、負極活物質が負極集電体１に連結されていることにならない。この場合には、負極活物質が他の材料（負極結着剤など）を介して負極集電体１に間接的に連結されており、あるいは単に負極活物質が負極集電体１の表面に隣接しているにすぎないからである。
【００４６】
中でも、負極活物質および金属導電物質は、負極集電体１との界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。負極活物質層２がより膨張収縮しにくくなるからである。この場合には、両者の界面において、負極集電体の構成元素が負極活物質等に拡散していてもよいし、負極活物質等の構成元素が負極集電体１に拡散していてもよいし、両者の構成元素が拡散しあっていてもよい。
【００４７】
負極結着剤としては、例えば、合成ゴムあるいは高分子材料などのいずれか１種類あるいは２種類以上が挙げられる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリイミドなどである。
【００４８】
負極導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックあるいはケチェンブラックなどの炭素材料のいずれか１種類あるいは２種類以上が挙げられる。なお、負極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属あるいは導電性高分子などでもよい。
【００４９】
ここで、負極の詳細な構成例について説明する。図２および図３は、それぞれ本発明および比較例の負極の断面構造を表すＳＥＭ写真（二次電子像）である。この比較例の負極は、負極活物質層２に代えて負極活物質層３を有している。
【００５０】
本発明では、例えば、衝撃結合現象（ＰＪＤ法）により負極集電体１の表面に負極材料および金属材料が同一工程で堆積されている。これにより、図２に示したように、負極活物質層２では、負極活物質２０１および金属導電物質２０２が混在していると共に密に詰まっている。この場合には、負極活物質層２の内部には空隙２Ｋがほとんど存在せず、その孔径も著しく小さいため、水銀圧入法により測定される空隙率は１０％以下に抑えられる。
【００５１】
これに対して、比較例では、例えば、溶射法により負極集電体１の表面に負極材料が堆積されたのち、電解鍍金法により金属材料が堆積されている。この場合には、粒子状の負極活物質３０１が形成されたのち、その負極活物質３０１の間の隙間に鍍金膜（金属導電物質３０２）が成長する。この粒子状の負極活物質３０１は、略円形状あるいは扁平状である。負極活物質３０１は、それが粒子状であることを視覚的に確認できるような輪郭（外縁）有している状態で観察されると共に、その粒子状の負極活物質３０１の間に、負極材料が堆積されなかった空間（隙間）が観察される。また、金属導電物質３０２は、上記した隙間に存在している状態で観察される。これにより、容積が小さい隙間は金属導電物質３０２により十分に埋められているが、容積が大きい隙間は金属導電物質３０２により十分に埋められていない。この場合には、図３に示したように、負極活物質層３の内部には多数の空隙３Ｋが存在しており、その孔径も著しく大きいため、水銀圧入法により測定される空隙率は１０％超になる。
【００５２】
［負極の製造方法］
この負極は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、ガスアトマイズ法あるいは水アトマイズ法などにより、負極材料および金属材料の混合材料（合金粉末）を準備する。負極材料と金属材料との混合比率は、任意である。続いて、衝撃結合現象により負極集電体１の表面に混合材料を堆積させて、負極活物質および金属導電物質を含む負極活物質層２を形成する。なお、合金粉末の代わりに、金属材料により表面を被覆された負極材料の粉末、あるいは負極材料の粉末および金属材料の粉末の混合物を用いてもよい。
【００５３】
［本実施形態の作用および効果］
この負極によれば、負極活物質層２は、負極活物質（ケイ素を構成元素として有する材料）および金属導電物質（金属元素を構成元素として有する材料）を含んでいる。水銀圧入法により測定される負極活物質層２の空隙率（圧力＝１０ＭＰａ）は、１０％以下である。これにより、負極活物質層２の表面積（反応面積）が著しく減少するため、その反応性が大幅に低減する。よって、負極を用いたリチウムイオン二次電池の性能向上に寄与することができる。
【００５４】
特に、負極活物質層２の空隙率が７％以下であれば、その反応性がより低減するため、より高い効果を得ることができる。また、負極活物質および金属導電物質の形成材料（負極材料および金属材料）が衝撃結合現象により負極集電体１の表面に同一工程で堆積されていれば、負極活物質層２の空隙率を小さく抑えることができる。
【００５５】
また、負極活物質が結晶性であれば、より高い効果を得ることができる。この場合には、Ｘ線回折法により得られる負極活物質の（１１１）結晶面における回折ピークの半値幅（２θ）が２０°以下であると共に結晶子サイズが１０ｎｍ以上であれば、さらに高い効果を得ることができる。
【００５６】
また、負極集電体１の表面の十点平均粗さＲｚが２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であれば、より高い効果を得ることができる。
【００５７】
＜２．リチウムイオン二次電池＞
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
【００５８】
＜２−１．角型＞
図４および図５は、角型二次電池の断面構成を表しており、図５では、図４に示したＶ−Ｖ線に沿った断面を示している。図６は、図５に示した正極２１および負極２２の平面構成を表している。
【００５９】
［角型二次電池の全体構成］
角型二次電池は、主に、電池缶１１の内部に電池素子２０が収納されたものである。この電池素子２０は、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とが積層および巻回された巻回積層体であり、電池缶１１の形状に応じて扁平状になっている。
【００６０】
電池缶１１は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材は、図５に示したように、長手方向における断面が矩形型あるいは略矩形型（一部に曲線を含む）の形状を有しており、矩形状だけでなくオーバル形状の角型電池にも適用される。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状あるいは円弧を直線で結んだ略矩形状（長円形状）の開口部を有する有底矩形型あるいは有底長円形状型の器状部材である。なお、図５では、電池缶１１が矩形型の断面形状を有する場合を示している。
【００６１】
この電池缶１１は、例えば、鉄、アルミニウムあるいはそれらの合金などの導電性材料により形成されており、電極端子としての機能を有している場合もある。中でも、充放電時において固さ（変形しにくさ）を利用して電池缶１１の膨れを抑えるために、アルミニウムよりも固い鉄が好ましい。なお、電池缶１１が鉄製である場合には、その表面にニッケルなどが鍍金されていてもよい。
【００６２】
また、電池缶１１は、一端部が開放されると共に他端部が閉鎖された中空構造を有しており、その開放端部に取り付けられた絶縁板１２および電池蓋１３により密閉されている。絶縁板１２は、電池素子２０と電池蓋１３との間に設けられていると共に、例えば、ポリプロピレンなどの絶縁性材料により形成されている。電池蓋１３は、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されており、その電池缶１１と同様に電極端子としての機能を有していてもよい。
【００６３】
