(57)【要約】【課題】  充電時の電圧上昇を抑えて定電流充電領域を十分確保し、高容量でかつ急速充電特性に優れたリチウム二次電池を実現する。【解決手段】  正極合剤層を有する正極、負極合剤層を有する負極および非水電解液を備えたリチウム二次電池において、前記負極合剤層に、多価の有機リチウム塩を含有させ、前記非水電解液に、アセトニトリルを、非水電解液全量中で５質量％以上９５質量％以下の範囲で含有させた構成とする。さらに、前記リチウム二次電池により二次電池モジュールを構成し、充電電流を制御するＦＥＴを含む保護回路と組み合わせることによりリチウム二次電池パックを構成する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極合剤層を有する正極、負極合剤層を有する負極および非水電解液を備えたリチウム二次電池であって、
前記負極合剤層が、多価の有機金属塩を含有し、
前記非水電解液が、アセトニトリルを、非水電解液全量中で５質量％以上９５質量％以下の範囲で含有することを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項２】
前記多価の有機金属塩が、ポリマーを主鎖とする化合物である請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記多価の有機金属塩の分子量が、２０００以下である請求項１または２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記多価の有機金属塩が、有機リチウム塩である請求項１〜３のいずれかに記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記リチウム二次電池の容量が、前記正極合剤層の単位面積当たり、３．０ｍＡｈ／ｃｍ２以上である請求項１〜４のいずれかに記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記負極合剤層が、ＳｉまたはＳｉの化合物を負極活物質として含有する請求項１〜５のいずれかに記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
前記負極合剤層における、前記負極活物質に由来するＳｉの含有量が、前記負極合剤層の単位面積当たり、０．０７ｍｇ／ｃｍ２以上である請求項６に記載のリチウム二次電池。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のリチウム二次電池を備えた二次電池モジュールと、前記二次電池モジュールの充電電流を制御するＦＥＴを含む保護回路とを備えたリチウム二次電池パックであって、
前記二次電池モジュールの充放電経路に、前記ＦＥＴを含む単数または複数の保護素子より構成された保護素子部を有し、
単数または並列接続された複数の前記リチウム二次電池により単位セルが構成されており、
単数の単位セル、または直列接続された複数の前記単位セルにより最小単位の直列部が構成されており、
単数または並列接続された複数の前記最小単位の直列部により前記二次電池モジュールが構成されており、
前記保護素子部を構成する各保護素子のインピーダンスの合計と、前記二次電池モジュールを構成する前記最小単位の直列部の数との積により定義される保護素子部インピーダンスをＰＲ（Ω）とし、当該最小単位の直列部の容量をＱ（Ａｈ）としたとき、前記容量Ｑと前記インピーダンスＰＲとの積：ＰＲ×Ｑが、０．０２以下であることを特徴とするリチウム二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池、及び充放電経路中に接続された保護素子を有するリチウム二次電池パックに関し、特に、電池の貯蔵特性や急速充放電特性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池をはじめとする非水二次電池は、高電圧・高容量であることから、各種携帯機器の電源として広く採用されている。また、近年では電動工具などのパワーツールや、電気自動車・電動式自転車など、中型・大型サイズでの用途も広がりを見せている。
【０００３】
リチウム二次電池は、民生用途としてまず普及し、現時点は車載用、産業用としても広がりつつある。この中でその貯蔵寿命についてはさらに長寿命化が求められつつある。一方で、充放電特性についても高性能化が求められている。リチウム二次電池の一般的な充電方法では、満充電状態の電池を１時間で放電可能な電流値を１Ｃとするとき、０．７〜１Ｃ程度の電流で、予め定められる充電終了電圧まではＣＣ（定電流）充電を行う。その充電終了電圧に達してからは、充電終了電圧を維持するように充電電流を減少させていくＣＶ（定電圧）充電に切換える。
【０００４】
充放電特性の向上への要求として電池の充電をできるだけ短時間で完了させたいというニーズも増えている。例えば、携帯電話用のリチウム二次電池を例に取ると、従来の携帯電話用リチウム二次電池では、１Ｃ以下の電流値で大略２〜４時間程度充電することで、満充電状態やそれに近い状態にすることが可能であった。ところが、携帯電話などのリチウム二次電池の適用機器の高機能化に伴って、リチウム二次電池にはより高容量が求められているため、従来と同程度の電流値での充電では、それに要する時間が実用的な範囲を超えて長くなる虞もある。これを回避するためには、より大きな電流値での充電を可能として、高容量化を図りつつ、充電に要する時間を短縮化する技術の開発が求められる。また放電側についても、電動工具用途など１Ｃを超える用途で使用される場合も出てきている。
【０００５】
このような電池の高出力化に対応するため、電解液のイオン伝導度を高くできるアセトニトリルを用いることが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００６】
一方でアセトニトリルは、電極との反応性の懸念もあることから、フッ素化して負極リチウムとの反応性を低減する試みも行われている（特許文献４）。
【０００７】
また、ＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサレートボレート：Ｌｉ[（Ｃ２Ｏ４）２Ｂ]）などの添加剤によって改善する試みも行われている（特許文献５）。
【０００８】
上記特許文献に記載された、アセトニトリルを電解液に用いる方法は、電池の出力特性や充電特性を向上させるには有効であるが、電解液の電極との反応性を抑制する必要がある。特許文献４および５のように、Ｆ元素による部分置換や添加剤による電極被膜形成によってもかなり改善されるが、まだ不足しているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１８０９６１号公報
【特許文献２】特開平８−３２１３１２号公報
【特許文献３】特開平７−８５８８８号公報
【特許文献４】特開平５−８２１３９号公報
【特許文献５】ＷＯ２０１２／０５７３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、リチウム二次電池の急速充放電特性や負荷特性を向上させ、さらに貯蔵性を改善することを目的とする。
【００１１】
また、前記特性が改善されたリチウム二次電池と、保護回路とを組み合わせてリチウム二次電池パックを構成し、急速充電に対応できるリチウム二次電池パック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】
【００１２】
本発明のリチウム二次電池は、正極合剤層を有する正極、負極合剤層を有する負極および非水電解液を備え、前記負極合剤層が、多価の有機リチウム塩を含有し、前記非水電解液が、アセトニトリルを、非水電解液全量中で５質量％以上９５質量％以下の範囲で含有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のリチウム二次電池パックは、本発明のリチウム二次電池を備えた二次電池モジュールと、前記二次電池モジュールの充電電流を制御するＦＥＴを含む保護回路とを備え、前記二次電池モジュールの充放電経路に、前記ＦＥＴを含む単数または複数の保護素子より構成された保護素子部を有し、単数または並列接続された複数の前記リチウム二次電池により単位セルが構成されており、単数の単位セル、または直列接続された複数の前記単位セルにより最小単位の直列部が構成されており、単数または並列接続された複数の前記最小単位の直列部により前記二次電池モジュールが構成されており、前記保護素子部を構成する各保護素子のインピーダンスの合計と、前記二次電池モジュールを構成する前記最小単位の直列部の数との積により定義される保護素子部インピーダンスをＰＲ（Ω）とし、当該最小単位の直列部の容量をＱ（Ａｈ）としたとき、前記容量Ｑと前記インピーダンスＰＲとの積：ＰＲ×Ｑが、０．０２以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、負極合剤層が多価の有機リチウム塩を含有し、非水電解液が、アセトニトリルを、非水電解液全量中で５質量％以上９５質量％以下の範囲で含有することにより、負荷特性および貯蔵性に優れたリチウム二次電池とすることができる。また、本発明のリチウム二次電池と保護回路とを組み合わせてリチウム二次電池パックを構成し、保護素子および電池容量に関するパラメータを適切に設定することにより、急速充放電特性に優れたリチウム二次電池パックとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態におけるリチウム二次電池パックの回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のリチウム二次電池およびリチウム二次電池パックは、上記構成を基本として以下のような態様を採ることができる。
【００１７】
すなわち、前記有機リチウム塩が、ポリマーを主鎖とする化合物である構成とすることができる。
【００１８】
また、前記有機リチウム塩の分子量が、２０００以下である構成とすることができる。
【００１９】
また、前記リチウム二次電池の容量が、前記正極合剤層の単位面積当たり、３．０ｍＡｈ／ｃｍ２以上である構成とすることができる。
【００２０】
また、前記負極合剤層が、ＳｉまたはＳｉの化合物を負極活物質として含有する構成とすることができる。
【００２１】
また、前記負極合剤層における、前記負極活物質に由来するＳｉの含有量が、前記負極合剤層の単位面積当たり、０．０７ｍｇ／ｃｍ２以上である構成とすることができる。
【００２２】
（本発明の基本概念の説明）
リチウム二次電池パックの定電流−定電圧充電（ＣＣ−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充電容量が大きい。よって、ＣＣ充電における電流値を大きくし、かつ、ＣＣ充電の時間を長くすることができれば、リチウム二次電池パックの充電開始から満充電状態になるまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００２３】
ところが、ＣＣ充電における電流値を大きくすると、電池の内部抵抗による充電時の電圧上昇が大きくなり、すぐに充電上限電圧に達してしまい、ＣＣ充電の時間が短くなってしまうため、満充電状態になるまでの充電時間が却って長くなってしまう。
【００２４】
従って、充電時間の短縮化のためには、大電流での充電でも充電時の電圧上昇が小さい電池を構成する必要がある。
【００２５】
本発明者らは、非水電解液の全量中で、アセトニトリルの割合を５質量％以上とすることにより、前記要求に対応できる電池が構成できること、および、アセトニトリルの割合を９５質量％以下とし、負極合剤層に多価の有機リチウム塩を含有させることにより、前記アセトニトリルの作用をあまり阻害することなく負極とアセトニトリルとの反応を抑制し、電池の貯蔵性を改善できることを見出した。
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して、より具体的に説明する。
【００２７】
（実施の形態）
＜リチウム二次電池の構成＞
以下に、本実施の形態におけるリチウム二次電池パックに適したリチウム二次電池の構成について説明する。本発明のリチウム二次電池は、例えば、正極合剤層を有する正極と負極合剤層を有する負極とがセパレータを介して対向してなる電極体と、非水電解質とを有する。前記負極には、例えば、負極活物質およびバインダなどを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用される。また、前記正極には、例えば、正極活物質およびバインダなどを含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用される。
【００２８】
リチウム二次電池に係る非水電解液としては、例えば、下記の溶媒中に無機リチウム塩もしくは有機リチウム塩、またはその両者を溶解させることによって調製した電解液が挙げられる。
【００２９】
