(57)【要約】【課題】蓄電デバイスの充電時に発生するガスの量を抑制できる負極活物質のプレドープ方法、負極の製造方法、及び蓄電デバイスの製造方法を提供すること。【解決手段】リチウムイオンを含む電解液を用いて負極活物質にリチウムイオンをドープする負極活物質のプレドープ方法である。前記電解液は、前記電解液中に含まれる溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有する少なくとも一種の添加剤を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンを含む電解液を用いて負極活物質にリチウムイオンをドープする負極活物質のプレドープ方法であって、
前記電解液は、前記電解液中に含まれる溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有する少なくとも一種の添加剤を含む負極活物質のプレドープ方法。
【請求項２】
請求項１に記載の負極活物質のプレドープ方法であって、
前記添加剤は、ビニレンカーボネート、エチレンサルファイト、及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される１以上である負極活物質のプレドープ方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の負極活物質のプレドープ方法であって、
前記電解液１００質量部に対して、０．５質量部以上５０質量部以下の前記添加剤を含む負極活物質のプレドープ方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の負極活物質のプレドープ方法であって、
前記電解液中に前記負極活物質及び金属リチウムが分散したスラリーを混練する負極活物質のプレドープ方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の負極活物質のプレドープ方法であって、
前記負極活物質と金属リチウムとを、セパレータを介して対向させた状態で、前記負極活物質と前記金属リチウムとを外部短絡させる負極活物質のプレドープ方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の負極活物質のプレドープ方法により、リチウムイオンがドープされた負極活物質を製造し、
前記リチウムイオンがドープされた負極活物質を用いて負極を製造する負極の製造方法。
【請求項７】
正極及び負極を備えた蓄電デバイスの製造方法であって、
請求項６に記載の負極の製造方法により前記負極を製造する蓄電デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、
前記蓄電デバイスがリチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタである蓄電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は負極活物質のプレドープ方法、負極の製造方法、及び蓄電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、一般的に、正極と負極とが電解質層を介して接続され、電池ケースに収納された構成を有する。正極は、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した構成を有する。負極は、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した構成を有する。負極活物質として、予めリチウムイオンをドープした負極活物質が用いられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０４３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
予めリチウムイオンをドープした負極活物質を用いてリチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスを作製すると、蓄電デバイスの充電時に大量のガスが発生することが、発明者の検討の結果判明した。
【０００５】
蓄電デバイスの充電時に大量のガスが発生すると、正極と負極との距離を均一に保つことができず、距離にばらつきが生じることがある。その結果、蓄電デバイスの面内方向において電池反応の進行度合いにムラが生じ、ひいては局所的な劣化が進行するおそれがある。
【０００６】
本開示の一局面は、蓄電デバイスの充電時に発生するガスの量を抑制できる負極活物質のプレドープ方法、負極の製造方法、及び蓄電デバイスの製造方法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】
【０００７】
本開示の一局面は、リチウムイオンを含む電解液を用いて負極活物質にリチウムイオンをドープする負極活物質のプレドープ方法であって、前記電解液は、前記電解液中に含まれる溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有する少なくとも一種の添加剤を含む負極活物質のプレドープ方法である。
【０００８】
本開示の一局面である負極活物質のプレドープ方法を施した負極活物質を用いて蓄電デバイスを作製すれば、蓄電デバイスの充電時に発生するガスの量を抑制できる。
本開示の別の局面は、本開示の一局面である負極活物質のプレドープ方法により、リチウムイオンがドープされた負極活物質を製造し、前記リチウムイオンがドープされた負極活物質を用いて負極を製造する負極の製造方法である。
【０００９】
本開示の別の局面である負極の製造方法により製造した負極を用いて蓄電デバイスを製造すれば、蓄電デバイスの充電時に発生するガスの量を抑制できる。
本開示の別の局面は、正極及び負極を備えた蓄電デバイスの製造方法であって、本開示の別の局面である負極の製造方法により前記負極を製造する蓄電デバイスの製造方法である。
【００１０】
本開示の別の局面である蓄電デバイスの製造方法により製造した蓄電デバイスは、充電時にガスが発生し難い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】リチウムイオン二次電池１の構成を表す側断面図である。
【図２】リチウムイオン二次電池１の外観を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の例示的な実施形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本明細書において、「電位」は、特に断らない限り、「リチウム金属に対する電位（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）」を意味する。
【００１３】
１．負極活物質のプレドープ方法
本開示の負極活物質のプレドープ方法は、リチウムイオンを含む電解液を用いて負極活物質にリチウムイオンをドープする負極活物質のプレドープ方法である。電解液は、少なくとも一種の添加剤を含む。少なくとも一種の添加剤は、電解液中に含まれる溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有する。
【００１４】
負極活物質は特に限定されない。負極活物質として、例えば、蓄電デバイス用の負極活物質として公知のものを適宜選択して用いることができる。負極活物質として、例えば、炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物、金属材料、リチウム合金系負極材料等が挙げられる。炭素材料として、例えば、人造黒鉛、被覆天然黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛（グラファイト）、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。リチウム−遷移金属複合酸化物として、例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等が挙げられる。
【００１５】
２種以上の負極活物質を併用してもよい。負極活物質として、炭素材料及びリチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。炭素材料及びリチウム−遷移金属複合酸化物は、容量、及び出力特性の点で優れる。
【００１６】
負極活物質の体積平均粒子径（Ｄ５０）は特に限定されない。負極活物質の体積平均粒子径は、好ましくは１〜１００μｍであり、より好ましくは５〜３０μｍである。なお、本明細書において「活物質粒子の体積平均粒子径」の値は、レーザー回折式測定法により求められる、体積基準の積算分率における５０％径の値を意味する。
【００１７】
