(57)【要約】【課題】  高容量で、サイクル特性に優れた電池、およびそれに用いられる負極活物質を提供する。【解決手段】  負極２２は、リチウムと反応可能な負極活物質を含んでいる。この負極活物質は、構成元素として、スズとコバルトと鉄と炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、鉄の含有量は０．３質量％以上５．９質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下である。これにより高い容量を保ちつつ、サイクル特性が改善される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成元素として、スズ（Ｓｎ）と、コバルト（Ｃｏ）と、炭素（Ｃ）と、鉄（Ｆｅ）とを少なくとも含み、
炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下、鉄の含有量が０．３質量％以上５．９質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下である
ことを特徴とする負極活物質。
【請求項２】
Ｘ線光電子分析法により２８４．５ｅＶよりも低い領域に前記炭素の１ｓピークが得られることを特徴とする請求項１記載の負極活物質。
【請求項３】
リチウムと反応可能であり、Ｘ線回折により得られる回折ピークの半値幅が１．０°以上である反応相を有することを特徴とする請求項１記載の負極活物質。
【請求項４】
更に、構成元素として、ケイ素（Ｓｉ）を含むことを特徴とする請求項１記載の負極活物質。
【請求項５】
前記ケイ素の含有量は、０．５質量％以上７．９質量％以下であることを特徴とする請求項４記載の負極活物質。
【請求項６】
更に、構成元素として、インジウム（Ｉｎ），ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム（Ｇｅ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群のうちの少なくとも１種を、１４．９質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項１記載の負極活物質。
【請求項７】
前記インジウム，ニオブ，ゲルマニウム，チタン，モリブデン，アルミニウム，リン，ガリウムおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種を、２．４質量％以上含むことを特徴とする請求項６記載の負極活物質。
【請求項８】
更に、ケイ素を０．５質量％以上７．９質量％以下の範囲内で含むと共に、インジウム，ニオブ，ゲルマニウム，チタン，モリブデン，アルミニウム，リン，ガリウムおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種を、２．４質量％以上１４．９質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項１記載の負極活物質。
【請求項９】
正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記負極は、構成元素としてスズ（Ｓｎ）と、コバルト（Ｃｏ）と、炭素（Ｃ）と、鉄（Ｆｅ）とを少なくとも含む負極活物質を含有し、
前記負極活物質における炭素の含有量は９．９質量％以上２９．７質量％以下、鉄の含有量は０．３質量％以上５．９質量％以下で、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合は３０質量％以上７０質量％以下である
ことを特徴とする電池。
【請求項１０】
前記負極活物質は、Ｘ線光電子分析法により２８４．５ｅＶよりも低い領域に前記炭素の１ｓピークが得られることを特徴とする請求項９記載の電池。
【請求項１１】
前記負極活物質は、リチウムと反応可能であり、Ｘ線回折により得られる回折ピークの半値幅が１．０°以上である反応相を有することを特徴とする請求項９記載の電池。
【請求項１２】
前記負極活物質は、更に、構成元素としてケイ素（Ｓｉ）を含むことを特徴とする請求項９記載の電池。
【請求項１３】
前記負極活物質におけるケイ素の含有量は、０．５質量％以上７．９質量％以下であることを特徴とする請求項１２記載の電池。
【請求項１４】
前記負極活物質は、更に、構成元素として、インジウム（Ｉｎ），ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム（Ｇｅ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群のうちの少なくとも１種を、１４．９質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項９記載の電池。
【請求項１５】
前記負極活物質は、前記インジウム，ニオブ，ゲルマニウム，チタン，モリブデン，アルミニウム，リン，ガリウムおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種を、２．４質量％以上含むことを特徴とする請求項１４記載の電池。
【請求項１６】
前記負極活物質は、更に、ケイ素を０．５質量％以上７．９質量％以下の範囲内で含むと共に、インジウム，ニオブ，ゲルマニウム，チタン，モリブデン，アルミニウム，リン，ガリウムおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種を、２．４質量％以上１４．９質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項９記載の電池。
【請求項１７】
前記電解質は、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含有することを特徴とする請求項９記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成元素としてスズ（Ｓｎ）とコバルト（Ｃｏ）と炭素（Ｃ）と鉄（Ｆｅ）とを含む負極活物質およびそれを用いた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ），携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池はキーデバイスとして、エネルギー密度の向上を図る研究開発が活発に進められている。中でも、非水電解質二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、その改良に関する検討が各方面で行われている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池に使用される負極活物質としては、比較的高容量を示し良好なサイクル特性を有する難黒鉛化性炭素あるいは黒鉛などの炭素材料が広く用いられている。ただし、近年の高容量化の要求を考えると、炭素材料の更なる高容量化が課題となっている。
【０００４】
このような背景から、炭素化原料と作成条件とを選ぶことにより炭素材料で高容量を達成する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、かかる炭素材料を用いた場合には、負極放電電位が対リチウム（Ｌｉ）で０．８Ｖ〜１．０Ｖであり、電池を構成したときの電池放電電圧が低くなることから、電池エネルギー密度の点では大きな向上が見込めない。さらには、充放電曲線形状にヒステリシスが大きく、各充放電サイクルでのエネルギー効率が低いという欠点もある。
【０００５】
一方で、炭素材料を上回る高容量負極として、ある種の金属がリチウムと電気化学的に合金化し、これが可逆的に生成・分解することを応用した合金材料に関する研究も進められている。例えば、Ｌｉ−Ａｌ合金あるいはＳｎ合金を用いた高容量負極が開発され、さらには、Ｓｉ合金からなる高容量負極が開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、Ｌｉ−Ａｌ合金，Ｓｎ合金あるいはＳｉ合金は、充放電に伴って膨張収縮し、充放電を繰り返すたびに負極が微粉化するので、サイクル特性が極めて悪いという大きな問題がある。
【０００７】
そこで、サイクル特性を改善する手法として、スズやケイ素（Ｓｉ）を合金化することによりこれらの膨張を抑制することが検討されており、例えば鉄とスズとを合金化することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。また、Ｍｇ2 Ｓｉなども提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−３１５８２５号公報
【特許文献２】米国特許第４９５０５６６号明細書等
【非特許文献１】「ジャーナル  オブ  ザ  エレクトロケミカル  ソサエティ（Journal of The Electrochemical Society）」、１９９９年、第１４６号、ｐ４１４
【非特許文献２】「ジャーナル  オブ  ザ  エレクトロケミカル  ソサエティ（Journal of The Electrochemical Society）」、１９９９年、第１４６号、ｐ４４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの手法を用いた場合においても、サイクル特性改善の効果は十分とは言えず、合金材料における高容量負極の特長を十分に活かしきれていないのが実状である。
【０００９】
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、高容量で、サイクル特性に優れた電池およびそれに用いられる負極活物質を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の負極活物質は、構成元素として、スズと、コバルトと、炭素と、鉄とを少なくとも含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下、鉄の含有量が０．３質量％以上５．９質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下のものある。
【００１１】
本発明の電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、構成元素としてスズと、コバルトと、炭素と、鉄とを少なくとも含む負極活物質を含有し、負極活物質における炭素の含有量は９．９質量％以上２９．７質量％以下、鉄の含有量は０．３質量％以上５．９質量％以下で、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合は３０質量％以上７０質量％以下のものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の負極活物質によれば、構成元素として、スズを含むようにしたので、高容量を得ることができる。また、構成元素としてコバルトと鉄とを含み、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合を３０質量％以上７０質量％以下とし、鉄の含有量を０．３質量％以上５．９質量％以下とするようにしたので、高容量を保ちつつ、サイクル特性を向上させることができる。更に、構成元素として炭素を含み、その含有量を９．９質量％以上２９．７質量％以下とするようにしたので、サイクル特性をより向上させることができる。よって、この負極活物質を用いた本発明の電池によれば、高容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。
【００１３】
更に、負極活物質に、構成元素としてケイ素を含むようにすれば、更に高い容量を得ることができる。
【００１４】
更にまた、負極活物質に、構成元素として、インジウム（Ｉｎ），ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム（Ｇｅ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群のうちの少なくとも１種を含み、これらの含有量を１４．９質量％以下とするようにすれば、サイクル特性を更に向上させることができ、特に２．４質量％以上とすれば、高い効果が得られる。
【００１５】
加えて、電解質にハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、負極における溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を更に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
本発明の一実施の形態に係る負極活物質は、リチウムなどと反応可能なものであり、構成元素として、スズとコバルトと鉄とを含んでいる。スズは単位質量あたりのリチウムの反応量が高く、高い容量を得ることができるからである。また、スズ単体では十分なサイクル特性を得ることは難しいが、コバルトあるいは鉄を含むことによりサイクル特性を向上させることができるからである。