本発明では、非水電解液を構成する非水溶媒としてアセトニトリルを用いることにより、電池の入出力特性を改善する。アセトニトリルの含有量は、全電解液中で５質量％以上とすればよく、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、最も好ましくは３０質量％以上である。また、負極との反応による電池の特性低下を防ぐため、アセトニトリルの割合は９５質量％とする必要があり、６０質量％以下であるのが好ましく、５０質量％以下であるのがより好ましく、４０質量％以下であるのが最も好ましい。
【００３０】
また、アセトニトリル以外の溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、γ−ブチロラクトン、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、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を、１種または２種以上用いることができる。
【００３１】
中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネートや、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などの鎖状カーボネート、あるいは、γ−ブチロラクトンなどの環状エステルが好ましく、特に、環状カーボネートが好ましく、エチレンカーボネートとビニレンカーボネートとを併用して用いるのが好ましい。
【００３２】
無機リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、低級脂肪族カルボン酸Ｌｉ、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランＬｉ、四フェニルホウ酸Ｌｉなどを、１種または２種以上用いることができる。中でも、ＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
【００３３】
有機リチウム塩としては、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ２）２［ここでＲｆは、Ｆ原子またはフルオロアルキル基を表す］などを、１種または２種以上用いることができる。
【００３４】
非水電解液中のリチウム塩の濃度は、例えば、０．２〜６．０ｍｏｌ／ｄｍ３であることが好ましく、０．５〜４ｍｏｌ／ｄｍ３であることがより好ましく、０．９〜１．８ｍｏｌ／ｄｍ３であることが更に好ましい。
【００３５】
また、充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、非水電解液に、例えば、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、１，３−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビフェニル、フルオロベンゼン、ｔ−ブチルベンゼン、環状フッ素化カーボネート［トリフロオロプロピレンカーボネート（ＴＦＰＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）など］、または、鎖状フッ素化カーボネート［トリフルオロジメチルカーボネート（ＴＦＤＭＣ）、トリフルオロジエチルカーボネート（ＴＦＤＥＣ）、トリフルオロエチルメチルカーボネート（ＴＦＥＭＣ）など］、フッ素化エーテル［Ｒｆ１−ＯＲ２：Ｒｆ１はフッ素を含有するアルキル基、Ｒ２はフッ素を含有してもよい有機基］、リン酸エステル［ＥＤＰＡ［エチルジエチルホスホノアセテート：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２（Ｐ＝Ｏ）−ＣＨ２（Ｃ＝Ｏ）ＯＣ２Ｈ５］、ＴＦＥＰ（リン酸トリス（トリフルオロエチル）：（ＣＦ３ＣＨ２Ｏ）３Ｐ＝Ｏ，ＴＰＰ（リン酸トリフェニル：（Ｃ６Ｈ５Ｏ）３Ｐ＝Ｏなど］および前記各化合物の誘導体などを適宜含有させることもできる。
【００３６】
中でも、フッ素を含む添加剤、特にＦＥＣなどのフッ素を含む環状カーボネートを含有させることで、負極の表面に被膜を形成でき、充放電の繰り返しによって皮膜に亀裂などが発生して新生面が露出した場合でも、新生面を再度被覆するので充放電サイクルによる容量劣化を抑制することができる。
【００３７】
また、リン酸エステルを含有させることにより、電池の貯蔵時における電解液の副反応を抑制することができる。
【００３８】
さらに、電池の負荷特性改善またはサイクル特性改善のため、非水電解液に、シュウ酸基〔−Ｏ（Ｃ＝Ｏ）−（Ｃ＝Ｏ−）Ｏ−〕を有する含フッ素有機金属塩、あるいは多価の金属塩（後述する多価の有機金属塩など）を含有させることもできる。
【００３９】
シュウ酸基〔−Ｏ（Ｃ＝Ｏ）−（Ｃ＝Ｏ−）Ｏ−〕を有する含フッ素有機金属塩としては、（ＰＦ２（Ｃ２Ｏ４）２）ｂＭｃ、（ＢＦ２（Ｃ２Ｏ４））ｂＭｃ、Ｍｂ（ＰＦ４（Ｃ２Ｏ４））ｃなど（ただし、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎなどの金属元素を表す）が例示される。これらの一般式におけるｂおよびｃは、金属Ｍの価数とアニオンの価数で決まる数である。
【００４０】
シュウ酸基〔−Ｏ（Ｃ＝Ｏ）−（Ｃ＝Ｏ−）Ｏ−〕を有する含フッ素有機金属塩または多価の金属塩の中でも、ＬｉＰＦ２（Ｃ２Ｏ４）２、ＬｉＢＦ２（Ｃ２Ｏ４））が特に望ましい。
【００４１】
なお、前記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩または多価の金属塩は、ＳｉＯＣ系活物質粒子を含有する負極に用いてもよく、負極合剤中に含有させるのであってもよい。
【００４２】
前記含フッ素有機金属塩および前記多価の金属塩の電解液への添加量は、その効果を十分に得るため、０．０１質量％以上が望ましく、０．１質量％以上がより望ましく、０．２質量％以上が最も望ましい。一方、添加量が多すぎても電池の特性が低下するので、１０質量％以下が望ましく、３質量％以下がより望ましく、１．５質量％以下が最も望ましい。
【００４３】
また、本発明のリチウム二次電池には、上述の非水電解液に公知のポリマーなどのゲル化剤を加えてゲル状とした非水電解質（ゲル状電解質）を用いることもできる。
【００４４】
本発明の電池では、負極合剤層および正極合剤層について、互いに対向しない部分が生じないようそれぞれの合剤層を配置するか、または、正極合剤層全体を負極合剤層と対向させ、かつ正極合剤層と対向しない負極合剤層の幅が２ｍｍ以下となるよう、より好ましくは１ｍｍ以下となるよう、それぞれの合剤層を配置することが望ましい。電解液にニトリル系溶媒を使用した場合、その高いイオン伝導性に起因して、電池の初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンが負極の全体に拡散し、正極合剤層と対向しない負極合剤層、すなわち負極合剤層の非対向部分にも吸蔵されて不可逆容量となり、充放電効率を低下させるおそれが生じるが、前記負極合剤層の非対向部分の幅を狭くすることにより、前記不可逆容量を小さくして電池の初回充電における充放電効率を高めることができる。特に、アセトニトリルを２０質量％以上含有する場合は、負極合剤層の非対向部分で生じる不可逆容量が大きくなるため、前述のように負極合剤層および正極合剤層の配置を調整することにより、充放電効率低下を抑制する効果がより明確となる。
【００４５】
なお、リチウムデンドライトの生成などによる電池のサイクル特性劣化を防ぐため、正極合剤層の全面が負極合剤層と対向する構成とし、かつ、負極合剤層の正極合剤層と対向している部分の周縁部を、正極合剤層と対向しない非対向部とするのが通常であり、電池組み立て時に電極の位置ずれが生じることも考慮し、前記負極合剤層の幅は、０．２ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４６】
一方、負極活物質がチタン酸リチウムなどの場合には、充電時のリチウムデンドライト生成のおそれが少ないため、正極合剤層の一部に負極合剤層と対向しない非対向部分を設けることも可能である。ただし、この場合も、前記非対向部分の幅が２ｍｍ以下となるよう、それぞれの合剤層を配置するのが望ましい。
【００４７】
また、電極の位置ずれの防止のため、あらかじめイミドテープ、ＰＰＳテープ、ＰＰテープなどのテープ類や接着剤で電極を固定するのであってもよい。
【００４８】
本発明のリチウム二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質やバインダなどを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構成のものを使用することができる。
【００４９】
負極活物質としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープできるものであればよく、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、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、活性炭などの炭素質材料が挙げられる。また、リチウムまたはリチウム含有化合物なども負極活物質として使用することができる。前記のリチウム含有化合物としては、例えば、ケイ素酸化物、錫酸化物、タングステン酸化物、リチウム鉄複合酸化物などの他、ケイ素系合金、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−インジウム、リチウム−ガリウム、リチウム−インジウム−ガリウムなどのリチウム合金が挙げられる。これら例示の負極活物質の中には、製造時にはリチウムを含んでいないものもあるが、充電時にはリチウムを含んだ状態になる。
【００５０】
負極は、例えば、前記負極活物質と、必要に応じて添加される導電助剤バインダ（後述する正極の場合と同様のものを用いることができる）とを混合して負極合剤とし、これを溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを集電体の表面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、必要に応じて加圧成形する工程を経ることによって作製される。なお、負極の製造方法は前記例示の方法に限定されず、例えば、バインダはあらかじめ溶剤に溶解または分散させておいてから用いてもよく、前記以外の方法で製造してもよい。
【００５１】
負極の負極合剤層においては、例えば、負極活物質が７０〜９９質量％であり、バインダが１〜３０質量％であることが好ましい。また、導電助剤を使用するとさらに好ましいこの場合には、負極合剤層における導電助剤の量は、１〜２０質量％であることが好ましい。更に、負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、１〜１００μｍであることが好ましい。導電助剤としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバーなどの繊維状のもの、アセチレンブラック、カーボンブラックなどの低結晶性のものが望ましい。
【００５２】
負極の集電体には、例えば、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金などからなる箔、パンチドメタル、エキスパンドメタル、網などを用い得るが、通常、厚みが５〜３０μｍの銅箔が好適に用いられる。
【００５３】
本発明では、負極合剤層に多価の有機金属塩を含有させるが、前記多価の有機金属塩の具体例としては、例えば、一般式〔Ｒ１（Ｙ）ａ〕ｂＭｃで表されるものが挙げられる。なお、この一般式中、Ｒ１は、例えば、アルキル基、アルキレン基、芳香族基、エーテル基、エステル基あるいはこれらの組み合わせの有機基であり、これらの基の有する水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい。また、前記一般式において、aは２以上の整数である。
【００５４】
前記一般式におけるアニオン部分Ｙは、例えば、酸の金属塩基であり、具体的には、−ＳＯ３−、−ＣＯ２−、−ＰＯ４−、−ＰＦｄＲｆ５−ｄ−［Ｒｆは、フッ素置換したアルキル基（以下同じ）で、ｄは５以下の整数（以下同じ）］、−ＢＦｅＲｆ３−ｅ−（ｅは３以下の整数、以下同じ）、−ＲｇＰＯ４-［Ｒは有機残基（以下同じ）でＲ１に結合していてもよく、ｇは０か１（以下同じ）］などが挙げられ、上述の例示のもののうちの１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。
【００５５】
