(57)【要約】【課題】  サイクル特性を向上させることができる電池を提供する。【解決手段】  正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して巻回された巻回電極体２０を備える。セパレータ２３には溶媒に電解質塩が溶解された電解液が含浸されている。電解液は、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどのハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、ジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム，テトラフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、あるいはジフルオロビス［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウムなどの軽金属塩とを含んでいる。【選択図】        図１
2006190635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
負極活物質としてリチウム金属を用い、
前記電解質は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１または化２に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも１種とを含む
ことを特徴とする電池。
【化１】
2006190635.tif 000037
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素（Ｏ）または硫黄（Ｓ）をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウム（Ａｌ）を表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【化２】
2006190635.tif 000038
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。）
【請求項２】
前記環状炭酸エステル誘導体として、化３に示した環状炭酸エステル誘導体を含むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【化３】
2006190635.tif 000039
（式中、Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３およびＲ４４は、水素基、フッ素基、塩素基、臭素基、またはメチル基，エチル基あるいはそれらの一部の水素をフッ素基，塩素基，臭素基で置換した基を表し、それらの少なくとも一つはハロゲンを有する基である。）
【請求項３】
前記軽金属塩として、化４に示した化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【化４】
2006190635.tif 000040
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１３はハロゲン基を表し、Ｍ１２はリン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａ１は１〜３の整数であり、ｂ１は０，２または４であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【請求項４】
前記軽金属塩として、化５に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化６に示したテトラフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化７に示したジフルオロビス［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化８に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化９に示したビス［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化１０に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウム、化１１に示したテトラキス（ペンタフルオロプロパノアート）ホウ酸リチウム、および化１２に示したテトラキス（トリクロロアセテート）ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【化５】
2006190635.tif 000041
【化６】
2006190635.tif 000042
【化７】
2006190635.tif 000043
【化８】
2006190635.tif 000044
【化９】
2006190635.tif 000045
【化１０】
2006190635.tif 000046
【化１１】
2006190635.tif 000047
【化１２】
2006190635.tif 000048
【請求項５】
更に、前記軽金属塩以外の他の軽金属塩を含むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項６】
更に、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、化１３に示したリチウム塩および化１４に示したリチウム塩からなる群のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【化１３】
2006190635.tif 000049
（式中、ｍおよびｎは１以上の整数である。）
【化１４】
2006190635.tif 000050
（式中、ｐ，ｑおよびｒは１以上の整数である。）
【請求項７】
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、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極材料を含有し、
前記電解質は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１５または化１６に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも１種とを含む
ことを特徴とする電池。
【化１５】
2006190635.tif 000051
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素（Ｏ）または硫黄（Ｓ）をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウム（Ａｌ）を表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【化１６】
2006190635.tif 000052
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。）
【請求項８】
前記環状炭酸エステル誘導体として、化１７に示した環状炭酸エステル誘導体を含むことを特徴とする請求項７記載の電池。
【化１７】
2006190635.tif 000053
（式中、Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３およびＲ４４は、水素基、フッ素基、塩素基、臭素基、またはメチル基，エチル基あるいはそれらの一部の水素をフッ素基，塩素基，臭素基で置換した基を表し、それらの少なくとも一つはハロゲンを有する基である。）
【請求項９】
前記軽金属塩として、化１８に示した化合物を含むことを特徴とする請求項７記載の電池。
【化１８】
2006190635.tif 000054
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１３はハロゲン基を表し、Ｍ１２はリン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａ１は１〜３の整数であり、ｂ１は０，２または４であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【請求項１０】
前記軽金属塩として、化１９に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化２０に示したテトラフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化２１に示したジフルオロビス［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化２２に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化２３に示したビス［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウム、化２５に示したテトラキス（ペンタフルオロプロパノアート）ホウ酸リチウム、および化２６に示したテトラキス（トリクロロアセテート）ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項７記載の電池。
【化１９】
2006190635.tif 000055
【化２０】
2006190635.tif 000056
【化２１】
2006190635.tif 000057
【化２２】
2006190635.tif 000058
【化２３】
2006190635.tif 000059
【化２４】
2006190635.tif 000060
【化２５】
2006190635.tif 000061
【化２６】
2006190635.tif 000062
【請求項１１】
更に、前記軽金属塩以外の他の軽金属塩を含むことを特徴とする請求項７記載の電池。
【請求項１２】
更に、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、化２７に示したリチウム塩および化２８に示したリチウム塩からなる群のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項７記載の電池。
【化２７】
2006190635.tif 000063
（式中、ｍおよびｎは１以上の整数である。）
【化２８】
2006190635.tif 000064
（式中、ｐ，ｑおよびｒは１以上の整数である。）
【請求項１３】
前記負極は、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含有することを特徴とする請求項７記載の電池。
【請求項１４】
正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記負極の容量は、軽金属の吸蔵および放出による容量成分と、軽金属の析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和で表され、
前記電解質は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化２９または化３０に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも１種とを含む
ことを特徴とする電池。
【化２９】
2006190635.tif 000065
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素（Ｏ）または硫黄（Ｓ）をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウム（Ａｌ）を表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【化３０】
2006190635.tif 000066
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。）
【請求項１５】
前記環状炭酸エステル誘導体として、化３１に示した環状炭酸エステル誘導体を含むことを特徴とする請求項１４記載の電池。
【化３１】
2006190635.tif 000067
（式中、Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３およびＲ４４は、水素基、フッ素基、塩素基、臭素基、またはメチル基，エチル基あるいはそれらの一部の水素をフッ素基，塩素基，臭素基で置換した基を表し、それらの少なくとも一つはハロゲンを有する基である。）
【請求項１６】
前記軽金属塩として、化３２に示した化合物を含むことを特徴とする請求項１４記載の電池。
