(57)【要約】【課題】粘度と比誘電率とのバランスに優れたアセトニトリルと、ＬｉＰＦ６と、を含有する非水系電解液を用いた非水系二次電池において、高温保存時の自己放電を抑制することができる非水系二次電池を提供することを目的とする。【解決手段】集電体の片面又は両面に、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素を含有する正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、炭素系材料からなる負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池であって、前記非水系電解液中に、アセトニトリルと、ＬｉＰＦ６とを含み、前記非水系二次電池内部に、酢酸化合物を含有し、前記酢酸化合物の含有量は、酢酸イオンの重量が、正極活物質層重量に対して、０．０１〜０．５重量％であることを特徴とする非水系二次電池。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の片面又は両面に、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素を含有する正極活物質層を有する正極と、
集電体の片面又は両面に、炭素系材料からなる負極活物質層を有する負極と、
非水系電解液と、
を具備する非水系二次電池であって、
前記非水系電解液中に、アセトニトリルと、ＬｉＰＦ６とを含み、
前記非水系二次電池内部に、酢酸化合物を含有し、前記酢酸化合物の含有量は、酢酸イオンの重量が、正極活物質層重量に対して、０．０１〜０．５重量％であることを特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】
前記非水系電解液中に、ＬｉＰＦ６と、ＬｉＰＦ６以外のリチウム塩と、を含有することを特徴とする請求項１に記載の非水系二次電池。
【請求項３】
前記アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒中の３０体積％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の非水系二次電池。
【請求項４】
前記正極、前記負極、及び、セパレータからなる積層体又は捲回体を、アルミニウムラミネートで封止してなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の非水系二次電池。
【請求項５】
下記に定義する、前記非水系二次電池の６０℃下での保存評価において、保存評価終了時の電圧が３．８Ｖ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の非水系二次電池。
前記非水系二次電池を、０．３Ｃで充電して電池電圧が４．２Ｖに到達した後、４．２Ｖの定電圧で合計２時間充電を行い、充電後の前記非水系二次電池を、６０℃で５日間保存評価を行った。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水系二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池をはじめとする非水系二次電池は、軽量、高エネルギー及び長寿命であることが大きな特徴であり、各種携帯用電子機器電源として広範囲に用いられている。近年では、電動工具等のパワーツールに代表される産業用；電気自動車、電動式自転車等における車載用としても広がりを見せている。更には、住宅用蓄電システム等の電力貯蔵分野においても注目されている。
【０００３】
常温作動型のリチウムイオン二次電池の電解液としては、非水系電解液を使用することが実用の見地より望ましい。例えば、環状炭酸エステル等の高誘電性溶媒と、低級鎖状炭酸エステル等の低粘性溶媒と、の組み合わせが、一般的な溶媒として例示される。しかしながら、通常の高誘電性溶媒は、融点が高いことの他、非水系電解液に用いる電解質塩の種類によっては、非水系電解液の負荷特性（出力特性）及び低温特性を劣化させる要因にもなり得る。
【０００４】
炭酸エステルを主体とする電解液は、負極における還元反応で分解することが以前から問題となっており、分解抑制の手段として、添加剤の検討が多く成されている。その中で、カルボン酸系添加剤は、例えば特許文献１〜５のように、様々な電解液組成において、電解液の還元分解を抑制し、サイクル特性の向上が見られている。
【０００５】
一方、本発明者等は、粘度と比誘電率のバランスに優れたアセトニトリル主体の電解液に着目し、検討を続けてきた。アセトニトリルは、リチウムイオン二次電池の電解液に用いる溶媒として高いポテンシャルを有する。しかしながら、アセトニトリルもやはり負極で電気化学的に還元分解するという致命的な欠点があるため、実用性能を発揮することができていなかった。この問題に対して、幾つかの改善策が提案されている。
【０００６】
これまでに提案されている改善策のうち主なものは、以下の３つに分類される。
（１）特定の電解質塩、添加剤等との組み合わせによって負極を保護し、アセトニトリルの還元分解を抑制する方法。
例えば、特許文献６及び７には、溶媒であるアセトニトリルを特定の電解質塩及び添加剤と組み合わせることによって、アセトニトリルの還元分解の影響を低減した電解液が報告されている。なお、リチウムイオン二次電池の黎明期には、特許文献８のように、アセトニトリルをプロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートで希釈しただけの溶媒を含む電解液も報告されている。しかしながら、特許文献８では、高温耐久性能について高温保存後の内部抵抗及び電池厚みのみの評価により判定しているため、高温環境下に置かれた場合に、実際に電池として作動するか否かという情報は開示されていない。単純にエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートで希釈するだけの措置によって、アセトニトリルをベースとする溶媒を含む電解液の還元分解を抑制することは、実際には至難の業である。溶媒の還元分解の抑制方法としては、特許文献６及び７のように、複数の電解質塩及び添加剤を組み合わせる方法が現実的である。
【０００７】
（２）アセトニトリルの還元電位よりも貴な電位でリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を用いることによって、アセトニトリルの還元分解を抑制する方法。
例えば、特許文献９には、負極に特定の金属化合物を用いることにより、アセトニトリルの還元分解を回避した電池を得ることができると報告されている。ただし、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を重視する用途においては、アセトニトリルの還元電位よりも卑な電位でリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を用いる方が電位差の観点から圧倒的に有利となる。そのため、そのような用途において、特許文献９の改善策を適用すると、使用可能な電圧の範囲が狭くなるため、不利である。
【０００８】
（３）高濃度の電解質塩をアセトニトリルに溶解させて安定な液体状態を維持する方法。
例えば、特許文献１０には、濃度が４．２ｍｏｌ／Ｌとなるようにリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２）をアセトニトリルに溶解させた電解液を用いると、黒鉛電極への可逆的なリチウム挿入脱離が可能であることが記載されている。また、特許文献１１には、濃度が４．５ｍｏｌ／Ｌとなるようにリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２）をアセトニトリルに溶解させた電解液を用いたセルに対して充放電測定を行った結果、黒鉛へのＬｉ＋挿入脱離反応が観察され、更に、ハイレートで放電可能であることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９-１９９１６８号公報
【特許文献２】特開２００１-３０７７６９号公報
【特許文献３】特開２０００-０１２０７９号公報
【特許文献４】特開平０８−３２１３１１号公報
【特許文献５】特開平０８-０９６８５０号公報
【特許文献６】国際公開第２０１２／０５７３１１号
【特許文献７】国際公開第２０１３／０６２０５６号
【特許文献８】特開平４−３５１８６０号公報
【特許文献９】特開２００９−２１１３４号公報
【特許文献１０】国際公開第２０１３／１４６７１４号