本開示の負極活物質のプレドープ方法によりリチウムイオンをドープされる前の負極活物質（以下では処理前負極活物質とする）は、リチウムイオンが全くドープされていないものであってもよいし、リチウムイオンがドープされたものであってもよい。
【００１８】
処理前負極活物質が、リチウムイオンがドープされたものである場合、その処理前負極活物質の電位は、電位Ｅｇ（ｍａｘ）より大きいことが好ましい。電位Ｅｇ（ｍａｘ）は、処理前負極活物質へリチウムイオンを初めてドープさせた際のガス発生量が最大となる電位である。処理前負極活物質の電位が電位Ｅｇ（ｍａｘ）より大きい場合、本開示の負極活物質のプレドープ方法が奏する効果が一層顕著になる。
【００１９】
リチウムイオンを含む電解液を用いて負極活物質にリチウムイオンをドープする方法として、例えば、スラリー混練法、外部短絡法等が挙げられる。
スラリー混練法では、電解液中に負極活物質及び金属リチウムを分散させてスラリーを調製し、このスラリーを混練する。スラリー混練法では、例えば、金属リチウムの添加量に相当する量のリチウムイオンを負極活物質にドープする。スラリー混練法は、例えば、室温で行うことができる。
【００２０】
スラリーを混練する手段は特に限定されない。スラリーを混練する手段として、例えば、公知の混練機を用いることができる。公知の混練機として、例えば、ハイビスミックス（プライミクス株式会社製）等が挙げられる。
【００２１】
外部短絡法では、負極活物質を用いて負極活物質層を作成する。負極活物質層は、負極合剤層とも呼ばれる。負極活物質層、セパレータ、及びリチウム金属層をこの順に積層し、積層体を形成する。積層体において、負極活物質とリチウム金属層とは、セパレータを介して対向する。負極活物質層は作用極に対応する。リチウム金属層として、例えば、リチウム金属箔等が挙げられる。積層体を一対の集電体で挟持し、負極ハーフセルを得る。集電体として、例えば、銅箔等が挙げられる。一対の集電体のそれぞれに、電極リードを接続する。
【００２２】
負極ハーフセルを外装体の内部に封入する。外装体は、例えば、ラミネートシート等から成る。電極リードの末端は、外装体の外側に露出する。外装体の中に電解液を注液する。次に、外装体を真空封止する。公知の充放電装置を用いて、負極ハーフセルの作用極（すなわち負極活物質層）とリチウム金属層とを外部短絡し、負極活物質層に充電処理を施す。このとき、リチウムイオンを負極活物質にドープすることができる。
【００２３】
本開示の負極活物質のプレドープ方法によれば、スラリー混練法及び外部短絡法のいずれの方法であっても、負極活物質へのリチウムイオンのドープにより、負極活物質の電位が低下する。負極活物質の電位が低下するにつれて、負極活物質からガスが発生する。
【００２４】
本開示の負極活物質のプレドープ方法によれば、負極活物質へリチウムイオンをドープする工程（以下ではプレドープ工程とする）において負極活物質からガスを発生させることができる。そのため、負極活物質を含む蓄電デバイスの充電工程において発生するガスの量を低減できる。
【００２５】
添加剤は、電解液中に含まれる溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有するという条件を充足する限り、特に限定されない。公知の知見に基づき、添加剤を適宜選択することができる。なお、電解液中に含まれる溶媒が複数存在する場合には、添加剤としては、いずれの溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有する化合物であることが好ましい。
電解液中に含まれる溶媒の還元電位よりも高い還元電位を有する化合物として、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンサルファイト、フルオロエチレンカーボネートが挙げられる。
【００２６】
電解液は、電解液１００質量部に対して０．５質量部以上５０質量部以下の添加剤を含むことが好ましく、１質量部以上２５質量部以下の添加剤を含むことがより好ましく、３質量部以上２０質量以下の添加剤を含むことがさらに好ましい。これらの場合、ガス発生を抑制しつつ、充放電効率に優れる。
【００２７】
電解液は溶媒を含む。溶媒として、例えば、リチウムイオン伝導性を有する溶媒が挙げられる。溶媒として、有機溶媒が好ましく、特に非プロトン性の有機溶媒が好ましい。非プロトン性の有機溶媒として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等が挙げられる。非プロトン性の有機溶媒は、単一の成分から成るものであってもよいし、２種以上の成分の混合溶媒であってもよい。
【００２８】
電解液は、リチウム塩を含むことが好ましい。リチウム塩は、例えば、溶媒に溶解している。リチウム塩を構成するアニオン部として、例えば、ＰＦ６−、ＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３−、ＰＦ３（ＣＦ３）３−、等のフルオロ基を有するリンアニオン；ＢＦ４−、ＢＦ２（ＣＦ）２−、ＢＦ３（ＣＦ３）−、Ｂ（ＣＮ）４−等のフルオロ基又はシアノ基を有するホウ素アニオン；Ｎ（ＦＳＯ２）２−、Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−、Ｎ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２−等のフルオロ基を有するスルホニルイミドアニオン；ＣＦ３ＳＯ３−等のフルオロ基を有する有機スルホン酸アニオンが挙げられる。電解液は、単一のアルカリ金属塩を含んでいてもよいし、２種以上のアルカリ金属塩を含んでいてもよい。リチウム塩の含有量は、電解液１００質量部に対して、０．１質量部以上５０質量部以下であることが好ましく、１質量部以上３０質量部以下であることがより好ましく、３質量部以上２０質量部以下であることがさらに好ましい。リチウム塩の含有量が上記の範囲内である場合、イオン伝導率およびサイクル特性の点で優れる。
【００２９】
２．リチウムイオンがドープされた負極活物質
本開示のリチウムイオンがドープされた負極活物質（以下では、ドープ後負極活物質とする）は、例えば、前記「１．負極活物質のプレドープ方法」の項で述べた方法で製造できる。
【００３０】
本開示のドープ後負極活物質は、本開示のプレドープ方法の終了直後のものであってもよいし、プレドープ方法の終了から一定の期間が経過したものであってもよい。
【００３１】
３．負極及び蓄電デバイスの製造方法  
本開示の負極の製造方法では、ドープ後負極活物質を製造し、製造したドープ後負極活物質を用いて負極を製造する。ドープ後負極活物質の製造方法は、前記「１．負極活物質のプレドープ方法」の項で述べた方法である。
【００３２】
本開示の蓄電デバイスの製造方法は、正極及び負極を備えた蓄電デバイスの製造方法である。本開示の蓄電デバイスの製造方法では、本開示の負極の製造方法により負極を製造する。蓄電デバイスとして、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等が挙げられる。また、蓄電デバイスとして、他のタイプの二次電池、一次電池等が挙げられる。
【００３３】
本開示の蓄電デバイスの製造方法において、負極活物質以外の部分は、例えば、従来公知の製造方法により製造することができる。本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造する蓄電デバイスは、例えば、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造する蓄電デバイスは、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド燃料電池自動車等の大容量電源として、好適に利用することができる。
【００３４】
４．リチウムイオン二次電池の構成
本開示の蓄電デバイスの製造方法により、例えば、リチウムイオン二次電池を製造することができる。リチウムイオン二次電池が備えるセル（単電池層）は電圧が大きい。そのため、本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高出力密度となる。本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池は、例えば、車両の駆動電源、車両の補助電源、携帯電話等の携帯機器の電源の用途に用いることができる。
【００３５】
本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池の形態・構造は特に限定されない。リチウムイオン二次電池の形態・構造として、例えば、積層型（扁平型）電池、巻回型（円筒型）電池等が挙げられる。積層型（扁平型）電池の場合、簡単な熱圧着等のシール技術により長期信頼性を確保できる。そのため、コストの点や作業性の点で優れる。
【００３６】