また、電解液溶媒、例えばアセトニトリルへの作用を効果的にするため、Ｙと結合するＲ１の１番目の炭素原子もしくはその隣の２番目の炭素原子では、前記炭素原子に結合する水素の一部または全部がフッ素で置換されているか、Ｙと結合するＲ１の１番目の炭素原子が芳香環を構成していることが望ましく、Ｙと結合するＲ１の１番目の炭素原子に結合する水素の一部または全部がフッ素で置換されていることがより望ましい。例えば、Ｌｉ−ＳＯ３−ＣＨＦＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−の場合は、Ｒ１の１番目の炭素原子と結合する２個の水素のうちの１個がフッ素で置換されていることになり、Ｌｉ−ＳＯ３−ＣＨ２ＣＨＦＣＨ２ＣＨ２−の場合は、Ｒ１の２番目の炭素原子と結合する２個の水素のうちの１個がフッ素で置換されていることになり、また、Ｌｉ−ＳＯ３−Ｃ６Ｈ４−の場合は、Ｙと結合するＲ１の１番目の炭素原子が芳香環（ベンゼン環）を構成していることになる。
【００５６】
有機金属塩が前記構造を取ることにより、Ｙの電子密度が低くなり、Ｌｉなどの金属がカチオンとして解離しやすくなり、そのためアセトニトリルなどの溶媒に溶媒和して安定化しやすくなり、電池の貯蔵性をより改善することが可能となる。なお、Ｒ１の部分はアルキル基やエステル基など様々な形態を取ることができ、Ｙと結合するＲ１の１番目の炭素原子および２番目の炭素原子以外の構造によっては、Ｙの電子密度が多少影響を受ける場合もあるが、前記炭素原子からの影響に比べて小さいため、特に考慮する必要はない。
【００５７】
また、前記一般式におけるＭは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、１３族元素などの金属元素で、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ａｌなどを例示することができ、アルカリ金属およびアルカリ土類金属が望ましく、アルカリ金属がより望ましく、Ｌｉが最も望ましい。すなわち、多価の有機金属塩としては、多価の有機リチウム塩が最も望ましい。前記一般式におけるｂおよびｃは、金属Ｍの価数と〔Ｒ１（Ｙ）ａ〕の価数で決まる数である。本発明に用いる多価金属塩は、様々な構造を取ることが可能であるが、高分子量とすることにより電解液への溶解性を低減することができ、負極合剤層内にとどまって作用させることができる。
【００５８】
なお、有機基Ｒ１は、水酸基（−ＯＨ）や、酸基（−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２Ｈなど）を含んでいてもよいが、これらの官能基は電池内で反応を生じるおそれがあるため、酸の金属塩基よりも少ないことが好ましく、酸の金属塩基の数の、１／１０以下であることがより好ましい。これらの官能基は、反応して水素がＬｉに置換されるため、存在量が少量であればＬｉ塩として有効に作用するが、存在量が多くなると、負極の容量を減少させたり、ガス発生により電池を膨れさせるおそれが生じる。
【００５９】
また、前記一般式におけるＲ１の分子量は、負極活物質粒子表面への被膜形成を容易にするために、２００万以下であることが望ましく、１００万以下であることがより望ましく、５０万以下であることが最も望ましい。
【００６０】
一方、前記一般式におけるＲ１の分子量が小さすぎると、イオンが通過し難い被膜となる場合があることから、３０以上であることが望ましく、５０以上であることがより望ましく、７０以上であることが最も望ましい。Ｒ１が、アルキレン、芳香族基、または主としてそれらを含む有機混成体である場合、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨＦＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２−など、−ＣｈＨ２ｈ−ｉＦｉ−（ｈおよびｉは整数であり、ｈ≧１、ｉ≧０である）として表されるアルキレン、−Ｃ６Ｈ４−、＞Ｃ６Ｈ３−、−Ｃ６Ｈ４−Ｃ６Ｈ４−、−Ｃ６Ｈ３Ｆ−、−Ｃ６Ｆ４−など、−（Ｃ６Ｈ４−ｊＦｋ）ｌ（Ｃ６Ｈ４−ｍＦｎ）ｕ−（ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｕは整数であり、ｊ≧０、ｋ≧０、ｋ≦ｊ、ｍ≧０、ｎ≧０、ｎ≦ｍ、ｌ＋ｕ≧１）として表される芳香族基、および、＞Ｃ６Ｈ３−Ｃ（ＣＦ３）２−Ｃ６Ｈ３＜、＞Ｃ６Ｈ３−ＣＦ３、−Ｃ６Ｈ４−Ｃ（ＣＦ３）２−Ｃ６Ｈ４−、Ｒ２（ＣＨ２ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４−）ｎＲ３（Ｒ２、Ｒ３は有機基)のような有機混成体が例示される。
【００６１】
より具体的には、アルキレンや芳香族基に、Ｙとして−ＳＯ３−、−ＣＯ２−または−ＰＯ４−を有する有機金属塩が例示される。
【００６２】
また、多価の有機金属塩は、前記有機基Ｒ１の水素の１つが、ビニルアルコール、オレフイン、アクリル酸、エチレンイミンなどの重合体または共重合体の主鎖に由来する有機基に置換された、一般式Ｒp〔Ｒ２（Ｙ）ａ〕ｂＭｃで表される金属塩であってもよい。ここで、有機基Ｒpは、有機基Ｒ１の水素を１つ除いた有機鎖Ｒ２を介して、金属塩基と結合している。Ｒpにおける繰り返し単位は、ビニルアルコール、オレフイン、アクリル酸およびエチレンイミンより選択される少なくとも１種のモノマーに由来することが望ましく、多価の有機金属塩を合成する上で、前記モノマーのうちの１種のみに由来するものであることがより望ましい。
【００６３】
多価の有機金属塩が、Ｒp〔Ｒ２（Ｙ）ａ〕ｂＭｃのようにポリマー主鎖に由来する構造を有する場合は、〔Ｒ１（Ｙ）ａ〕ｂＭｃで表される構造よりも、さらに電解液には溶解しにくくなり、負極合剤層内部で確実にアセトニトリルに作用できるという点で望ましい。前記構造の例としては、ポリビニルアルコールを主鎖として、さまざまな側鎖を付与した［ＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）］ｍ［ＣＨ２ＣＨ（ＯＯＣＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯＬｉ）］ｎ、［ＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）］ｍ［ＣＨ２ＣＨ（ＯＯＣＣ６Ｈ４ＣＯＯＬｉ）］ｎ、［ＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）］ｍ［ＣＨ２ＣＨ（ＯＯＣＣ６Ｈ３ＦＣＯＯＬｉ）］ｎ、あるいは、ポリエチレンイミンなどのアミノ基を有するポリマーに２価の酸を結合させたものなどがあげられる。またポリオレフィン系で部分的に同様な置換基を有しているものを用いてもよい。中でもポリビニルアルコールを主鎖とするものは、２価の酸と比較的容易に結合可能であり望ましい。
【００６４】
Ｒpには、水酸基（−ＯＨ）や酸基（−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯ２Ｈなど）が含まれていてもよいが、これらの官能基は電池内で反応を生じるおそれがあるため、酸の金属塩基よりも少ないことが好ましく、酸の金属塩基の数の、１／２以下であることがより好ましく、１／３以下であることがさらに好ましい。これらの官能基は、反応して水素がＬｉに置換されるため、存在量が少量であればＬｉ塩として有効に作用するが、存在量が多くなると、負極の容量を減少させたり、ガス発生により電池を膨れさせるおそれが生じる。ただし、ポリマー中のこれらの官能基は水素結合で安定化するため、通常の化合物より悪影響は少ない。
【００６５】
負極合剤層中での、前記多価の有機金属塩の含有量は、その効果をより明確にするために、０．１質量％以上とすることが望ましく、０．２質量％以上とすることがより望ましく、０．４％重量以上とすることが最も望ましい。一方、含有量が多すぎると、容量低下を生じさせる可能性があるため、負極合剤層中での含有量は、５質量％以下とすることが望ましく、２質量％以下とすることがより望ましく、１質量％以下とすることが最も望ましい。
【００６６】
負極活物質には、Ｓｉを構成元素に含む合金、酸化物、炭化物などのＳｉ系活物質が使用されるのが望ましい。このようなＳｉ系活物質を使用することで、充電時の電圧上昇の少ないリチウム二次電池を構成することができる。Ｓｉ系活物質は、いずれか１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６７】
Ｓｉ系活物質の中でも、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料（ただし、Ｓｉに対するＯの原子比ｘが、０．５≦ｘ≦１．５である）を用いることが好ましい。そのようなＳｉとＯとを構成元素に含む材料は、Ｓｉの酸化物の他に、Ｓｉと他の金属（例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ｂｉなど）との複合酸化物であってもよい。また、Ｓｉや他の金属の微結晶または非晶質相を含んでいてもよい。全体として、Ｓｉに対するＯの原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．５を満たしていればよい。
【００６８】
上述のＳｉとＯとを構成元素に含む材料のなかでも、非晶質のＳｉＯ２マトリックス中に微小なＳｉ相が分散した構造を有する材料が、特に好ましく用いられる（以下、当該材料を「ＳｉＯｘ」と記述する）。ＳｉＯｘの場合、例えば、非晶質のＳｉＯ２マトリックス中に、Ｓｉが分散した構造で、ＳｉＯ２とＳｉのモル比が１：１であると、ｘ＝１であるので、組成式としてはＳｉＯで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、Ｘ線回折分析では、Ｓｉ（微結晶Ｓｉ）の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なＳｉの存在が確認できる。
【００６９】
上述のＳｉとＯとを構成元素に含む材料は電気伝導性が乏しいため、負極活物質として用いるには、炭素材料などの導電助剤が必要となる。ここで、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料を単に炭素材料と混合して負極合剤層に含有させるよりも、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料をコア材とし、その表面に炭素の被覆層を形成することが好ましい。この場合には、負極活物質を含む負極合剤層中の導電ネットワークを良好に形成させることができるので、リチウム二次電池の負荷特性を高めることが可能となる。
【００７０】
ＳｉとＯとを構成元素に含む材料をコア材とし、その表面を炭素で被覆したものを使用する場合、コア材の表面に堆積させる炭素の量および状態を最適化することで、高容量であるという特徴を保ちつつ、貯蔵特性を向上させることができる。
【００７１】
コア材となる、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料は、従来公知の手法によって製造されたものを用いることができる。
【００７２】
ＳｉとＯとを構成元素に含む材料からなるコア材の表面を被覆する炭素の量は、少な過ぎると貯蔵後の容量低下が大きく、多過ぎると、高容量であるＳｉとＯとを構成元素に含む材料を使用する効果を十分に確保し得ない虞がある。従って、コア材の表面を炭素で被覆した材料の全量（１００質量％）中、１０〜３０質量％とすることが好ましい。
【００７３】
また、コア材の表面が露出している場合には、貯蔵後に容量が低下しやすくなることから、コア材の表面のうち、炭素で被覆されている割合は高いほど好ましい。例えば、コア材がＳｉＯｘである場合、コア材の表面を炭素で被覆した材料のラマンスペクトル（測定レーザー波長：５３２ｎｍ）において、Ｓｉに由来する５１０ｃｍ−１のピーク強度（Ｉ５１０）と、Ｃ（カーボン）に由来する１３４３ｃｍ−１のピーク強度（Ｉ１３４３）との強度比Ｉ５１０／Ｉ１３４３が、０．２５以下であることが好ましい。
【００７４】
本明細書でいうラマンスペクトルにおける強度比Ｉ５１０／Ｉ１３４３は、顕微ラマン分光法でコア材の表面を炭素で被覆した材料をマッピング測定（測定範囲：８０×８０μｍ、２μｍステップ）し、測定範囲内の全てのスペクトルを平均して、Ｓｉに由来するピーク（５１０ｃｍ−１）とＣに由来するピーク（１３４３ｃｍ−１）との強度比率により求められる値である。
【００７５】
また、ＳｉとＯとを構成元素に含む材料からなるコア材の表面を炭素で被覆した材料において、コア材にＳｉＯｘを使用する場合には、ＳｉＯｘ中のＳｉ相の結晶子サイズを最適化することによっても、高容量であるという特徴を保ちつつ、貯蔵特性を向上させることができる。具体的には、コア材となるＳｉＯｘにおいて、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法により得られるＳｉの（１１１）回折ピークの半値幅が、２．５°以下であることが好ましい。
【００７６】
ただし、コア材となるＳｉＯｘにおけるＳｉ相の結晶子サイズが大きすぎると、初期の充放電容量が小さくなる虞があることから、Ｘ線回折法により求められるＳｉの（１１１）回折ピークの半値幅は、０．５°以上であることが好ましい。
【００７７】