【００１８】
コバルトの含有量は、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合で、３０質量％以上７０質量％以下の範囲内であることが好ましく、３０質量％以上６０％質量以下の範囲内であればより好ましい。割合が低いとコバルトの含有量が低下し十分なサイクル特性が得られず、また、割合が高いとスズの含有量が低下し、従来の負極材料、例えば炭素材料を上回る容量が得られないからである。
【００１９】
鉄の含有量は、０．３質量％以上５．９質量％以下の範囲内であることが好ましい。少ないとサイクル特性を向上させる効果が十分でなく、また、多いとスズの含有量が低下し十分な容量が得られないからである。
【００２０】
この負極活物質は、また、構成元素として、スズ，コバルトおよび鉄に加えて炭素を含んでいる。炭素を含むことによりサイクル特性をより向上させることができるからである。炭素の含有量は、９．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内であることが好ましく、１４．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内、特に１６．８質量％以上２４．８質量％以下の範囲内であればより好ましい。この範囲内において高い効果を得ることができるからである。
【００２１】
この負極活物質は、更に、構成元素として、これらに加えてケイ素を含んだ方が好ましい場合もある。ケイ素は単位質量あたりのリチウムの反応量が高く、容量をより向上させることができるからである。ケイ素の含有量は、０．５質量％以上７．９質量％以下の範囲内であることが好ましい。少ないと容量を高くする効果が十分でなく、多いと充放電に伴い微粉化してサイクル特性を低下させてしまうからである。
【００２２】
この負極活物質は、更にまた、構成元素として、インジウム，ニオブ，ゲルマニウム，チタン，モリブデン，アルミニウム，リン，ガリウムおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種を含んだ方が好ましい場合もある。サイクル特性をより向上させることができるからである。これらの含有量は、１４．９質量％以下の範囲内であることが好ましく、２．４質量％以上１４．９質量％以下の範囲内であればより好ましく、特に４．０質量％以上１２．９質量％以下の範囲内であれば望ましい。少ないと十分な効果が得られず、多いとスズの含有量が低下して十分な容量が得られず、またサイクル特性も低下してしまうからである。
【００２３】
また、この負極活物質は、結晶性の低いまたは非晶質な相を有している。この相は、リチウムなどと反応可能な反応相であり、これにより優れたサイクル特性を得ることができるようになっている。この相のＸ線回折により得られる回折ピークの半値幅は、特定Ｘ線としてＣｕＫα線を用い、挿引速度を１°／ｍｉｎとした場合に、回折角２θで１．０°以上であることが好ましい。リチウムなどをより円滑に吸蔵および放出させることができると共に、電解質との反応性をより低減させることができるからである。
【００２４】
なお、Ｘ線回折により得られた回折ピークがリチウムなどと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムなどとの電気化学的反応の前後におけるＸ線回折チャートを比較することにより容易に判断することができる。例えば、リチウムなどとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムなどと反応可能な反応相に対応するものである。この負極活物質では、結晶性の低いまたは非晶質な反応相の回折ピークが例えば２θ＝２０°〜５０°の間に見られる。この結晶性の低いまたは非晶質な反応相は、例えば上述した各構元素を含んでおり、主に炭素により低結晶化または非晶質化しているものと考えられる。
【００２５】
なお、この負極活物質は、この結晶性の低いまたは非晶質な相に加えて、各構成元素の単体または一部を含む相を有している場合もある。
【００２６】
更に、この負極活物質は、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００２７】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy；ＸＰＳ）が挙げられる。このＸＰＳは、軟Ｘ線（市販の装置ではＡｌ−Ｋα線、またはＭｇ−Ｋα線を用いる）を試料表面に照射し、試料表面から飛び出してくる光電子の運動エネルギーを測定することによって、試料表面から数ｎｍの領域の元素組成、および元素の結合状態を調べる方法である。
【００２８】
元素の内殻軌道電子の束縛エネルギーは、第１近似的には、元素上の電荷密度と相関して変化する。例えば、炭素元素の電荷密度が近傍に存在する元素との相互作用により減少した場合には、２ｐ電子などの外殻電子が減少しているので、炭素元素の１ｓ電子は殻から強い束縛力を受けることになる。すなわち、元素の電荷密度が減少すると、束縛エネルギーは高くなる。ＸＰＳでは、束縛エネルギーが高くなると、高いエネルギー領域にピークはシフトするようになっている。
【００２９】
ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、負極活物質について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００３０】
なお、負極活物質のＸＰＳ測定に際しては、表面が表面汚染炭素で覆われている場合、ＸＰＳ装置に付属のアルゴンイオン銃で表面を軽くスパッタすることが好ましい。また、測定対象の負極活物質が後述のように電池の負極中に存在する場合には、電池を解体して負極を取り出した後、炭酸ジメチルなどの揮発性溶媒で洗浄するとよい。負極の表面に存在する揮発性の低い溶媒と電解質塩とを除去するためである。これらのサンプリングは、不活性雰囲気下で行うことが望ましい。
【００３１】
また、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、物質表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。なお、ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークと負極活物質中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、負極活物質中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００３２】
この負極活物質は、例えば各構成元素の原料を混合して電気炉，高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などにより溶解しその後凝固することにより、また、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法、各種ロール法、またはメカニカルアロイング法あるいはメカニカルミリング法などのメカノケミカル反応を利用した方法により製造することができる。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法により製造することが好ましい。負極活物質を低結晶化あるいは非晶質な構造とすることができるからである。この方法には、例えば、遊星ボールミル装置を用いることができる。
【００３３】
原料には、各構成元素の単体を混合して用いてもよいが、炭素以外の構成元素の一部については合金を用いることが好ましい。このような合金に炭素を加えてメカニカルアロイング法により合成することにより、低結晶化あるいは非晶質な構造を有するようにすることができ、反応時間の短縮も図ることができるからである。なお、原料の形態は粉体であってもよいし、塊状であってもよい。
【００３４】
原料として用いる炭素には、難黒鉛化炭素，易黒鉛化炭素，グラファイト，熱分解炭素類，コークス，ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体，活性炭およびカーボンブラックなどの炭素材料のいずれか１種または２種以上を用いることができる。このうち、コークス類には、ピッチコークス，ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子化合物を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。これらの炭素材料の形状は、繊維状，球状，粒状あるいは鱗片状のいずれでもよい。
【００３５】
この負極活物質は、例えば次のようにして二次電池に用いられる。
【００３６】
（第１の電池）
図１は第１の二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、帯状の正極２１と帯状の負極２２とがセパレータ２３を介して積層し巻回された巻回電極体２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、液状の電解質である電解液が注入され、セパレータ２３に含浸されている。また、巻回電極体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２，１３がそれぞれ配置されている。
【００３７】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４と、この電池蓋１４の内側に設けられた安全弁機構１５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）１６とが、ガスケット１７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回電極体２０との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００３８】
巻回電極体２０は、例えば、センターピン２４を中心に巻回されている。巻回電極体２０の正極２１にはアルミニウムなどよりなる正極リード２５が接続されており、負極２２にはニッケル（Ｎｉ）などよりなる負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００３９】
図２は図１に示した巻回電極体２０の一部を拡大して表すものである。正極２１は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体２１Ａの両面あるいは片面に正極活物質層２１Ｂが設けられた構造を有している。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層２１Ｂは、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。
【００４０】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、例えば、硫化チタン（ＴｉＳ2 ），硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ），セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2 ）あるいは酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）などのリチウムを含有しない金属硫化物あるいは金属酸化物などが挙げられる。また、Ｌｉx ＭＯ2 （式中、Ｍは１種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５≦ｘ≦１．１０である）を主体とするリチウム複合酸化物なども挙げられる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、コバルト，ニッケルあるいはマンガン（Ｍｎ）が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ2 ，ＬｉＮｉＯ2 ，Ｌｉx Ｎｉy Ｃｏ1-y Ｏ2 （式中、ｘ，ｙは電池の充放電状態によって異なり、通常０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１．０である）、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物等を挙げることができる。
【００４１】
負極２２は、例えば、正極２１と同様に、対向する一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面あるいは片面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。