【特許文献１１】特開２０１４−２４１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、アセトニトリルを含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、カーボネート溶媒を含有する電解液を用いた既存のリチウムイオン二次電池と比較して高温耐久性能に劣っており、市販品レベルに達していないことから、未だ本格的な実用化には至っていない。
【００１１】
各種検証実験の結果から、アセトニトリル系リチウムイオン二次電池が高温耐久性能に劣る理由は、以下のように考察される。ＬｉＰＦ６はリチウムイオン二次電池の電解質塩として一般的に用いられているが、高温環境下においては、ＬｉＰＦ６がアセトニトリルのメチル基から水素を引き抜きながら分解し、その分解生成物が正極遷移金属の溶出を促進する。この溶出金属にアセトニトリルが配位した錯体カチオンは化学的に安定であり、該安定錯体カチオンの酸化還元反応が、自己放電の要因となっている可能性がある。解体解析の結果に裏付けされたこれらの現象は、本発明者らによって新たに判明した課題であり、前述の文献には一切記載されていない。
【００１２】
特許文献３の［０００３］には、次の記載がある。「リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質に用いた場合には（中略）、充放電サイクルの進行や放置期間の長期化に伴い、正極活物質中のマンガンがイオンとなって電解液中に溶出する。そして、溶出したマンガンイオンが負極の活物質表面で析出し、負極炭素へのリチウムイオンの吸蔵、放出を阻害し、その結果、放電容量が劣化することが明らかになっている。」そして、電解液中にフッ酸または有機酸のいずれかを添加することで、負極の劣化防止効果を得ている。実施例では、フッ酸を負極活物質に対して０．５〜５重量％という相当な量を添加していることから、該発明における酸添加の目的は、負極表面で析出したマンガン金属を酸によってイオン化することにより、負極におけるリチウムイオンの吸蔵放出を阻害する物質を除去するものであると考えられる。このような大量の酸を電池内部に存在させることは、集電体の腐食や、電解液の分解を引き起こす可能性が高い。また、電池が液漏れした場合、高濃度の酸が流出することで、周囲の装置の金属部分を腐食し、事故に繋がる可能性が否めないため、実用には適さない。また、アセトニトリル電解液系で発生する錯体カチオンが原因となる、電池の高温保存劣化についても言及されていない。
【００１３】
特許文献１においては、「リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表１，２，１３，１４，１５族原子から選ばれる三種以上の原子を含む、主として非晶質カルコゲン化合物及び／または非晶質酸化物からなる負極」を用い、「電解液中にカルボン酸」を含有する非水電解質二次電池が記載されている。カルボン酸の濃度は０．０００１から０．１モル／リットルが好ましい範囲として記載されている。しかし、この文献は、負極活物質として炭素系材料を使用すると、サイクル特性が向上しないことから、酸化物系負極を使用するという趣旨の発明であり、本発明の解決しようとしている課題とは相違する。
【００１４】
特許文献２、４、５にはカルボン酸を添加する記載があるが、いずれも負極劣化防止の効果を得るために、添加量が比較的大量（高濃度）となっている。電池内部にカルボン酸が過剰に存在した状態で充放電サイクルを繰り返すと、酸自体が分解してガスを発生し、電池膨れの原因となる可能性が高い。また、アセトニトリル電解液系で発生する錯体カチオンが原因となる、電池の高温保存劣化についても言及されていない。
【００１５】
本発明は、粘度と比誘電率とのバランスに優れたアセトニトリルと、ＬｉＰＦ６と、を含有する非水系電解液を用いた非水系二次電池において、高温保存時の自己放電を抑制することができる非水系二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明は、以下の構成からなるものである。
［１］集電体の片面又は両面に、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素を含有する正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、炭素系材料からなる負極活物質層を有する負極と、非水系電解液を具備する非水系二次電池であって、前記非水系電解液中にアセトニトリルと、ＬｉＰＦ６とを含み、前記非水系二次電池内部に、酢酸化合物を含有し、前記酢酸化合物の含有量は、酢酸イオンの重量が正極活物質層重量に対して０．０１〜０．５重量％であることを特徴とする非水系二次電池。
【００１７】
［２］前記非水系電解液中に、ＬｉＰＦ６と、ＬｉＰＦ６以外のリチウム塩と、を含有することを特徴とする［１］に記載の非水系二次電池。
【００１８】
［３］前記アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒中の３０体積％以上であることを特徴とする［１］または［２］に記載の非水系二次電池。
【００１９】
［４］前記正極、前記負極、及び、セパレータからなる積層体又は捲回体を、アルミニウムラミネートで封止してなることを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載の非水系二次電池。
【００２０】
［５］下記に定義する、前記非水系二次電池の６０℃下での保存評価において、保存評価終了時の電圧が３．８Ｖ以上であることを特徴とする［１］から［４］のいずれかに記載の非水系二次電池。
前記非水系二次電池を０．３Ｃで充電して電池電圧が４．２Ｖに到達した後、４．２Ｖの定電圧で合計２時間充電を行い、充電後の前記非水系二次電池を６０℃で５日間保存評価を行った。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、粘度と比誘電率とのバランスに優れたアセトニトリルと、フッ素含有無機リチウム塩とを有する非水系電解液と、電池内部に含有する酢酸とを含み、遷移金属とアセトニトリルとからなる錯体カチオンの生成を抑制し、優れた負荷特性を発揮するとともに、高温保存時の自己放電を抑制することができる非水系二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の非水系二次電池の一例を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の非水系二次電池のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。本明細書において「〜」を用いて記載される数値範囲は、その前後に記載される数値を含むものである。
【００２４】
＜１．非水系二次電池の全体構成＞
本実施形態の電解液は、例えば、非水系二次電池に用いることができる。本実施形態の非水系二次電池としては、例えば、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含有する正極と、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、並びに金属リチウムからなる群より選ばれる１種以上の負極材料を含有する負極と、を備えるリチウムイオン二次電池が挙げられる。
【００２５】
本実施形態の非水系二次電池としては、具体的には、図１及び２に図示される非水系二次電池であってもよい。ここで、図１は非水系二次電池を概略的に表す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２６】
非水系二次電池１００は、２枚のアルミニウムラミネートフィルムで構成した電池外装１１０の内側に形成された空間１２０内に、正極１５０と負極１６０とをセパレータ１７０を介して積層して構成した積層電極体と、非水系電解液（図示せず）とを収容している。電池外装１１０は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。正極１５０、セパレータ１７０、及び負極１６０を順に積層した積層体には、非水系電解液が含浸されている。なお、図２では、図面が煩雑になることを避けるために、電池外装１１０を構成している各層、並びに正極１５０及び負極１６０の夫々を構成する各層を区別して示していない。
【００２７】
電池外装１１０を構成しているアルミニウムラミネートフィルムは、アルミニウム箔の両面をポリオレフィン系の樹脂でコートしたものであることが好ましい。
【００２８】