電池蓋１３の外側には、正極端子となる端子板１４が設けられており、その端子板１４は、絶縁ケース１６を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されている。この絶縁ケース１６は、例えば、ポリブチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成されている。電池蓋１３のほぼ中央には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、端子板１４と電気的に接続されると共にガスケット１７を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されるように正極ピン１５が挿入されている。このガスケット１７は、例えば、絶縁性材料により形成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。
【００６４】
電池蓋１３の周縁付近には、開裂弁１８および注入孔１９が設けられている。開裂弁１８は、電池蓋１３と電気的に接続されており、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して電池の内圧が一定以上となった場合に、電池蓋１３から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔１９は、例えば、ステンレス鋼球からなる封止部材１９Ａにより塞がれている。
【００６５】
正極２１の端部（例えば内終端部）には、アルミニウムなどの導電性材料により形成された正極リード２４が取り付けられていると共に、負極２２の端部（例えば外終端部）には、ニッケルなどの導電性材料により形成された負極リード２５が取り付けられている。正極リード２４は、正極ピン１５の一端に溶接され、端子板１４と電気的に接続されていると共に、負極リード２５は、電池缶１１に溶接され、それと電気的に接続されている。
【００６６】
［正極］
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを有している。ただし、正極活物質層２１Ｂは、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよい。
【００６７】
正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどの導電性材料により形成されている。
【００６８】
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極材料のいずれか１種類あるいは２種類以上を含んでおり、必要に応じて正極結着剤あるいは正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、正極結着剤あるいは正極導電剤に関する詳細は、例えば、既に説明した負極結着剤および負極導電剤と同様である。
【００６９】
正極材料としては、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として有する複合酸化物、あるいはリチウムと遷移金属元素とを構成元素として有するリン酸化合物などが挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄のいずれか１種類あるいは２種類以上を有する材料が好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx Ｍ１Ｏ2 あるいはＬｉy Ｍ２ＰＯ4 で表される。式中、Ｍ１およびＭ２は、１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は、充放電状態に応じて異なるが、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。
【００７０】
リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉx ＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉx ＮｉＯ2 ）、あるいは式（１）で表されるリチウムニッケル系複合酸化物などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ4 ）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ1-u Ｍｎu ＰＯ4 （ｕ＜１））などが挙げられる。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。なお、正極材料は、上記以外の材料でもよい。例えば、Ｌｉx Ｍ１y Ｏ2 （Ｍ１は金属元素（ニッケルおよび式（１）に示したＭ（コバルト等））のうちの少なくとも１種であり、ｘ＞１であり、ｙは任意である。）で表される材料などである。
【００７１】
ＬｉＮｉ1-x Ｍx Ｏ2   …（１）
（Ｍはコバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム、スズ、マグネシウム、チタン、ストロンチウム、カルシウム、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、タンタル、タングステン、レニウム、イッテルビウム、銅、亜鉛、バリウム、ホウ素、クロム、ケイ素、ガリウム、リン、アンチモンおよびニオブのうちの少なくとも１種である。ｘは０．００５＜ｘ＜０．５である。）
【００７２】
この他、正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物あるいは導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどである。
【００７３】
［負極］
負極２２は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを有している。負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成は、それぞれ負極集電体１および負極活物質層２の構成と同様である。この負極２２において、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料における充電可能な容量は、正極２１の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。充放電時において意図せずにリチウム金属が析出することを防止するためである。
【００７４】
図６に示したように、正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極集電体２１Ａの表面の一部（例えば長手方向における中央領域）に設けられている。これに対して、負極活物質層２２Ｂは、正極活物質層２１Ｂの形成範囲よりも広い範囲、例えば、負極集電体２２Ａの全面に設けられている。これにより、負極活物質層２２Ｂは、負極集電体２２Ａのうち、正極活物質層２１Ｂと対向する領域（対向領域Ｒ１）および対向しない領域（非対向領域Ｒ２）に設けられている。この場合には、負極活物質層２２Ｂのうち、対向領域Ｒ１に設けられている部分が充放電に関与するのに対して、非対向領域Ｒ２に設けられている部分は充放電にほとんど関与しない。なお、図６では、正極活物質層２１Ｂおよび負極活物質層２２Ｂに網掛けしている。
【００７５】
上記したように、負極活物質層２２Ｂは、ＰＪＤ法などにより形成された負極活物質および金属導電物質を含んでおり、その負極活物質層２２Ｂの空隙率は、１０％以下に抑えられている。しかしながら、充放電時に負極活物質層２２Ｂが膨張収縮すると、その膨張収縮時における応力の影響を受けて負極活物質層２２Ｂが破損（変形等）するため、空隙率の値が負極活物質層２２Ｂの形成直後の値から変動する可能性がある。しかしながら、非対向領域Ｒ２では、充放電の影響をほとんど受けず、負極活物質層２２Ｂの状態が形成直後のまま維持される。このため、非対向領域Ｒ２における負極活物質層２２Ｂにおいて空隙率を調べることが好ましい。充放電の履歴（充放電の有無および回数など）に依存せず、空隙率、すなわち負極活物質層２２Ｂの形成直後の空隙率の値を再現性よく正確に調べることができるからである。
【００７６】
［セパレータ］