【００４２】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、本実施の形態に係る負極活物質を含み、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。このように本実施の形態に係る負極活物質を含むことにより、この二次電池では、高容量が得られると共に、サイクル特性を向上させることができるようになっている。負極活物質層２２Ｂは、また、本実施の形態に係る負極活物質に加えて他の負極活物質、または導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料が挙げられる。この炭素材料は、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、導電剤としても機能するので好ましい。炭素材料としては、例えば、負極活物質を製造する際に用いたものと同様のものが挙げられる。
【００４３】
この炭素材料の割合は、本実施の形態の負極活物質に対して、１質量％以上９５質量％以下の範囲内であることが好ましい。炭素材料が少ないと負極２２の導電率が低下し、多いと電池容量が低下してしまうからである。
【００４４】
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、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、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の合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
【００４５】
セパレータ２３に含浸された電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。溶媒としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられる。溶媒は、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４６】
溶媒は、また、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含んでいればより好ましい。負極２２における溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を向上させることができるからである。このような炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、化１に示した４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、化２に示した４−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、化３に示した４，５−ジフルオロ−１, ３−ジオキソラン−２−オン、化４に示した４−ジフルオロ−５−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、化５に示した４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、化６に示した４，５−ジクロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、化７に示した４−ブロモ−１，３−ジオキソラン−２−オン、化８に示した４−ヨード−１，３−ジオキソラン−２−オン、化９に示した４−フルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、あるいは化１０に示した４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどがあり、中でも、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンが望ましい。より高い効果を得ることができるからである。
【００４７】
【化１】
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【００４８】
【化２】
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【００４９】
【化３】
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【００５０】
【化４】
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【００５１】
【化５】
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【００５２】
【化６】
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【００５３】
【化７】
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【００５４】
【化８】
2006128051.tif 000010
【００５５】
【化９】
2006128051.tif 000011
【００５６】
【化１０】
2006128051.tif 000012
【００５７】
溶媒は、この炭酸エステル誘導体のみにより構成するようにしてもよいが、大気圧（１．０１３２５×１０5 Ｐａ）において沸点が１５０℃以下である低沸点溶媒と混合して用いることが好ましい。イオン伝導性を高くすることができるからである。この炭酸エステル誘導体の含有量は、溶媒全体に対して０．１質量％以上８０質量％以下の範囲内であることが好ましい。少ないと負極２２における溶媒の分解反応を抑制する効果が十分ではなく、多いと粘度が高くなりイオン伝導性が低くなるからである。
【００５８】
電解質塩としては例えばリチウム塩が挙げられ、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＣＨ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒなどが挙げられる。なお、電解質塩としては、リチウム塩を用いることが好ましいが、リチウム塩でなくてもよい。充放電に寄与するリチウムイオンは、正極２１などから供給されれば足りるからである。
【００５９】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００６０】
まず、例えば、正極活物質と必要に応じて導電剤および結着剤とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの混合溶剤に分散させて正極合剤スラリーを作製する。次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し乾燥させ圧縮して正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。続いて、正極２１に正極リード２５を溶接する。
【００６１】
また、例えば、本実施の形態に係る負極活物質と必要に応じて他の負極活物質と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの混合溶剤に分散させて負極合剤スラリーを作製する。次いで、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａに塗布し乾燥させ圧縮して負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。続いて、負極２２に負極リード２６を溶接する。
【００６２】
そののち、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して巻回し、正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に溶接すると共に、負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接して、巻回した正極２１および負極２２を一対の絶縁板１２，１３で挟み電池缶１１の内部に収納する。次いで、電解液を電池缶１１の内部に注入する。そののち、電池缶１１の開口端部に電池蓋１４，安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をガスケット１７を介してかしめることにより固定する。これにより、図１に示した二次電池が完成する。
【００６３】
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、電解質を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、電解質を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、負極２２が、スズ，コバルト，鉄および炭素を上述した割合で含む負極活物質を含有しているので、高い容量を保ちつつ、サイクル特性が改善される。
【００６４】
このように本実施の形態に係る負極活物質によれば、構成元素として、スズを含むようにしたので、高容量を得ることができる。また、構成元素としてコバルトと鉄とを含み、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合を３０質量％以上７０質量％以下とし、鉄の含有量を０．３質量％以上５．９質量％以下とするようにしたので、高容量を保ちつつ、サイクル特性を向上させることができる。更に、構成元素として炭素を含み、その含有量を９．９質量％以上２９．７質量％以下とするようにしたので、サイクル特性をより向上させることができる。よって、この負極活物質を用いた本実施の形態に係る電池によれば、高容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。
【００６５】
更に、負極活物質に、構成元素としてケイ素を含むようにすれば、更に高い容量を得ることができる。
【００６６】
更にまた、負極活物質に、構成元素として、インジウム，ニオブ，ゲルマニウム，チタン，モリブデン，アルミニウム，リン，ガリウムおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種を含み、これらの含有量を１４．９質量％以下とするようにすれば、サイクル特性を更に向上させることができ、特に２．４質量％以上とすれば、高い効果が得られる。
【００６７】
加えて、電解質にハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、負極２２における溶媒の分解反応を抑制することができ、サイクル特性を更に向上させることができる。
【００６８】
（第２の電池）
図３は、第２の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、正極リード３１および負極リード３２が取り付けられた巻回電極体３０をフィルム状の外装部材４０の内部に収容したものであり、小型化，軽量化および薄型化が可能となっている。
【００６９】
正極リード３１，負極リード３２は、それぞれ、外装部材４０の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード３１および負極リード３２は、例えば、アルミニウム，銅，ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
【００７０】
外装部材４０は、例えば、ナイロンフィルム，アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材４０は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体３０とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材４０と正極リード３１および負極リード３２との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム４１が挿入されている。密着フィルム４１は、正極リード３１および負極リード３２に対して密着性を有する材料、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により構成されている。
【００７１】
なお、外装部材４０は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム，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により構成するようにしてもよい。
【００７２】
図４は、図３に示した巻回電極体３０のＩ−Ｉ線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体３０は、正極３３と負極３４とをセパレータ３５および電解質層３６を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ３７により保護されている。
【００７３】