正極１５０は、非水系二次電池１００内で正極リード体１３０と接続している。図示していないが、負極１６０も、非水系二次電池１００内で負極リード体１４０と接続している。そして、正極リード体１３０及び負極リード体１４０は、それぞれ、外部の機器等と接続可能なように、片端側が電池外装１１０の外側に引き出されており、それらのアイオノマー部分が、電池外装１１０の１辺と共に熱融着されている。
【００２９】
図１及び２に図示される非水系二次電池１００は、正極１５０及び負極１６０が、それぞれ１枚ずつの積層電極体を有しているが、容量設計により正極１５０及び負極１６０の積層枚数を適宜増やすことができる。正極１５０及び負極１６０をそれぞれ複数枚有する積層電極体の場合には、同一極のタブ同士を溶接等により接合したうえで１つのリード体に溶接等により接合して電池外部に取り出してもよい。上記同一極のタブとしては、集電体の露出部から構成される態様、集電体の露出部に金属片を溶接して構成される態様等が可能である。
【００３０】
正極１５０は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とを有して構成される。負極１６０は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とを有して構成される。正極１５０及び負極１６０は、セパレータ１７０を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置される。
【００３１】
以下、正極及び負極の総称として「電極」、正極活物質層及び負極活物質層の総称として「電極活物質層」、正極合剤及び負極合剤の総称として「電極合剤」とも略記する。
【００３２】
これらの各部材としては、本実施形態における各要件を満たしていれば、従来のリチウムイオン二次電池に備えられる材料を用いることができ、例えば後述の材料であってもよい。以下、非水系二次電池の各部材について詳細に説明する。
【００３３】
＜２．電解液＞
本実施形態における電解液は、非水系溶媒（以下、単に「溶媒」ともいう。）と、ＬｉＰＦ６とを、少なくとも含む。ＬｉＰＦ６は、イオン伝導度に優れるものの、熱安定性が十分でないうえ、溶媒中の微量水分によって加水分解してフッ化リチウム及びフッ化水素を発生し易い性質を有する。ＬｉＰＦ６が分解すると、該ＬｉＰＦ６を含有する電解液のイオン伝導度が低下するとともに、生成したフッ化リチウム及びフッ化水素が、電極、集電体等の材料を腐食し、或いは溶媒を分解する等の、電池に致命的な悪影響を及ぼす場合がある。
【００３４】
本実施形態における電解液は、水分を含まないことが好ましいが、本発明の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、電解液の全量に対して、好ましくは０〜１００ｐｐｍである。
【００３５】
＜２−１．非水系溶媒＞
本実施形態でいう「非水系溶媒」とは、電解液中からＬｉＰＦ６、及び更に添加する別途のリチウム塩がある場合はそれも除いた成分をいう。すなわち、電解液中に、後述するその他の添加剤を含んでいる場合には、溶媒と電極保護用添加剤とを併せて「非水系溶媒」という。非水系溶媒としては、アセトニトリルを非水系溶媒中に含んでいれば特に制限はなく、アセトニトリル以外の非水系溶媒を含んでもよいし含んでいなくてもよい。
【００３６】
アセトニトリルは、イオン伝導性が高く、電池内におけるリチウムイオンの拡散性を高めることができる。そのため、電解液がアセトニトリルを含有する場合には、特に、正極活物質層を厚くして正極活物質の充填量を高めた正極においても、高負荷での放電時にはリチウムイオンが到達し難い集電体近傍の領域にまで、リチウムイオンが良好に拡散できるようになる。よって、高負荷放電時にも十分な容量を引き出すことが可能となり、負荷特性に優れた非水系二次電池とすることができる。
【００３７】
非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを用いることにより、前記のとおり、非水系電解液のイオン伝導性が向上することから、非水系二次電池の急速充電特性を高めることもできる。非水系二次電池の定電流（ＣＣ)−定電圧（ＣＶ）充電では、ＣＶ充電期間における単位時間当たりの充電容量よりも、ＣＣ充電期間における単位時間当たりの容量の方が大きい。非水系電解液の非水系溶媒にアセトニトリルを使用した場合には、ＣＣ充電できる領域を大きく（ＣＣ充電の時間を長く）できる他、充電電流を高めることもできるため、非水系二次電池の充電開始から満充電状態にするまでの時間を大幅に短縮できる。
【００３８】
アセトニトリルの含有量は、非水系溶媒の全体量に対して１〜１００体積％であることが好ましく、より好ましくは３０体積％以上、更に好ましくは４０体積％以上、それより好ましくは７０体積％以上である。アセトニトリルの含有量が３０体積％以上である場合、イオン伝導度が増大して高出力特性を発現できる傾向にあり、更に、リチウム塩の溶解を促進することができる。非水系溶媒中のアセトニトリルの含有量が上述の範囲内にある場合、アセトニトリルの優れた性能を維持しながら、貯蔵特性及びその他の電池特性を、一層良好なものとすることができる傾向にある。
【００３９】
アセトニトリル以外の非水系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類；非プロトン性溶媒等が挙げられる。中でも、非プロトン性極性溶媒が好ましい。
【００４０】
アセトニトリル以外の非水系溶媒のうち、非プロトン性溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、１，２−ブチレンカーボネート、トランス−２，３−ブチレンカーボネート、シス−２，３−ブチレンカーボネート、１，２−ペンチレンカーボネート、トランス−２，３−ペンチレンカーボネート、シス−２，３−ペンチレンカーボネート、及びビニレンカーボネートに代表される環状カーボネート；フルオロエチレンカーボネート、１，２−ジフルオロエチレンカーボネート、及びトリフルオロメチルエチレンカーボネートに代表される環状フッ素化カーボネート；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンに代表されるラクトン；スルホラン、ジメチルスルホキシド、及びエチレングリコールサルファイトに代表される硫黄化合物；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、及び１，３−ジオキサンに代表される環状エーテル；エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、及びメチルトリフルオロエチルカーボネートに代表される鎖状カーボネート；トリフルオロジメチルカーボネート、トリフルオロジエチルカーボネート、及びトリフルオロエチルメチルカーボネートに代表される鎖状フッ素化カーボネート；プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、及びアクリロニトリルに代表されるモノニトリル；メトキシアセトニトリル及び３−メトキシプロピオニトリルに代表されるアルコキシ基置換ニトリル；マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、１，４−ジシアノヘプタン、１，５−ジシアノペンタン、１，６−ジシアノヘキサン、１，７−ジシアノヘプタン、２，６−ジシアノヘプタン、１，８−ジシアノオクタン、２，７−ジシアノオクタン、１，９−ジシアノノナン、２，８−ジシアノノナン、１，１０−ジシアノデカン、１，６−ジシアノデカン、及び２，４−ジメチルグルタロニトリルに代表されるジニトリル；ベンゾニトリルに代表される環状ニトリル；プロピオン酸メチルに代表される鎖状エステル；ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、１，３−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、及びテトラグライムに代表される鎖状エーテル；Ｒｆ４−ＯＲ５（Ｒｆ４はフッ素を含有するアルキル基、Ｒ５はフッ素を含有してもよい有機基）に代表されるフッ素化エーテル；アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトンに代表されるケトン類等の他、これらのフッ素化物に代表されるハロゲン化物が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００４１】