本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池の電気的な接続形態（電極構造）は、非双極型（内部並列接続タイプ）電池であってもよいし、双極型（内部直列接続タイプ）電池であってもよい。
【００３７】
本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池として、例えば、溶液電解質型電池、ポリマー電池等が挙げられる。溶液電解質型電池は、電解質層として溶液電解質を用いた電池である。溶液電解質として、例えば、非水系の電解液等が挙げられる。
【００３８】
ポリマー電池は、電解質層として高分子電解質を用いた電池である。ポリマー電池として、例えば、ゲル電解質型電池、固体高分子（全固体）型電池等が挙げられる。ゲル電解質型電池は、高分子ゲル電解質（単にゲル電解質ともいう）を用いた電池である。固体高分子（全固体）型電池は、高分子固体電解質（単にポリマー電解質ともいう）を用いた電池である。
【００３９】
本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池の一例を図１に基づき説明する。このリチウムイオン二次電池は非双極型（内部並列接続タイプ）である。
なお、本開示の蓄電デバイスの製造方法により製造するリチウムイオン二次電池は以下で説明するものに限定されない。
＜リチウムイオン二次電池１の全体構成＞
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、発電要素３と、外装材５と、正極集電板７と、負極集電板９と、を備える。
【００４０】
発電要素３は、正極１１、電解質層１５、及び負極１３がこの順で積層された単位が、さらに複数積層された構造を有する。正極１１は、正極集電体１７と、その両面に形成された正極活物質層１９とを備える。負極１３は、負極集電体２１と、その両面に形成された負極活物質層２３と、を備える。
【００４１】
外装材５は、その内部に発電要素３を封止する。それぞれの正極集電体１７の一方の側の端部１７Ａは、外装材５の端部５Ａに保持されている。それぞれの負極集電体２１の前記一方とは反対の側の端部２１Ａは、外装材５の端部５Ｂに保持されている。
【００４２】
正極集電板７の一方の端部は、端部５Ａにより保持され、端部１７Ａと導通している。正極集電板７の他方の端部は、外装材５の外部に露出されている。負極集電板９の一方の端部は、端部５Ｂにより保持され、端部２１Ａと導通している。負極集電板９の他方の端部は、外装材５の外部に露出されている。
【００４３】
なお、図１において最も上側にある負極１３、及び最も下側にある負極１３は、負極集電体２１の片面に負極活物質層２３を備えているが、負極集電体２１の両面に負極活物質層２３を備えていてもよい。
【００４４】
また、図１において、負極１３の位置と正極１１の位置とを入れ替えてもよい。この場合、図１において、発電要素３の最も上側の位置と、最も下側の位置に正極１１が存在する。最も上側の位置と、最も下側の位置とに存在する正極１１は、正極集電体１７の片面に正極活物質層１９を備えていてもよいし、正極集電体１７の両面に正極活物質層１９を備えていてもよい。
【００４５】
＜正極活物質層１９の構成＞
正極活物質層１９は、正極活物質を含む。正極活物質として、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物等が挙げられる。リチウム−遷移金属複合酸化物として、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ２等が挙げられる。また、リチウム−遷移金属複合酸化物は、上述したリチウム−遷移金属複合酸化物における遷移金属の一部を他の元素により置換したものであってもよい。
【００４６】
２種以上の正極活物質を併用してもよい。リチウム−遷移金属複合酸化物は、容量、出力特性の点で優れる。リチウム−遷移金属複合酸化物のうち、リチウムとニッケルとを含有するリチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。リチウム−遷移金属複合酸化物のうち、ＮＭＣ複合酸化物がさらに好ましい。ＮＭＣ複合酸化物は、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ２、又は、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ２における遷移金属の一部が他の金属元素により置換されたものである。
【００４７】
ＮＭＣ複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持つ。ＮＭＣ複合酸化物において、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｏは秩序正しく配置されている。ＮＭＣ複合酸化物は、１原子の遷移金属あたり１個のＬｉ原子を含む。そのため、ＮＭＣ複合酸化物から取り出せるＬｉ量は、スピネル系リチウムマンガン酸化物から取り出せるＬｉ量の２倍である。つまり、ＮＭＣ複合酸化物のＬｉ供給能力は、スピネル系リチウムマンガン酸化物のＬｉ供給能力の２倍である。よって、ＮＭＣ複合酸化物は、高い容量を持つことができる。
【００４８】
ＮＭＣ複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。遷移金属元素の一部を置換する金属元素として、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｖ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等が挙げられる。遷移金属元素の一部を置換する金属元素として、好ましくは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ等が挙げられる。遷移金属元素の一部を置換する金属元素として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒがさらに好ましい。遷移金属元素の一部を置換する金属元素として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒが特に好ましい。遷移金属元素の一部を置換する金属元素がＴｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒである場合、リチウムイオン二次電池１のサイクル特性が向上する。
【００４９】
ＮＭＣ複合酸化物として、一般式（１）：ＬｉａＮｉｂＭｎｃＣｏｄＭｘＯ２で表される組成を有するものが好ましい。一般式（１）中、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘは、それぞれ、０．９≦ａ≦１．２、０＜ｂ＜１、０＜ｃ≦０．５、０＜ｄ≦０．５、０≦ｘ≦０．３、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１を満たす。ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒから成る群から選択される少なくとも１種の金属元素である。
【００５０】
ａはＬｉの原子比を表し、ｂはＮｉの原子比を表し、ｃはＭｎの原子比を表し、ｄはＣｏの原子比を表し、ｘはＭの原子比を表す。なお、各元素の組成は、プラズマ（ＩＣＰ）発光分析法により測定した値である。
【００５１】
一般式（１）で表されるＮＭＣ複合酸化物は、理論放電容量が高い。一般式（１）において、０．４≦ｂ≦０．６であることが好ましい。この場合、リチウムイオン二次電池１のサイクル特性が良好である。
【００５２】
ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びマンガン（Ｍｎ）は、ＮＭＣ複合酸化物の純度を高め、電子伝導性を向上させる。よって、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びマンガン（Ｍｎ）のいずれかを含むことで、リチウムイオン二次電池１の容量及び出力特性が向上する。
【００５３】
一般式（１）におけるＭは、ＮＭＣ複合酸化物の結晶格子中の遷移金属の一部を置換する金属元素である。ＮＭＣ複合酸化物において遷移元素の一部がＭにより置換されていると、リチウムイオン二次電池１のサイクル特性が向上する。特に、一般式（１）において０＜ｘ≦０．３であることが好ましい。Ｍが固溶することにより、ＮＭＣ複合酸化物の結晶構造が安定化する。そのため、充放電を繰り返してもリチウムイオン二次電池１の容量低下を抑制することができ、優れたサイクル特性を実現できる。
【００５４】
一般式（１）において、ｂ、ｃ及びｄが、それぞれ、０．４４≦ｂ≦０．５１、０．２７≦ｃ≦０．３１、０．１９≦ｄ≦０．２６であることが好ましい。この場合、リチウムイオン二次電池１における容量と寿命特性とのバランスを向上させることができる。