【化３２】
2006190635.tif 000068
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１３はハロゲン基を表し、Ｍ１２はリン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａ１は１〜３の整数であり、ｂ１は０，２または４であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【請求項１７】
前記軽金属塩として、化３３に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化３４に示したテトラフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化３５に示したジフルオロビス［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化３６に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化３７に示したビス［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化３８に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウム、化３９に示したテトラキス（ペンタフルオロプロパノアート）ホウ酸リチウム、および化４０に示したテトラキス（トリクロロアセテート）ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１４記載の電池。
【化３３】
2006190635.tif 000069
【化３４】
2006190635.tif 000070
【化３５】
2006190635.tif 000071
【化３６】
2006190635.tif 000072
【化３７】
2006190635.tif 000073
【化３８】
2006190635.tif 000074
【化３９】
2006190635.tif 000075
【化４０】
2006190635.tif 000076
【請求項１８】
更に、前記軽金属塩以外の他の軽金属塩を含むことを特徴とする請求項１４記載の電池。
【請求項１９】
更に、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、化４１に示したリチウム塩および化４２に示したリチウム塩からなる群のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１４記載の電池。
【化４１】
2006190635.tif 000077
（式中、ｍおよびｎは１以上の整数である。）
【化４２】
2006190635.tif 000078
（式中、ｐ，ｑおよびｒは１以上の整数である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極および負極と共に電解質を備え、特に電解反応物質としてリチウム（Ｌｉ）などを用いた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話，ＰＤＡ（Personal Digital Assistant；個人用携帯型情報端末機器）あるいはノート型コンピュータに代表される携帯型電子機器の小型化、軽量化が精力的に進められ、その一環として、それらの駆動電源である電池、特に二次電池のエネルギー密度の向上が強く望まれている。高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、負極に炭素材料などのリチウムを吸蔵および放出することが可能な材料を用いたリチウムイオン二次電池が商品化され、市場が拡大している。
【０００３】
また、高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、負極にリチウム金属を用い、負極反応にリチウム金属の析出および溶解反応のみを利用したリチウム金属二次電池がある。リチウム金属二次電池は、リチウム金属の理論電気化学当量が２０５４ｍＡｈ／ｃｍ3 と大きく、リチウムイオン二次電池で用いられる黒鉛の２．５倍にも相当するので、リチウムイオン二次電池を上回る高いエネルギー密度を得られるものと期待されている。これまでも、多くの研究者等によりリチウム金属二次電池の実用化に関する研究開発がなされている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
更に、最近では負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、負極にリチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料を用い、充電の途中においてその炭素材料の表面にリチウムを析出させるようにしたものである。この二次電池によれば、リチウム金属二次電池と同様に高エネルギー密度を達成させることが期待できる。
【０００５】
これらのリチウム二次電池では、従来より、サイクル特性などの電池特性を向上させる目的で、電解質に２種以上の溶媒を混合して用いたり、またはハロゲン化した化合物などを用いることが検討されていた（例えば、特許文献２，３参照。）
【非特許文献１】ジャンポール・ガバノ（Jean-Paul Gabano）編，「リチウム・バッテリーズ（Lithium Batteries ）」，ロンドン，ニューヨーク，アカデミック・プレス（Academic Press），１９８３年
【特許文献１】国際公開第０１／２２５１９号パンフレット
【特許文献２】特開昭６２−２９００７１号公報
【特許文献３】特開昭６２−２１７５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの手段ではその効果が必ずしも十分とはいえず、特に、リチウム金属二次電池、または負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池、または負極に電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極材料を含有するリチウムイオン二次電池では、十分なサイクル特性を得ることができなかった。
【０００７】
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、サイクル特性を向上させることができる電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による第１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、負極活物質としてリチウム金属を用い、電解質は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１または化２に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも１種とを含むものである。
【０００９】
【化１】
2006190635.tif 000003
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素（Ｏ）または硫黄（Ｓ）をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウム（Ａｌ）を表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【００１０】
【化２】
2006190635.tif 000004
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。）
【００１１】
本発明による第２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、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極材料を含有し、電解質は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化３または化４に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも１種とを含むものである。
【００１２】
【化３】
2006190635.tif 000005
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素または硫黄をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【００１３】
【化４】
2006190635.tif 000006
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。）
【００１４】
本発明による第３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、負極の容量は、軽金属の吸蔵および放出による容量成分と、軽金属の析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和で表され、電解質は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化５または化６に示した軽金属塩からなる群のうちの少なくとも１種とを含むものである。
【００１５】
【化５】
2006190635.tif 000007
（式中、Ｒ１１は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２１−Ｃ（＝Ｏ）−基（Ｒ２１はアルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ２３）（Ｒ２４）−基（Ｒ２３，Ｒ２４は、アルキル基, ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。）、または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素または硫黄をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【００１６】
【化６】
2006190635.tif 000008
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。）
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１ないし第３の電池によれば、電解質にハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１，化３，化５あるいは化２，化４，化６に示した軽金属塩とを含むようにしたので、負極における溶媒の分解反応を抑制することができる。よって、負極における充放電効率が向上し、サイクル特性を向上させることができる。
【００１８】
また、化１，化３，化５あるいは化２，化４，化６に示した軽金属塩に加え、他の軽金属塩を用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１の実施の形態）  
図１は、第１の実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの析出および溶解による容量成分により表される、いわゆるリチウム金属二次電池である。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（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）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、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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の両面に正極活物質層２１Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体２１Ａの片面のみに正極活物質層２１Ｂを設けるようにしてもよい。正極集電体２１Ａは、例えば、厚みが５μｍ〜５０μｍ程度であり、アルミニウム箔，ニッケル箔あるいはステンレス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、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料の１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤および結着剤を含んで構成されている。正極活物質層２１Ｂの厚みは、例えば、６０μｍ〜２５０μｍである。なお、正極活物質層２１Ｂの厚みは、正極活物質層２１Ｂが正極集電体２１Ａの両面に設けられている場合には、その合計の厚みである。