ＳｉとＯとを構成元素に含む材料からなるコア材の表面を炭素で被覆した材料においては、電池を繰り返し充放電した後の容量低下を抑える観点から、平均粒子径（Ｄ５０）が、０．５μｍ以上であることが好ましい。また、電池の充放電に伴う負極の膨張を抑える観点から、平均粒子径（Ｄ５０）が、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００７８】
ＳｉとＯとを構成元素に含む材料からなるコア材の表面を炭素で被覆した材料の平均粒子径は、レーザー散乱粒度分布計（例えば、堀場製作所製「ＬＡ−９２０」）を用い、当該材料を溶媒に分散させて測定される値である。
【００７９】
負極活物質中にＳｉ系活物質を用いる場合の含有量は、リチウム二次電池の急速充電特性をより高める観点から、Ｓｉ系活物質に含まれるＳｉの量で、０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがより好ましく、２質量％以上であることが更に好ましい。負極活物質中におけるＳｉ系活物質の含有量が、Ｓｉ系活物質に含まれるＳｉの量で２質量％以上の場合には、電池の急速充電特性を高める作用が特に良好となる。
【００８０】
また、Ｓｉ系活物質は充放電に伴う体積変化量が大きいことから、充放電を繰り返すことで、電池の容量低下を引き起こす虞がある。電池の充放電に伴うＳｉ系活物質の体積変化に起因するそのような問題の発生を抑えて、電池の充放電サイクル特性を高めるには、負極活物質中におけるＳｉ系活物質の含有量が、Ｓｉ系活物質中に含まれるＳｉの量で、２０質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましく、１０質量％以下であることが更に好ましい。
【００８１】
負極合剤層に係るバインダには、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）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸塩、ポリイミド、ポリアミドイミド、などが好適に用いられる。
【００８２】
負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）や水などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し（ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい）、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造される。ただし、負極は、この製造方法で製造されたものに制限される訳ではなく、他の製造方法で製造されたものであってもよい。
【００８３】
負極において、負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり１０〜１００μｍであることが好ましく、負極合剤層の密度（集電体に積層した単位面積あたりの負極合剤層の質量と、厚みから算出される）は、１．０〜１．９ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。また、負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質の量が８０〜９９質量％であることが好ましく、バインダの量が１〜２０質量％であることが好ましく、導電助剤を使用する場合には、その量が１〜１０質量％であることが好ましい。
【００８４】
また、負極において、Ｓｉ系活物質に含まれるＳｉの、負極合剤層の単位面積当たりの含有量は、電池の急速充電特性をより高める観点から、０．００７ｍｇ／ｃｍ２以上であることが好ましく、０．０１８ｍｇ／ｃｍ２以上であることがより好ましく、０．１００ｍｇ／ｃｍ２以上であることが更に好ましい。ただし、負極において、Ｓｉ系活物質の含有量が多すぎると、電池の充放電サイクル特性が低下する虞があることから、Ｓｉ系活物質に含まれるＳｉの、負極合剤層の単位面積当たりの含有量は、１．５００ｍｇ／ｃｍ２未満であることが好ましく、１．００ｍｇ／ｃｍ２未満であることがより好ましく、０．５ｍｇ／ｃｍ２未満であることが更に好ましい。
【００８５】
負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得ることができるが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は３０μｍであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は５μｍであることが望ましい。
【００８６】
リチウム二次電池の正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用される。
【００８７】
正極活物質としては、Ｌｉ（リチウム）イオンを吸蔵放出可能なＬｉ含有遷移金属酸化物などが使用される。Ｌｉ含有遷移金属酸化物としては、従来から知られているリチウム二次電池に使用されているもの、具体的には、ＬｉｙＣｏＯ２（ただし、０≦ｙ≦１．１である。）、ＬｉｚＮｉＯ２（ただし、０≦ｚ≦１．１である。）、ＬｉｅＭｎＯ２（ただし、０≦ｅ≦１．１である。）、ＬｉａＣｏｂＭ１１−ｂＯ２（ただし、Ｍ１は、Ｍｇ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｗ、ＢｉおよびＧｅよりなる群から選択される少なくとも１種を含むＬｉ、Ｃｏ以外の金属元素であり、０≦ａ≦１．１、０＜ｂ＜１．０である。）、ＬｉｃＮｉ１−ｄＭ２ｄＯ２（ただし、Ｍ２は、Ｍｇ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｗ、ＢｉおよびＧｅよりなる群から選択される少なくとも１種を含むＬｉ、Ｎｉ以外の金属元素であり、０≦ｃ≦１．１、０＜ｄ＜１．０である。）、ＬｉｆＭｎｇＮｉｈＣｏ１−ｇ−ｈＭ３Ｏ２（ただし、０≦ｆ≦１．１、０＜ｇ＜１．０、０＜ｈ＜１．０、Ｍｇ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｗ、ＢｉおよびＧｅよりなる群から選択される少なくとも１種を含むＬｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ以外の金属元素である。）などの層状構造を有するＬｉ含有遷移金属酸化物などが挙げられ、これらのうちの１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００８８】
正極合剤層に係るバインダには、負極合剤層用のバインダとして先に例示した各種バインダと同じものが使用できる。また、正極合剤層に係る導電助剤としては、例えば、天然黒鉛（鱗片状黒鉛など）、人造黒鉛などの黒鉛（黒鉛質炭素材料）；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック；炭素繊維；などの炭素材料などが挙げられる。
【００８９】
正極は、例えば、正極活物質、バインダおよび導電助剤を、ＮＭＰなどの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し（ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい）、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極は、この製造方法で製造されたものに制限される訳ではなく、他の製造方法で製造されたものであってもよい。
【００９０】
正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり１０〜１００μｍであることが好ましく、正極合剤層の密度（集電体に積層した単位面積あたりの正極合剤層の質量と、厚みから算出される）は、３．０〜４．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。また、正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が６０〜９５質量％であることが好ましく、バインダの量が１〜１５質量％であることが好ましく、導電助剤の量が３〜２０質量％であることが好ましい。
【００９１】
正極の集電体には、従来から知られているリチウム二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが８〜３０μｍのアルミニウム箔が好ましい。
【００９２】
上述の負極と正極とは、後述するセパレータを挟んで積層することで、これらをセパレータを介して対向させた積層電極体や、負極と正極とをセパレータを介して積層した積層体を渦巻状に巻回した巻回電極体として、リチウム二次電池に使用される。
【００９３】
リチウム二次電池においては、その容量（ｍＡｈ）を、正極合剤層の面積（ｃｍ２）で除して求められる単位面積当たりの電池容量が、３．０ｍＡｈ／ｃｍ２以上であることが好ましく、３．５ｍＡｈ／ｃｍ２以上であることがより好ましく、３．８ｍＡｈ／ｃｍ２以上であることが更に好ましい。正極合剤層の単位面積当たりの電池容量が上述のように大きいリチウム二次電池を使用しても本発明の電池では優れた放電負荷特性、充電特性を得ることができ、急速充電時の電池電圧の上昇を抑えることができる。ただし、正極合剤層の単位面積当たりの電池容量が大きすぎると、リチウム二次電池の放電負荷特性、充電特性が低下する。よって、正極合剤層の単位面積当たりの電池容量は、３０ｍＡｈ／ｃｍ２以下であることが好ましい。また２０ｍＡｈ／ｃｍ２以下であることがより好ましく、１０ｍＡｈ／ｃｍ２以下であることが最も好ましいい
【００９４】
上述の正極合剤層の単位面積当たりの電池容量の算出に使用するリチウム二次電池の容量は、以下の方法により求められる値である。すなわち、リチウム二次電池を、２５℃において、１．０Ｃの電流値で定電流充電し、満充電電圧（実施例では４．２Ｖ）に達した後に定電圧で充電を行い、合計充電時間が２．５時間となった時点で充電を終了する。充電後のリチウム二次電池について、０．２Ｃで放電を行い、放電終止電圧（実施例では、３Ｖ）に達したら放電をやめて放電電気量を求め、この放電電気量を容量とする。
【００９５】
また、リチウム二次電池においては、正極活物質の質量Ｐと、負極活物質の質量Ｎとの比Ｐ／Ｎを、１．０〜３．６とすることが望ましい。このＰ／Ｎ比率を３．６以下として負極活物質の利用率を下げて充電電気容量を制限することで、前述した充放電における負極活物質の体積変化や劣化を抑制し、電池の充放電サイクル特性の低下を抑制することができる。また、Ｐ／Ｎ比率を１．０以上とすることで、高い電池容量を確保することができる。
【００９６】
リチウム二次電池に係るセパレータとしては、強度が十分で、かつ非水電解質を多く保持できるものがよく、厚さが５〜５０μｍで開口率が３０〜７０％の、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、ＰＥのみを使用したものやＰＰのみを使用したものであってもよく、エチレン−プロピレン共重合体を含んでいてもよく、また、ＰＥ製の微多孔膜とＰＰ製の微多孔膜との積層体であってもよい。
【００９７】
また、リチウム二次電池に係るセパレータには、融点が１４０℃以下の樹脂を主体とした多孔質層（Ａ）と、融点が１５０℃以上の樹脂または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層（Ｂ）とから構成された積層型のセパレータを使用することができる。ここで、「融点」とはＪＩＳ  Ｋ  ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度を意味し、「耐熱温度が１５０℃以上」とは、少なくとも１５０℃において軟化などの変形が見られないことを意味する。
【００９８】
上述の積層型のセパレータに係る多孔質層（Ａ）は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、リチウム二次電池が多孔質層（Ａ）の主体となる成分である樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層（Ａ）に係る樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。
【００９９】
多孔質層（Ａ）の主成分となる融点が１４０℃以下の樹脂としては、例えばＰＥが挙げられる。その形態としては、リチウム二次電池に用いられる微多孔膜や、不織布などの基材にＰＥの粒子を塗布したものが挙げられる。ここで、多孔質層（Ａ）の全構成成分中において、主体となる融点が１４０℃以下の樹脂の体積は、５０体積％以上であり、７０体積％以上であることがより好ましい。多孔質層（Ａ）をＰＥの微多孔膜で形成する場合は１００体積％となる。
【０１００】