【００５５】
例えば、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２は、一般的な民生電池で実績のあるＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２等と比較して、単位質量あたりの容量が大きく、エネルギー密度が高い。よって、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２を使用すれば、コンパクトかつ高容量のリチウムイオン二次電池１を作製できる。例えば、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２を、車両用途のリチウムイオン二次電池１に使用した場合、車両の航続距離を長くすることができる。また、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２は、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２と同等の寿命特性を有する。
【００５６】
また、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ａｌ０．１Ｏ２の単位質量当たりの容量は、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２の単位質量当たりの容量よりさらに大きい。正極活物質は、上記以外のものであってもよい。
正極活物質の体積平均粒子径（Ｄ５０）は特に限定されない。正極活物質の体積平均粒子径は、好ましくは１〜３０μｍであり、より好ましくは５〜２０μｍである。正極活物質の体積平均粒子径がこれらの範囲内である場合、リチウムイオン二次電池１を高出力化することができる。
【００５７】
正極活物質層１９は、例えば、バインダ、導電助剤、リチウム塩、イオン伝導性ポリマー等を含んでいてもよい。
バインダは、正極活物質同士、又は、正極活物質と集電体とを結着させて、正極１１の電極構造を維持する。バインダは特に限定されない。バインダとして、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００５８】
バインダとして、特に、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミドが好ましい。これらの好ましいバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く、正極電位、負極電位双方に安定である。１種のバインダを単独で用いてもよいし、２種のバインダを併用してもよい。
【００５９】
正極活物質層１９中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されない。バインダ量は、正極活物質層１９の質量に対して、好ましくは０．５〜１５質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。
【００６０】
導電助剤とは、正極活物質層１９の導電性を向上させる添加物である。導電助剤として、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。正極活物質層１９が導電助剤を含む場合、正極活物質層１９の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、リチウムイオン二次電池１の出力特性が向上する。
【００６１】
導電助剤の含有量は、正極活物質層の総量に対して、好ましくは１質量％以上、より好ましくは３質量％以上、さらに好ましくは５質量％以上の範囲である。また、導電助剤の含有量は、正極活物質層の総量に対して、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは７質量％以下の範囲である。
【００６２】
正極活物質層１９は、例えば、導電助剤の機能とバインダの機能とを併せ持つ導電性結着剤を含んでいてもよい。正極活物質層１９は、導電性結着剤と、導電助剤及び／又はバインダとを含んでいてもよい。導電性結着剤として、例えば、市販のＴＡＢ−２（宝泉株式会社製）等が挙げられる。
【００６３】
リチウム塩として、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６及びＬｉＣｌＯ４等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２及びＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。中でも、ＬｉＰＦ６が好ましい。ＬｉＰＦ６を用いた場合、リチウムイオン二次電池１の電池出力及び充放電サイクル特性が向上する。
【００６４】
イオン伝導性ポリマーとして、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系及びポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマー等が挙げられる。
正極活物質層１９を形成する方法として、例えば、スラリーを塗布又はコーティングする方法、混練法、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、イオンプレーティング法、溶射法等が挙げられる。
【００６５】
正極活物質層１９の厚さは特に限定されない。正極活物質層１９の厚さは、例えば、公知の知見に基づき適宜設定できる。例えば、リチウムイオン二次電池１の使用目的、イオン伝導性等を考慮し、正極活物質層１９の厚さを１〜５００μｍにすることができ、好ましくは２〜３００μｍにすることができる。リチウムイオン二次電池１の使用目的として、例えば、出力を重視する使用目的、エネルギーを重視する使用目的等が挙げられる。
＜負極活物質層２３の構成＞
負極活物質層２３は、負極活物質を含む。負極活物質の少なくとも一部は、前記「１．負極活物質のプレドープ方法」の項で述べた負極活物質のプレドープ方法によってリチウムイオンをドープされたものである。
【００６６】
負極活物質層２３に含まれる負極活物質の全てが、リチウムイオンをドープされたものであってもよいし、負極活物質層２３に含まれる負極活物質の一部は、リチウムイオンをドープされていないものであってもよい。
【００６７】
負極活物質層２３に含まれる負極活物質の全質量に対し、リチウムイオンをドープした負極活物質の質量の割合（以下ではドープ割合とする）は、好ましくは５０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上であり、さらに好ましくは８５質量％以上であり、一層好ましくは９０質量％以上であり、特に好ましくは９５質量％以上であり、最も好ましくは１００質量％である。
【００６８】
発電要素３が複数の負極活物質層２３を有する場合、少なくとも１つの負極活物質層２３が、リチウムイオンをドープした負極活物質を含んでいればよい。全ての負極活物質層２３が、リチウムイオンをドープした負極活物質を含んでいることが好ましい。
【００６９】
負極活物質層２３の全質量に対する負極活物質の質量比は特に限定されない。負極活物質層２３の全質量に対する負極活物質の質量比は、好ましくは８０〜１００質量％であり、より好ましくは９０〜９９質量％である。
【００７０】
また、負極活物質層２３は、負極活物質に加えて、例えば、導電部材、リチウム塩、イオン伝導性ポリマー、バインダ等を含んでいてもよい。負極活物質層２３が含むリチウム塩、及びイオン伝導性ポリマーの種類や量は、例えば、正極活物質層１９が含むリチウム塩、及びイオン伝導性ポリマーの種類や量と同様である。
【００７１】
導電部材は、負極活物質層２３中で電子伝導パスを形成する機能を有する。例えば、導電部材の少なくとも一部は、負極活物質層２３の第１主面から、負極活物質層２３の第２主面までを電気的に接続する電子伝導パスを形成することができる。第１主面は、電解質層１５に接触する面である。第２主面は、負極集電体２１に接触する面である。
【００７２】
導電部材が負極活物質層２３中で電子伝導パスを形成する場合、負極活物質層２３における厚さ方向の電子移動抵抗を低減できる。その結果、リチウムイオン二次電池１の高レートでの出力特性が向上する。なお、導電部材の少なくとも一部が、前記電子伝導パスを形成しているか否かは、ＳＥＭや光学顕微鏡を用いて負極活物質層２３の断面を観察することにより確認できる。
【００７３】
導電部材は、繊維状の形態を有する導電性繊維であることが好ましい。導電部材の具体例として、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼等の金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、導電性物質を含む樹脂で有機物繊維の表面を被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、炭素繊維が好ましい。炭素繊維は、導電性に優れ、軽量である。アセチレンブラック等のカーボンブラックを導電部材として用いてもよい。