これらアセトニトリル以外の非水系溶媒の中でも、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうちの１種以上を、アセトニトリルと共に使用することがより好ましい。ここで、環状カーボネート及び鎖状カーボネートとして前記に例示したもののうちの１種のみを選択して使用していてもよく、２種以上（例えば、前記例示の環状カーボネートのうちの２種以上、前記例示の鎖状カーボネートのうちの２種以上、又は前記例示の環状カーボネートのうちの１種以上及び前記例示の鎖状カーボネートのうちの１種以上からなる２種以上）を使用してもよい。これらの中でも、環状カーボネートとしてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、又はフルオロエチレンカーボネートがより好ましく、鎖状カーボネートとしてはエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、又はジエチルカーボネートがより好ましい。そして、環状カーボネートを使用することが更に好ましい。
【００４２】
アセトニトリルは電気化学的に還元分解され易い。そのため、これを、別の溶媒と混合すること、及び、電極への保護皮膜形成のための電極保護用添加剤を添加すること、のうちの少なくとも１つを行うことが好ましい。
【００４３】
非水系二次電池の充放電に寄与するリチウム塩の電離度を高めるために、非水系溶媒は、環状の非プロトン性極性溶媒を１種以上含むことが好ましく、環状カーボネートを１種以上含むことがより好ましい。
【００４４】
＜２−２．リチウム塩＞
本実施形態における電解質塩としてのリチウム塩には、ＬｉＰＦ６が用いられる。更に、これ以外のフッ素含有無機リチウム塩を含んでいてもよい。「フッ素含有無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、フッ素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。本実施形態におけるフッ素含有無機リチウム塩は、正極集電体である金属箔の表面に不働態皮膜を形成し、正極集電体の腐食を抑制する。フッ素含有無機リチウム塩は、溶解性、伝導度、及び電離度という観点から電解質塩として優れている。ＬｉＰＦ６以外に用いられるフッ素含有無機リチウム塩の具体例としては、例えば、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ２ＳｉＦ６、ＬｉＳｂＦ６、Ｌｉ２Ｂ１２ＦｂＨ１２−ｂ〔ｂは０〜３の整数、好ましくは１〜３の整数〕、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２等が挙げられる。この内、ホウ素原子を有するフッ素含有無機リチウム塩を用いると、電池劣化を招くおそれのある過剰な遊離酸成分を捕捉し易くなることから好ましく、このような観点からはＬｉＢＦ４が特に好ましい。
【００４５】
本実施形態の電解液におけるフッ素含有無機リチウム塩の合計含有量については、特に制限はない。しかしながらこの値は、非水系溶媒１Ｌに対して０．２ｍｏｌ以上であることが好ましく、０．５ｍｏｌ以上であることがより好ましく、０．８ｍｏｌ以上であることが更に好ましい。この値は、非水系溶媒１Ｌに対して１５ｍｏｌ以下であることが好ましく、４ｍｏｌ以下であることがより好ましく、２．８ｍｏｌ以下であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の合計含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し高出力特性を発現できる傾向にあり、アセトニトリルの優れた性能を維持しながら、貯蔵特性及びその他の電池特性を一層良好なものとすることができる傾向にある。
【００４６】
本実施形態におけるＬｉＰＦ６と併用するリチウム塩として、フッ素含有無機リチウム塩以外に、非水系二次電池用に用いられている無機リチウム塩、及び／又は有機リチウム塩を補助的に添加してもよい。「無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。「有機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含み、アセトニトリルに可溶なリチウム塩をいう。
【００４７】
具体例としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、クロロボランＬｉ等のフッ素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩；ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、低級脂肪族カルボン酸Ｌｉ、四フェニルホウ酸Ｌｉ等の有機リチウム塩；ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のＬｉＮ（ＳＯ２ＣｍＦ２ｍ＋１）２〔ｍは１〜８の整数〕で表される有機リチウム塩；ＬｉＰＦ５（ＣＦ３）等のＬｉＰＦｎ（ＣｐＦ２ｐ＋１）６−ｎ〔ｎは１〜５の整数、ｐは１〜８の整数〕で表される有機リチウム塩；ＬｉＢＦ３（ＣＦ３）等のＬｉＢＦｑ（ＣｓＦ２ｓ＋１）４−ｑ〔ｑは１〜３の整数、ｓは１〜８の整数〕で表される有機リチウム塩；ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２で表されるリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）；ハロゲン化ＬｉＢＯＢ；ＬｉＢＦ２（Ｃ２Ｏ４）で表されるリチウムオキサラトジフルオロボレート（ＬｉＯＤＦＢ）；ＬｉＢ（Ｃ３Ｏ４Ｈ２）２で表されるリチウムビス（マロネート）ボレート（ＬｉＢＭＢ）；ＬｉＰＦ４（Ｃ２Ｏ４）で表されるリチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート、ＬｉＰＦ２（Ｃ２Ｏ４）２で表されるリチウムジフルオロビス（オキサラト）フォスフェート等の有機リチウム塩、多価アニオンと結合されたリチウム塩；下記一般式（１ａ）、（１ｂ）、及び（１ｃ）：
ＬｉＣ（ＳＯ２Ｒ６）（ＳＯ２Ｒ７）（ＳＯ２Ｒ８）  （１ａ）
ＬｉＮ（ＳＯ２ＯＲ９）（ＳＯ２ＯＲ１０）          （１ｂ）
ＬｉＮ（ＳＯ２Ｒ１１）（ＳＯ２ＯＲ１２）          （１ｃ）
｛式中、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１２は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数１〜８のパーフルオロアルキル基を示す。｝のそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することができる。
【００４８】
非水系二次電池の負荷特性改善及び、充放電サイクル特性改善のためには、シュウ酸基を有する有機リチウム塩を補助的に添加することが好ましく、ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２、ＬｉＢＦ２（Ｃ２Ｏ４）、ＬｉＰＦ４（Ｃ２Ｏ４）、及びＬｉＰＦ２（Ｃ２Ｏ４）２から成る群より選択される１種以上を添加することが特に好ましい。このシュウ酸基を有する有機リチウム塩は、非水系電解液に添加する他、負極（負極活物質層）に含有させてもよい。
【００４９】
前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、非水系電解液の非水系溶媒１Ｌ当たりの量として、０．００５モル以上であることが好ましく、０．０２モル以上であることがより好ましく、０．０５モル以上であることが更に好ましい。ただし、前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液中の量が多すぎると析出するおそれがある。よって、前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、非水系電解液の非水系溶媒１Ｌ当たりの量で、１．０モル未満であることが好ましく、０．５モル未満であることがより好ましく、０．２モル未満であることが更に好ましい。
【００５０】
＜２−３．電極保護用添加剤＞
本実施形態における電解液には、アセトニトリル以外に電極を保護する添加剤が含まれていてもよい。電極保護用添加剤としては、本発明による課題解決を阻害しないものであれば特に制限はない。リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質（すなわち上述の非水系溶媒）と実質的に重複してもよい。電極保護用添加剤は、本実施形態における電解液及び非水系二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましいが、電気化学的な反応には直接関与しない物質をも包含する。