上述の積層型のセパレータに係る多孔質層（Ｂ）は、リチウム二次電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、融点が１５０℃以上の樹脂または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層（Ａ）が収縮しても、収縮し難い多孔質層（Ｂ）によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、この耐熱性の多孔質層（Ｂ）がセパレータの骨格として機能するため、多孔質層（Ａ）の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。
【０１０１】
多孔質層（Ｂ）を、融点が１５０℃以上の樹脂を主体として形成する場合、その形態としては、例えば、融点が１５０℃以上の樹脂で形成された微多孔膜（例えば前述のＰＰ製の電池用微多孔膜）を多孔質層（Ａ）に積層させる形態、あるいは、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子を含む多孔質層（Ｂ）形成用の組成物（塗液）を多孔質層（Ａ）に塗布して、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子を含む多孔質層（Ｂ）を積層させる塗布積層型の形態が挙げられる。
【０１０２】
融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子を構成する樹脂としては、ＰＰ；架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子；ポリスルフォン；ポリエーテルスルフォン；ポリフェニレンスルフィド；ポリテトラフルオロエチレン；ポリアクリロニトリル；アラミド；ポリアセタールなどが挙げられる。
【０１０３】
融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子の粒径は、平均粒子径で、例えば、好ましくは０．０１μｍ以上、より好ましくは０．１μｍ以上であって、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下である。なお、本明細書でいう微粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計（例えば、堀場製作所製「ＬＡ−９２０」）を用い、樹脂を溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径（Ｄ５０）である。
【０１０４】
上述の融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子の量は、多孔質層（Ｂ）に主体として含まれるものであるため、多孔質層（Ｂ）の構成成分の全体積（空孔部分を除く全体積）中、５０体積％以上であり、７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることが更に好ましい。
【０１０５】
多孔質層（Ｂ）を耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として形成する場合には、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを含む多孔質層（Ｂ）形成用の組成物（塗液）を多孔質層（Ａ）に塗布して、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを含む多孔質層（Ｂ）を積層させる塗布積層型の形態が挙げられる。
【０１０６】
多孔質層（Ｂ）に係る無機フィラーは、耐熱温度が１５０℃以上で、リチウム二次電池を構成する非水電解質に対して安定であり、更にリチウム二次電池の作動電圧範囲において酸化還元され難い電気化学的に安定なものであればよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、また、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。アルミナ、シリカ、ベーマイトは、耐酸化性が高く、粒径や形状を所望の数値などに調整することが可能であるため、多孔質層（Ｂ）の空孔率を精度よく制御することが容易となる。なお、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーは、例えば前記例示のものを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーと、前述の融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子とを併用しても差し支えない。
【０１０７】
多孔質層（Ｂ）に係る耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーの形状については特に制限はなく、略球状（真球状を含む）、略楕円体状（楕円体状を含む）、板状などの各種形状のものを使用できる。
【０１０８】
また、多孔質層（Ｂ）に係る耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーの平均粒子径（板状フィラーおよび他形状フィラーの平均粒子径。以下同じ。）は、小さすぎるとイオンの透過性が低下することから、０．３μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましい。また、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーが大きすぎると、電気特性が劣化しやすくなることから、その平均粒子径は、５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。本明細書でいう耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーの平均粒子径は、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子の平均粒子径と同じ方法で求められる平均粒子径（Ｄ５０）である。
【０１０９】
多孔質層（Ｂ）における耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーは、多孔質層（Ｂ）に主体として含まれるものであるため、多孔質層（Ｂ）における量は、多孔質層（Ｂ）の構成成分の全体積（空孔部分を除く全体積）中、５０体積％以上であり、７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることが更に好ましい。多孔質層（Ｂ）中の無機フィラーを上述のように高含有量とすることで、リチウム二次電池が高温となった際にも、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができ、正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができる。
【０１１０】
なお、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーと融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子とを併用する場合には、これらの両者が合わさって多孔質層（Ｂ）の主体をなしていればよく、具体的には、これらの合計量を、多孔質層（Ｂ）の構成成分の全体積（空孔部分を除く全体積）中、５０体積％以上とすればよく、また、７０体積％以上とすることが好ましく、８０体積％以上とすることがより好ましく、９０体積％以上とすることが更に好ましい。これにより、多孔質層（Ｂ）中の無機フィラーを上述のように高含有量とした場合と同様の効果を確保することができる。
【０１１１】
多孔質層（Ｂ）には、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子同士または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラー同士を結着したり、多孔質層（Ｂ）と多孔質層（Ａ）とを一体化したりなどのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ、酢酸ビニル由来の構造単位が２０〜３５モル％のもの）、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、ＳＢＲ、ＣＭＣ、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、１５０℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【０１１２】
前記例示の有機バインダの中でも、ＥＶＡ、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、ＳＢＲなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ（ＥＶＡ）」、日本ユニカー社のＥＶＡ、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−ＥＥＡシリーズ（エチレン−アクリル酸共重合体）」、日本ユニカー社のＥＥＡ、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ（フッ素ゴム）」、ＪＳＲ社の「ＴＲＤ−２００１（ＳＢＲ）」、日本ゼオン社の「ＢＭ−４００Ｂ（ＳＢＲ）」などが挙げられる。
【０１１３】
上述の有機バインダを多孔質層（Ｂ）に使用する場合には、後述する多孔質層（Ｂ）形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。
【０１１４】
上述の塗布積層型のセパレータは、例えば、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーなどを含有する多孔質層（Ｂ）形成用組成物（スラリーなどの液状組成物など）を、多孔質層（Ａ）を構成するための微多孔膜の表面に塗布し、所定の温度に乾燥して多孔質層（Ｂ）を形成することにより製造することができる。
【０１１５】
多孔質層（Ｂ）形成用組成物は、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーの他、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶媒（分散媒を含む。以下同じ。）に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。多孔質層（Ｂ）形成用組成物に用いられる溶媒は、無機フィラーなどを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよい。例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール（エチレングリコール、プロピレングリコールなど）、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類（メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど）を適宜加えて界面張力を制御することもできる。
【０１１６】
多孔質層（Ｂ）形成用組成物は、融点が１５０℃以上の樹脂の微粒子または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラー、および有機バインダなどを含む固形分含量を、例えば１０〜８０質量％とすることが好ましい。
【０１１７】
上述の積層型のセパレータにおいて、多孔質層（Ａ）と多孔質層（Ｂ）とは、それぞれ１層ずつである必要はなく、複数の層がセパレータ中にあってもよい。例えば、多孔質層（Ｂ）の両面に多孔質層（Ａ）を配置した構成としたり、多孔質層（Ａ）の両面に多孔質層（Ｂ）を配置した構成としてもよい。ただし、層数を増やすことで、セパレータの厚みが増大して電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので、層数を多くし過ぎるのは好ましくなく、積層型のセパレータ中の多孔質層（Ａ）と多孔質層（Ｂ）との合計層数は５層以下であることが好ましい。
【０１１８】
リチウム二次電池に係るセパレータ（ポリオレフィン製の微多孔膜からなるセパレータや、前記積層型のセパレータ）の厚みは、１０〜３０μｍであることが好ましい。
【０１１９】
また、上述の積層型のセパレータにおいては、多孔質層（Ｂ）の厚み［セパレータが多孔質層（Ｂ）を複数有する場合は、その総厚み］は、多孔質層（Ｂ）による前述の各作用をより有効に発揮させる観点から、３μｍ以上であることが好ましい。ただし、多孔質層（Ｂ）が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こすなどの虞があることから、多孔質層（Ｂ）の厚みは、８μｍ以下であることが好ましい。
【０１２０】