【００７４】
負極活物質層２３の全固形分質量に対する導電部材の質量比は、０．５〜２０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。導電部材の質量比が上記範囲である場合、負極活物質層２３中で電子伝導パスを良好に形成できるとともに、リチウムイオン二次電池１のエネルギー密度の低下を抑制できる。
【００７５】
負極活物質層２３が含むバインダとして、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の溶剤系バインダや、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の水系バインダが挙げられる。
負極活物質層２３は、上記の成分以外の成分を含んでいてもよい。ただし、充放電反応の進行に寄与し難い成分の含有量は少ないことが好ましい。例えば、バインダの含有量は少ないことが好ましい。負極活物質層２３に含まれる全固形分質量に対し、バインダの含有量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以下であり、さらに好ましくは０．２質量％以下であり、特に好ましくは０．１質量％以下であり、最も好ましくは０質量％である。
【００７６】
負極活物質層２３の厚さは特に限定されない。負極活物質層２３の厚さは、例えば、公知の知見に基づき適宜設定できる。例えば、リチウムイオン二次電池１の使用目的、イオン伝導性等を考慮し、負極活物質層２３の厚さを１〜５００μｍにすることができ、好ましくは２〜３００μｍにすることができる。リチウムイオン二次電池１の使用目的として、例えば、出力を重視する使用目的、エネルギーを重視する使用目的等が挙げられる。
＜集電体の構成＞
以下では、正極集電体１７及び負極集電体２１を併せて集電体と呼ぶ。集電体は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、リチウムイオン二次電池１の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型のリチウムイオン二次電池１に用いられる集電体の面積は大きい。
【００７７】
集電体の厚さは特に限定されない。集電体の厚さは、通常は１〜１００μｍ程度である。集電体の形状は特に制限されない。集電体として、例えば、集電箔、網目形状の集電体等が挙げられる。網目形状の集電体として、例えば、エキスパンドグリッド等が挙げられる。スパッタ法等により、薄膜合金から成る負極活物質層２３を負極集電体２１上に直接形成する場合、負極集電体２１は、集電箔であることが好ましい。
【００７８】
集電体を構成する材料は特に限定されない。集電体を構成する材料として、例えば、金属、導電性高分子材料、非導電性高分子材料に導電性フィラーを添加した樹脂等が挙げられる。
集電体を構成する金属として、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅等が挙げられる。集電体を構成する材料として、例えば、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、上述したいずれかの金属の組み合わせのめっき材等が挙げられる。集電体を構成する材料として、例えば、金属表面にアルミニウムを被覆した箔が挙げられる。集電体を構成する材料として、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。集電体を構成する材料として、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルを用いた場合、集電体の電子伝導性が向上し、電池作動電位が低下し、負極活物質層２３をスパッタリングにより形成した場合の負極活物質層２３と負極集電体２１との密着性が向上する。
【００７９】
導電性高分子材料として、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、及びポリオキサジアゾール等が挙げられる。このような導電性高分子材料は、例えば、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有する。そのため、集電体を構成する材料として導電性高分子材料を用いた場合、集電体の製造工程を容易化し、集電体を軽量化することができる。
【００８０】
非導電性高分子材料として、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）等）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、及びポリスチレン（ＰＳ）等が挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性又は耐溶媒性を有する。
【００８１】
上記の導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に、必要に応じて導電性フィラーを添加することができる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、集電体に導電性を付与するために、導電性フィラーを添加することが望ましい。
【００８２】
導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に限定されない。導電性フィラーとして、例えば、導電性、耐電位性、又はリチウムイオン遮断性に優れた材料が挙げられる。導電性フィラーとして、例えば、金属、及び導電性カーボン等が挙げられる。金属の種類は特に限定されない。金属として、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、及びＫから成る群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金等が挙げられる。導電性フィラーとして、例えば、上述したいずれかの金属の金属酸化物等が挙げられる。
【００８３】
導電性カーボンは特に限定されない。導電性カーボンとして、例えば、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、及びフラーレンから成る群から選択される少なくとも１種が挙げられる。
【００８４】
導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に限定されない。導電性フィラーの添加量は、一般的には、集電体の全質量に対し、５〜３５質量％程度である。
＜電解質層１５の構成＞
電解質層１５を構成する電解質として、例えば、液体電解質、及びポリマー電解質が挙げられる。液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。リチウム塩は電解質塩に対応する。有機溶媒として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等のカーボネート類が挙げられる。上記有機溶媒を、単独で使用してもよく、二種以上を混合して使用しても良い。
【００８５】
リチウム塩として、例えば、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等が挙げられる。リチウム塩として、例えば、電極の活物質層に添加され得る化合物が挙げられる。
【００８６】
ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質とに分類される。ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入された構成を有する。電解質としてゲル電解質を用いる場合、電解質の流動性が低くなる。そのため、リチウムイオン二次電池１が備える各層間のイオン伝導を抑制することが容易になる。
【００８７】
マトリックスポリマーとして、例えば、ポリアルキレンオキシド系ポリマーが挙げられる。ポリアルキレンオキシド系ポリマーとして、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、及びこれらの共重合体等が挙げられる。ポリアルキレンオキシド系ポリマーは、リチウム塩等の電解質塩をよく溶解する。
【００８８】
ゲル電解質の全質量に対する液体電解質の質量比は特に限定されない。ゲル電解質の全質量に対する液体電解質の質量比は、数質量％〜９８質量％の範囲が好ましく、７０質量％〜９８質量％の範囲がさらに好ましい。ゲル電解質の全質量に対する液体電解質の質量比が上記の範囲内である場合、電解質層１５のイオン伝導度が高くなる。
【００８９】