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離して、両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。このセパレータ２３は、例えば、合成樹脂あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、２種類以上の多孔質膜が積層された積層膜でもよい。合成樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどが挙げられる。
【００７７】
［電解液］
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００７８】
溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒のいずれか１種類あるいは２種類以上を含んでいる。非水溶媒としては、例えば、以下の材料などが挙げられる。炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタンあるいはテトラヒドロフランである。２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキサンあるいは１，４−ジオキサンである。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あるいはトリメチル酢酸エチルである。アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノンあるいはＮ−メチルオキサゾリジノンである。Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルあるいはジメチルスルホキシドである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００７９】
中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種が好ましい。より優れた特性が得られるからである。この場合には、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度（高誘電率）溶媒（例えば比誘電率ε≧３０）と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒（例えば粘度≦１ｍＰａ・ｓ）との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。
【００８０】
特に、溶媒は、ハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。充放電時において負極２２の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。ハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する（少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された）鎖状炭酸エステルである。また、ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する（少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された）環状炭酸エステルである。
【００８１】
ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）あるいは臭素（Ｂｒ）が好ましく、フッ素がより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、１つよりも２つが好ましく、さらに３つ以上でもよい。保護膜を形成する能力が高くなると共に、より強固で安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。
【００８２】
ハロゲン化鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス（フルオロメチル）あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンあるいは４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどが挙げられる。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、０．０１重量％〜５０重量％である。
【００８３】
また、溶媒は、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時において負極２２の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとは、不飽和炭素結合を有する（いずれかの箇所に不飽和炭素結合が導入された）環状炭酸エステルである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ビニレンあるいは炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、０．０１重量％〜１０重量％である。
【００８４】
また、溶媒は、スルトン（環状スルホン酸エステル）を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどが挙げられる。溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、０．５重量％〜５重量％である。
【００８５】
さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物あるいはカルボン酸スルホン酸無水物などが挙げられる。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸あるいは無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸あるいは無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸スルホン酸無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸あるいは無水スルホ酪酸などである。溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、０．５重量％〜５重量％である。
【００８６】
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類あるいは２種類以上を含んでいる。リチウム塩としては、例えば、以下の材料などが挙げられる。六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4 ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）あるいは六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6 ）である。テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ）あるいはテトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4 ）である。六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2 ＳｉＦ6 ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）あるいは臭化リチウム（ＬｉＢｒ）である。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００８７】
中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムのうちの少なくとも１種が好ましい。さらに、六フッ化リン酸リチウムおよび四フッ化ホウ酸リチウムが好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。内部抵抗が低下するため、より優れた特性が得られるからである。
【００８８】