【００２４】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、エネルギー密度を高くするために、リチウムと遷移金属元素と酸素とを含むリチウム含有化合物が好ましく、中でも、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ），ニッケル，マンガン（Ｍｎ）および鉄からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ2 ，ＬｉＮｉ1-x Ｃｏx Ｏ2 （０＜ｘ＜１），ＬｉＭｎ2 Ｏ4 あるいはＬｉＦｅＰＯ4 が挙げられる。
【００２５】
なお、このような正極材料は、例えば、リチウムの炭酸塩，硝酸塩，酸化物あるいは水酸化物と、遷移金属の炭酸塩，硝酸塩，酸化物あるいは水酸化物とを所望の組成になるように混合し、粉砕した後、酸素雰囲気中において６００℃〜１０００℃の範囲内の温度で焼成することにより調製される。
【００２６】
導電剤としては、例えば、黒鉛，カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、そのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。結着剤としては、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ゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。例えば、図１に示したように正極２１および負極２２が巻回されている場合には、結着剤として柔軟性に富むスチレンブタジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いることが好ましい。
【００２７】
負極２２は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体２２Ａの片面のみに負極活物質層２２Ｂを設けるようにしてもよい。負極集電体２２Ａは、例えば、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する銅箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。特に、銅箔は高い電気伝導性を有するので最も好ましい。負極集電体２２Ａの厚みは、例えば、５μｍ〜４０μｍ程度であることが好ましい。５μｍよりも薄いと機械的強度が低下し、製造工程において負極集電体２２Ａが断裂しやすく、生産効率が低下してしまうからであり、４０μｍよりも厚いと電池内における負極集電体２２Ａの体積比が必要以上に大きくなり、エネルギー密度を高くすることが難しくなるからである。
【００２８】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質であるリチウム金属により形成されており、これにより高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。負極活物質層２２Ｂは、組み立て時から既に有するように構成してもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属により構成するようにしてもよい。また、負極活物質層２２Ｂを集電体としても利用し、負極集電体２２Ａを削除するようにしてもよい。
【００２９】
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。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ２３を構成する材料として好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたり、またはブレンド化することで用いることができる。
【００３０】
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、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
【００３１】
溶媒としては、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体を含むことが好ましく、中でも、化７に示した環状炭酸エステル誘導体を含むことが望ましい。負極２２における溶媒の分解反応を抑制することができるからである。溶媒には、１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００３２】
【化７】
2006190635.tif 000009
（式中、Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３およびＲ４４は、水素基、フッ素基、塩素基、臭素基、またはメチル基，エチル基あるいはそれらの一部の水素をフッ素基，塩素基，臭素基で置換した基を表し、それらの少なくとも一つはハロゲンを有する基である。Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３およびＲ４４は同一であってもよいし、異なっていてもよい。）
【００３３】
化７に示した環状炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、化８の（１−１）〜（１−１４），化９の（１−１５）〜（１−２２）に示した化合物などがある。
【００３４】
【化８】
2006190635.tif 000010
【００３５】
【化９】
2006190635.tif 000011
【００３６】
ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体は、また、従来より使用されている種々の溶媒と混合して用いてもよい。このような溶媒について具体例を挙げれば、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、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、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、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、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−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、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、ジメチルスルフォキシド、燐酸トリメチルが挙げられる。中でも、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性を実現するためには、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも１種を用いることが好ましい。これらの溶媒は、単独で混合してもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００３７】
電解質塩としては、化１０に示した軽金属塩を含むことが好ましい。この軽金属塩は、負極２２の表面に安定な被膜を形成し、溶媒の分解反応を抑制することができるからである。化１０に示した軽金属塩は、１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００３８】
【化１０】
2006190635.tif 000012
（式中、Ｒ１１は化１１，化１２または化１３に示した基を表し、Ｒ１２はハロゲン基，アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表し、Ｘ１１およびＸ１２は酸素または硫黄をそれぞれ表し、Ｍ１１は遷移金属元素または短周期型周期表における３Ｂ族元素，４Ｂ族元素あるいは５Ｂ族元素を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａは１〜４の整数であり、ｂは０〜８の整数であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【００３９】
【化１１】
2006190635.tif 000013
（式中、Ｒ２１は、アルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）
【００４０】
【化１２】
2006190635.tif 000014
（式中、Ｒ２２，Ｒ２３は、アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。Ｒ２２，Ｒ２３は、同一であっても異なっていてもよい。）
【００４１】
【化１３】
2006190635.tif 000015
【００４２】
化１０に示した軽金属塩としては、例えば化１４に示した化合物が好ましい。
【００４３】
【化１４】
2006190635.tif 000016
（式中、Ｒ１１は化１５，化１６または化１７に示した基を表し、Ｒ１３はハロゲン基を表し、Ｍ１２はリン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）を表し、Ｍ２１は短周期型周期表における１Ａ族元素あるいは２Ａ族元素またはアルミニウムを表し、ａ１は１〜３の整数であり、ｂ１は０，２または４であり、ｃ，ｄ，ｅおよびｆはそれぞれ１〜３の整数である。）
【００４４】
【化１５】
2006190635.tif 000017
（式中、Ｒ２１は、アルキレン基，ハロゲン化アルキレン基，アリーレン基またはハロゲン化アリーレン基を表す。）
【００４５】
【化１６】
2006190635.tif 000018
（式中、Ｒ２２，Ｒ２３は、アルキル基，ハロゲン化アルキル基，アリール基またはハロゲン化アリール基を表す。Ｒ２２，Ｒ２３は、同一であっても異なっていてもよい。）
【００４６】
【化１７】
2006190635.tif 000019
【００４７】
具体的には、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム，化１９に示したテトラフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム，化２０に示したジフルオロビス［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム，化２１に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム，あるいは化２２に示したビス［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムがより好ましく挙げられる。Ｂ−Ｏ結合またはＰ−Ｏ結合を有しているとより高い効果を得ることができ、特に、Ｏ−Ｂ−Ｏ結合またはＯ−Ｐ−Ｏ結合を有していれば更に高い効果を得ることができるからである。また、化２１に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム，あるいは化２２に示したビス［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムなどの化１６に示した構造を有する軽金属塩を用いる場合、溶媒にはフッ素を有する環状炭酸エステル誘導体を用いることが好ましい。更にまた、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム，あるいは化２１に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムを用いる場合、溶媒は塩素を有する環状炭酸エステル誘導体を用いることが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。
【００４８】
【化１８】
2006190635.tif 000020
【００４９】
【化１９】
2006190635.tif 000021
【００５０】
【化２０】
2006190635.tif 000022
【００５１】
【化２１】
2006190635.tif 000023
【００５２】
【化２２】
2006190635.tif 000024
【００５３】
電解質塩としては、また、化２３に示した軽金属塩も好ましく挙げられる。これらの軽金属塩も、負極２２の表面に安定な被膜を形成し、溶媒の分解反応を抑制することができるからである。化２３に示した軽金属塩は、１種を単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよく、また、化１０に示した軽金属塩と混合して用いてもよい。