正極３３は、正極集電体３３Ａの片面あるいは両面に正極活物質層３３Ｂが設けられた構造を有している。負極３４は、負極集電体３４Ａの片面あるいは両面に負極活物質層３４Ｂが設けられた構造を有しており、負極活物質層３４Ｂの側が正極活物質層３３Ｂと対向するように配置されている。正極集電体３３Ａ，正極活物質層３３Ｂ，負極集電体３４Ａ，負極活物質層３４Ｂおよびセパレータ３５の構成は、それぞれ上述した正極集電体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と同様である。
【００７４】
電解質層３６は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層３６は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液（すなわち溶媒および電解質塩）の構成は、図１に示した円筒型の二次電池と同様である。高分子化合物は、例えば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プロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。
【００７５】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００７６】
まず、正極３３および負極３４のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層３６を形成する。そののち、正極集電体３３Ａの端部に正極リード３１を溶接により取り付けると共に、負極集電体３４Ａの端部に負極リード３２を溶接により取り付ける。次いで、電解質層３６が形成された正極３３と負極３４とをセパレータ３５を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ３７を接着して巻回電極体３０を形成する。最後に、例えば、外装部材４０の間に巻回電極体３０を挟み込み、外装部材４０の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード３１および負極リード３２と外装部材４０との間には密着フィルム４１を挿入する。これにより、図３および図４に示した二次電池が完成する。
【００７７】
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極３３および負極３４を作製し、正極３３および負極３４に正極リード３１および負極リード３２を取り付けたのち、正極３３と負極３４とをセパレータ３５を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ３７を接着して、巻回電極体３０の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材４０で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材４０の内部に収納する。続いて、溶媒と、電解質塩と、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とを用意し、外装部材４０の内部に注入する。
【００７８】
電解質用組成物を注入したのち、外装部材４０の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次いで、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層３６を形成し、図３に示した二次電池を組み立てる。
【００７９】
この二次電池は、第１の二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第３の電池）
図５は、第３の二次電池の断面構成を表すものである。この二次電池は、正極リード５１が取り付けられた正極５２と、負極リード５３が取り付けられた負極５４とを、電解質層５５を介して対向配置させた平板状の電極体５０をフィルム状の外装部材５６に収容したものである。外装部材５６の構成は、上述した外装部材４０と同様である。
【００８１】
正極５２は、正極集電体５２Ａに正極活物質層５２Ｂが設けられた構造を有している。負極５４は、負極集電体５４Ａに負極活物質層５４Ｂが設けられた構造を有しており、負極活物質層５４Ｂの側が正極活物質層５２Ｂと対向するように配置されている。正極集電体５２Ａ，正極活物質層５２Ｂ，負極集電体５４Ａ，負極活物質層５４Ｂの構成は、それぞれ上述した正極集電体２１Ａ，正極活物質層２１Ｂ，負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂと同様である。
【００８２】
電解質層５５は、例えば、固体電解質により構成されている。固体電解質には、例えば、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質のいずれも用いることができる。無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを含むものなどが挙げられる。高分子固体電解質は、主に、電解質塩と電解質塩を溶解する高分子化合物とからなるものである。高分子固体電解質の高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または共重合させて用いることができる。
【００８３】
高分子固体電解質は、例えば、高分子化合物と、電解質塩と、混合溶剤とを混合したのち、混合溶剤を揮発させて形成することができる。また、電解質塩と、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、混合溶剤に溶解させ、混合溶剤を揮発させたのち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることにより形成することもできる。
【００８４】
無機固体電解質は、例えば、正極５２あるいは負極５４の表面にスパッタリング法，真空蒸着法，レーザーアブレーション法，イオンプレーティング法，あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法などの気相法、またはゾルゲル法などの液相法により形成することができる。
【００８５】
この二次電池は、第１または第２の二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００８６】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００８７】
（実施例１−１〜１−７）
まず、負極活物質を作製した。原料としてコバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末と炭素粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とを合金化してコバルト・スズ・鉄合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を加えて乾式混合した。その際、原料の割合は、表１に示したように、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合（以下、Co／(Sn+Co) 比という）を３７質量％で一定とすると共に、鉄を０．８質量％で一定とし、炭素を１０質量％以上３０質量％以下の範囲内で変化させた。続いて、この混合物２０ｇを直径９ｍｍの鋼玉約４００ｇと共に、伊藤製作所製の遊星ボールミルの反応容器中にセットした。次いで、反応容器中をアルゴン雰囲気に置換し、毎分２５０回転の回転速度による１０分間の運転と、１０分間の休止とを運転時間の合計が３０時間になるまで繰り返した。そののち、反応容器を室温まで冷却して合成された負極活物質粉末を取り出し、２８０メッシュのふるいを通して粗粉を取り除いた。
【００８８】
得られた負極活物質について組成の分析を行った。炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルト，スズおよび鉄の含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析により測定した。これらの分析値を表１に示す。表１に示した原料比および分析値は小数点以下２桁の数値を四捨五入したものである。なお、以下の実施例においても同じようにして示した。また、得られた負極活物質についてＸ線回折を行ったところ、２θ＝２０°〜５０°の間に広い半値幅を有する回折ピークが観察された。この回折ピークの半値幅についても表１に示す。更に、ＸＰＳを行ったところ、図６に示したようにピークＰ１が得られた。ピークＰ１を解析すると、表面汚染炭素のピークＰ２と、ピークＰ２よりも低エネルギー側に負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られた。実施例１−１〜１−７のいずれについてもピークＰ３は、２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【００８９】
【表１】
2006128051.tif 000013
【００９０】
次に、実施例１−１〜１−７の負極活物質粉末を用いて、図７に示したようなコイン型の二次電池を作製して初回充電容量を調べた。このコイン型電池は、本実施例の負極活物質を用いた試験極６１を外装部材６２に収容すると共に、対極６３を外装部材６４に貼り付け、電解液を含浸させたセパレータ６５を介して積層したのち、ガスケット６６を介してかしめたものである。
【００９１】
試験極６１は次のようにして作製した。まず、得られた負極活物質粉末７０質量部と、導電剤および他の負極活物質である黒鉛２０質量部と、導電剤であるアセチレンブラック１質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン４質量部とを混合し、適当な混合溶剤に分散させてスラリーとしたのち、これを銅箔集電体上に塗布、乾燥して直径１５．２ｍｍのペレットに打ち抜いた。
【００９２】
対極６３には、直径１５．５ｍｍに打ち抜いた金属リチウム板を用いた。電解液には炭酸エチレンと、炭酸プロピレンと、炭酸ジメチルとの混合溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を溶解させたものを用いた。
【００９３】
初回充電容量は、１ｍＡの定電流で電池電圧が０．２ｍＶに達するまで定電流充電を行ったのち、０．２ｍＶの定電圧で電流が１０μＡに達するまで定電圧充電を行い、試験極６１の質量から銅箔集電体および結着剤の質量を除いた単位質量あたりの充電容量を求めた。なお、ここでいう充電は負極活物質へのリチウム挿入反応を意味する。この結果を表１および図８に示す。
【００９４】
また、図１に示した円筒型の二次電池を作製した。まず、ニッケル酸化物からなる正極活物質と、導電剤であるケッチェンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを、ニッケル酸化物：ケッチェンブラック：ポリフッ化ビニリデン＝９４：３：３の質量比で混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの混合溶剤に分散させて正極合剤スラリーとしたのち、これを帯状のアルミニウム箔よりなる正極集電体２１Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成し正極２１を作製した。そののち、正極集電体２１Ａの一端にアルミニウム製の正極リード２５を取り付けた。
【００９５】
また、上述のように作製した負極活物質を含むスラリーを帯状銅箔よりなる負極集電体２２Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成し負極２２を作製した。続いて、負極集電体２２Ａの一端にニッケル製の負極リード２６を取り付けた。
【００９６】
正極２１および負極２２をそれぞれ作製したのち、セパレータ２３を用意し、負極２２，セパレータ２３，正極２１，セパレータ２３の順に積層してこの積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回電極体２０を作製した。
【００９７】
巻回電極体２０を作製したのち、巻回電極体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２６を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２５を安全弁機構１５に溶接して、巻回電極体２０をニッケルめっきした鉄製の電池缶１１の内部に収納した。そののち、電池缶１１の内部に上述した電解液を減圧方式により注入した。
【００９８】
電池缶１１の内部に電解液を注入したのち、表面にアスファルトを塗布したガスケット１７を介して電池蓋１４を電池缶１１にかしめることにより、図１に示した円筒型の二次電池を得た。
【００９９】
得られた二次電池について、サイクル特性を測定した。これらの結果を表１および図８に示す。その際、サイクル特性は次のようにして測定した。