更に、上述の積層型のセパレータにおいては、多孔質層（Ａ）の厚み［セパレータが多孔質層（I）を複数有する場合は、その総厚み。以下同じ。］は、多孔質層（Ａ）の使用による上述の作用（特にシャットダウン作用）をより有効に発揮させる観点から、６μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層（Ａ）が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、多孔質層（Ａ）が熱収縮しようとする力が大きくなり、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が不十分になる虞がある。そのため、多孔質層（Ａ）の厚みは、２５μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１４μｍ以下であることが更に好ましい。
【０１２１】
セパレータ全体の空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、３０％以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、７０％以下であることが好ましい。セパレータの空孔率：Ｐ（％）は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記（１）式を用いて各成分ｉについての総和を求めることにより計算できる。
Ｐ  ＝｛１−（ｍ／ｔ）／（Σａｉ・ρｉ）｝×１００          （１）
【０１２２】
ここで、（１）式中、ａｉ：全体の質量を１としたときの成分ｉの比率、ρｉ：成分ｉの密度（ｇ／ｃｍ３）、ｍ：セパレータの単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ２）、ｔ：セパレータの厚み（ｃｍ）である。
【０１２３】
また、上述の積層型のセパレータの場合、（１）式において、ｍを多孔質層（Ａ）の単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ２）とし、ｔを多孔質層（Ａ）の厚み（ｃｍ）とすることで、（１）式を用いて多孔質層（Ａ）の空孔率：Ｐ（％）を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層（Ａ）の空孔率は、３０〜７０％であることが好ましい。
【０１２４】
更に、上述の積層型のセパレータの場合、（１）式において、ｍを多孔質層（Ｂ）の単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ２）とし、ｔを多孔質層（Ｂ）の厚み（ｃｍ）とすることで、（１）式を用いて多孔質層（Ｂ）の空孔率：Ｐ（％）を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層（Ｂ）の空孔率は、２０〜６０％であることが好ましい。
【０１２５】
セパレータとしては、機械的な強度の高いものが好ましく、例えば突き刺し強度が３Ｎ以上であることが好ましい。前述した通り、本発明に係るリチウム二次電池で使用する負極活物質は、充放電時の体積膨張収縮が大きく、例えば、Ｐ／Ｎ比率を１．０〜３．６に制限することで体積膨張収縮を抑制し、充放電サイクル特性を改善可能であるが、充放電サイクルを重ねることで、負極全体の伸縮によって、対面させたセパレータにも機械的なダメージが加わることになる。セパレータの突き刺し強度が３Ｎ以上であれば、良好な機械的強度が確保され、セパレータの受ける機械的ダメージを緩和することができる。
【０１２６】
突き刺し強度が３Ｎ以上のセパレータとしては、前述した積層型のセパレータが挙げられ、特に、融点が１４０℃以下の樹脂を主体とした多孔質層（Ａ）に、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層（Ｂ）を積層したセパレータが好適である。それは、上述の無機フィラーの機械的強度が高いため、多孔質層（Ａ）の機械的強度を補って、セパレータ全体の機械的強度を高めることができるからであると考えられる。
【０１２７】
突き刺し強度は、以下の方法で測定できる。すなわち、直径２インチの穴があいた板上にセパレータをしわやたわみのないように固定し、先端の直径が１．０ｍｍの半円球状の金属ピンを、１２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で測定試料に降下させて、セパレータに穴があく時の力を５回測定する。そして、５回の測定値のうち最大値と最小値とを除く３回の測定について平均値を求め、これをセパレータの突き刺し強度とする。
【０１２８】
リチウム二次電池に使用する上述の積層電極体や巻回電極体においては、上述の積層型のセパレータを使用した場合、特に融点が１４０℃以下の樹脂を主体とした多孔質層（Ａ）に、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層（Ｂ）を積層したセパレータを使用する場合には、多孔質層（Ｂ）が少なくとも正極に面するように配置することが好ましい。この場合、耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として含み、より耐酸化性に優れる多孔質層（Ｂ）が正極と面することで、正極によるセパレータの酸化をより良好に抑制できるため、電池の高温時の保存特性や充放電サイクル特性を高めることもできる。また、ビニレンカーボネートやシクロヘキシルベンゼンなどの添加剤を非水電解質中に加えた場合（後述する）、正極側で被膜化しセパレータの細孔を詰まらせて電池特性を著しく低下させる虞もある。そこで比較的ポーラスな多孔質層（Ｂ）を正極に対面させることで、細孔の目詰まりを抑制する効果も期待できる。
【０１２９】
他方、積層型セパレータの一方の表面が多孔質層（Ａ）である場合には、多孔質層（Ａ）が負極に面するようにすることが好ましく、これにより、例えば、シャットダウン時に多孔質層（Ａ）から溶融した熱可塑性樹脂が電極の合剤層に吸収されることを抑制して、効率よくセパレータの空孔の閉塞に利用することができるようになる。
【０１３０】
リチウム二次電池は、その形状などについても特に制限はない。例えば、コイン形、ボタン形、シート形、積層形、円筒形、偏平形、角形、電気自動車などに用いる大型のものなど、いずれであってもよい。なお、上述の負極活物質を用いると、幅に対して厚みの小さな角形（角筒形）の外装缶や扁平形の外装缶、ラミネートフィルムなどを電池の外装体として使用して構成した電池の場合に、特に電池膨れの問題が生じやすいが、本発明のリチウム二次電池では、こうした電池膨れの発生を良好に抑制することも可能であるため、上述のような外装体を有する角形電池や扁平形電池としても、良好な特性のリチウム二次電池を構成できる。
【０１３１】
リチウム二次電池に正極、負極およびセパレータを導入するにあたっては、電池の形態に応じて、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介して積層した積層電極体や、正極と負極とをセパレータを介して積層し、更にこれを渦巻状に巻回した巻回電極体として使用することもできる。また、捲回電極体（特に、角形電池や、扁平形の外装缶、ラミネートフィルム外装体などを用いた扁平形電池に使用される巻回軸に垂直な横断面が扁平状の捲回電極体）を有する電池としても、良好な特性のリチウム二次電池を構成できる。
【０１３２】
＜リチウム二次電池パックの構成＞
図１は、本発明の一実施の形態におけるリチウム二次電池パックの構成を示す回路図である。この電池パックは、リチウム二次電池１ａ（以下、「二次電池１ａ」と略記する）の群からなる二次電池モジュール１を内蔵している。二次電池モジュール１は、直列部Ｂ１及び直列部Ｂ２を並列に接続して構成されている。直列部Ｂ１及び直列部Ｂ２は、それぞれ５個の二次電池１ａを直列接続して構成されている。
【０１３３】
二次電池モジュール１の正極端子及び負極端子から、電池パックの外部端子＋ＩＮ、−ＩＮを介して、外部の負荷に対する電力の供給、あるいは外部からの充電が行われる。二次電池モジュール１と外部端子＋ＩＮ、−ＩＮとの間、すなわち充放電経路中には、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子２（ＰＴＣサーミスタ）と、保護回路３が接続されている。ＰＴＣ素子２は、二次電池モジュール１の負極端子と外部端子−ＩＮ間に接続され、温度の上昇に応じて電流を遮断する機能を有する。
【０１３４】
保護回路３は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４ａ、４ｂ、及び制御部５を有し、充放電時の過充電や過放電、過電流からリチウム二次電池を保護するための機能を有する。ＦＥＴ４ａ、４ｂは、ＰＴＣ素子２と外部端子−ＩＮの間に直列に挿入されている。ＦＥＴ４ａは放電電流をオン／オフするためのスイッチング素子、ＦＥＴ４ｂは充電電流をオン／オフするためのスイッチング素子として動作する。制御部５は、充放電時の電池電圧およびＦＥＴ４ａ、４ｂ間の電圧を検出する電圧検出部、電圧検出部で検出した電圧に基づいてＦＥＴ４ａ、４ｂの動作を制御するスイッチング制御部などを含む。制御部５は周知の構成のものでよいため、具体的な説明は省略する。
【０１３５】
以上の構成のリチウム二次電池パックは、例えば、図１に示す二次電池モジュール１、ＰＴＣ素子２および保護回路３などの構成要素を、外装体に収容した構造とすることができる。
【０１３６】
なお、本発明のリチウム二次電池パックは、図１に示す構成に限定される訳ではない。つまり、図１には、多数の二次電池１ａを含む二次電池モジュール１を内蔵した構成を示したが、例えば、単数の二次電池１ａにより構成されたリチウム二次電池パックにも、本発明を適用することができる。すなわち、本発明のリチウム二次電池パックは、要求される容量に応じて、二次電池１ａの個数を適宜設定することが可能である。
【０１３７】
＜容量−保護素子インピーダンス積の設定＞
本発明のリチウム二次電池パックの特徴は、上述のような基本的な構成を前提として、以下に説明する容量−保護素子インピーダンス積が、適切に設定されることである。
【０１３８】
本発明においては、電池保護のために充電電流または放電電流を制御する機能を提供するように充放電経路中に接続される各々の素子を、保護素子と定義する。例えば、図１の構成においては、ＰＴＣ素子２及びＦＥＴ４ａ、４ｂが保護素子に該当し、以下の説明では、ＰＴＣ素子２及びＦＥＴ４ａ、４ｂをまとめて保護素子部６と記述する。例えば、保護素子としてＦＥＴ４ｂを用いる場合は、二次電池モジュール１の充電電流を制御することができる。
【０１３９】
また、単数または並列接続された複数の二次電池１ａの群を「単位セル」と称する。そして、単数の単位セル、または直列接続された複数の前記単位セルにより構成される、二次電池モジュール１の電圧を決める基本単位を「最小単位の直列部」と定義する。従って、二次電池モジュール１は、単数または並列接続された複数の最小単位の直列部により構成される。これにより、本実施の形態では、二次電池モジュールを構成する二次電池１ａの群を、保護素子により電流が制御される「最小単位の直列部」が並列接続された構造として取り扱う。図１の構成においては、二次電池モジュール１における直列部Ｂ１と直列部Ｂ２が各々、保護素子部６により電流が制御される「最小単位の直列部」に相当する。
【０１４０】
上述の定義に従えば、例えば直列部Ｂ１は、複数の二次電池１ａを直列接続して構成されているが、本発明が適用される最小単位の直列部としては、並列接続された二次電池の群が複数組、直列に接続されたものも含まれる。また、図１のように、二次電池１ａを一個ずつ直列に接続して最小単位の直列部が構成されている場合は、各々一個の二次電池１ａが単位セルである。２個並列、３個並列の二次電池群を直列に接続して最小単位の直列部が構成されている場合は、それぞれの２個並列、３個並列の二次電池群が単位セルである。また、二次電池モジュール１は、１個だけの二次電池１ａで構成されていてもよく、この場合は、「単位セル」が単数の二次電池１ａで構成され、「最小単位の直列部」が単数の「単位セル」で構成され、二次電池モジュール１が、単数の「最小単位の直列部」で構成されることになる。
【０１４１】
容量−保護素子インピーダンス積を、最小単位の直列部の各々に対して、以下のように定義する。先ず、保護素子部が、同じ容量を有する複数の最小単位の直列部を並列で制御する場合は、次のとおりである。すなわち、最小単位の直列部の各々について、保護素子部インピーダンスＰＲ（Ω）を、直列に接続された各保護素子のインピーダンスの合計として定義する。部分的に並列でまとめて制御する場合は、まとめて制御する範囲だけについて、制御対象の最小単位の直列部の数で乗じた上で合計して用いる。また、最小単位の直列部の容量をＱ（Ａｈ）とする。そして、容量−保護素子インピーダンス積を、最小単位の直列部の容量Ｑと保護素子部インピーダンスＰＲとの積：ＰＲ×Ｑ（Ω・Ａｈ）として定義する。
【０１４２】