【００５１】
電極保護用添加剤の具体例としては、例えば、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、シス−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、トランス−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４，５−トリフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４，５，５−テトラフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、及び４，４，５−トリフルオロ−５−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オンに代表されるフルオロエチレンカーボネート；ビニレンカーボネート、４，５−ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、及びε−カプロラクトンに代表されるラクトン；１，４−ジオキサンに代表される環状エーテル；エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、３−メチルスルホラン、１，３−プロパンスルトン、１，４−ブタンスルトン、及びテトラメチレンスルホキシドに代表される環状硫黄化合物が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００５２】
非水系溶媒の一成分であるアセトニトリルは電気化学的に還元分解され易いため、該アセトニトリルを含む非水系溶媒は、負極への保護皮膜形成のための添加剤として環状の非プロトン性極性溶媒を１種以上含むことが好ましく、不飽和結合含有環状カーボネートを１種以上含むことがより好ましい。
【００５３】
本実施形態における電解液中の電極保護用添加剤の含有量については、特に制限はない。しかし、非水系溶媒の全量に対する電極保護用添加剤の含有量として、０．１〜３０体積％であることが好ましく、２〜２０体積％であることがより好ましく、５〜１５体積％であることが更に好ましい。
【００５４】
本実施形態においては、電極保護用添加剤の含有量が多いほど電解液の劣化が抑えられる。しかし、電極保護用添加剤の含有量が少ないほど非水系二次電池の低温環境下における高出力特性が向上することになる。従って、電極保護用添加剤の含有量を上述の範囲内に調整することによって、非水系二次電池としての基本的な機能を損なうことなく、電解液の高イオン伝導度に基づく優れた性能を最大限に発揮することができる傾向にある。このような組成で電解液を調製することにより、非水系二次電池のサイクル性能、低温環境下における高出力性能及びその他の電池特性の全てを一層良好なものとすることができる傾向にある。
【００５５】
＜２−４．その他の任意的添加剤＞
本実施形態においては、非水系二次電池の充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性、安全性の向上（例えば過充電防止等）等の目的で、非水系電解液に、例えば、無水酸、スルホン酸エステル、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン、リン酸エステル〔エチルジエチルホスホノアセテート（ＥＤＰＡ）：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２（Ｐ＝Ｏ）−ＣＨ２（Ｃ＝Ｏ）ＯＣ２Ｈ５、リン酸トリス（トリフルオロエチル）（ＴＦＥＰ）：（ＣＦ３ＣＨ２Ｏ）３Ｐ＝Ｏ、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）：（Ｃ６Ｈ５Ｏ）３Ｐ＝Ｏ等〕等、及びこれらの各化合物の誘導体等から選択される任意的添加剤を、適宜含有させることもできる。特に前記のリン酸エステルは、貯蔵時の副反応を抑制する作用があり、効果的である。
【００５６】
＜３．正極＞
正極１５０は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とを有して構成される。正極１５０は、非水系二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。正極活物質層は、正極活物質を含有し、場合により導電助剤及びバインダーを更に含有する。
【００５７】
正極活物質層は、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有することが好ましい。正極活物質層は、正極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。このような材料を用いる場合、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。
【００５８】
正極活物質としては、例えば、下記の一般式（２ａ）及び（２ｂ）：
ＬｉｘＭＯ２        （２ａ）
ＬｉｙＭ２Ｏ４      （２ｂ）
｛式中、Ｍは少なくとも１種の遷移金属元素を含む１種以上の金属元素を示し、ｘは０〜１．１の数、ｙは０〜２の数を示す。｝のそれぞれで表されるリチウム含有化合物、及びその他のリチウム含有化合物が挙げられる。
【００５９】
一般式（２ａ）及び（２ｂ）のそれぞれで表されるリチウム含有化合物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２に代表されるリチウムコバルト酸化物；ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、及びＬｉ２Ｍｎ２Ｏ４に代表されるリチウムマンガン酸化物；ＬｉＮｉＯ２に代表されるリチウムニッケル酸化物；ＬｉｚＭＯ２（ＭはＮｉ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素を含み、且つ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｌ、及びＭｇからなる群より選ばれる２種以上の金属元素を示し、ｚは０．９超１．２未満の数を示す）で表されるリチウム含有複合金属酸化物等が挙げられる。
【００６０】
一般式（２ａ）及び（２ｂ）のそれぞれで表されるリチウム含有化合物以外のリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであれば特に限定されない。このような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含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸金属化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物（例えばＬｉｔＭｕＳｉＯ４、Ｍは一般式（２ａ）と同義であり、ｔは０〜１の数、ｕは０〜２の数を示す。）が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、リチウムと、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、及びチタン（Ｔｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素と、を含む複合酸化物、及びリン酸金属化合物が好ましい。
【００６１】
リチウム含有化合物としてより具体的には、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物又はリチウムと遷移金属元素とを含む金属カルコゲン化物、及びリチウムを有するリン酸金属化合物がより好ましく、例えば、それぞれ以下の一般式（３ａ）及び（３ｂ）：
ＬｉｖＭＩＤ２          （３ａ）
ＬｉｗＭＩＩＰＯ４      （３ｂ）
｛式中、Ｄは酸素又はカルコゲン元素を示し、ＭＩ及びＭＩＩはそれぞれ１種以上の遷移金属元素を示し、ｖ及びｗの値は、電池の充放電状態によっており、ｖは０．０５〜１．１０、ｗは０．０５〜１．１０の数を示す。｝のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
【００６２】