電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
【００８９】
［角型二次電池の動作］
この角型二次電池では、充電時において、例えば、正極２１から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極２２から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極２１に吸蔵される。
【００９０】
［角型二次電池の製造方法］
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
【００９１】
まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤などに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードあるいはバーコータなどのコーティング装置により正極集電体２１Ａに正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて、正極活物質層２１を形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などにより正極活物質層２１を圧縮成型する。この場合には、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。
【００９２】
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の作製手順により、負極集電体２２Ａに負極活物質層２２Ｂを形成して負極２２を作製する。
【００９３】
次に、電池素子２０を作製する。最初に、溶接法などにより、正極集電体２１Ａに正極リード２４を取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２５を取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層させたのち、それらを長手方向において巻回させる。最後に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。
【００９４】
最後に、角型二次電池を組み立てる。最初に、電池缶１１の内部に電池素子２０を収納したのち、その電池素子２０の上に絶縁板１２を載せる。続いて、溶接法などにより、正極リード２４を正極ピン１５に取り付けると共に、負極リード２５を電池缶１１に取り付ける。この場合には、レーザ溶接法などにより、電池缶１１の開放端部に電池蓋１３を固定する。最後に、注入孔１９から電池缶１１の内部に電解液を注入してセパレータ２３に含浸させたのち、その注入孔１９を封止部材１９Ａで塞ぐ。
【００９５】
［角型二次電池の作用および効果］
この角型二次電池によれば、負極２２が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、充放電時において電解液の分解反応およびそれに起因するガス発生が抑制される。よって、サイクル特性および膨れ特性を向上させることができる。これ以外の効果は、リチウムイオン二次電池用負極と同様である。
【００９６】
＜２−２．円筒型＞
図７および図８は、円筒型二次電池の断面構成を表しており、図８では、図７に示した巻回電極体４０の一部を拡大している。以下では、既に説明した角型二次電池の構成要素を随時引用する。
【００９７】
［円筒二次電池の構成］
円筒型二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶３１の内部に巻回電極体４０および一対の絶縁板３２，３３が収納されたものである。この巻回電極体４０は、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とが積層および巻回された巻回積層体である。
【００９８】
電池缶３１は、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されている。一対の絶縁板３２，３３は、巻回電極体４０を上下から挟むと共にその巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
【００９９】
電池缶３１の開放端部には電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient：ＰＴＣ素子）３６がガスケット３７を介してかしめられており、その電池缶３１は密閉されている。電池蓋３４は、例えば、電池缶３１と同様の材料により形成されている。安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６は電池蓋３４の内側に設けられており、その安全弁機構３５は熱感抵抗素子３６を介して電池蓋３４と電気的に接続されている。この安全弁機構３５では、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板３５Ａが反転して電池蓋３４と巻回電極体４０との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子３６は、温度上昇に応じた抵抗増加により、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット３７は、例えば、絶縁材料により形成されており、その表面にはアスファルトが塗布されていてもよい。
【０１００】
巻回電極体４０の中心には、センターピン４４が挿入されていてもよい。正極４１には、アルミニウムなどの導電性材料により形成された正極リード４５が接続されていると共に、負極４２には、ニッケルなどの導電性材料により形成された負極リード４６が接続されている。正極リード４５は、安全弁機構３５に溶接などされ、電池蓋３４と電気的に接続されていると共に、負極リード４６は電池缶３１に溶接などされ、それと電気的に接続されている。
【０１０１】
正極４１は、例えば、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを有している。負極４２は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを有している。正極集電体４１Ａ、正極活物質層４１Ｂ、負極集電体４２Ａ、負極活物質層４２Ｂおよびセパレータ４３の構成は、それぞれ正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成と同様である。また、セパレータ３５に含浸されている電解液の組成は、角型二次電池における電解液の組成と同様である。
【０１０２】
［円筒型二次電池の動作］
この円筒型二次電池では、充電時において、例えば、正極４１から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極４２に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極４２から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極４１に吸蔵される。
【０１０３】
［円筒型二次電池の製造方法］
この円筒型二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、例えば、正極２１および負極２２と同様の作製手順により、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを形成して正極４１を作製すると共に、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを形成して負極４２を作製する。続いて、溶接法などにより、正極４１に正極リード４５を取り付けると共に、負極４２に負極リード４６を取り付ける。続いて、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とを積層および巻回させて巻回電極体４０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン４４を挿入する。続いて、一対の絶縁板３２，３３で挟みながら巻回電極体４０を電池缶３１の内部に収納する。この場合には、溶接法などにより、正極リード４５を安全弁機構３５に取り付けると共に、負極リード４６の先端部を電池缶３１に取り付ける。続いて、電池缶３１の内部に電解液を注入してセパレータ４３に含浸させる。最後に、電池缶３１の開口端部に電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６を取り付けたのち、それらをガスケット３７を介してかしめる。