【００５４】
【化２３】
2006190635.tif 000025
（式中、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は、アルキル基の少なくとも一部の水素をハロゲンで置換した基を表す。Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ３４は同一であっても異なっていてもよい。）
【００５５】
具体的には、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウム，化２５に示したテトラキス（ペンタフルオロプロパノアート）ホウ酸リチウム，あるいは化２６に示したテトラキス（トリクロロアセテート）ホウ酸リチウムが好ましく挙げられる。Ｂ−Ｏ結合またはＰ−Ｏ結合を有しているとより高い効果を得ることができ、特に、Ｏ−Ｂ−Ｏ結合またはＯ−Ｐ−Ｏ結合を有していれば更に高い効果を得ることができるからである。また、これらの軽金属塩は、フッ素を有する環状炭酸エステル誘導体と混合して用いることが好ましい。更にまた、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを用いる場合、溶媒には塩素を有する環状炭酸エステル誘導体を用いることが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。
【００５６】
【化２４】
2006190635.tif 000026
【００５７】
【化２５】
2006190635.tif 000027
【００５８】
【化２６】
2006190635.tif 000028
【００５９】
また、電解質塩には、これらの軽金属塩に加えて、他の軽金属塩のいずれか１種または２種以上を混合して用いることが好ましい。保存特性などの電池特性を向上させることができると共に、内部抵抗を低減させることができるからである。他の軽金属塩としては、例えば、ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 、ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＳｉＦ6 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 あるいはＬｉＮ（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ）などの化２７に示したリチウム塩、またはＬｉＣ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 などの化２８に示したリチウム塩が挙げられる。
【００６０】
【化２７】
2006190635.tif 000029
（式中、ｍおよびｎは１以上の整数である。）
【００６１】
【化２８】
2006190635.tif 000030
（式中、ｐ，ｑおよびｒは１以上の整数である。）
【００６２】
中でも、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、化２７に示したリチウム塩および化２８に示したリチウム塩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、より高い効果を得ることができると共に、高い導電率を得ることができるので好ましく、ＬｉＰＦ6 と、ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，化２７に示したリチウム塩および化２８に示したリチウム塩からなる群のうちの少なくとも１種とを混合して用いるようにすれば、更に好ましい。
【００６３】
電解質塩の含有量（濃度）は、溶媒に対して、０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲内であることが好ましい。この範囲外ではイオン伝導度の極端な低下により十分な電池特性が得られなくなる虞があるからである。そのうち、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩の含有量は、溶媒に対して０．０１ｍｏｌ／ｋｇ以上２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内においてより高い効果を得ることができるからである。  
【００６４】
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。
【００６５】
まず、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材料と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。
【００６６】
また、例えば、負極２２として、負極集電体２２Ａを用意する。なお、負極２２には、リチウム金属をそのまま用いてもよいし、負極集電体２２Ａにリチウム金属を貼り付けて負極活物質層２２Ｂを形成したものを用いてもよい。
【００６７】
続いて、正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接などにより取り付ける。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。正極２１および負極２２を電池缶１１の内部に収納したのち、電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。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形成される。
【００６８】
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、電解液を介して、負極集電体２２Ａの表面にリチウム金属となって析出し、図２に示したように、負極活物質層２２Ｂを形成する。放電を行うと、例えば、負極活物質層２２Ｂからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、電解液がハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを含んでいるので、負極２２における溶媒の分解反応が抑制される。よって、負極２２におけるリチウムの充放電効率が向上する。
【００６９】
このように本実施の形態では、電解液にハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを含むようにしたので、負極２２における溶媒の分解反応を抑制することができる。よって、負極２２における充放電効率が向上し、サイクル特性を向上させることができる。
【００７０】
また、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩に加え、他の軽金属塩を用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができる。
【００７１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る二次電池は、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表される、いわゆるリチウムイオン二次電池である。
【００７２】
この二次電池は、負極活物質層の構成が異なることを除き、他は第１の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および効果を有しており、同様にして製造することができる。よって、ここでは、図１および図２を参照し、同一の符号を用いて説明する。なお、同一部分についての詳細な説明は省略する。
【００７３】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料を含んで構成されいている。
【００７４】
なお、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量が、正極２１の充電容量よりも大きくなっている。すなわち、この二次電池では、充電の途中において負極２２にリチウム金属が析出しないようになっている。
【００７５】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、例えば、スズまたはケイ素を構成元素として含む材料が挙げられる。スズおよびケイ素はリチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。
【００７６】
このような負極材料としては、具体的には、スズの単体，合金，あるいは化合物、またはケイ素の単体，合金，あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。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うちの２種以上が共存するものがある。
【００７７】
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素，ニッケル，銅，鉄，コバルト（Ｃｏ），マンガン（Ｍｎ），亜鉛（Ｚｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），チタン（Ｔｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ビスマス（Ｂｉ），アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ，ニッケル，銅，鉄，コバルト，マンガン，亜鉛，インジウム，銀，チタン，ゲルマニウム，ビスマス，アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００７８】
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００７９】
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７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Co/(Sn+Co)が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度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からである。
【００８０】
このＣｏＳｎＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素，鉄，ニッケル，クロム，インジウム，ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム，チタン，モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム，リン，ガリウム（Ｇａ）またはビスマスが好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００８１】
なお、このＣｏＳｎＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＣｏＳｎＣ含有材料では、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。
【００８２】
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。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、ＣｏＳｎＣ含有材料について得られる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、ＣｏＳｎＣ含有材料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。
【００８３】
なお、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、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。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ＣｏＳｎＣ含有材料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、ＣｏＳｎＣ含有材料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。