上述の一般式（３ａ）で表されるリチウム含有化合物は、層状構造を有し、上述の一般式（３ｂ）で表される化合物はオリビン構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Ａｌ、Ｍｇ、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質粒子表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したもの等であってもよい。
【００６３】
本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物のみを用いてもよいし、該リチウム含有化合物とともにその他の正極活物質を併用してもよい。
【００６４】
その他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物；イオウ；導電性高分子等が挙げられる。トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物、又は金属カルコゲン化物としては、例えば、ＭｎＯ２、ＦｅＯ２、ＦｅＳ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、及びＮｂＳｅ２に代表されるリチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子が挙げられる。
【００６５】
上述のその他の正極活物質は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられ、特に制限はない。しかしながら、リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、前記正極活物質層がＮｉ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素を含有することが好ましい。
【００６６】
正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、８０質量％以上が好ましく、８５質量％以上がより好ましい。
【００６７】
導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、正極活物質１００質量部に対して、１０質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは１〜５質量部である。
【００６８】
バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質１００質量部に対して、６質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜４質量部である。
【００６９】
正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥（溶媒除去）し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、Ｎ―メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。正極合剤含有スラリー中の固形分濃度は、好ましくは３０〜８０質量％であり、より好ましくは４０〜７０質量％である。
【００７０】
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは、５〜４０μｍであることが好ましく、７〜３５μｍであることがより好ましく、９〜３０μｍであることが更に好ましい。
【００７１】
上記の如く調製した正極合剤含有スラリーを正極集電体に塗布し、乾燥して正極活物質層を形成する。乾燥後に得られた正極活物質層をロールプレス等により圧縮する。圧縮後の正極活物質層の厚さは１０〜３００μｍであることが好ましく、２０〜２８０μｍであることがより好ましく、３０〜２５０μｍであることが更に好ましい。
【００７２】
＜４．負極＞
負極１６０は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とを有して構成される。負極１６０は、非水系二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。
【００７３】
負極活物質層は、電池電圧を高められるという観点から、負極活物質としてリチウムイオンを０．４Ｖ  ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋よりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。負極活物質層は、負極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。
【００７４】
負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン（ハードカーボン）、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素系材料が挙げられる。負極活物質は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００７５】
導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、負極活物質１００質量部に対して、２０質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０質量部である。
【００７６】
バインダーとしては、例えば、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質１００質量部に対して、１０質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜６質量部である。
【００７７】
負極活物質層は、負極活物質と必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥（溶媒除去）し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、Ｎ―メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。負極合剤含有スラリー中の固形分濃度は、好ましくは３０〜８０質量％であり、より好ましくは４０〜７０質量％である。
【００７８】
負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。また、負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。負極集電体の厚みは、５〜４０μｍであることが好ましく、６〜３５μｍであることがより好ましく、７〜３０μｍであることが更に好ましい。
【００７９】
上記の如く調製した負極合剤含有スラリーを負極集電体に塗布し、乾燥して負極活物質層を形成する。乾燥後に得られた負極活物質層をロールプレス等により圧縮することで負極活物質層が形成される。圧縮後の負極合剤厚さは１０〜３００μｍであることが好ましく、２０〜２８０μｍであることがより好ましく、３０〜２５０μｍであることが更に好ましい。
【００８０】
＜５．セパレータ＞
本実施形態における非水系二次電池１００は、正極１５０及び負極１６０の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極１５０と負極１６０との間にセパレータ１７０を備えることが好ましい。セパレータ１７０としては、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータ１７０としては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
【００８１】
合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、或いは、これらのポリオレフィンの双方を含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、ガラス製、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の耐熱樹脂製の多孔膜が挙げられる。
【００８２】