電解質層１５が液体電解質やゲル電解質から構成される場合、電解質層１５はセパレータを含むことができる。セパレータとして、例えば、不織布、微多孔膜、多孔質の平板等が挙げられる。多孔質の平板は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンから成る。
【００９０】
ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。マトリックスポリマーに架橋構造を形成させる方法として、例えば、マトリックスポリマーに、高分子電解質形成用の重合性ポリマーと、適当な重合開始剤とを配合する。そして、熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施す。高分子電解質形成用の重合性ポリマーとして、例えば、ＰＥＯやＰＰＯ等が挙げられる。
＜集電板＞
正極集電板７及び負極集電板９を併せて集電板とする。集電板は、リチウムイオン二次電池１の外部に電流を取り出す機能を有する。
【００９１】
集電板を構成する材料は特に限定されない。集電板を構成する材料として、例えば、リチウムイオン二次電池１用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料等が挙げられる。集電板を構成する材料として、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等が好ましいく、アルミニウム及び銅がさらに好ましい。アルミニウム及び銅は、軽量であり、耐食性が高く、導電性が高い。正極集電板７を構成する材料と、負極集電板９を構成する材料とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００９２】
リチウムイオン二次電池１は、正極端子リード及び負極端子リードを備えていてもよい。正極端子リード及び負極端子リードの材料として、例えば、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードの材料等が挙げられる。
【００９３】
集電板、正極端子リード及び負極端子リードのうち、外装材５の外部に露出されている部分を、耐熱絶縁性の熱収縮チューブ等により被覆することが好ましい。この場合、集電板、正極端子リード及び負極端子リードが周辺機器や配線等に接触しても、漏電したり、周辺機器に影響を与えたりすることを抑制できる。周辺機器として、例えば、例えば、自動車部品、電子機器等が挙げられる。
＜外装材５＞
外装材５として、例えば、金属缶ケース、袋状のケース等が挙げられる。袋状のケースとして、例えば、ラミネートフィルムを用いた袋状のケースが挙げられる。ラミネートフィルムを用いた袋状のケースは、リチウムイオン二次電池１を高出力化することができ、冷却性能に優れる。ラミネートフィルムを用いた袋状のケースは、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができる。
【００９４】
ラミネートフィルムとして、例えば、アルミニウムの層を含むラミネートフィルム等が挙げられる。ラミネートフィルムとして、例えば、ＰＰの層、アルミニウムの層、及びナイロンの層をこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等が挙げられる。
＜リチウムイオン二次電池１の外観構成＞
図２は、リチウムイオン二次電池１の外観を表した斜視図である。リチウムイオン二次電池１は、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池１は、長方形状の扁平な形状を有している。
【００９５】
リチウムイオン二次電池１の両側部から、電力を取り出すための正極集電板７と、負極集電板９とが引き出されている。発電要素３は、外装材５によって包まれている。外装材５の周囲は熱融着されている。よって、発電要素３は外装材５によって密封されている。
【００９６】
なお、リチウムイオン二次電池１は、積層型の扁平な形状のもの（例えばラミネートセル）に限定されない。リチウムイオン二次電池１として、例えば、巻回型の電池が挙げられる。巻回型の電池として、例えば、円筒型形状の電池（例えばコインセル）、角柱型形状の電池（例えば角型セル）、円筒型形状の電池を変形させて長方形状の扁平な形状にした電池、シリンダー状セル等が挙げられる。
【００９７】
上記の円筒型形状の電池、角柱型形状の電池は、外装材としてラミネートフィルムを備えていてもよいし、金属缶を備えていてもよい。発電要素を、アルミニウムラミネートフィルムから成る外装材で外装することが好ましい。この場合、リチウムイオン二次電池１を軽量化できる。
【００９８】
外装材５から正極集電板７及び負極集電板９を取り出す態様は特に限定されない。例えば、正極集電板７及び負極集電板９を、外装材５における同じ側から引き出してもよい。また、正極集電板７及び負極集電板９をそれぞれ複数に分割し、外装材５の各辺から、分割した集電板の一部をそれぞれ引き出してもよい。リチウムイオン二次電池１が巻回型の電池である場合、金属缶から成る外装材を利用して端子を形成してもよい。
【００９９】
５．実施例
本開示を以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。
［還元電位の測定］
還元電位は、サイクリックボルタノグラムにより得られる。サイクリックボルタノグラムは、サイクリックボルタンメトリーの測定により得られる。
具体的には、各化合物の還元電位を以下のように測定する。プロピレンカーボネートに、ＬｉＣｌＯ４を溶解して電解液を調製する。ＬｉＣｌＯ４は電解質塩である。電解液におけるＬｉＣｌＯ４の濃度は１Ｍである。次に、該電解液１００質量部に対して３質量部の測定対象化合物を加えた電解液を作成する。
次に、黒鉛負極を作用極とし、リチウム金属を対極及び参照極とした三極式セルに上記の添加剤入りの電解液を加えて電気化学セルを作成する。作用極の電位を開回路電位から卑な電位に０．１ｍＶ／ｓｅｃの走査速度で変化させたときの電流値を測定する。
また、基本的には上記の電気化学セルと同様の構成を有するが、測定対象化合物入りの電解液の代わりに、測定対象化合物を含まない電解液を加えて作成した電気化学セルについても、上記と同様に電流値を測定し、この測定値をブランクとする。なお、この測定値からからプロピレンカーボネートの還元電位は０．８Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）であることを確認した。
測定対象化合物入りの電解液を使用した際に特徴的に観察される還元分解ピークのうち、最も貴なピークの電位を添加剤の還元電位とする。後述する実施例及び比較例において用いた各測定対象化合物の還元電位を測定したところ、エチレンカーボネートの還元電位は０．６Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）であり、フルオロエチレンカーボネートの還元電位は１．１５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）であり、ビニレンカーボネートの還元電位は１．３５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）であった。
（５−１）実施例１
(i)負極サンプルの作製
露点が−８０℃であるグローブボックスの内部において、負極活物質であるハードカーボンと電解液とを混合し、さらに室温にてリチウム金属粉末を添加して、負極活物質スラリーを調製した。負極活物質スラリーは、電解液中に負極活物質と金属リチウム粉末とが分散した形態を有する。
【０１００】
電解液は、有機溶媒と、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）と、フルオロエチレンカーボネートとを含む。フルオロエチレンカーボネートは添加剤に対応する。電解液における六フッ化リン酸リチウムの濃度は１ｍｏｌ／Ｌである。フッ化リン酸リチウムは有機溶媒に溶解している。１００質量部の電解液が含むフルオロエチレンカーボネートは３質量部である。有機溶媒は、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとをエチレンカーボネート：プロピレンカーボネート＝１：１の体積比で混合したものである。電解液の量は、負極活物質スラリーにおける固形分比率（ＥＲ）が５％となるように調整した。
【０１０１】
次に、負極活物質スラリーを、混練機（ハイビスミックス、プライミクス株式会社）を用い。３０〜６０ｒｐｍの速度で２０時間混練した。この工程を以下ではプレドープ工程とする。プレドープ工程において、負極活物質にリチウムイオンがドープされる。プレドープ工程により、負極活物質スラリー中のリチウム金属粉末は消失した。プレドープ工程の後、負極活物質スラリーの電位は０．７８Ｖであった。