【００８４】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また例えば、リチウムと合金を形成可能な他の金属元素または他の半金属元素を構成元素として含む材料を用いることもできる。このような金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素，アルミニウム，ガリウム，インジウム，ゲルマニウム，鉛（Ｐｂ），ビスマス，カドミウム（Ｃｄ），銀，亜鉛，ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ），パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）が挙げられる。
【００８５】
負極活物質層２２Ｂは，これらの負極材料に加えて、他の負極材料、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤および導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。他の負極材料としては、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。このような炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、例えば上述した負極材料と共に用いるようにすればようにすれば、高エネルギー密度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、更に導電剤としても機能するので好ましい。
【００８６】
このような炭素材料としては、例えば、黒鉛，難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素が挙げられる。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。
【００８７】
黒鉛としては、例えば、真密度が２．１０ｇ／ｃｍ3 以上のものが好ましく、２．１８ｇ／ｃｍ3 以上のものであればより好ましい。なお、このような真密度を得るには、（００２）面のＣ軸結晶子厚みが１４．０ｎｍ以上であることが必要である。また、（００２）面の面間隔は０．３４０ｎｍ未満であることが好ましく、０．３３５ｎｍ以上０．３３７ｎｍ以下の範囲内であればより好ましい。
【００８８】
難黒鉛化性炭素としては、（００２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 未満であると共に、空気中での示差熱分析（differential thermal analysis ；ＤＴＡ）において７００℃以上に発熱ピークを示さないものが好ましい。
【００８９】
この負極２２は、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料と、導電剤と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとしたのち、負極集電体２２Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成することにより作製することができる。
【００９０】
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、電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、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、電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、電解液がハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを含んでいるので、負極２２における溶媒の分解反応が抑制される。よって、負極２２におけるリチウムの充放電効率が向上する。
【００９１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る二次電池は、負極の構成が異なることを除き、他は第２の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および作用を有しており、同様にして製造することができる。よって、図１および図２を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
【００９２】
負極２２は、第２の実施の形態に係る二次電池と同様に、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。負極活物質層２２Ｂは、例えば、スズまたはケイ素を構成元素として含む負極材料を含有している。具体的には、例えば、スズの単体，合金，あるいは化合物、またはケイ素の単体，合金，あるいは化合物を含有しており、それらの２種以上を含有していてもよい。
【００９３】
また、負極活物質層２２Ｂは、例えば、気相法，液相法，溶射法あるいは焼成法、またはそれらの２以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとが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。具体的には、界面において負極集電体２２Ａの構成元素が負極活物質層２２Ｂに、または負極活物質の構成元素が負極集電体２２Ａに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層２２Ｂの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。
【００９４】
なお、焼成法というのは、例えば、粒子状の負極材料を結着剤などと混合して溶剤に分散させ、塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。また、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法，スパッタ法，イオンプレーティング法，レーザーアブレーション法，熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法あるいはプラズマＣＶＤ法等が利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。
【００９５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る二次電池は、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるものである。
【００９６】
この二次電池は、負極活物質層の構成が異なることを除き、他は第１ないし第３の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および効果を有しており、同様にして製造することができる。よって、ここでは、図１および図２を参照し、同一の符号を用いて説明する。なお、同一部分についての詳細な説明は省略する。
【００９７】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極２１の充電容量よりも小さくすることにより、充電の過程において、開回路電圧（すなわち電池電圧）が過充電電圧よりも低い時点で負極２２にリチウム金属が析出し始めるようになっている。従って、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料とリチウム金属との両方が負極活物質として機能し、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料はリチウム金属が析出する際の基材となっている。リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、第２の実施の形態と同様のものが挙げられ、中でも、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好ましい。
【００９８】
なお、過充電電圧というのは、電池が過充電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄電池工業会（電池工業会）の定めた指針の一つである「リチウム二次電池安全性評価基準ガイドライン」（ＳＢＡ  Ｇ１１０１）に記載され定義される「完全充電」された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。
【００９９】
これにより、この二次電池では、高いエネルギー密度を得ることができると共に、サイクル特性および急速充電特性を向上させることができるようになっている。この二次電池は、負極２２にリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料を用いるという点では従来のリチウムイオン二次電池と同様であり、また、負極２２にリチウム金属を析出させるという点では従来のリチウム金属二次電池と同様である。
【０１００】
これらの特性をより効果的に得るためには、例えば、開回路電圧が過充電電圧になる前の最大電圧時において負極２２に析出するリチウム金属の最大析出容量は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量能力の０．０５倍以上３．０倍以下であることが好ましい。リチウム金属の析出量が多過ぎると従来のリチウム金属二次電池と同様の問題が生じてしまい、少な過ぎると充放電容量を十分に大きくすることができないからである。また、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の放電容量能力は、１５０ｍＡｈ／ｇ以上であることが好ましい。リチウムの吸蔵および放出する能力が大きいほどリチウム金属の析出量は相対的に少なくなるからである。なお、負極材料の充電容量能力は、例えば、リチウム金属を対極として、この負極材料を負極活物質とした負極について０Ｖまで定電流・定電圧法で充電した時の電気量から求められる。負極材料の放電容量能力は、例えば、これに引き続き、定電流法で１０時間以上かけて２．５Ｖまで放電した時の電気量から求められる。
【０１０１】
この二次電池では、充電を行うと、正極２１からリチウムイオンが放出され、電解液を介して、まず、負極２２に含まれるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵される。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出し始める。そののち、充電を終了するまで負極２２にはリチウム金属が析出し続ける。次いで、放電を行うと、まず、負極２２に析出したリチウム金属がイオンとなって溶出し、電解液を介して、正極２１に吸蔵される。更に放電を続けると、負極２２中のリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵されたリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、電解液がハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを含んでいるので、負極２２における溶媒の分解反応が抑制される。よって、負極２２におけるリチウムの充放電効率が向上する。
【０１０２】
（第５の実施の形態）
図３は、第５の実施の形態に係る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。
【０１０３】
正極リード３１および負極リード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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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、それぞれ第１ないし第４の実施の形態で説明した正極集電体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。
【０１０８】