【０１００】
まず、０．５Ａの定電流で電池電圧が４．２Ｖに達するまで定電流充電を行ったのち、４．２Ｖの定電圧で電流が１０ｍＡに達するまで定電圧充電を行い、引き続き、０．２５Ａの定電流で電池電圧が２．６Ｖに達するまで定電流放電を行うことにより、１サイクル目の充放電を行った。
【０１０１】
２サイクル目以降は、１．４Ａの定電流で電池電圧が４．２Ｖに達するまで定電流充電を行ったのち、４．２Ｖの定電圧で電流が１０ｍＡに達するまで定電圧充電を行い、引き続き、１．０Ａの定電流で電池電圧が２．６Ｖに達するまで定電流放電を行った。サイクル特性は、２サイクル目の放電容量に対する３００サイクル目の容量維持率（３００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００（％）を求めた。
【０１０２】
実施例１−１〜１−７に対する比較例１−１として、原料として炭素粉末を用いなかったことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。また、比較例１−２〜１−６として、炭素粉末の原料比を表１に示したように変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。比較例１−１〜１−６の負極活物質についても、実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析および２θ＝２０°〜５０°の間に見られた広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を測定した。それらの結果を表１に示す。また、ＸＰＳを行ったところ、比較例１−３〜１−６では、図６に示したようにピークＰ１が得られた。ピークＰ１を解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。一方、比較例１−１では図９に示したようにピークＰ４が得られ、これを解析したところ、表面汚染炭素のピークＰ２のみが得られた。また、比較例１−２では、原料として用いた炭素の量が少なかったので、解析によりピークＰ２のみが得られ、ピークＰ３はほとんど検出されなかった。
【０１０３】
また、二次電池についても、同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。これらの結果についても表１および図８に示す。
【０１０４】
表１および図８から分かるように、負極活物質における炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量以下である実施例１−１〜１−７によれば、炭素の含有量がこの範囲外である比較例１−１〜１−６よりも容量維持率を飛躍的に向上させることができた。また、初回充電容量および放電容量も向上させることができた。
【０１０５】
更に、負極活物質における炭素の含有量が１４．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内、更には１６．８質量％以上２４．８質量％以下の範囲内においてより高い値が得られた。
【０１０６】
すなわち、炭素の含有量を９．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができ、１４．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内、更には１６．８質量％以上２４．８質量％以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。
【０１０７】
（実施例２−１〜２−９）
コバルトとスズと鉄と炭素との原料比を表２に示したように変化させて負極活物質を合成したことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして二次電池を作製した。具体的には、鉄の原料比を０．８質量％で一定とすると共に、炭素の原料比を１０質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下の範囲内で変化させた。
【０１０８】
【表２】
2006128051.tif 000014
【０１０９】
また、実施例２−１〜２−９に対する比較例２−１〜２−４として、Co／(Sn+Co) 比を表２に示したように変化させたことを除き、他は実施例２−１〜２−９と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。比較例２−１〜２−４におけるCo／(Sn+Co) 比は、それぞれ２８質量％，２５質量％，２０質量％，７５質量％とした。
【０１１０】
得られた実施例２−１〜２−９および比較例２−１〜２−４の負極活物質についても、実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析および２θ＝２０°〜５０°の間に見られた広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を測定した。それらの結果を表２に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表２および図１０に示す。
【０１１１】
表２および図１０から分かるように、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下とした実施例２−１〜２−９によれば、３０質量％未満である比較例２−１〜２−３よりも容量維持率を飛躍的に向上させることができ、７０質量％超である比較例２−４よりも初回充電容量を飛躍的に高くすることができた。特に、Co／(Sn+Co) 比を６０質量％以下とすれば、高い初回充電容量が得られた。
【０１１２】
すなわち、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。また、Co／(Sn+Co) 比を６０質量％以下とすればより好ましいことが分かった。
【０１１３】
（実施例３−１〜３−９）
コバルトとスズと鉄と炭素との原料比を表３に示したように変化させて負極活物質を合成したことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして二次電池を作製した。具体的には、鉄の原料比を０．８質量％で一定とすると共に、炭素の原料比を２０質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下の範囲内で変化させた。
【０１１４】
【表３】
2006128051.tif 000015
【０１１５】
また、実施例３−１〜３−９に対する比較例３−１〜３−４として、Co／(Sn+Co) 比を表３に示したように変化させたことを除き、他は実施例３−１〜３−９と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。比較例３−１〜３−４におけるCo／(Sn+Co) 比は、それぞれ２８質量％，２５質量％，２０質量％，７５質量％とした。
【０１１６】
実施例３−１〜３−９および比較例３−１〜３−４の負極活物質についても、実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析および２θ＝２０°〜５０°の間に見られた広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を測定した。それらの結果を表３に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表３および図１１に示す。
【０１１７】
表３および図１１から分かるように、実施例２−１〜２−９と同様の結果が得られた。すなわち、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下とすれば、炭素の含有量が１９．８質量％の場合にも、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。
【０１１８】
（実施例４−１〜４−９）
コバルトとスズと鉄と炭素との原料比を表４に示したように変化させて負極活物質を合成したことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして二次電池を作製した。具体的には、鉄の原料比を０．８質量％で一定とすると共に、炭素の原料比を３０質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下の範囲内で変化させた。
【０１１９】
【表４】
2006128051.tif 000016
【０１２０】
また、実施例４−１〜４−９に対する比較例４−１〜４−４として、Co／(Sn+Co) 比を表４に示したように変化させたことを除き、他は実施例４−１〜４−９と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。比較例４−１〜４−４におけるCo／(Sn+Co) 比は、それぞれ２８質量％，２５質量％，２０質量％，７５質量％とした。
【０１２１】
得られた実施例４−１〜４−９および比較例４−１〜４−４の負極活物質についても、実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析および２θ＝２０°〜５０°の間に見られた広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を測定した。それらの結果を表４に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表４および図１２に示す。
【０１２２】
表４および図１２から分かるように、実施例４−１〜４−９と同様の結果が得られた。すなわち、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下とすれば、炭素の含有量が２９．７質量％の場合にも、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。
【０１２３】
（実施例５−１〜５−６，６−１〜６−６）
負極活物質を合成する際の運転時間および回転数を変えて２θ＝２０°〜５０°の間に見られる広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。その際、コバルトとスズと鉄と炭素との原料比は、実施例５−１〜５−６と実施例６−１〜６−６とで表５に示したように炭素の原料比を変化させ、Co／(Sn+Co) 比は同一とした。
【０１２４】
【表５】
2006128051.tif 000017
【０１２５】
実施例５−１〜５−６，６−１〜６−６の負極活物質についても、実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析および２θ＝２０°〜５０°の間に見られた広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を測定した。それらの結果を表５に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表５に示す。
【０１２６】
表５から分かるように、実施例５−１〜５−６においても、実施例６−１〜６−６においても、半値幅が大きくなるにつれて容量維持率が向上した。すなわち、回折ピークの半値幅がより大きい反応相を有するようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。
【０１２７】
（実施例７−１〜７−５）
コバルトとスズと鉄と炭素との原料比を表６に示したように変化させて負極活物質を合成したことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして二次電池を作製した。具体的には、鉄の原料比を０．３質量％以上６．０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比を３７質量％で一定とすると共に、炭素の原料比を２０質量％で一定とした。
【０１２８】
【表６】
2006128051.tif 000018
【０１２９】
また、実施例７−１〜７−５に対する比較例７−１〜７−４として、鉄の原料比を表６に示したように変化させたことを除き、他は実施例７−１〜７−５と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。比較例７−１〜７−４における鉄の原料比は０．１質量％，０．２質量％，６．５質量％，７．０質量％とした。
【０１３０】
得られた実施例７−１〜７−５および比較例７−１〜７−４の負極活物質についても、実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析および２θ＝２０°〜５０°の間に見られた広い半値幅を有する回折ピークの半値幅を測定した。それらの結果を表６に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表６および図１３に示す。