【０１０４】
［円筒型二次電池の作用および効果］
この円筒型二次電池によれば、負極４２が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有している。よって、角型二次電池と同様の理由により、サイクル特性および膨れ特性を向上させることができる。これ以外の効果は、リチウムイオン二次電池用負極と同様である。
【０１０５】
＜２−３．ラミネートフィルム型＞
図９は、ラミネートフィルム型二次電池の分解斜視構成を表しており、図１０は、図９に示した巻回電極体５０のＸ−Ｘ線に沿った断面を拡大している。
【０１０６】
［ラミネートフィルム型二次電池の構成］
ラミネートフィルム型二次電池は、主に、フィルム状の外装部材６０の内部に巻回電極体５０が収納されたものである。この巻回電極体５０は、セパレータ５５および電解質層５６を介して正極５３と負極５４とが積層および巻回された巻回積層体である。正極５３には正極リード５１が取り付けられていると共に、負極５４には負極リード５２が取り付けられている。この巻回電極体５０の最外周部は、保護テープ５７により保護されている。
【０１０７】
正極リード５１および負極リード５２は、例えば、外装部材６０の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード５１は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成されていると共に、負極リード５２は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの導電性材料により形成されている。これらの材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。
【０１０８】
外装部材６０は、例えば、融着層、金属層および表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムである。このラミネートフィルムでは、例えば、融着層が巻回電極体５０と対向するように、２枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、あるいは接着剤などにより貼り合わされている。融着層は、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのフィルムである。金属層は、例えば、アルミニウム箔などである。表面保護層は、例えば、ナイロンあるいはポリエチレンテレフタレートなどのフィルムである。
【０１０９】
中でも、外装部材６０としては、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムが好ましい。ただし、外装部材６０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、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムでもよい。
【０１１０】
外装部材６０と正極リード５１および負極リード５２との間には、外気の侵入を防止するために密着フィルム６１が挿入されている。この密着フィルム６１は、正極リード５１および負極リード５２に対して密着性を有する材料により形成されている。このような材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂である。
【０１１１】
正極５３は、例えば、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを有している。負極５４は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを有している。正極集電体５３Ａ、正極活物質層５３Ｂ、負極集電体５４Ａおよび負極活物質層５４Ｂの構成は、それぞれ正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成と同様である。また、セパレータ５５の構成は、セパレータ２３の構成と同様である。
【０１１２】
電解質層５６は、高分子化合物により電解液が保持されたものであり、必要に応じて添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層５６は、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。
【０１１３】
高分子化合物としては、例えば、以下の高分子材料のいずれか１種類あるいは２種類以上が挙げられる。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、ポリシロキサンあるいはポリフッ化ビニルである。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、ポリスチレンあるいはポリカーボネートである。フッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などである。中でも、ポリフッ化ビニリデン、あるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。
【０１１４】
電解液の組成は、例えば、角型二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層５６において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。このため、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。
【０１１５】
なお、ゲル状の電解質層５６に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ５５に含浸される。
【０１１６】
［ラミネートフィルム型二次電池の動作］
このラミネートフィルム型二次電池では、充電時において、例えば、正極５３から放出されたリチウムイオンが電解質層５６を介して負極５４に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極５４から放出されたリチウムイオンが電解質層５６を介して正極５３に吸蔵される。
【０１１７】
［ラミネートフィルム型二次電池の製造方法］
このゲル状の電解質層５６を備えたラミネートフィルム型二次電池は、例えば、以下の３種類の手順により製造される。
【０１１８】
第１手順では、最初に、正極２１および負極２２と同様の作製手順により、正極５３および負極５４を作製する。この場合には、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを形成して正極５３を作製すると共に、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを形成して負極５４を作製する。続いて、電解液と、高分子化合物と、有機溶剤などの溶媒とを含む前駆溶液を調製したのち、その前駆溶液を正極５３および負極５４に塗布してゲル状の電解質層５６を形成する。続いて、溶接法などにより、正極集電体５３Ａに正極リード５１を取り付けると共に、負極集電体５４Ａに負極リード５２を取り付ける。続いて、電解質層５６が形成された正極５３と負極５４とをセパレータ５５を介して積層および巻回させて巻回電極体５０を作製したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させる。最後に、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回電極体５０を挟み込んだのち、熱融着法などにより外装部材６０の外周縁部同士を接着させて、その外装部材６０に巻回電極体５０を封入する。この場合には、正極リード５１および負極リード５２と外装部材６０との間に密着フィルム６１を挿入する。