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は電池の漏液を防止することができるので好ましい。ゲル状の電解質は、イオン伝導度が室温で１ｍＳ／ｃｍ以上であるものであればよく、組成および高分子化合物の構造に特に限定はない。電解液（すなわち溶媒および電解質塩など）の構成は、第１ないし第３の実施の形態と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、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、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、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が挙げられる。特に、電気化学的安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドの構造を持つ高分子化合物を用いることが望ましい。電解液に対する高分子化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、通常、電解液の５質量％〜５０質量％に相当する高分子化合物を添加することが好ましい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
まず、正極３３および負極３４のそれぞれに、電解液と、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。
【０１１１】
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、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に挟み、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、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用意し、外装部材４０の内部に注入する。
【０１１２】
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に示した二次電池が完成する。
【０１１３】
この二次電池は、第１ないし第４の実施の形態に係る二次電池と同様の作用および効果を有している。
【０１１４】
なお、ゲル状の電解質に代えて、液状の電解質である電解液を用いてもよい。電解液の構成は上述した通りである。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。
【０１１５】
まず、上述したように正極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に挟み、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、電解液を外装部材４０の内部に注入する。そののち、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。これにより図３に示した二次電池が完成する。
【実施例】
【０１１６】
更に、本発明の具体的な実施例について、詳細に説明する
【０１１７】
（実施例１−１〜１−１６）
負極２２の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表される電池、いわゆるリチウム金属二次電池を作製した。その際、電池は、図１に示したものとした。
【０１１８】
まず、炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ3 ）とを、Ｌｉ2 ＣＯ3 ：ＣｏＣＯ3 ＝０．５：１（モル比）の割合で混合し、空気中において９００℃で５時間焼成して、正極材料としてのリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤であるグラファイト６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調製した。続いて、この正極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとし、厚み２０μｍの帯状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。
【０１１９】
また、厚み１５μｍの帯状銅箔よりなる負極集電体２２Ａに、リチウム金属を貼り付けて負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を作製した。
【０１２０】
正極２１および負極２２をそれぞれ作製したのち、厚み２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ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。
【０１２１】
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の内部に電解液を減圧方式により注入した。
【０１２２】
電解液には、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１０または化２３に示した軽金属塩を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いた。その際、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルは、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）、４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＣｌＥＣ）、または４−ブロモ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＢｒＥＣ）とした。また、電解質塩は、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化１９に示したテトラフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化２０に示したジフルオロビス［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］リン酸リチウム、化２１に示したジフルオロ［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化２２に示したビス［３，３，３−トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロメチルプロピオナト（２−）−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウム、または化２５に示したテトラキス（ペンタフルオロプロパノアート）ホウ酸リチウムとした。
【０１２３】
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、実施例１−１〜１−１６について直径１４ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型二次電池を得た。
【０１２４】
実施例１−１〜１−１６に対する比較例１−１として、電解液に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルである４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−１６と同様にしてリチウム金属二次電池を作製した。また比較例１−２として、炭酸エチレンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−１６と同様にしてリチウム金属二次電池を作製した。
【０１２５】
更にまた、比較例１−３〜１−５として、電解液に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルである４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジエチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、または、炭酸エチレンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムを１ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、またはハロゲン原子を有する環状炭酸エステルである４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例１−１〜１−１６と同様にして二次電池を作製した。その際、負極２２は、負極材料として人造黒鉛粉末を用い、この人造黒鉛粉末９０質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン１０質量部とを混合し、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンを添加して厚み１５μｍの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を形成することにより作製した。なお、負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように、正極２１と負極２２との面積密度比を設計した。
【０１２６】
得られた実施例１−１〜１−１６および比較例１−１〜１−５の二次電池について、次のようにしてサイクル特性を測定した。
【０１２７】
まず、１００ｍＡ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１ｍＡに達するまで定電圧充電を行い、引き続き、３００ｍＡの定電流で電池電圧が３．０Ｖに達するまで定電流放電を行った。この充放電を繰返し、サイクル特性は、初回放電容量（１サイクル目の放電容量）に対する１００サイクル目の放電容量維持率（１００サイクル目の放電容量／初回放電容量）×１００（％）として求めた。得られた結果を表１に示す。
【０１２８】
【表１】
2006190635.tif 000031
【０１２９】
表１から分かるように、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルと、化１０または化２３に示した軽金属塩とを用いた実施例１−１〜１−１６によれば、化１０または化２３に示した軽金属塩を用いなかった比較例１−１、あるいはハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体を用いなかった比較例１−２よりも放電容量維持率が向上した。また、負極材料に人造黒鉛を用いた比較例１−３〜１−５によれば、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルと、化１０または化２３に示した軽金属塩とを混合しても、放電容量維持率はほとんど向上しなかった。
【０１３０】
すなわち、負極活物質としてリチウム金属を用いたリチウム金属二次電池に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを用いるようにすれば、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。
【０１３１】
（実施例２−１〜２−４）
電解質塩として、更にＬｉＰＦ6 を加え、電解液における化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムの濃度を０．５ｍｏｌ／ｋｇとし、ＬｉＰＦ6 の濃度を０．５ｍｏｌ／ｋｇとしたことを除き、他は実施例１−１，１−６，１−８，１−１３と同様にしてリチウム金属二次電池を作製した。なお、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体は、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、または４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オンである。
【０１３２】
得られた実施例２−１〜２−４の二次電池について、実施例１−１〜１−１６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２に示す。
【０１３３】
【表２】
2006190635.tif 000032
【０１３４】
表２から分かるように、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムあるいは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムに加えて、更にＬｉＰＦ6 を用いた実施例２−１〜２−４によれば、ＬｉＰＦ6 を用いていない実施例１−１，１−６，１−８，１−１３よりも、それぞれ放電容量維持率が向上した。