【０１３１】
表６および図１３から分かるように、鉄の含有量を０．３質量％以上５．９質量％以下とした実施例７−１〜７−５によれば、０．３質量％未満である比較例７−１，７−２よりも容量維持率を向上させることができ、５．９質量％超である比較例７−３，７−４よりも初回充電容量を高くすることができた。
【０１３２】
すなわち、鉄の含有量を０．３質量％以上５．９質量％以下とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。
【０１３３】
（実施例８−１〜８−１１）
原料として、更にケイ素粉末を用い、コバルトとスズと鉄と炭素とケイ素との原料比を表７に示したように変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、ケイ素粉末の原料比を０．３質量％以上１０．０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比および炭素の原料比を一定とした。実施例８−１〜８−１１の二次電池についても実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表７に示す。なお、ケイ素の含有量はＩＣＰ発光分析により測定した。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表８に示す。
【０１３４】
【表７】
2006128051.tif 000019
【０１３５】
【表８】
2006128051.tif 000020
【０１３６】
表８から分かるように、ケイ素を含む実施例８−１〜８−１１によれば、ケイ素を含まない実施例１−５よりも初回充電容量を向上させることができた。但し、ケイ素の含有量が多くなるに従い、容量維持率は低下する傾向が見られた。
【０１３７】
すなわち、負極活物質にケイ素を含有するようにすれば、容量を向上させることができ、その含有量は０．５質量％以上７．９質量％以下の範囲内が好ましいことが分かった。      
【０１３８】
（実施例９−１〜９−１０）
実施例９−１では、コバルトとスズと鉄と炭素との原料比を表９に示したようにしたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。また、実施例９−２〜９−１０では、原料としてコバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末と炭素粉末とチタン粉末とを用意し、それらの原料比を表９に示したように変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。具体的には、チタンの原料比を０質量％以上１６．０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比および炭素の原料比を一定とした。また、負極活物質は、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とチタン粉末とを合金化してコバルト・スズ・鉄・チタン合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を混合して合成した。実施例９−１〜９−１０の負極活物質についても実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表９に示す。なお、チタンの含有量は、ＩＣＰ発光分析により測定した。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表９および図１４に示す。
【０１３９】
【表９】
2006128051.tif 000021
【０１４０】
表９および図１４から分かるように、チタンを１４．９質量％以下の範囲内で含む実施例９−２〜９−９によれば、チタンを含まない実施例９−１、あるいは１４．９質量％超である実施例９−１０よりも容量維持率を向上させることができた。また、チタンの含有量が２．４質量％以上、特に４．０質量％以上１２．９質量％以下の範囲内でより高い値が得られた。
【０１４１】
すなわち、負極活物質にチタンを１４．９質量％以下の範囲内で含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができ、２．４質量％以上とすればより好ましく、特に４．０質量％以上１２．９質量％以下の範囲内とすれば更に好ましいことが分かった。
【０１４２】
（実施例１０−１〜１０−９）
原料として、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末と炭素粉末とビスマス粉末とを用意し、これらの原料比を表１０に示したように変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。具体的には、ビスマスの原料比を１．２質量％以上１６．０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比および炭素の原料比を一定とした。また、また、負極活物質は、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とビスマス粉末とを合金化してコバルト・スズ・鉄・ビスマス合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を混合して合成した。負極活物質についても実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表１０に示す。なお、ビスマスの含有量は、ＩＣＰ発光分析により測定した。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表１０および図１５に示す。
【０１４３】
【表１０】
2006128051.tif 000022
【０１４４】
表１０および図１５に示したように、ビスマスを添加した実施例１０−１〜１０−９についてもチタンを添加した実施例９−２〜９−１０と同様の結果が得られた。すなわち、負極活物質にビスマスを１４．９質量％以下の範囲内で含むようにした場合にも、サイクル特性をより向上させることができ、４．０質量％以上とすればより好ましいことが分かった。  
【０１４５】
（実施例１１−１〜１１−１４）
原料として、コバルト粉末、スズ粉末、鉄粉末、炭素粉末、ならびにモリブデン粉末，ニオブ粉末，アルミニウム粉末，ゲルマニウム粉末，インジウム粉末，ガリウム粉末，リン粉末，またはアルミニウム粉末およびリン粉末を用い、コバルト，スズ，鉄，炭素，モリブデン，ニオブ，アルミニウム，ゲルマニウム，インジウム，ガリウム，およびリンの原料比を表１１に示したように変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。具体的には、モリブデン，ニオブ，アルミニウム，ゲルマニウム，インジウム，ガリウム，リン，またはアルミニウムおよびリンの原料比を、３．０質量％，４．０質量％，５．０質量％または６．０質量％とし、Co／(Sn+Co) 比を３５質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とした。また、負極活物質は、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とを合金化してコバルト・スズ・鉄合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末、ならびにモリブデン粉末，ニオブ粉末，アルミニウム粉末，ゲルマニウム粉末，インジウム粉末，ガリウム粉末，リン粉末，またはアルミニウム粉末およびリン粉末を混合して合成した。実施例１１−１〜１１−１４の負極活物質についても実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表１１に示す。なお、モリブデン，ニオブ，アルミニウム，ゲルマニウム，インジウム，ガリウムおよびリンの含有量は、ＩＣＰ発光分析により測定した。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。また、二次電池についても、同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表１２に示す。
【０１４６】
【表１１】
2006128051.tif 000023
【０１４７】
【表１２】
2006128051.tif 000024
【０１４８】
表１１，１２に示したように、実施例１１−１〜１１−１４についても、実施例９−２〜９−１０，１０−１〜１０−９と同様にサイクル特性を向上させることができた。すなわち、負極活物質にモリブデン，ニオブ，アルミニウム，ゲルマニウム，インジウム，ガリウムおよびリンからなる群のうちの少なくとも１種を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。
【０１４９】
（実施例１２−１〜１２−８）
原料として、コバルト粉末、スズ粉末、鉄粉末、炭素粉末、ケイ素粉末、チタン粉末、およびインジウム粉末を用意し、それらの原料比を表１３に示したように変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。具体的には、チタン、またはチタンおよびインジウムの原料比を０質量％以上１０．０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比，炭素の原料比およびケイ素の原料比を一定とした。また、負極活物質は、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とチタン粉末、またはコバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とチタン粉末とインジウム粉末とを合金化して、コバルト・スズ・鉄・チタン合金粉末、またはコバルト・スズ・鉄・チタン・インジウム合金粉末を作製したのち、これらの合金粉末に炭素粉末およびケイ素粉末を混合して合成した。実施例１２−１〜１２−８の負極活物質についても実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表１４に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。また、二次電池についても、同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表１４に示す。
【０１５０】
【表１３】
2006128051.tif 000025
【０１５１】
【表１４】
2006128051.tif 000026
【０１５２】
表１３，１４から分かるように、ケイ素に加えてチタン、またはチタンとインジウムとを添加した実施例１２−２〜１２−８によれば、これらを含まない実施例９−１，１２−１よりも初回充電容量および容量維持率をより向上させることができた。
【０１５３】
すなわち、負極活物質にチタン，モリブデン，ニオブ，アルミニウム，ゲルマニウム，インジウム，ガリウム, リンおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種と、ケイ素とを含むようにすれば、容量およびサイクル特性をより向上させることができることが分かった。
【０１５４】
（実施例１３−１〜１３−８）
原料として、コバルト粉末と、スズ粉末と、鉄粉末と、炭素粉末と、ケイ素粉末と、チタン粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末、またはコバルト粉末とスズ粉末と鉄粉末とチタン粉末とを合金化して、コバルト・スズ・鉄合金粉末、またはコバルト・スズ・鉄・チタン合金粉末を作製したのち、これらの合金粉末に炭素粉末、または炭素粉末およびケイ素粉末を混合したことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして負極活物質を合成した。その際、原料比を表１５に示したように変化させた。また、この負極活物質を用い、実施例１３−１〜１３−４と、１３−５〜１３−８とで電解液の組成を変えて、実施例１−１〜１−７と同様の図１に示した円筒型の二次電池を作製した。その際、実施例１３−１〜１３−４では、炭酸エチレンと炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとを、炭酸エチレン：炭酸プロピレン：炭酸ジメチル＝３０：１０：６０の質量比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた電解液を用い、実施例１３−５〜１３−８では４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと炭酸エチレンと炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとを、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン：炭酸エチレン：炭酸プロピレン：炭酸ジメチル＝２０：１０：１０：６０の質量比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させたものを用いた。なお、実施例１２−１と実施例１２−５、実施例１２−２と実施例１２−６、実施例１２−３と実施例１２−７、および実施例１２−４と実施例１２−８とは同一の負極活物質を用いた。
