(57)【要約】  酸化状態において下記式（１）で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式（２）で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとり、二つの状態間で電子の授受を行う下記反応式（Ａ）で示される反応を行うニトロキシル化合物を含む正極と、負極と、電解質塩および有機溶媒を含む電解液とを有する蓄電デバイスであって、蓄電デバイス組立て前にあらかじめ１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つの分解によって形成された皮膜を有することを特徴とする蓄電デバイスが開示される。本発明に係る蓄電デバイスは、高出力でかつ高温信頼性に優れる。2014092016.tif 000012
2014092016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化状態において下記式（１）で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式（２）で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとり、二つの状態間で電子の授受を行う下記反応式（Ａ）で示される反応を行うニトロキシル化合物を含む正極と、負極と、電解質塩および有機溶媒を含む電解液とを有する蓄電デバイスであって、
前記負極が、蓄電デバイス組立て前に、あらかじめ１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つの分解によって形成された皮膜を有することを特徴とする蓄電デバイス。
【化１】
2014092016.tif 000010
【請求項２】
前記皮膜は、前記負極が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つを添加した電解液を有する電気化学セルに電流を流すことにより形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記皮膜は、前記負極が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つを添加した電解液を有する電気化学セルに、金属Ｌｉを対極として用いて放電することにより形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
酸化状態において下記式（１）で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式（２）で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとり、二つの状態間で電子の授受を行う下記反応式（Ａ）：
【化２】
2014092016.tif 000011
で示される反応を行うニトロキシル化合物を含む正極と、負極と、電解質塩および有機溶媒を含む電解液とを有する蓄電デバイスの製造方法であって、
蓄電デバイス組立て前にあらかじめ、皮膜形成前の負極に１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つの分解による皮膜形成処理を行うことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記皮膜形成前の負極と１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つを添加した電解液を有する電気化学セルに電流を流すことにより、前記皮膜形成処理を行うことを特徴とする、請求項４に記載の蓄電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記皮膜形成前の負極と１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つを添加した電解液を有する電気化学セルに、金属Ｌｉを対極として用いて放電することにより、前記皮膜形成前の負極に皮膜形成処理を行うこと特徴とする、請求項４に記載の蓄電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記電解液に含まれる１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの重量（但し、１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートのどちらか１つのみが存在する場合は、その１つのみの重量）が電解液全体の重量に対して１〜１０重量％であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイスに関し、詳細には高温保管時における電池特性を改善した有機ラジカル電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯電子機器は、通信機能をはじめ、動画再生機能やカメラ機能など多機能化している。それに伴い、消費電力は増加し、その電源である蓄電デバイスには高い出力が求められている。また、携帯電子機器は様々な場所で使われることが想定されるため、蓄電デバイスには高温環境下における、高い信頼性も求められている。【０００３】
このような要求に対するものとして、特許文献１及び２には、高出力な蓄電デバイスとして、ニトロキシル化合物を正極中に含有した蓄電デバイスが提案されている（以下、この蓄電デバイスを「有機ラジカル電池」と呼ぶ）。このニトロキシル化合物は、酸化状態においてオキソアンモニウムカチオン部分構造をとり、還元状態においてニトロキシルラジカル部分構造をとり、その２つの状態間で電子の授受が行われ、この反応が正極の電極反応として用いられる。この電極反応は、比較的速く反応が進むため、高出力な電池を得ることができる。【０００４】
しかしながら、長期保管した有機ラジカル電池は初期の状態に比べ、内部抵抗が増加するといった課題がある。特許文献３では、サイクル特性に優れ、さらに電気容量や充電状態での保存特性などの電池特性にも優れたリチウム二次電池を提供する方法として、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを主成分とした非水溶媒中に１，３−プロパンスルトン（以下、ＰＳ）または１，４−ブタンスルトンが含有されたリチウム二次電池用非水電解液を含むリチウム二次電池を提案している。特許文献３によれば、電解液中に含有される１，３−プロパンスルトンや１，４−ブタンスルトンが負極表面上での皮膜形成に寄与し、電解液の分解を抑制する効果を有するものと考えられている。【０００５】
また、非水電解質電池の負極表面に被膜を形成させる方法としては、特許文献４に、チタン酸リチウム等の負極活物質を有する負極を備えた非水電解質電池において、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用い、初期充放電を、充電末の負極電位がリチウム電位に対して０．８Ｖを超える条件で行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３０４９９６号公報
【特許文献２】特開２００９−２３８６１２号公報
【特許文献３】特開２０００−００３７２４号公報
【特許文献４】特開２００８−０９１３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、発明者による検討によれば、特許文献３および特許文献４に記載されるように、有機ラジカル電池の電解液に１，３−プロパンスルトンやビニレンカーボネートを添加しただけでは、高温保管時に内部抵抗が増加するといった課題があった。【０００８】