セパレータ１７０は、１種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、２種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータ１７０は、２種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。
【００８３】
＜６．電池外装＞
本実施形態における非水系二次電池１００の電池外装１１０の構成は特に限定されないが、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール又はアルミニウムからなる金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂／金属フィルム／樹脂の３層構成からなるラミネートフィルムを用いることができる。
【００８４】
ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で２枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体に正極リード体１３０（又は正極端子及び正極端子と接続するリードタブ）を接続し、負極集電体に負極リード体１４０（又は負極端子及び負極端子と接続するリードタブ）を接続してもよい。この場合、正極リード体１３０及び負極リード体１４０（又は正極端子及び負極端子のそれぞれに接続されたリードタブ）の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。
【００８５】
アセトニトリル系電解液を使用した場合、ヒートシール時にラミネートセルの膨れが生じやすいため、アルミニウムラミネートの封止部のうち、電解液を注液する封止部の積層体又は捲回体からの距離を１５〜４０ｍｍとすることが好ましい。上記の距離にすることにより、セルの膨れを防止することができる。
【００８６】
＜７．電池内部に存在する酢酸＞
本実施形態の非水系二次電池は、電池内部に、酢酸化合物を含有することを特徴とする。酢酸化合物とは、酢酸及び酢酸塩の総称であり、酢酸、或いは、酢酸塩、又は、酢酸及び酢酸塩から構成される。酢酸塩の対カチオンの例としては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、金属イオン、遷移金属イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。酢酸化合物の含有量は、酢酸イオン重量が、正極活物質層重量に対して０．０１〜０．５重量％である。より好ましくは０．０１〜０．３重量％、更に好ましくは０．０１〜０．２５重量％、更により好ましくは０．０３〜０．１重量％である。正極活物質層重量とは、正極集電体上に形成された、正極活物質と、導電助剤と、バインダーと、その他の添加剤の混合物の合計重量を意味する。
【００８７】
前述の割合で酢酸化合物を含有することにより、正極活物質および電池外装体からの金属溶出を防止する。電池がラミネートセルであると、金属と電解液が直接接触しないため、金属溶出量は減少し、かつ外装体金属での酢酸化合物の消費がなくなるため、酢酸化合物が効果的に正極活物質の溶出を防止することができる。
【００８８】
また、アセトニトリル系電解液においては、酢酸化合物がアセトニトリルと接触することによって、遷移金属とアセトニトリルとからなる錯体カチオンの生成を抑制し、優れた負荷特性を発揮するとともに、高温貯蔵時の自己放電を抑制することができる。この理由は、電解液中に微量ながら存在するＰＦ５イオンが、アセトニトリルのα位のプロトンに対してルイス酸触媒的に機能し、プロトン引き抜き反応を促進するのを、微量の酢酸塩が緩衝剤的に抑制するためであると考えられる。なお、酢酸イオン重量が、正極活物質層重量に対して０．０１〜０．５重量％から外れると、高温下における保存特性が低下することが後述する実験にも示されている。
【００８９】
本実施形態の非水系二次電池に用いられる酢酸化合物の、非水系二次電池内部での存在状態は、電解液に溶解しているならば電池内部のほぼ全域に存在するが、活物質の表面、活物質層表面または内部、電極の表面のいずれか一か所以上に局所的に存在する状態も含まれる。アセトニトリルと遷移金属との錯体カチオン形成反応は電極あるいは正極活物質近傍で生じる確率が高いため、酢酸化合物もその近傍に偏在することが好ましい。
【００９０】
非水系二次電池の製造時における酢酸化合物の添加方法としては、次のようなものがあげられる。
１）酢酸化合物を、電解液中に溶解させる。
２）酢酸化合物を、活物質層表面に塗布する。酢酸化合物が液体ならば原液または希釈液とし、酢酸化合物が固体ならば、化合物溶液として塗布する。別途ポリマー及び溶剤と混合して被膜形成用塗布液を作成し、塗布・乾燥してもよい。
３）活物質層を形成する際に、酢酸化合物を、活物質層中に含有させる。含有の際には、合剤に原液、希釈液、化合物溶液または被膜形成用塗布液を混合するのが好ましい。
４）形成された電極活物質層に酢酸化合物を、含浸させる。含浸させる液は、原液希釈液、化合物溶液、被膜形成用塗布液のいずれでもよい。
【００９１】
非水系二次電池内部における酢酸化合物含有量は、酢酸イオンの含有量によって定義される。酢酸イオンの含有量は、活物質が積層された電極を水洗して酢酸イオンを抽出し、イオンクロマトグラフィーによって定量する。正極活物質層の重量は、電極から正極活物質層を剥離し、酢酸イオンを抽出したのちの乾燥重量を測定し、酢酸イオンとの重量割合を求める。
【００９２】
＜８．電池の製造方法＞
本実施形態における非水系二次電池１００は、上述の非水系電解液、集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する正極１５０、集電体の片面又は両面に負極活物質層を有する負極１６０、及び電池外装１１０、並びに必要に応じてセパレータ１７０を用いて、公知の方法により作製される。
【００９３】
先ず、正極１５０及び正極１６０、並びに必要に応じてセパレータ１７０からなる積層体を形成する。例えば、長尺の正極１５０と負極１６０とを、正極１５０と負極１６０との間に該長尺のセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体を形成する態様；正極１５０及び負極１６０を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得た正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して交互に積層した積層構造の積層体を形成する態様；長尺のセパレータをつづら折りにして、該つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する態様；等が可能である。
【００９４】
次いで、電池外装１１０（電池ケース）内に上述の積層体を収容して、本実施形態に係る電解液を電池ケース内部に注液し、積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態における非水系二次電池を作製することができる。
【００９５】
或いは、電解液を高分子材料からなる基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極１５０、負極１６０、及び電解質膜、並びに必要に応じてセパレータ１７０を用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装１１０内に収容して非水系二次電池１００を作製することもできる。
【００９６】
本実施形態における非水系二次電池１００の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等が好適に採用される。
【００９７】
なお、電極の配置が、負極活物質層の外周端と正極活物質層の外周端とが重なる部分が存在するように、又は負極活物質層の非対向部分に幅が小さすぎる箇所が存在するように設計されている場合、電池組み立て時に電極の位置ずれが生じることにより、非水系二次電池における充放電サイクル特性が低下するおそれがある。よって、該非水系二次電池に使用する電極体は、電極の位置を予めポリイミドテープ、ポリフェニレンスルフィドテープ、ＰＰテープ等のテープ類、接着剤等により、固定しておくことが好ましい。
【００９８】