【０１５５】
【表１５】
2006128051.tif 000027
【０１５６】
実施例１３−１〜１３−８の負極活物質についても実施例１−１〜１−７と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表１５に示す。また、ＸＰＳを行い、得られたピークを解析したところ、実施例１−１〜１−７と同様に表面汚染炭素のピークＰ２と、負極活物質中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られ、ピークＰ３は、いずれも２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。また、二次電池についても同様にしてサイクル特性を測定した。それらの結果を表１５に示す。
【０１５７】
表１５から分かるように、溶媒に４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用いた実施例１３−５〜１３−８によれば、これを用いていない実施例１３−１〜１３−４よりも容量維持率を向上させることができた。
【０１５８】
（実施例１４−１〜１４−１８）
溶媒の組成を表１６に示したように変えたことを除き、他は実施例１３−１，１３−５と同様にして円筒型の二次電池を作製した。実施例１４−１〜１４−１８の二次電池についても実施例１−１〜１−７と同様にしてサイクル特性を測定した。それらの結果を表１６に示す。
【０１５９】
【表１６】
2006128051.tif 000028
【０１６０】
表１６から分かるように、容量維持率は４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンの含有量が増加するに伴い大きくなり、極大値を示したのち低下した。
【０１６１】
すなわち、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを含むようにすれば、溶媒の組成に関わらず、サイクル特性を向上させることができ、特に０．１質量％以上８０質量％以下の範囲内で含むようにすれば、高い効果を得ることができることが分かった。
【０１６２】
（実施例１５−１〜１５−６）
４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンに変えて、他のハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を用いたことを除き、他は実施例１３−５と同様にして円筒型の二次電池を作製した。その際、実施例１５−１では４−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い、実施例１５−２では４−ジフルオロ−５−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い、実施例１５−３では４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い、実施例１５−４では４−ブロモ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い、実施例１５−５では４−ヨード−１，３−ジオキソラン−２−オンを用い、実施例１５−６では４−フルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンを用いた。
【０１６３】
実施例１５−１〜１５−６の二次電池についても、実施例１−１〜１−７と同様にしてサイクル特性を測定した。それらの結果を表１７に示す。
【０１６４】
【表１７】
2006128051.tif 000029
【０１６５】
表１７から分かるように、他のハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を用いても、実施例１３−５と同様にサイクル特性を向上させることができた。但し、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用いた実施例１３−５が特に容量維持率が高かった。すなわち、溶媒にハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、中でも、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを含むようにすれば特に効果的であることが分かった。
【０１６６】
（実施例１６−１〜１６−７）
液状の電解液に代えて、ゲル状の電解質よりなる電解質層を試験極６１および対極６３の表面に形成したことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にしてコイン型の二次電池を作製した。すなわち、試験極６１には、表１８に示したようにコバルトとスズと鉄と炭素とを実施例１−１〜１−７と同様の割合で混合して合成した負極活物質を用いた。また、電解質層は次のように作製した。まず、溶媒として炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンと、電解質塩としてＬｉＰＦ6 とを、炭酸エチレン：炭酸プロピレン：ＬｉＰＦ6 ＝１１．５：１１．５：４の質量比で混合した電解液に、高分子化合物としてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体と、混合溶剤として炭酸ジエチルとを、電解液：高分子化合物：混合溶剤＝２７：１０：６０の質量比となるように混合して前駆溶液を作製した。フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体の分子量は、６０００００とした。得られた前駆溶液を試験極６１と対極６３とが対向するそれぞれの面に均一に塗布し、常温で６時間放置することにより炭酸ジエチルを揮発させゲル状の電解質層を形成した。
【０１６７】
【表１８】
2006128051.tif 000030
【０１６８】
得られたコイン型の二次電池について、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量を測定した。結果を表１８および図１６に示す。
【０１６９】
また、図３および図４に示した二次電池を作製した。まず、実施例１−１〜１−７と同様にして正極３３および負極３４を作製し、正極リード３１および負極リード３２を取り付けた。
【０１７０】
次いで、上述した前駆溶液を正極３３および負極３４に均一に塗布し、常温で６時間放置することにより炭酸ジエチルを揮発させゲル状の電解質層３６を形成した。
【０１７１】
そののち、正極３３と負極３４とを、電解質層３６が形成された面が対向するようにセパレータ３５を介して積層し、巻回して巻回電極体３０を形成した。
【０１７２】
得られた巻回電極体３０を防湿性アルミラミネートフィルムよりなる外装部材４０に真空封入することにより、図３および図４に示した二次電池を作製した。
【０１７３】
これらの二次電池について、実施例１−１〜１−７と同様にしてサイクル特性を測定した。それらの結果を表１８および図１６に示す。
【０１７４】
実施例１６−１〜１６−７に対する比較例１６−１〜１６−６として、コバルトとスズと鉄と炭素とを表１８に示した割合で混合して合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、比較例１−１〜１−６と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。
【０１７５】
得られた比較例１６−１〜１６−６の二次電池についても、初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表１８および図１６に示す。
【０１７６】
表１８および図１６から分かるように、実施例１−１〜１−７と同様の結果が得られた。すなわち、ゲル状の電解質を用いても、炭素の含有量を９．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができ、１４．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内、更には１６．８質量％以上２４．８質量％以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。
【０１７７】
（実施例１７−１〜１７−９，１８−１〜１８−９，１９−１〜１９−９）
実施例１７−１〜１７−９として、表１９に示したように、炭素の原料比を１０質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下の範囲内で変化させて合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例２−１〜２−９と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。また、実施例１７−１〜１７−９に対する比較例１７−１〜１７−４として、表１９に示したように、炭素の原料比を１０質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を、それぞれ２８質量％，２５質量％，２０質量％，７５質量％として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、比較例２−１〜２−４と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１７−１〜１７−９と同様にして二次電池を作製した。
【０１７８】
【表１９】
2006128051.tif 000031
【０１７９】
実施例１８−１〜１８−９として、表２０に示したように、炭素の原料比を２０質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下の範囲内で変化させて合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例３−１〜３−９と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。また、実施例１８−１〜１８−９に対する比較例１８−１〜１８−４として、表２０に示したように、炭素の原料比を２０質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を、それぞれ２８質量％，２５質量％，２０質量％，７５質量％として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、比較例３−１〜３−４と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１８−１〜１８−９と同様にして二次電池を作製した。
【０１８０】
【表２０】
2006128051.tif 000032
【０１８１】
実施例１９−１〜１９−９として、表２１に示したように、炭素の原料比を３０質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下の範囲内で変化させて合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例４−１〜４−９と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。また、実施例１９−１〜１９−９に対する比較例１９−１〜１９−４として、表２１に示したように、炭素の原料比を３０質量％で一定とすると共に、鉄の原料比を０．８質量％で一定とし、Co／(Sn+Co) 比を、それぞれ２８質量％，２５質量％，２０質量％，７５質量％として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、比較例４−１〜４−４と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１９−１〜１９−９と同様にして二次電池を作製した。
【０１８２】
【表２１】
2006128051.tif 000033
【０１８３】
得られた実施例１７−１〜１７−９，１８−１〜１８−９，１９−１〜１９−９および比較例１７−１〜１７−４，１８−１〜１８−４，１９−１〜１９−４の二次電池についても、実施例１−１〜１−７と同様にして充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表１９〜２１および図１７〜１９に示す。
【０１８４】