【０１３５】
すなわち、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩に加え、他の軽金属塩を混合して用いるようにすれば、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。
【０１３６】
（実施例３−１〜３−５）
負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分で表される、いわゆるリチウムイオン二次電池を作製した。その際、負極２２は、厚み１５μｍの銅箔よりなる負極集電体２２Ａの上に蒸着により厚み５μｍのケイ素よりなる負極活物質層２２Ｂを形成して作製したことを除き、他は実施例１−１〜１−１６と同様にして二次電池を作製した。また、電解液には、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、またはハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムまたは化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムを０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように、またＬｉＰＦ6 を０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、またはハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように、またＬｉＰＦ6 を０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いた。なお、負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように、正極２１と負極２２との面積密度比を設計した。
【０１３７】
実施例３−１〜３−５に対する比較例３−１，３−２として、電解液に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、または炭酸エチレンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例３−１〜３−５と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
【０１３８】
得られた実施例３−１〜３−５および比較例３−１，３−２のリチウムイオン二次電池について、実施例１−１〜１−１６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３に示す。
【０１３９】
【表３】
2006190635.tif 000033
【０１４０】
表３から分かるように、実施例１−１〜１−１６と同様に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムとを用いた実施例３−１〜３−５によれば、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを用いなかった比較例３−１、あるいはハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体を用いなかった比較例３−２よりも放電容量維持率が向上した。また、実施例２−１〜２−４と同様に、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムに加えて、更にＬｉＰＦ6 を用いた実施例３−２によれば、ＬｉＰＦ6 を用いていない実施例３−１よりも放電容量維持率が向上した。
【０１４１】
すなわち、負極２２に、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極材料を含有するリチウムイオン二次電池の場合にも、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩に加えて、更に他の軽金属塩を混合して用いるようにすれば、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。
【０１４２】
（実施例４−１〜４−１６）
負極材料としてＣｏＳｎＣ含有材料を用い、このＣｏＳｎＣ含有材料粉末と、導電剤である黒鉛と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させたのち、厚み１５μｍの銅箔よりなる負極集電体２２Ａに均一に塗布し乾燥させて負極活物質層２２Ｂを形成して負極２２を作製したことを除き、他は実施例３−１〜３−５と同様にして、負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分で表される、いわゆるリチウムイオン二次電池を作製した。
【０１４３】
その際、実施例４−１〜４−１４では、ＣｏＳｎＣ含有材料粉末は、スズ−コバルト−インジウム−チタン合金粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用してスズ−コバルト−インジウム−チタン−炭素含有材料を合成した。得られたＣｏＳｎＣ含有材料について組成の分析を行ったところ、スズの含有量は４８．０質量％、コバルトの含有量は２３．０質量％、インジウムの含有量は５．０質量％、チタンの含有量は２．０質量％、炭素の含有量は２０．０質量％、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は３２質量％であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、スズ，コバルト，インジウムおよびチタンの含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析により測定した。また、得られたＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳを行ったところ、図５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ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られた。このピークＰ３は、２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【０１４４】
また、実施例４−１５では、ＣｏＳｎＣ含有材料粉末は、スズ−コバルト合金粉末と、ケイ素粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用してスズ−コバルト−ケイ素−炭素含有材料を合成した。得られたＣｏＳｎＣ含有材料について同様にして組成の分析を行ったところ、スズの含有量は４５．０質量％、ケイ素の含有量は４．０質量％、コバルトの含有量は２９．０質量％、炭素の含有量は２０．０質量％、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は３９質量％であった。なお、ケイ素の含有量は、ＩＣＰ発光分析により測定した。また、得られたＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳを行ったところ、実施例４−１〜４−１４と同様に図５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ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られた。このピークＰ３は、２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【０１４５】
更にまた、実施例４−１６では、ＣｏＳｎＣ含有材料粉末は、スズ−コバルト合金粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用して合成した。得られたＣｏＳｎＣ含有材料について同様にして組成の分析を行ったところ、スズの含有量は５３．５質量％、コバルトの含有量は２５．７質量％、炭素の含有量は１９．８質量％、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は３２質量％であった。また、得られたＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳを行ったところ、実施例４−１〜４−１４と同様に図５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ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークＰ３とが得られた。このピークＰ３は、２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【０１４６】
加えて、電解液は、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸エチレン（ＥＣ）と、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）と、必要に応じて炭酸ビニレン（ＶＣ）とを、表４に示した体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムあるいは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムとＬｉＰＦ6 、または化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムを溶解して作製した。電解液における各電解質塩の含有量は表４に示したようにした。なお、負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように、正極２１と負極２２との面積密度比を設計した。
【０１４７】
実施例４−１〜４−１６に対する比較例４−１〜４−３として、電解液に、溶媒として炭酸エチレンと、炭酸ジメチルと、必要に応じて炭酸ビニレンを表４に示した体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 、またはＬｉＰＦ6 と化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムとを溶解したものを用いたことを除き、他は実施例４−１〜４−１６と同様にして二次電池を作製した。また。比較例４−４として、電解液に、溶媒としてハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸エチレンと、炭酸ジメチルとを表４に示した体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を溶解したものを用いたことを除き、他は実施例４−１〜４−１６と同様にして二次電池を作製した。なお、電解液における各電解質塩の含有量は表４に示したようにした。また、ＣｏＳｎＣ含有材料粉末は、実施例４−１〜４−１４と同様にスズ−コバルト−インジウム−チタン−炭素含有材料とした。
【０１４８】
得られた実施例４−１〜４−１６および比較例４−１〜４−４のリチウムイオン二次電池について、実施例１−１〜１−１６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４に示す。
【０１４９】
【表４】
2006190635.tif 000034
【０１５０】
表４から分かるように、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルと、化１８または化２４に示した軽金属塩とを用いた実施例４−７，４−１４によれば、これらの双方を用いなかった比較例４−１、あるいはハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体を用いなかった比較例４−２，４−３、あるいは化１８または化２４に示した軽金属塩を用いなかった比較例４−４よりも放電容量維持率が向上した。また、溶媒の組成を変化させた実施例４−１〜４−３，４−１１〜４−１３、あるいは他のＣｏＳｎＣ含有材料を用いた実施例４−１５，４−１６においても、同様に高い放電容量維持率が得られた。更に、化１８に示した電解質塩の含有量を変化させた４−４〜４−６，４−８〜４−１０においても、同様に高い放電容量維持率が得られたが、化１８に示した電解質塩と、ＬｉＰＦ6 とを混合して用いた実施例４−４〜４−９の方が、化１８に示した電解質塩のみを用いた実施例４−１０よりも高い値が得られた。
【０１５１】