本実施形態における非水系二次電池１００は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化する。初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は０．００１〜０．３Ｃで行われることが好ましく、０．００２〜０．２５Ｃで行われることがより好ましく、０．００３〜０．２Ｃで行われることが更に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい結果を与える。定格容量を１時間で放電する定電流が１Ｃである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、ＳＥＩが電極表面に形成され、正極１５０を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果があることの他、反応生成物が負極１６０のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で、正極１５０、セパレータ１７０等の、負極１６０以外の部材にも良好な効果を与える。このため、非水系電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。
【００９９】
本実施形態における非水系二次電池１００は、複数個の非水系二次電池１００を直列又は並列に接続した電池パックとして使用することもできる。電池パックの充放電状態を管理する観点から、１個あたりの使用電圧範囲は２〜５Ｖであることが好ましく、２．５〜５Ｖであることがより好ましく、２．７５Ｖ〜５Ｖであることが特に好ましい。
【０１００】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【実施例】
【０１０１】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。各種評価は以下のようにして実施した。
【０１０２】
（１）正極の作製
正極活物質（化合物は表１に記載）と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、１００：３．５：３の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ１５μｍのアルミニウム箔に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約９５．０ｇ／ｍ２になるように調節しながらアルミニウム箔の片面に塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が１．９０ｇ／ｃｍ３になるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
【０１０３】
次に、この正極を、正極活物質層の面積が３０ｍｍ×５０ｍｍで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断し、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、１２０℃で１２ｈ真空乾燥を行うことによりリード付き正極を得た。
【０１０４】
（２）負極の作製
負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースとスチレンブタジエンラテックスとを、１００：１．１：１．５の質量比で混合し、更に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが１０μｍの銅箔の片面に一定厚みで銅箔の片面に塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が１．２０ｇ／ｃｍ３になるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
【０１０５】
次に、この負極を、負極活物質層の面積が３２ｍｍ×５２ｍｍで、且つ銅箔の露出部を含むように切断し、更に、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、８０℃で１２ｈ真空乾燥を行うことによりリード付き負極を得た。
【０１０６】
（３）単層ラミネート電池の組み立て
裁断後の前記リード付き正極と前記リード付き負極とを、ポリエチレン製微多孔膜セパレータ（厚み２１μｍ）を介して重ね合わせて積層電極体（積層体）とし、この積層電極体を、９０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために８０℃で５ｈ真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止して、図１に示す外観で、図２に示す断面構造の単層ラミネート型非水系二次電池（以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう）を作製した。この単層ラミネート電池は、定格電流値が２３ｍＡｈ、定格電圧値が４．２Ｖのものである。
【０１０７】
（４）単層ラミネート電池の評価
上述のようにして得られた単層ラミネート電池について、先ず、以下の（４−１）の手順に従って初回充放電処理を行った。次に、以下の（４−２）の手順に従って出力特性を測定した。充放電は、アスカ電子（株）製の充放電装置ＡＣＤ−０１（商品名）及び二葉科学社製の恒温槽ＰＬＭ−７３Ｓ（商品名）を用いて行った。
【０１０８】
ここで、１Ｃとは満充電状態の電池を、定電流で放電して１時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、４．２Ｖの満充電状態から定電流で３．０Ｖまで放電して１時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
【０１０９】
（４−１）単層ラミネート電池の初回充放電処理
単層ラミネート電池の周囲温度を２５℃に設定し、０．０５Ｃに相当する１．１２５ｍＡの定電流で充電して電池電圧が４．２Ｖに到達するまで充電を行った後、４．２Ｖの定電流で合計３時間充電を行った。その後０．３Ｃに相当する７．５ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電した。
【０１１０】
（４−２）６０℃、４．２Ｖ保存試験
下記に記す実施例及び比較例で得られた各単層ラミネート電池について、２５℃において、０．３Ｃの電流値で４．２Ｖになるまで定電流充電を行った後、２時間４．２Ｖで定電圧充電を行った。次に、この充電後の各ラミネート電池を６０℃の恒温槽内で５日間貯蔵した。その後、各ラミネート電池を恒温槽から取り出して室温に戻した後に、各ラミネートセルの５日保存後の電圧を測定し、各ラミネート電池の自己放電を評価した。
【０１１１】
［実施例および比較例］
正極を作成する際、正極活物質層表面に、表１に記載の酢酸化合物を塗布し、表１に記載の酢酸イオン含有割合となるように調製した。具体的には、酢酸化合物液を正極活物質層表面に塗布し、塗布前後の重量を測定して、正極合剤層重量に対する酢酸イオン含有割合を算出した。また、アセトニトリル／ジエチルカーボネート／ビニレンカーボネート／エチレンスルフィド＝４７／３８／１１／４（体積比）の非水系溶媒に、ＬｉＰＦ６が１．３ｍｏｌ／Ｌ、ＬｉＢＯＢが０．０５ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解した電解液を調製し、実施例および比較例の電池に組み込んだ。
【０１１２】
表１に、実施例１〜３及び比較例１で使用した正極活物質化合物、及び（４−２）評価後の電圧を記載する。
【０１１３】
【表１】
2018060690.tif 000002
【０１１４】
以上の結果から、本実施形態の酢酸化合物を系内に含む非水系二次電池は、高温下における保存特性が改善されたものであると判明した。
【０１１５】
具体的には、実施例１〜３によれば、６０℃、４．２Ｖ保存試験におけるセル電圧を、３．８Ｖ以上に保つことができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の非水系二次電池は、例えば、携帯電話機、携帯オーディオ機器、パーソナルコンピュータ、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグ等の携帯機器；ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用充電池；住宅用蓄電システム等への適用が可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００  非水系二次電池
１１０  電池外装
１２０  （電池外装１１０の）空間
１３０  正極リード体
１４０  負極リード体
１５０  正極
１６０  負極
１７０  セパレータ
【図１】
2018060690.tif 000003
【図２】
2018060690.tif 000004