【０１１９】
第２手順では、最初に、正極５３に正極リード５１を取り付けると共に、負極５４に負極リード５２を取り付ける。続いて、セパレータ５５を介して正極５３と負極５４とを積層および巻回させて巻回電極体５０の前駆体である巻回体を作製したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させる。続いて、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、熱融着法などを用いて一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着させて、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材６０の内部に注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材６０の開口部を密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層５６を形成する。
【０１２０】
第３手順では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ５５を用いることを除き、上記した第２手順と同様に、巻回体を作製して袋状の外装部材６０の内部に収納する。このセパレータ５５に塗布する高分子化合物としては、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、共重合体あるいは多元共重合体など）が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンおよ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、あるいはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよ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などである。なお、フッ化ビニリデンを成分とする重合体と一緒に、他の１種類あるいは２種類以上の高分子化合物を用いてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材６０の内部に注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材６０の開口部を密封する。最後に、外装部材６０に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ５５を正極５３および負極５４に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸するため、その高分子化合物がゲル化して電解質層５６が形成される。
【０１２１】
この第３手順では、第１手順よりも電池膨れが抑制される。また、第３手順では、第２手順よりも高分子化合物の原料であるモノマーあるいは溶媒などが電解質層５６中にほとんど残らないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。このため、正極５３、負極５４およびセパレータ５５と電解質層５６との間において十分な密着性が得られる。
【０１２２】
［ラミネートフィルム型二次電池の作用および効果］
このラミネートフィルム型二次電池によれば、負極５４が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有している。よって、角型二次電池と同様の理由により、サイクル特性および膨れ特性を向上させることができる。これ以外の効果は、リチウムイオン二次電池用負極と同様である。
【実施例】
【０１２３】
本発明の実施例について、詳細に説明する。
【０１２４】
（実施例１−１〜１−９）
以下の手順により、図９および図１０に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
【０１２５】
まず、正極５３を作製した。最初に、正極活物質（リチウムコバルト複合酸化物：ＬｉＣｏＯ2 ）９１質量部と、正極導電剤（グラファイト）６質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン：ＰＶＤＦ）３質量部とを混合して、正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置により正極集電体５３Ａの両面に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて、正極活物質層５３Ｂを形成した。この場合には、正極集電体５３Ａとして帯状のアルミニウム箔（厚さ＝１２μｍ）を用いた。最後に、ロールプレス機により正極活物質層５３Ｂを圧縮成型した。なお、正極活物質層５３Ｂを形成する場合には、満充電時において負極５４にリチウム金属が析出しないように厚さを調整した。
【０１２６】
次に、負極５４を作製した。最初に、負極材料として、ガスアトマイズ法により表１に示したケイ素合金の粉末（メジアン径＝１μｍ）を形成した。この場合には、純度９９．９９％の高純度単結晶ケイ素の粉砕品（粉末）および純度９９．９％の金属粉末を用いた。続いて、無電解鍍金法により負極材料の表面を被覆するように、表１に示した金属材料（鍍金膜）を成長させた。この場合には、塩化パラジウム液中に負極材料を数分間浸漬させたのち、６０℃以上の温度で無電解鍍金反応を進行させた。最後に、ＰＪＤ法により、金属材料により被覆された負極材料を負極集電体５４Ａの両面に堆積させて、負極活物質および金属導電物質を含む負極活物質層５４Ｂを形成した。この場合には、負極集電体５４Ａとして、粗面化された帯状の電解銅箔（厚さ＝１５μｍ）を用いた。また、負極活物質層５４Ｂを形成する場合には、金属材料により被覆された負極材料に金属材料により被覆されていない負極材料を加えると共に、そのメジアン径および添加量を変更して、表１に示した値となるように空隙率を調整した。
【０１２７】
次に、溶媒（炭酸エチレン（ＥＣ）および炭酸ジエチル（ＤＥＣ））を混合したのち、電解質塩（六フッ化リン酸リチウム：ＬｉＰＦ6 ）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を重量比でＥＣ：ＤＥＣ＝５０：５０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１ｍｏｌ／ｋｇとした。
【０１２８】
最後に、二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体５３Ａの一端にアルミニウム製の正極リード５１を溶接すると共に、負極集電体５４Ａの一端にニッケル製の負極リード５２を溶接した。続いて、正極５３と、セパレータ５５と、負極５４と、セパレータ５５とをこの順に積層してから長手方向に巻回させて、巻回電極体５０の前駆体である巻回体を形成したのち、その巻き終わり部分を保護テープ５７（粘着テープ）で固定した。この場合には、セパレータ５５として、多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムが挟まれた積層フィルム（厚さ＝２０μｍ）を用いた。続いて、外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納した。この場合には、外装部材６０として、外側からナイロンフィルム（厚さ＝３０μｍ）、アルミニウム箔（厚さ＝４０μｍ）および無延伸ポリプロピレンフィルム（厚さ＝３０μｍ）が積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、外装部材６０の開口部から電解液を注入してセパレータ５５に含浸させて巻回電極体５０を作製した。最後に、真空雰囲気中で外装部材６０の開口部を熱融着して、その外装部材６０を封止した。
【０１２９】
二次電池のサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