本発明のリチウム二次電池パックの特徴は、容量−保護素子インピーダンス積：ＰＲ×Ｑが、０．０２以下になるように、保護素子のインピーダンス、最小単位の直列部の容量等を設定することである。好ましくは、容量−保護素子インピーダンス積は、０．０１以下、より好ましくは０．００１以下である。前記積をこのような値とすることで、リチウム二次電池パックの充電時におけるＣＣ充電時間を長くすることができ、急速充電特性を高めることができる。
【０１４３】
ここで、保護素子部インピーダンスＰＲ（Ω）は、より一般的には、最小単位の直列部の各々に対して、保護素子の各々の実際のインピーダンスを当該最小単位の直列部による電流に影響する割合に対応させて合計した値として定義される。この定義は、複数の最小単位の直列部が互いに異なる容量を有する場合に、それらをまとめて１つの保護素子部により制御する場合にも適用可能としたものである。
【０１４４】
すなわち、異なる容量の最小単位の直列部をまとめて制御する場合は、それぞれの容量比率で、保護素子部インピーダンスＰＲを求める。例えば、最小単位の直列部Ｂ１、Ｂ２、・・・のそれぞれの合計容量をＱＢｔｏｔａｌ（Ａｈ）とする。直列部Ｂ１に対する保護素子部インピーダンスＰＲとしては、ＱＢｔｏｔａｌを直列部Ｂ１の容量ＱＢ１で割った値を、制御に関与する保護素子の各々の実際のインピーダンスの合計に乗じたインピーダンス値を用いる。
【０１４５】
例えば、図１において、直列部Ｂ１の容量が１０Ａｈ、直列部Ｂ２の容量が５Ａｈとする。また、ＰＴＣ素子２の実際の抵抗をＲｐ、ＦＥＴ４ａ、４ｂの実際の抵抗をＲｆとする。直列部Ｂ１、Ｂ２の両方を同一の保護素子部で制御するので、各直列部に対する保護素子部インピーダンスＰＲとしては、保護素子部の実際のインピーダンスに１５Ａｈ／１０Ａｈまたは１５Ａｈ／５Ａｈを乗じた値を用いる。すなわち、直列部Ｂ１の保護素子部インピーダンスＰＲは、ＰＲ＝（Ｒｐ＋Ｒｆ）×１５／１０となる。
【０１４６】
容量−保護素子インピーダンス積の値は小さいほうが望ましいが、現状の技術では電池容量の０．０１倍程度が下限である。
【０１４７】
本明細書で定義する容量−保護素子インピーダンス積を算出するためのインピーダンスは、ＬＣＲメータを用いて、２５℃、１ｋＨｚの条件で測定される値を用いる。
【０１４８】
また容量−保護素子インピーダンス積の、最小単位の直列部の容量Ｑとしては、以下の方法により求められる値を用いる。すなわち、上述のように定義される最小単位の直列部の単位セルを、２５℃において、０．２Ｃの電流値で定電流充電し、満充電電圧（実施例では４．２Ｖ）に達した後に定電圧で充電を行い、電流値が０．０２Ｃに減衰した時点で充電を終了する。充電後の単位セルについて、０．２Ｃで放電を行い、放電終止電圧（実施例では、２．５Ｖ）に達したら放電をやめて放電電気量を求め、この放電電気量を容量Ｑとする。なお、二次電池モジュールの主な電圧制御を最小単位の直列部の全体の電圧で制御している場合は、一単位セルあたりの電圧に換算して容量を求める。
【０１４９】
容量−保護素子インピーダンス積は、最小単位の直列部に対応する保護素子部インピーダンスＰＲと、最小単位の直列部の容量Ｑとをそれぞれ調節することで調整できる。最小単位の直列部の容量Ｑ、すなわちリチウム二次電池の単位セル容量の調節方法としては、種々の方法が知られており、本発明では、これらを本発明の効果を損なわない範囲で採用できる。なお、後述するように、本発明に係るリチウム二次電池では、例えばリチウム二次電池用の負極活物質として汎用されている炭素材料を高容量のものに変えたり、電極密度を上げたり、高容量のＳｉ系活物質を、一部に使用することなどでも、リチウム二次電池パックの単位セル容量の調節方法として用いることができる。
【０１５０】
また、保護素子部インピーダンスＰＲの調節方法としては、保護素子であるＰＴＣ素子、保護回路に含まれるＦＥＴのそれぞれについて、抵抗値の小さなものを使用する方法が挙げられる。例えば、ＰＴＣ素子やＦＥＴについては、従来の携帯電話用のリチウム二次電池パック（１Ｃ以下の電流値で１時間程度充電すれば満充電状態とし得る程度の容量のリチウム二次電池パック）で採用されているものよりも低い抵抗値のものを選択することが好ましく、特にＦＥＴに抵抗値の低いものを使用すると、リチウム二次電池パック全体のインピーダンス低下に大きく寄与する。
【０１５１】
上述の通り、リチウム二次電池パックの急速充電特性を高めるには、ＣＣ−ＣＶ充電において、充電電流値を高めると共に、ＣＣ充電により充電可能な領域を大きくすることが好ましい。具体的には、ＣＣ充電により充電可能な容量が、リチウム二次電池パックの容量の６０％を超えることが好ましく、７０％を超えることがより好ましい。
【０１５２】
本発明のリチウム二次電池パックは、従来から汎用されている構成の充電装置、例えば、定電流定電圧充電装置や、パルス充電装置などに装着することで、急速充電可能な二次電池システムを構成することができる。
【０１５３】
本発明のリチウム二次電池パックは、容量を高めつつ、良好な急速充電特性を確保し得ることから、これらの特性を生かして、小型で多機能な携帯機器の電源を始めとして、従来から知られているリチウム二次電池パックが適用されている各種用途に好適に用いることができる。
【実施例】
【０１５４】
以下、上記実施の形態に基づく実施例について詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。
【０１５５】
（実施例１）
正極活物質であるＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２：９３質量部および、導電助剤であるアセチレンブラック：４質量部、並びにバインダであるＰＶＤＦ：２質量部を、分散剤であるＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）とともにＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。この正極合剤含有ペーストを、アルミニウム箔（厚み：１５μｍ）の片面に、単位面積あたりの合剤乾燥重量が２１ｍｇ/ｃｍ２となるよう厚みを調節して塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が９０μｍになるように正極合剤層の厚みを調整した。次いで、あらかじめ設けたアルミニウム箔の露出部（正極合剤含有ペーストの未塗布部）を残し、合剤層部分の幅が３０×３０ｍｍになるように切断して正極を作製した。更に、この正極の前記アルミニウム箔の露出部に、アイオノマー部分を有するタブを溶接してリード部を形成した。
【０１５６】
＜多価リチウム塩ポリマーの作製＞
磁性攪拌器、加熱油浴、滴下装置、冷却管および窒素導入口を備えた１００ｍＬの三つ口反応フラスコに、ポリビニルアルコール（クラレ社製「ＰＶＡ２０３」）０．３９ｇ、およびジメチルアセトアミド（和光純薬工業社製）２０ｍＬを入れ、攪拌しながら油浴を１００℃に加熱してポリビニルアルコールを溶解した。油浴を外して室温まで放冷した三つ口反応フラスコ内に、ピリジン４ｍＬにヘキサフルオログルタル酸無水物３．１ｇを混合した溶液を滴下し、滴下終了後１時間撹拌を継続した。その後、三つ口反応フラスコ内に水７０μＬを加えて２０分攪拌し、更に水酸化リチウム１水和物０．７６ｇを加えて溶解した後、１Ｎ水酸化リチウム水溶液を当量まで加えた。
【０１５７】
このようにして得られた三つ口反応フラスコ内の溶液をテトラヒドロフラン（和光純薬工業社製）３００ｍＬに滴下して沈殿させ、回収した沈殿をテトラヒドロフランで洗浄後、エタノール１０ｍＬを加えて溶解し、沈殿化を繰り返した。最終的に得られた沈殿を水に溶解した後、凍結乾燥することにより、ポリビニルアルコールに複数のヘキサフルオログルタル酸リチウムがエステル結合した多価有機リチウム塩ポリマーを得た。収率は４０％であった。
【０１５８】
得られた多価有機リチウム塩ポリマーは、主鎖がポリビニルアルコール由来のものであり、また、一般式：Ｒp〔Ｒ２（Ｙ）ａ〕ｂＭｃで表した場合に、Ｒpが［ＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）］ｄ［ＣＨ２ＣＨ（Ｏ−）］eであり、Ｒ２がＯＣＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２、ＹがＣＯＯ、ＭがＬｉで、（Ｏ−）の部分にＲ２のＣＯが結合する。より具体的には［ＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）］ｄ［ＣＨ２ＣＨ（Ｏ−ＯＣＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯＬｉ）］eである。ここでｄ：ｅの比は約４５：５５である。ポリビニルアルコールのポリマー主鎖のＯＨ基の約５５％がエステル化され、ＯＯＣＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯＬｉ基となっていることを表す。またポリマーの末端基もあるがここでは省略している。
【０１５９】
主鎖がポリビニルアルコールである構造部分と、アニオン部分と主鎖との間にエステル結合により主鎖と結合したペンダント基（−ＯＣＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２−）を有するものである。更に、多価リチウム塩ポリマーに導入されたペンダント基の量は、主鎖を構成するビニルアルコール単位に対して約５５モル％であった。また、前記多価リチウム塩ポリマーの数平均分子量は、約５万であった。
【０１６０】
＜負極の作製＞
平均粒子径Ｄ５０が１６μｍである黒鉛質炭素１００質量部、粘度が１５００〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲に調整された１質量％の濃度のＣＭＣ水溶液：１．２質量部、およびＳＢＲ：１．０質量部を、比伝導度が２．０×１０５Ω／ｃｍ以上のイオン交換水を溶剤として混合して、水系の負極合剤含有ペーストを調製した。
【０１６１】
上述の負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚みが８μｍの集電体の片面に、単位面積当たりの合剤乾燥重量が１３．５ｍｇ/ｃｍ２となるよう厚みを調節して塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が１０３μｍになるように負極合剤層の厚みを調整した。次いで、あらかじめ設けた銅箔の露出部（負極合剤含有ペーストの未塗布部）を残し、合剤層部分の幅が３１×３１ｍｍになるように切断して負極を作製した。
【０１６２】
さらに、前記の合成した多価有機リチウム塩ポリマー：１重量部をＮＭＰ：１００重量部に溶解し、これを負極上に６．７ｍｇ／ｃｍ２（ＮＭＰを含む重量）となるようにスプレーし、ホットプレートで乾燥した。合剤に対する多価リチウム塩の重量は０．５質量％であった。
【０１６３】
更にこの負極の銅箔の露出部に、アイオノマー部分を有するタブを溶接してリード部を形成した。
【０１６４】
この負極において、負極合剤層の面積は９．６１ｃｍ２であり、その単位面積当たりの負極活物質中のＳｉ量は、０ｍｇ／ｃｍ２であった。
＜セパレータの作製＞
平均粒子径Ｄ５０が１μｍのベーマイト５ｋｇに、イオン交換水５ｋｇと、分散剤（水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度４０質量％）０．５ｋｇとを加え、内容積２０Ｌ、転回数４０回／分のボールミルで１０時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液を１２０℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。
【０１６５】
上述の分散液５００ｇに、増粘剤としてキサンタンガムを０．５ｇ、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン（変性ポリブチルアクリレート、固形分含量４５質量％）を１７ｇ加え、撹拌機で３時間攪拌して均一なスラリー［多孔質層（Ｂ）形成用スラリー、固形分比率５０質量％］を調製した。
【０１６６】
リチウム二次電池用ＰＥ製微多孔質セパレータ［多孔質層（Ａ）：厚み１２μｍ、空孔率４０％、平均孔径０．０８μｍ、ＰＥの融点１３５℃］の片面にコロナ放電処理（放電量４０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ２）を施し、この処理面に多孔質層（Ｂ）形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが４μｍの多孔質層（Ｂ）を形成して、積層型のセパレータを得た。このセパレータにおける多孔質層（Ｂ）の単位面積あたりの質量は５．５ｇ／ｍ２で、ベーマイトの体積含有率は９５体積％であり、空孔率は４５％であった。
【０１６７】
＜非水電解液の調製＞
エチレンカーボネート、アセトニトリル、ビニレンカーボネートをそれぞれ１７重量部、３０重量部、６重量部で混合したものに、リチウム塩としてＴＦＳＩ：（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉを濃度２．８モル／ｋｇ、ＬｉＰＦ６を０．３６モル／ｋｇで溶解させ、非水電解液を調製した。非水電解液全量中でのアセトニトリルの含有量は３０質量％であった。