表１９〜２１および図１７〜１９から分かるように、実施例２−１〜２−９，３−１〜３−９，４−１〜４−９と同様の結果が得られた。すなわち、Co／(Sn+Co) 比を３０質量％以上７０質量％以下とすれば、ゲル状の電解質を用いた場合にも、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。また、Co／(Sn+Co) 比を６０質量％以下とすればより好ましいことが分かった。
【０１８５】
（実施例２０−１〜２０−５）
表２２に示したように、Co／(Sn+Co) 比および炭素の原料比を一定とし、鉄の原料比を０．３質量％以上６．０質量％以下の範囲内で変化させて合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例７−１〜７−５と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。
【０１８６】
【表２２】
2006128051.tif 000034
【０１８７】
また、実施例２０−１〜２０−５に対する比較例２０−１〜２０−４として、表２２に示したように、Co／(Sn+Co) 比および炭素の原料比を一定とし、鉄の原料比を、それぞれ０．１質量％，０．２質量％，６．５質量％，７．０質量％として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、比較例７−１〜７−４と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例２０−１〜２０−５と同様にして二次電池を作製した。
【０１８８】
得られた実施例２０−１〜２０−５，および比較例２０−１〜２０−４の二次電池についても、実施例１−１〜１−７と同様にして充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表２２および図２０に示す。
【０１８９】
表２２および図２０から分かるように、実施例７−１〜７−５と同様の結果が得られた。すなわち、鉄の含有量を０．３質量％以上５．９質量％以下とすれば、ゲル状の電解質を用いた場合にも、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。
【０１９０】
（実施例２１−１〜２１−１１）
表２３に示したようにケイ素粉末の原料比を０．３質量％以上１０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比および炭素の原料比を一定として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例８−１〜８−１１と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。
【０１９１】
得られた実施例２１−１〜２１−１１の二次電池について、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表２４に示す。
【０１９２】
【表２３】
2006128051.tif 000035
【０１９３】
【表２４】
2006128051.tif 000036
【０１９４】
表２３，２４から分かるように、実施例８−１〜８−１１と同様の結果が得られた。すなわち、ゲル状の電解質を用いた場合にも、負極活物質にケイ素を含有するようにすれば、容量を向上させることができ、その含有量は０．５質量％以上７．９質量％以下の範囲内が好ましいことが分かった。
【０１９５】
（実施例２２−１〜２２−１０）
表２５に示したように、チタンの原料比を０質量％以上１６質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比および炭素の原料比を一定として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例９−１〜９−１０と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−９と同様にして二次電池を作製した。
【０１９６】
【表２５】
2006128051.tif 000037
【０１９７】
得られた実施例２２−１〜２２−１０の二次電池について、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表２５および図２１に示す。
【０１９８】
表２５および図２１から分かるように、実施例９−１〜９−１０と同様の結果が得られた。すなわち、ゲル状の電解質を用いても、負極活物質にチタンを１４．９質量％以下の範囲内で含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができ、２．４質量％以上とすればより好ましく、特に４．０質量％以上１２．９質量％以下の範囲内とすれば更に好ましいことが分かった。
【０１９９】
（実施例２３−１〜２３−８）
表２６に示したように、チタンおよびインジウムの原料比を４．０質量％以上１０．０質量％以下の範囲内で変化させ、Co／(Sn+Co) 比，鉄の原料比および炭素の原料比を一定として合成した負極活物質を用いたことを除き、すなわち、実施例１２−１〜１２−８と同様にして合成した負極活物質を用いたことを除き、他は実施例１６−１〜１６−７と同様にして二次電池を作製した。
【０２００】
得られた実施例２３−１〜２３−８の二次電池について、実施例１−１〜１−７と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表２７に示す。
【０２０１】
【表２６】
2006128051.tif 000038
【０２０２】
【表２７】
2006128051.tif 000039
【０２０３】
表２６，２７から分かるように、実施例１２−１〜１２−８と同様の結果が得られた。すなわち、ゲル状の電解質を用いても、負極活物質にチタン，モリブデン，ニオブ，アルミニウム，ゲルマニウム，インジウム，ガリウム，リンおよびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種と、ケイ素とを含むようにすれば、容量およびサイクル特性をより向上させることができることが分かった。
【０２０４】
（実施例２４−１〜２４−３）
４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸エチレンと、炭酸プロピレンとを、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン：炭酸エチレン：炭酸プロピレン＝１：１０．５：１１．５、５：６．５：１１．５、または１０：１．５：１１．５の質量比で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例１６−５と同様にして二次電池を作製した。
【０２０５】
得られた実施例２４−１〜２４−３の二次電池について、実施例１−１〜１−７と同様にしてサイクル特性を測定した。それらの結果を表２８に示す。
【０２０６】
【表２８】
2006128051.tif 000040
【０２０７】
表２８から分かるように、溶媒に４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンを用いた実施例２４−１〜２４−３によれば、これを用いていない実施例１６−５よりも容量維持率を向上させることができた。すなわち、溶媒にハロゲン原子を有する環状の炭酸エステルを含むようにすれば、ゲル状の電解質を用いた場合にも、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。
【０２０８】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、コイン型，シート型，および巻回構造を有する二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、ボタン型あるいは角型などの外装部材を用いた他の形状を有する二次電池、または正極および負極を複数積層した積層構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。
【０２０９】
また、実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、負極活物質と反応可能であればナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極活物質あるいは非水溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る他の二次電池の構成を表す分解斜視図である。
【図４】図３に示した巻回電極体のＩ−Ｉ線に沿った構成を表す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る他の二次電池の構成を表す断面図である。
【図６】実施例で作製した負極活物質に係るＸ線光電子分光法により得られたピークの一例を表すものである。
【図７】実施例で作製したコイン型電池の構成を示す断面図である。
【図８】負極活物質における炭素の含有量と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。
【図９】比較例で作製した負極活物質に係るＸ線光電子分光法により得られたピークの一例を表すものである。
【図１０】負極活物質におけるスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図１１】負極活物質におけるスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図１２】負極活物質におけるスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図１３】負極活物質における鉄の含有量と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。
【図１４】負極活物質におけるチタンの含有量と、容量維持率との関係を表す特性図である。
【図１５】負極活物質におけるビスマスの含有量と、容量維持率との関係を表す特性図である。
【図１６】負極活物質における炭素の含有量と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図１７】負極活物質におけるスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図１８】負極活物質におけるスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図１９】負極活物質におけるスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図２０】負極活物質における鉄の含有量と、容量維持率および初回充電容量との関係を表す他の特性図である。
【図２１】負極活物質におけるチタンの含有量と、容量維持率との関係を表す他の特性図である。
【符号の説明】
【０２１１】
１１…電池缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁機構、１５Ａ…ディスク板、１６…熱感抵抗素子、１７，６６…ガスケット、２０，３０…巻回電極体、２１，３３，５２…正極、２１Ａ, ３３Ａ，５２Ａ…正極集電体、２１Ｂ，３３Ｂ，５２Ｂ…正極活物質層、２２，３４，５４…負極、２２Ａ，３４Ａ，５４Ａ…負極集電体、２２Ｂ，３４Ｂ，５４Ｂ…負極活物質層、２３，３５，６５…セパレータ、２４…センターピン、２５，３１，５１…正極リード、２６，３２，５３…負極リード、３６，５５…電解質層、３７…保護テープ、４０，５６，６２，６４…外装部材、４１…密着フィルム、５０…電極体、６１…試験極、６３…対極。
【図１】
2006128051.tif 000041
【図２】
2006128051.tif 000042
【図３】
2006128051.tif 000043
【図４】
2006128051.tif 000044
【図５】
2006128051.tif 000045
【図６】
2006128051.tif 000046
【図７】
2006128051.tif 000047
【図８】
2006128051.tif 000048
【図９】
2006128051.tif 000049
【図１０】
2006128051.tif 000050
【図１１】
2006128051.tif 000051
【図１２】
2006128051.tif 000052
【図１３】
2006128051.tif 000053
【図１４】
2006128051.tif 000054
【図１５】
2006128051.tif 000055
【図１６】
2006128051.tif 000056
【図１７】
2006128051.tif 000057
【図１８】
2006128051.tif 000058
【図１９】
2006128051.tif 000059
【図２０】
2006128051.tif 000060
【図２１】
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