【０１３０】
サイクル特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために２３℃の雰囲気中で１サイクル充放電したのち、再び充放電して放電容量を測定した。続いて、サイクル数の総数が１００サイクルになるまで充放電して放電容量を測定した。最後に、容量維持率（％）＝（１００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００を算出した。充電時には、３ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電圧が４．２Ｖに達するまで充電したのち、４．２Ｖの定電圧で電流密度が０．３ｍＡ／ｃｍ2 に達するまで充電した。また、放電時には、３ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
【０１３１】
膨れ特性を調べる場合には、サイクル特性を調べた場合において２サイクル目および１００サイクル目の厚さを測定したのち、膨れ率（％）＝（１００サイクル目の厚さ／２サイクル目の厚さ）×１００を算出した。
【０１３２】
【表１】
0005515785.tif 000002
【０１３３】
負極活物質層２の空隙率が小さくなるにしたがって、容量維持率が次第に高くなると共に膨れ率が次第に小さくなった。この場合には、空隙率が１０％以下であると、容量維持率が著しく高くなると共に、膨れ率が著しく小さく抑えられた。また、空隙率が７％以下であると、容量維持率がより高くなると共に、膨れ率がより小さくなった。
【０１３４】
ここで、水銀ポロシメータにより負極活物質層２の内部に存在する空隙の孔径分布を調べたところ、図１１に示した結果が得られた。曲線１１Ａ〜１１Ｄは、それぞれ実験例１−２〜１−４，１−６の測定結果を表している。この場合には、２５ｍｍ×３５０ｍｍのサイズに負極５４をカットしたのち、Micromeritics 社製の水銀ポロシメータ（オートポア９５００シリーズ）により水銀の浸入量の変化率の分布を測定した。
【０１３５】
図１１の結果から明らかなように、空隙率が１０％以下になると、空隙の孔径は特定の値に集中せずに分散すると共に、その孔径分布はピークを示さずにほぼ横ばいになった。これにより、負極活物質層２の表面積は著しく減少することになる。
【０１３６】
（実験例２−１〜２−１５）
表２に示したように、負極集電体５４Ａの表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）を変更し、あるいはＰＪＤ法に代えてＡＤ法を用いたことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。十点平均粗さＲｚを変更するためには、負極集電体５４Ａとして粗面化の程度が異なる電解銅箔を用いた。
【０１３７】
【表２】
0005515785.tif 000003
【０１３８】
ＰＪＤ法を用いた場合には、十点平均粗さＲｚに依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、十点平均粗さＲｚが２μｍ以下、さらに１μｍ以下であると、容量維持率がより高くなると共に膨れ率がより小さくなった。
【０１３９】
また、ＡＤ法を用いた場合においても、ＰＪＤ法を用いた場合と同様に、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。
【０１４０】
ここで、ＰＪＤ法およびＡＤ法を用いると、十点平均粗さＲｚが小さくなるにしたがって、容量維持率が次第に高くなると共に膨れ率が次第に小さくなる。このような傾向は、衝撃結合現象を利用した場合に得られる特異的な傾向であり、成膜方法および表面粗さ（ここでは十点平均粗さＲｚ）がサイクル特性および膨れ特性に及ぼす一般的な傾向とは異なっている。
【０１４１】
詳細には、蒸着法、スパッタ法あるいは溶射法などの一般的な気相法を用いると、負極集電体５４Ａの表面粗さを利用したアンカー効果により負極材料が堆積（密着）される。この場合には、表面粗さが小さくなると負極材料の密着性が低下するため、負極活物質層５４Ｂが負極集電体５４Ａから脱落しやすくなる。この負極活物質層５４Ｂの脱落は放電容量の低下および電解液の分解を招くため、サイクル特性および膨れ特性が低下しやすくなる。
【０１４２】
これに対して、衝撃結合現象を利用したＰＪＤ法では、エアー（ヘリウム、窒素、アルゴンあるいは酸素などのガスでもよい）などの高速ガス流によりノズルから負極材料が噴射（加速）される。これにより、負極材料が負極集電体５４Ａに衝突するため、その負極材料が衝突エネルギー（運動エネルギー）を利用して負極集電体５４Ａの表面に堆積される。この場合には、負極集電体５４Ａの表面粗さの影響をほとんど受けずに負極材料の密着性が十分に高くなるため、その表面粗さが小さくても負極活物質層５４Ｂが負極集電体５４Ａから脱落しにくくなる。それどころか、ＰＪＤ法では、負極集電体５４Ａの表面粗さが大きくなると、負極材料が堆積過程において散乱されやすくなるため、その負極材料が負極集電体５４Ａの表面に堆積（密着）されにくくなる。このような堆積原理は、金属材料についても同様に得られる。また、エアロゾル（噴射速度＝数百ｍ／秒）による衝突エネルギーを利用して負極材料および金属材料が堆積されるＡＤ法においても同様に得られる。よって、表面粗さが小さくてもサイクル特性および膨れ特性が確保され、それどころか、表面粗さが小さくなるにしたがって両特性が向上するという逆転現象を生むことになる。
【０１４３】
（実験例３−１〜３−４２）
表３および表４に示したように金属導電物質の種類を変更したことを除き、実験例１−３，２−６，２−１０と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。金属導電物質の種類を変更するためには、負極材料の表面を被覆する金属材料の種類を変更した。
【０１４４】
【表３】
0005515785.tif 000004
【０１４５】
【表４】
0005515785.tif 000005
【０１４６】
金属導電物質の種類に依存せずに、十点平均粗さＲｚが小さくても、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。
【０１４７】
（実験例４−１〜４−１５）
表５に示したように負極活物質層５４Ｂの形成方法を変更したことを除き、実験例１−３，２−６，２−１０と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。
【０１４８】
溶射法（ガスフレーム溶射法）を用いる場合には、溶射ガスとして水素（Ｈ2 ）および酸素（Ｏ2 ）の混合ガス（体積比で水素：酸素＝２：１）、材料供給ガスとして窒素ガス（Ｎ2 ）をそれぞれ用いた。この場合には、炭酸ガスで負極集電体５４Ａを冷却しながら負極材料を噴き付けると共に、噴き付け速度を約４５ｍ／秒〜５５ｍ／秒とした。スパッタ法（ＲＦマグネトロンスパッタ法）を用いる場合には、堆積速度を０．５ｎｍ／秒とした。
【０１４９】
蒸着法等および鍍金法を用いる場合には、蒸着法等により負極材料を堆積させて負極活物質を形成したのち、電解鍍金法により鍍金膜を成長させて金属導電物質を形成した。蒸着法（電子ビーム蒸着法）を用いる場合には、偏向式電子ビーム蒸着源（純度９９％のケイ素）を用いると共に、堆積速度を１００ｎｍ／秒、ターボ分子ポンプにより圧力を１×１０-3Ｐａの真空状態とした。電解鍍金法を用いる場合には、日本高純度化学株式会社製の銅鍍金浴を用いると共に、電流密度＝２ｍＡ／ｄｍ2 〜５ｍＡ／ｄｍ2 、鍍金速度＝５ｎｍ／秒とした。
【０１５０】
【表５】
0005515785.tif 000006
【０１５１】
衝撃結合現象を利用しないで負極活物質および金属導電物質を同一工程で形成した場合には、衝撃結合現象を利用して負極活物質および金属導電物質を同一工程で形成した場合よりも、容量維持率が著しく低くなった。また、負極活物質および金属導電物質を別工程で形成した場合には、衝撃結合現象を利用しないで負極活物質および金属導電物質を同一工程で形成した場合よりも、放電容量維持率がさらに低くなると共に膨れ率が著しく大きくなった。なお、衝撃結合現象を利用しない場合には、負極活物質および金属導電物質を同一工程で形成したか否かに関係なく、水銀ポロシメータの測定条件（圧力＝９０ＭＰａ）では空隙率が１０％以下にならなかった。