【０１６８】
＜電池の組み立て＞
上述のようにして得た正極と負極とを、セパレータの多孔質層（Ｂ）が正極に面するように介在させつつ重ね、イミドテープで固定した。得られた電極体をアルミニウムラミネートフイルムの外装体に入れ、電解液を注入する部分を残して外装体を熱シールした。なお、リードのアイオノマー部分は、外装体とともに熱シールした。次いで、内部に非水電解液を注入し、さらに外装体の封止を行って、ラミネートタイプのリチウム二次電池を作製した。
【０１６９】
前記外装体として、アルミニウム箔の両面をポリオレフイン系のプラスチック樹脂でコートしたものを用いた。また、正極、負極およびセパレータからなる扁平状の電極体からは、正極および負極のそれぞれ一端に接続された、正極リード体と負極リード体が引き出され、外装体の一辺において、アイオノマー樹脂部分を有するリード体とともに熱シールを行った。
【０１７０】
このリチウム二次電池では、正極、負極それぞれ１枚ずつの電極体であるが、容量設計により適宜積層枚数を増やすことができる。また電極が複数ある場合には同じ極同士を溶接などにより接合し電気的につながった一つのリード体として取りだしてもよい。
【０１７１】
前記のリチウム二次電池について、インピーダンスは２Ωであり、正極合剤層の単位面積当たりの容量は、３．１ｍＡｈ／ｃｍ２であった。
【０１７２】
＜リチウム二次電池パックの組み立て＞
上述のリチウム二次電池と、ＦＥＴ、ＰＴＣ素子、（場合により電流検出や調整のための抵抗）を組み合わせ、これらを図１に示すようにリード線で接続し、外装容器に収容して、リチウム二次電池パックを組み立てた。なお、本実施例では、二次電池モジュール１を、１個だけの二次電池１ａで構成した。すなわち、「単位セル」を単数の二次電池１ａで構成し、「最小単位の直列部」を単数の「単位セル」で構成し、二次電池モジュール１を、単数の「最小単位の直列部」で構成した。
【０１７３】
得られたリチウム二次電池パックのリチウム二次電池を、２５℃において、０．２Ｃの電流値で定電流充電し、４．２Ｖに達した後に定電圧で充電を行い、電流値が０．０２Ｃに減衰した時点で充電をし、次いで、０．２Ｃで放電を行い、放電終止電圧：２．５Ｖに達したら放電をやめて放電電気量を求め、この放電電気量をリチウム二次電池の容量、すなわち最小単位の直列部の容量Ｑとした。
【０１７４】
前述の方法により求めた、充放電経路中に接続されている保護素子部の通電部分のインピーダンス、すなわち、図１において保護素子部６として示される電流経路全体のインピーダンスは０．０３Ωであり、前記方法により求めた最小単位の直列部の容量は０．０２８Ａｈ（２８ｍＡｈ）であり、容量−保護素子インピーダンス積は０．０００８（Ω・Ａｈ）であった。
【０１７５】
（実施例２）
実施例１で用いた多価有機リチウム塩ポリマーの代わりに、２価の有機リチウム塩：ＬｉＯ２Ｃ−（ＣＦ２）７−ＣＯ２Ｌｉを用いた以外は実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製した。さらに、このリチウム二次電池を用いた以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池パックを作製した。
【０１７６】
（実施例３）
実施例１で用いた多価有機リチウム塩ポリマーの代わりに、２価の有機リチウム塩：ＬｉＯ２Ｃ−（Ｃ６Ｈ４）−ＣＯ２Ｌｉを用いた以外は実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製した。さらに、このリチウム二次電池を用いた以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池パックを作製した。
【０１７７】
（実施例４）
負極活物質である黒鉛質炭素の一部を、表面を炭素で被覆したＳｉＯ（平均粒子径Ｄ５０：５μｍ。以下、「表面被覆ＳｉＯ」という。）に置き換え、黒鉛質炭素：９７質量部と、表面被覆ＳｉＯ：３質量部とで負極活物質を構成した以外は、実施例１と同様にして負極合剤含有ペーストを調製した。
【０１７８】
上述の表面被覆ＳｉＯは、炭素の被覆量が粒子全体の２０質量％であり、測定レーザー波長５３２ｎｍにおけるラマンスペクトルのＩ５１０／Ｉ１３４３強度比が０．１０であり、ＣｕＫα線を用いたＳｉＯのＸ線回折測定でのＳｉ（１１１）回折ピーク半値幅が１．０°であった。
【０１７９】
前記負極合剤含有ペーストを用い、実施例１と同様にして負極を作製した。乾燥後の合剤中でのＳｉの量は、０．２ｍｇ／ｃｍ２であった。さらに、前記負極を用いた以外は実施例１と同様にして、リチウム二次電池を作製した。さらに、このリチウム二次電池を用いた以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池パックを作製した。
【０１８０】
（実施例５）
正極合剤含有ペーストをアルミニウム箔からなる集電体の片面に塗布するに際し、乾燥後の塗布量が８．６ｍｇ／ｃｍ２となるように変更し、集電体を含む全厚を４６μｍとした以外は、実施例１と同様にして正極を作製した。正極合剤層の単位面積当たりの電池容量は１．３ｍＡｈ／ｃｍ２であった。
【０１８１】
また、負極合剤含有ペーストを銅箔からなる集電体の両面に塗布し、かつ単位面積当たりの合剤乾燥重量を、集電体の片面当たり５．６ｍｇ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にして負極を作製した。
【０１８２】
上述のようにして得た負極の両面に、それぞれ、セパレータの多孔質層（Ｂ）が負極に面するように介在させて前記正極を重ねた以外は、実施例１と同様にして積層電極体を作製し、さらに、前記積層電極体を用いてリチウム二次電池を作製した。そして、このリチウム二次電池を用いた以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池パックを作製した。
【０１８３】
なお、このリチウム二次電池では、積層電極体の厚みが実施例１の電極体と同じになるよう調整するため、正極および負極の合剤層の乾燥重量を、それぞれ実施例１の合剤層の乾燥重量の８２％とした。
【０１８４】
（実施例６）
エチレンカーボネート、アセトニトリル、ビニレンカーボネートをそれぞれ４８．５重量部、３０重量部、６重量部で混合したものに、リチウム塩としてＬｉＰＦ６を１．２モル/ｋｇの濃度で溶解させた非水電解液を用いた以外は実施例１と同様にして、リチウム二次電池を作製した。さらに、このリチウム二次電池を用いた以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池パックを作製した。前記非水電解液全量中でのアセトニトリルの含有量は３０質量％であった。
【０１８５】
（実施例７）
保護素子部インピーダンスを１．１９Ωとした以外は実施例１と同様にして、リチウム二次電池を作製した。さらに、このリチウム二次電池を用いた以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池パックを作製した。容量−保護素子インピーダンス積は０．０３３３（Ω・Ａｈ）であった。
【０１８６】
（比較例１）
エチレンカーボネートおよびジエチルカーボネートを２：８の体積比で混合し、これに１．７５質量％のビニレンカーボネートを添加し、ＬｉＰＦ６を１．２モル／ｋｇの濃度で溶解させた非水電解液を用いた以外は実施例１と同様にして、リチウム二次電池およびリチウム二次電池パックを作製した。
【０１８７】
（比較例２）
負極表面に、多価有機リチウム塩ポリマーをＮＭＰに溶解した溶液をスプレーせずに用いた以外は比較例１と同様にして、リチウム二次電池およびリチウム二次電池パックを作製した。
【０１８８】
（比較例３）
負極表面に、多価有機リチウム塩ポリマーをＮＭＰに溶解した溶液をスプレーせずに用いた以外は実施例６と同様にして、リチウム二次電池およびリチウム二次電池パックを作製した。
【０１８９】
（比較例４）
保護素子部インピーダンスを１．１９Ωとした以外は比較例２と同様にして、リチウム二次電池およびリチウム二次電池パックを作製した。容量−保護素子インピーダンス積は０．０３３３（Ω・Ａｈ）であった。
【０１９０】
実施例１〜７および比較例１〜４で作製したリチウム二次電池について、下記の条件で高温貯蔵特性を評価した。
【０１９１】
＜高温貯蔵特性評価＞
２５℃で、それぞれの容量に対し１Ｃ（０．０２８Ａｈの場合、０．０２８Ａに相当）の定電流で、電圧がその電池の設定上限電圧（この場合は４．２Ｖ）になるまで充電し、その後、その電圧を保つ定電圧で充電するＣＣ−ＣＶ充電（カットオフ電流値が０．１Ｃ）を行った。充電後の電池を８５℃の雰囲気中で４時間保持し、次いで室温まで放冷した後、１Ｃの定電流で２．５Ｖまで放電し、さらに、前記充電条件で充電してから１Ｃの定電流で２．５Ｖまで放電し、放電容量を測定した。そして、前記充放電条件であらかじめ測定しておいた、高温貯蔵特性評価前の電池の放電容量と比較し、高温貯蔵後の容量の割合（容量回復率）を、高温貯蔵特性として評価した。
【０１９２】
また、実施例１、実施例５、実施例７、比較例２および比較例４のリチウム二次電池パックを、それぞれ充放電装置と組み合わせることにより、二次電池システムを構成した。それぞれの二次電池システムにつき、下記の条件で３Ｃ放電試験および３Ｃ急速充電試験を行った。
【０１９３】
＜３Ｃ放電試験＞
上述の各二次電池システムを用い、２５℃で、それぞれの容量に対し１Ｃ（０．０２８Ａｈの場合、０．０２８Ａに相当）の定電流で、電圧がその電池の設定上限電圧（この場合は４．２Ｖ）になるまで充電し、その後、その電圧を保つ定電圧で充電するＣＣ−ＣＶ充電（カットオフ電流値が０．１Ｃ）を行った。そして、３Ｃ（０．０２８Ａｈの場合、０．０８４Ａに相当）の定電流で２．５Ｖまで放電し、放電容量を測定した。
【０１９４】
＜３Ｃ急速充電試験＞
上述の各二次電池システムを用い、２５℃で、それぞれの容量に対し０．２Ｃ（０．０２８Ａｈの場合、０．００５６Ａに相当）で２．５Ｖまで放電後、３Ｃ（０．０２８Ａｈの場合、０．０８４Ａに相当）の定電流で、電圧がその電池の設定上限電圧（この場合は４．２Ｖ）になるまで充電した。そして、４．２Ｖになるまでの充電時間（ＣＣ充電時間）を測定した。
【０１９５】
実施例１〜６および比較例１〜３で作製したリチウム二次電池の構成と、高温貯蔵特性の評価結果を表１に記載する。
【０１９６】
また、実施例１、実施例５、実施例７、比較例２および比較例４のリチウム二次電池パックについて、保護素子部インピーダンス、最小単位の直列部の容量Ｑ、容量−保護素子インピーダンス積、および前記の評価結果を、表２に示す。
【０１９７】
【表１】
2015082459.tif 000002
【０１９８】
【表２】
2015082459.tif 000003
【０１９９】
表１および表２に記載されたように、非水電解液の全量中にアセトニトリルを５質量％以上含有させ、かつ、負極合剤層に多価の有機金属塩を含有させた実施例１〜６のリチウム二次電池は、負極合剤層に多価の有機金属塩を含有させなかった比較例３のリチウム二次電池に比べて、高温貯蔵特性を向上させることができた。
【０２００】
また、非水電解液の全量中にアセトニトリルを５質量％以上含有させ、かつ、負極合剤層に多価の有機金属塩を含有させたリチウム二次電池を用いた実施例１、５および７のリチウム二次電池パックは、比較例２および４のリチウム二次電池パックに比べ、３Ｃでの放電容量が大きく、かつ、３Ｃ充電でのＣＣ充電時間が長くなり、急速充電に対応できるリチウム二次電池パックを構成することができた。
【０２０１】
特に、非水電解液の電解質として有機リチウム塩（イミド塩）を含有する実施例１〜５のリチウム二次電池は、高温貯蔵特性が大幅に向上し、非水電解液の溶媒を環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒とした、汎用の電解液を用いた比較例１および２のリチウム二次電池と同程度の優れた高温貯蔵特性とすることができた。
【０２０２】
また、容量−保護素子インピーダンス積（Ω・Ａｈ）を０．０２以下とした実施例１および５のリチウム二次電池パックは、容量−保護素子インピーダンス積が０．０２を超えている実施例７のリチウム二次電池パックに比べ、３Ｃ充電でのＣＣ充電時間をより長くすることができ、急速充電により適した構成とすることができた。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
本発明のリチウム二次電池パックは、高容量で、良好な急速充電特性を確保し得るので、小型で多機能な携帯機器の電源を始めとして、各種用途の電源として好適である。
【符号の説明】
【０２０４】
１    二次電池モジュール
１ａ  リチウム二次電池
２  ＰＴＣ素子
３  保護回路
４ａ、４ｂ  ＦＥＴ
５  制御部
６  保護素子部
【図１】
2015082459.tif 000004