【０１０２】
次に、目開き０．５μｍのニッケルメッシュからなる基材上に、φ１５ｍｍに型抜きしたガイドを設置した。ガイドの内部に上記で調製した負極活物質スラリーを入れた。次に、真空吸引装置を用いて、基材の下方から吸引濾過を施すことにより、負極活物質スラリー中に含まれる溶媒成分を除去した。その結果、ガイドの中に負極ケーキが形成された。
【０１０３】
次に、負極ケーキをガイドから取り外した。取り出した負極ケーキを、油圧プレス機を用いてプレスすることにより高密度化した。その結果、負極サンプルＳ１を得た。負極サンプルＳ１の空隙率は４０％であった。
【０１０４】
(ii)正極サンプルの作製
露点が−８０℃であるグローブボックスの内部において、正極活物質である被覆リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物と電解液とを混合し、振盪器を用いて１分間撹拌して、正極活物質スラリーを調製した。被覆リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物の組成はＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２である。用いた電解液は、負極サンプルＳ１の製造に用いた電解液と同じである。電解液の量は、正極活物質スラリーにおける固形分比率（ＥＲ）が５％となるように調整した。
【０１０５】
次に、目開き０．５μｍのニッケルメッシュからなる基材上に、φ１５ｍｍに型抜きしたガイドを設置した。ガイドの内部に上記で調製した正極活物質スラリーを入れた。次に、真空吸引装置を用いて、基材の下方から吸引濾過を施すことにより、正極活物質スラリー中に含まれる溶媒成分を除去した。その結果、ガイドの中に正極ケーキが形成された。なお、正極ケーキの目付量は、正極容量Ｃに対する負極容量Ａの比（以下では容量比Ａ／Ｃとする）の値が１．２となるように調整した。
【０１０６】
次に、正極ケーキをガイドから取り外した。取り出した正極ケーキを、油圧プレス機を用いてプレスすることにより高密度化した。その結果、正極サンプルを得た。正極サンプルの空隙率は４５％であった。
【０１０７】
(iii)ラミネートセルＣ１の作製
上記で作製した負極サンプルＳ１及び正極サンプルを、セパレータを介して積層し、積層体を作製した。セパレータは、厚さ２５μｍのポリプロピレン（ＰＰ）製微多孔膜である。積層体の両側から、リード付き銅箔及びアルミ箔で挟み、セル本体を作製した。セル本体を１００ｍＬの電解液に含浸し、最後にアルミラミネート材にて減圧下で封止してラミネートセルＣ１を作製した。セル本体を含浸させる電解液は、負極活物質スラリーに含まれる電解液と基本的には同じであるが、フルオロエチレンカーボネートを含まないものである。
【０１０８】
（５−２）実施例２
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＳ２、及びラミネートセルＣ２を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液が含む添加剤の量において実施例１と相違する。本実施例では、負極活物質スラリーを構成する電解液は、１００質量部の電解液に対し、３５質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１０９】
負極活物質スラリーが含むリチウム金属粉末の量は実施例１と同じである。本実施例では、プレドープ工程の後、負極活物質スラリーの電位は０．８３Ｖであった。
【０１１０】
（５−３）実施例３
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＳ３、及びラミネートセルＣ３を作製した。ただし、本実施例では、セル本体を含浸させる電解液がフルオロエチレンカーボネートを含む点で実施例１と相違する。セル本体を含浸させる電解液は、１００質量部の電解液に対し、３質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１１１】
（５−４）実施例４
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＳ４、及びラミネートセルＣ４を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液が含む添加剤の種類及び量において実施例１と相違する。本実施例では、負極活物質スラリーを構成する電解液は、１００質量部の電解液に対し、３５質量部のビニレンカーボネートを含む。
【０１１２】
負極活物質スラリーが含むリチウム金属粉末の量は実施例１と同じである。本実施例では、プレドープ工程の後、負極活物質スラリーの電位は０．７８Ｖであった。
（５−５）実施例５
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＳ５、及びラミネートセルＣ５を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液が含む添加剤の量において実施例１と相違する。本実施例では、負極活物質スラリーを構成する電解液は、１００質量部の電解液に対し、３０質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１１３】
負極活物質スラリーが含むリチウム金属粉末の量は実施例１と同じである。本実施例では、プレドープ工程の後、負極活物質スラリーの電位は０．８１Ｖであった。
【０１１４】
（５−６）実施例６
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＳ６、及びラミネートセルＣ６を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液が含む添加剤の量において実施例１と相違する。本実施例では、負極活物質スラリーを構成する電解液は、１００質量部の電解液に対し、０．１質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１１５】
負極活物質スラリーが含むリチウム金属粉末の量は実施例１と同じである。本実施例では、プレドープ工程の後、負極活物質スラリーの電位は０．７６Ｖであった。
【０１１６】
（５−７）実施例７
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＳ７、及びラミネートセルＣ７を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液が含む添加剤の量において実施例１と相違する。本実施例では、負極活物質スラリーを構成する電解液は、１００質量部の電解液に対し、０．０５質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１１７】
負極活物質スラリーが含むリチウム金属粉末の量は実施例１と同じである。本実施例では、プレドープ工程の後、負極活物質スラリーの電位は０．７５Ｖであった。
【０１１８】
（５−８）比較例１
(i)負極サンプルの作製
露点が−８０℃であるグローブボックスの内部において、負極活物質であるハードカーボンと電解液とを混合し、振盪器を用いて１分間撹拌して、負極活物質スラリーを調製した。電解液は、有機溶媒と、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）とを含む。電解液における六フッ化リン酸リチウムの濃度は１ｍｏｌ／Ｌである。フッ化リン酸リチウムは有機溶媒に溶解している。有機溶媒は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）とをＥＣ：ＰＣ＝１：１の体積比で混合したものである。電解液の量は、負極活物質スラリーにおける固形分比率（ＥＲ）が５％となるように調整した。
【０１１９】
次に、目開き０．５μｍのニッケルメッシュからなる基材上に、φ１５ｍｍに型抜きしたガイドを設置した。ガイドの内部に上記で調製した負極活物質スラリーを入れた。次に、真空吸引装置を用いて、基材の下方から吸引濾過を施すことにより、負極活物質スラリー中に含まれる溶媒成分を除去した。その結果、ガイドの中に負極ケーキが形成された。
【０１２０】
次に、負極ケーキをガイドから取り外した。取り出した負極ケーキを、油圧プレス機を用いてプレスすることにより高密度化した。その結果、負極サンプルＲＳ１を得た。負極サンプルＲＳ１の空隙率は４０％であった。
【０１２１】
(ii)正極サンプルの作製
露点が−８０℃であるグローブボックスの内部において、正極活物質である被覆リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物と電解液とを混合し、振盪器を用いて１分間撹拌して、正極活物質スラリーを調製した。被覆リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物の組成はＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２である。用いた電解液は、負極サンプルＲＳ１の製造に用いた電解液と同じである。電解液の量は、正極活物質スラリーにおける固形分比率（ＥＲ）が５％となるように調整した。