【０１５２】
（実験例５−１〜５−７）
表６に示したように負極活物質の結晶性（（１１１）結晶面に関する半値幅および結晶子サイズ）を変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。結晶性を変更するためには、負極材料の堆積速度などの条件を変更した。
【０１５３】
【表６】
0005515785.tif 000007
【０１５４】
半値幅および結晶子サイズに依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、負極活物質が結晶性であると、容量維持率がより高くなると共に膨れ率が最小になった。また、半値幅が２０°以下であると共に結晶子サイズが１０ｎｍ以上であると、容量維持率がさらに高くなった。
【０１５５】
（実験例６−１〜６−８）
表７に示したように負極材料のメジアン径を変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。メジアン径を変更するためには、ケイ素合金の形成条件を調整した。
【０１５６】
【表７】
0005515785.tif 000008
【０１５７】
メジアン径に依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、メジアン径が０．１μｍ〜１０μｍであると、容量維持率がより高くなった。
【０１５８】
（実験例７−１〜７−１３）
表８に示したように負極活物質の組成を変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。負極活物質の組成を変更するためには、負極材料を形成する際にケイ素と金属元素との混合比を調整した。
【０１５９】
【表８】
0005515785.tif 000009
【０１６０】
負極活物質の組成に依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、金属元素の割合が多くなると、容量維持率がより高くなった。
【０１６１】
（実験例８−１〜８−１１）
表９に示したように金属導電物質の平均厚さを変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。金属導電物質の平均厚さを変更するためには、金属材料の堆積時間（鍍金時間）を調整した。この場合には、ＳＥＭによる観察倍率＝３０００倍、観察枚数＝５枚、１枚当たりの垂線の数＝１本とした。
【０１６２】
【表９】
0005515785.tif 000010
【０１６３】
金属導電物質の平均厚さに依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、平均厚さが１ｎｍ〜３００００ｎｍであると、高い電池容量も得られた。
【０１６４】
（実験例９−１〜９−４）
表１０に示したように正極活物質の種類を変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。この場合には、式（１）に示したリチウムニッケル系複合酸化物を用いた。
【０１６５】
【表１０】
0005515785.tif 000011
【０１６６】
正極活物質の種類に依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、正極活物質としてリチウムニッケル系複合酸化物を用いると、容量維持率がより高くなった。
【０１６７】
（実験例１０−１〜１０−８）
表１１に示したように電解液の組成を変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性および膨れ特性を調べた。溶媒の組成（重量比）は、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）：ＤＥＣ＝５０：５０、ＥＣ：ＤＥＣ：４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＤＥＥＣ）＝２５：７０：５とした。溶媒中における炭酸ビニレン（ＶＣ）、炭酸ビニルエチレン（ＶＥＣ）、プロパンスルトン（ＰＲＳ）、無水スルホ安息香酸（ＳＢＡＨ）あるいは無水スルホプロピオン酸（ＳＰＡＨ）の含有量は、１重量％である。溶媒に対する電解質塩の含有量は、ＬｉＰＦ6 ＝０．９ｍｏｌ／ｋｇおよび四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4 ）＝０．１ｍｏｌ／ｋｇとした。
【０１６８】
【表１１】
0005515785.tif 000012
【０１６９】
電解液の組成に依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、他の溶媒（ハロゲン化環状炭酸エステル等）あるいは電解質塩（ＬｉＢＦ4 ）を用いると、容量維持率がより高くなった。
【０１７０】
（実験例１１−１，１１−２）
表１２に示したように電池構造を変更したことを除き、実験例１−３と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。角型二次電池を作製する場合には、アルミニウム製あるいは鉄製の電池缶を用いた。
【０１７１】
【表１２】
0005515785.tif 000013
【０１７２】
電池構造に依存せずに、高い容量維持率および小さい膨れ率が得られた。特に、角型、さらには電池缶が鉄製であると、容量維持率より高くなると共に膨れ率がより小さくなった。
【０１７３】
表１〜表１２の結果から、以下のことが導き出される。本発明では、負極活物質層が負極活物質（ケイ素を構成元素として有する）および金属導電物質を含んでいる場合において、水銀圧入法により測定される負極活物質層の空隙率（圧力＝９０ＭＰａ）が１０％以下である。これにより、負極活物質および金属導電物質の形成材料および組成などの条件に依存せずに、サイクル特性および膨れ特性が向上する。
【０１７４】
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施形態および実施例で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出により表される場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本発明は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出による容量とリチウム金属の析出溶解による容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される場合についても適用可能である。この場合には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料が用いられると共に、負極材料の充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。
【０１７５】
また、電池構造が角型、円筒型あるいはラミネートフィルム型であると共に電池素子が巻回構造を有する場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本発明は、電池構造がボタン型などである場合、または、電池素子が積層構造などを有する場合についても適用可能である。
【符号の説明】
【０１７６】
１，４２Ａ，５４Ａ…負極集電体、２，４２Ｂ，５４Ｂ…負極活物質層、１０，２２，４２，５４…負極、２０…電池素子、２１，４１，５３…正極、２１Ａ，２２Ａ，４１Ａ，５３Ａ…正極集電体、２１Ｂ，２２Ｂ，４１Ｂ，５３Ｂ…正極活物質層、２３，４３，５５…セパレータ、４０，５０…巻回電極体、５６…電解質層、６０…外装部材、２０１…負極活物質、２０２…金属導電物質。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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