すなわち、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極材料を含有する他のリチウムイオン二次電池の場合にも、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩に加えて、更に他の軽金属塩を混合して用いるようにすれば、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。
【０１５２】
（実施例５−１）
リチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池を作製した。その際、負極材料に人造黒鉛を用い、比較例１−３〜１−５と同様にして負極２２を作製したことを除き、他は実施例１−１〜１−１６と同様にして二次電池を作製した。また、電解液には、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いた。なお、負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるように、正極材料と負極材料との充填量を設計した。
【０１５３】
実施例５−１に対する比較例５−１，５−２として、電解液に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、または炭酸エチレンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例５−１と同様にして二次電池を作製した。
【０１５４】
得られた実施例５−１および比較例５−１，５−２の二次電池について、実施例１−１〜１−１６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５に示す。
【０１５５】
【表５】
2006190635.tif 000035
【０１５６】
また、実施例５−１および比較例５−１，５−２の二次電池について、目視および7 Ｌｉ核磁気共鳴分光法により負極２２にリチウム金属およびリチウムイオンが存在しているか否かを調べた。
【０１５７】
7 Ｌｉ核磁気共鳴分光法による結果、実施例５−１および比較例５−１，５−２の二次電池では、完全充電状態において２６５ｐｐｍ付近にリチウム金属に帰属されるピークが確認され、また、４４ｐｐｍ付近にリチウムイオンに帰属されるピークが確認された。これらのピーク位置は外部標準塩化リチウムに対する数値である。一方、完全放電状態においては、リチウム金属に帰属されるピークが確認されなかった。また、目視によっても、完全充電状態においてのみリチウム金属が確認された。すなわち、負極２２の容量は、リチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。
【０１５８】
表５から分かるように、実施例１−１〜１−１６と同様に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムとをを用いた実施例５−１によれば、化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを用いなかった比較例５−１、あるいはハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体を用いなかった比較例５−２よりも放電容量維持率が向上した。
【０１５９】
すなわち、負極２２の容量が、軽金属の吸蔵および放出による容量成分と、軽金属の析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和で表される二次電池の場合にも、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを用いるようにすれば、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。
【０１６０】
（実施例６−１〜６−１０）
負極２２の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表される電池、すなわちリチウム金属二次電池を作製した。その際、電池は、図３に示したものとし、電解質には液状の電解液を用いた。
【０１６１】
まず、実施例１−１〜１−１６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。その際、正極集電体３３Ａは、厚み１２μｍの帯状アルミニウム箔とした。
【０１６２】
そののち、正極３３と負極３４とを、正極活物質層３３Ｂと負極活物質層３４Ｂと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の前駆体である巻回体を形成した。
【０１６３】
得られた巻回体を、ラミネートフィルムよりなる外装部材４０に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材４０の内部に収納し、電解液を外装部材４０の内部に注入した。その際、電解液には、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたもの、または、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように、また、ＬｉＰＦ6 を０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いた。ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体は、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン，４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オンまたは４−ブロモ−１，３−ジオキソラン−２−オンとした。また、ラミネートフィルムは、外側からナイロン−アルミニウム−無延伸ポリプロピレンよりなるものを用い、それらの厚みは、それぞれ、３０μｍ、４０μｍ、３０μｍとし、合計で１００μｍとした。
【０１６４】
電解液を注入したのち、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ことにより、実施例６−１〜６−１０の二次電池を得た。
【０１６５】
実施例６−１〜６−１０に対する比較例６−１として、電解液に、炭酸エチレンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩として化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例６−１〜６−１０と同様にしてリチウム金属二次電池を作製した。また、比較例６−２として、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体である４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンと、炭酸ジメチルとを、１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１．０ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例６−１〜６−１０と同様にしてリチウム金属二次電池を作製した。
【０１６６】
得られた実施例６−１〜６−１０および比較例６−１，６−２の二次電池について、実施例１−１〜１−１６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６に示す。
【０１６７】
【表６】
2006190635.tif 000036
【０１６８】
表６から分かるように、実施例１−１〜１−１６と同様に、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステルと、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムとを用いた実施例６−１〜６−１０によれば、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体を用いなかった比較例６−１、あるいは化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウムまたは化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムを用いなかった比較例６−２よりも放電容量維持率が向上した。また、実施例２−１〜２−４と同様に、化１８に示したジフルオロ［オキソラト−Ｏ，Ｏ’］ホウ酸リチウム、または化２４に示したテトラキス（トリフルオロアセテート）ホウ酸リチウムに加えて、更にＬｉＰＦ6 を用いた実施例６−７〜６−１０によれば、ＬｉＰＦ6 を用いていない実施例６−１〜６−４よりもそれぞれ放電容量維持率が向上した。
【０１６９】
すなわち、ラミネートフィルムよりなる外装部材４０を用いた場合にも、ハロゲン原子を有する環状炭酸エステル誘導体と、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩とを用いるようにすれば、サイクル特性を向上させることができ、化１０あるいは化２３に示した軽金属塩に加えて、更に他の軽金属塩を混合して用いるようにすれば、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。
【０１７０】
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、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例においては、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、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの他の１Ａ族元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの２Ａ族元素、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、負極活物質には、上記実施の形態で説明したような負極材料を同様にして用いることができる。
【０１７１】
また、上記実施の形態および実施例においては、電解液または固体状の電解質の１種であるゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス，イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなるイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらのイオン伝導性無機化合物とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【０１７２】
更に、上記実施の形態および実施例においては、巻回構造を有する二次電池について説明したが、本発明は、正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねた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。加えて、いわゆるコイン型，ボタン型あるいは角型などの二次電池についても適用することができる。また、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【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】本発明の他の実施の形態に係る二次電池の構成を表す分解斜視図である。
【図４】図３で示した巻回電極体のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５】実施例で作製したＣｏＳｎＣ含有材料に係る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。
【符号の説明】
【０１７４】
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…ガスケット、２０，３０…巻回電極体、２１，３３…正極、２１Ａ，３３Ａ…正極集電体、２１Ｂ，３３Ｂ…正極活物質層、２２，３４…負極、２２Ａ，３４Ａ…負極集電体、２２Ｂ，３４Ｂ…負極活物質層、２３，３５…セパレータ、２４…センターピン、２５，３１…正極リード、２６，３２…負極リード、３６…電解質層、３７…保護テープ、４０…外装部材、４１…密着フィルム。
【図１】
2006190635.tif 000079
【図２】
2006190635.tif 000080
【図３】
2006190635.tif 000081
【図４】
2006190635.tif 000082
【図５】
2006190635.tif 000083