【０１２２】
次に、目開き０．５μｍのニッケルメッシュからなる基材上に、φ１５ｍｍに型抜きしたガイドを設置した。ガイドの内部に上記で調製した正極活物質スラリーを入れた。次に、真空吸引装置を用いて、基材の下方から吸引濾過を施すことにより、正極活物質スラリー中に含まれる溶媒成分を除去した。その結果、ガイドの中に正極ケーキが形成された。なお、正極ケーキの目付量は、容量比Ａ／Ｃの値が１．２となるように調整した。
【０１２３】
次に、正極ケーキをガイドから取り外した。取り出した正極ケーキを、油圧プレス機を用いてプレスすることにより高密度化した。その結果、正極サンプルを得た。正極サンプルの空隙率は４５％であった。
【０１２４】
(iii)ラミネートセルＲＣ１の作製
上記で作製した負極サンプルＲＳ１及び正極サンプルを、セパレータを介して積層し、積層体を作製した。セパレータは、厚さ２５μｍのポリプロピレン（ＰＰ）製微多孔膜である。積層体の両側から、リード付き銅箔及びアルミ箔で挟み、セル本体を作製した。セル本体を１００ｍＬの電解液に含浸し、最後にアルミラミネート材にて減圧下で封止してラミネートセルＲＣ１を作製した。セル本体を含浸させる電解液は、負極活物質スラリーに含まれる電解液と同じである。
【０１２５】
（５−９）比較例２
基本的には比較例１と同様の方法で、負極サンプルＲＳ２、及びラミネートセルＲＣ２を作製した。ただし、セル本体を含浸させる電解液が添加剤を含む点において比較例１と相違する。本比較例では、セル本体を含浸させる電解液は、１００質量部の電解液に対し、３質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１２６】
（５−１０）比較例３
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＲＳ３、及びラミネートセルＲＣ３を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液は添加剤を含まない点で実施例１と相違する。
【０１２７】
（５−１１）比較例４
基本的には実施例１と同様の方法で、負極サンプルＲＳ４、及びラミネートセルＲＣ４を作製した。ただし、負極活物質スラリーを構成する電解液は添加剤を含まない点で実施例１と相違する。また、セル本体を含浸させる電解液が添加剤を含む点において実施例１と相違する。本比較例では、セル本体を含浸させる電解液は、１００質量部の電解液に対し、３質量部のフルオロエチレンカーボネートを含む。
【０１２８】
表１に、実施例１〜７、及び比較例１〜４におけるラミネートセルの製造条件を示す。
【０１２９】
【表１】
2019145385.tif 000003
表１において添加剤１の列は、負極活物質スラリーを構成する電解液が含む添加剤の種類と濃度とを示す。添加剤２の列は、セル本体を含浸させる電解液が含む添加剤の種類と濃度とを示す。
【０１３０】
（５−１２）ラミネートセルの評価
実施例１〜７、及び比較例１〜４で作製したラミネートセルを評価した。
(i)評価の準備
ラミネートセルを恒温槽の内部に載置して調温した。恒温槽の内部の温度は２５℃とした。その状態で、充放電装置（北斗電工社製）を用い、ラミネートセルに対して１サイクルの充放電を施した。この充放電では、０．０５Ｃの充電電流でＣＣＣＶ充電にて終止電圧４．２Ｖまで充電を行った後、０．０５Ｃの放電電流で終止電圧２．５Ｖまで放電を行った。その後、後述する(iii)〜(vi)の評価を行った。
【０１３１】
(ii)充放電効率の測定
前記(i)における充放電処理の際に、充電時の電池容量及び放電時の電池容量をそれぞれ測定した。そして、充電時の電池容量に対する放電時の電池容量の比率（以下では充放電効率とする）を算出した。充放電効率の単位は％である。充放電効率はクーロン効率とも呼ばれる。
【０１３２】
充放電効率（％）は、以下の数式（１）により表される。
数式（１）：Ｙ＝（Ｚ１／Ｚ２）×１００
数式（１）においてＹは充放電効率（％）である。Ｚ１は放電時の電池容量（ｍＡｈ／ｇ）である。Ｚ２は充電時の電池容量（ｍＡｈ／ｇ）である。
【０１３３】
測定結果を上記表１に示す。充放電効率が大きいほど充電エネルギーを効率的に放電に利用することができるため好ましい。各実施例のラミネートセルにおける充放電効率は、各比較例のラミネートセルにおける充放電効率に比べて同等以上であった。
【０１３４】
(iii)電解液中の残留添加剤有無の測定
ラミネートセルを１時間保管した後、分解した。次に、セル本体を含浸させる電解液について、ＮＭＲ測定を行うことで、電解液中の添加剤の有無を確認した。その結果を上記表１に示す。
【０１３５】
(iv)初回充放電後のガス発生量の評価
製造直後におけるラミネートセルの体積Ｖ０を測定した。次に、ラミネートセルの初回充放電を行ってから、ラミネートセルの体積Ｖ１を測定した。以下の基準により、初回充放電後のガス発生量を評価した。
【０１３６】
Ａ：（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．０５％未満である。
Ｂ：（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．０５％以上、０．１％未満である。
Ｃ：（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．１％以上、０．３％未満である。
Ｄ：（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．３％以上である。
【０１３７】
評価結果を上記表１に示す。各実施例のラミネートセルにおけるガス発生量は、各比較例のラミネートセルにおけるガス発生量に比べて同等以下であった。
【０１３８】
(v)耐久性試験後のガス発生量の評価
製造直後におけるラミネートセルの体積Ｖ０を測定した。次に、ラミネートセルの充放電を１００サイクル繰り返してから、ラミネートセルの体積Ｖ１００を測定した。以下の基準により、耐久性試験後後のガス発生量を評価した。
【０１３９】
Ａ：（Ｖ１００−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．０５％未満である。
Ｂ：（Ｖ１００−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．０５％以上、０．１％未満である。
Ｃ：（Ｖ１００−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．１％以上、０．３％未満である。
Ｄ：（Ｖ１００−Ｖ０）／Ｖ０の値が０．３％以上である。
【０１４０】
評価結果を上記表１に示す。各実施例のラミネートセルにおけるガス発生量は、各比較例のラミネートセルにおけるガス発生量より少なかった。
【０１４１】
（ｖi）サイクル耐久性評価
ラミネートセルの充放電を１００サイクル繰り返した。１サイクル目の充放電では、０．０５Ｃの充電電流でＣＣＣＶ充電にて終止電圧４．２Ｖまで充電を行った後、０．０５Ｃの放電電流で終止電圧２．５Ｖまで放電を行った。２〜９９サイクル目の充放電では、０．３Ｃの充電電流でＣＣＣＶ充電にて終止電圧４．２Ｖまで充電を行った後、０．３Ｃの放電電流で終止電圧２．５Ｖまで放電した。１００サイクル目の充放電では、１サイクル目と同様の充放電を行った。
【０１４２】
初回容量に対する１００サイクル目の容量比率（以下では容量維持率とする）を算出した。容量維持率の算出結果を上記表１に示す。各実施例のラミネートセルにおける容量維持率は、各比較例のラミネートセルにおける容量維持率より高かった。
【０１４３】
６．他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【０１４４】
（１）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【０１４５】
（２）上述した負極活物質のプレドープ方法、負極の製造方法、及び蓄電デバイスの製造方法の他、負極活物質の製造方法、負極活物質、負極、蓄電デバイス等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【０１４６】
１…リチウムイオン二次電池、３…発電要素、５…外装材、５Ａ、５Ｂ…端部、７…正極集電板、９…負極集電板、１１…正極、１３…負極、１５…電解質層、１７…正極集電体、１７Ａ…端部、１９…正極活物質層、２１…負極集電体、２１Ａ…端部、２３…負極活物質層
【図１】
2019145385.tif 000004
【図２】
2019145385.tif 000005