本発明の目的は、この課題を解決し、高温保管時における内部抵抗増加を抑制した高出力の蓄電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、酸化状態において下記式（１）で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式（２）で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとり、二つの状態間で電子の授受を行う下記反応式（Ａ）で示される反応を行うニトロキシル化合物を含む正極と、負極と、電解質塩および有機溶媒を含む電解液とを有する蓄電デバイスであって、
前記負極が、蓄電デバイス組立て前に、あらかじめ１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つの分解によって形成された皮膜を有することを特徴とする蓄電デバイスに関する。【００１０】
【化１】
2014092016.tif 000003
【００１１】
さらに本発明の一態様は、酸化状態において下記式（１）で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式（２）で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとり、二つの状態間で電子の授受を行う下記反応式（Ａ）：【００１２】
【化２】
2014092016.tif 000004
で示される反応を行うニトロキシル化合物を含む正極と、負極と、電解質塩および有機溶媒を含む電解液とを有する蓄電デバイスの製造方法であって、
蓄電デバイス組立て前にあらかじめ、皮膜形成前の負極に１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つの分解による皮膜形成処理を行うことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、高出力でかつ高温信頼性に優れた蓄電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるＬｉプレドープ用セルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。尚、以下の説明において、１，３−プロパンスルトンを「ＰＳ」、ビニレンカーボネートを「ＶＣ」と略称することがある。本発明における「負極」は、皮膜形成処理された後の、ＰＳおよびＶＣの少なくとも１つの分解によって形成された皮膜を有する「皮膜形成処理済の負極」であるが、用語「負極」が「皮膜形成処理前の負極」または「皮膜形成処理をしない負極」を意味する場合もある。これらは、用語「負極」が使用される文脈から理解される。
【００１６】
本発明の実施形態による蓄電デバイスは、上記ニトロキシル化合物を正極活物質として含む正極と、負極と、電解質塩および有機溶媒を含む電解液とを有する。蓄電デバイス組立て前にあらかじめ負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成処理を行う。皮膜形成処理を行うにはＰＳおよび／またはＶＣを添加した電解液を用いる。負極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な材料を負極活物質として含むことができ、電解質塩としてリチウム塩を用いることができ、有機溶媒として非プロトン性溶媒を用いることができる。
【００１７】
蓄電デバイスの通常保管時の最高温度を例えば４０℃と想定すると、４０℃での長時間保存における内部抵抗の増加を抑制することができる。
【００１８】
発明者の検討によれば、従来技術ではＰＳ等を添加した電解液を用いて蓄電デバイスを組立てた後に充放電を行ってＰＳ等の分解による皮膜を形成しているのに対し、ＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を蓄電デバイス組立て前にあらかじめ行うことにより、高温保管特性が向上する。これは、皮膜形成をあらかじめ行うことで、蓄電デバイス中の電解液に含まれる未反応のＰＳおよび／またはＶＣの残存量を少なく、または無くし、高温保管時における皮膜の成長を抑える効果があるものと考えられる。
【００１９】
本実施形態による蓄電デバイスは、電気化学的に蓄えられたエネルギーを電力の形で取り出すことができるものであり、一次電池、二次電池、キャパシタやコンデンサ等の電気容量デバイス等に適用できる。
【００２０】
まず、電極の作製に用いる材料について説明する。
【００２１】
［１］電極の材料
［１−１］正極活物質
本発明の実施形態による蓄電デバイスにおける正極活物質としては、酸化状態において式（１）で示されるニトロキシルカチオン部分構造（Ｎ−オキソ−アンモニウムカチオン部分構造）をとり、還元状態において式（２）で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとるニトロキシル化合物を用いる。このニトロキシル化合物は、これらの２つの状態間で電子の授受を行う反応式（Ａ）で示される酸化還元反応を行うことができる。本実施形態による蓄電デバイスは、この酸化還元反応を正極の電極反応として用いる。
【００２２】
【化３】
2014092016.tif 000005
このニトロキシル化合物の構造としては特に限定されないが、電解液に対する溶解性の観点から、ニトロキシル高分子化合物であることが好ましい。
【００２３】
このニトロキシル高分子化合物としては、酸化状態において下記式（Ｉａ）で示される環状ニトロキシル構造を側鎖に含むポリマーであることが好ましい。
【００２４】
【化４】
2014092016.tif 000006
（式中、Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｘは５〜７員環を形成する２価の基を表す。但し、Ｘがポリマーの側鎖の一部を構成することにより、式（Ｉａ）で示される環状ニトロキシル構造がポリマーの一部となっている。）
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、エチル基、メチル基が好ましく、ラジカルの安定性の点でメチル基が特に好ましい。
【００２５】
Ｘは、具体的には、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨＣＨ２−が挙げられ、その中で、隣接しない−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−ＮＨ−または−Ｓ−によって置き換えられていてもよく、−ＣＨ＝は−Ｎ＝によって置き換えられていてもよい。また、環を構成する原子に結合した水素原子は、アルキル基、ハロゲン原子、＝Ｏ、エーテル基、エステル基、シアノ基、アミド基等により置換されていてもよい。
【００２６】
特に、好ましい環状ニトロキシル構造は、２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシルラジカル（又はカチオン）、２，２，５，５−テトラメチルピロリジノキシルラジカル（又はカチオン）、２，２，５，５−テトラメチルピロリノキシルラジカル（カチオン）から選ばれるものであり、２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシルラジカル（又はカチオン）、２，２，５，５−テトラメチルピロリジノキシルラジカル（又はカチオン）がより好ましい。
【００２７】
式（Ｉａ）で示される環状ニトロキシル構造は、式（Ｉｂ）に示すように、Ｘ中の環員を構成する−ＣＨ２−、−ＣＨ＝または−ＮＨ−から水素を取った残基Ｘ’によってポリマーに結合することができる。
【００２８】
【化５】
2014092016.tif 000007
ニトロキシル高分子化合物の主鎖として用いられるポリマーとしては特に制限はなく、式（Ｉａ）で示される環状ニトロキシル構造が側鎖に存在できるものであればよい。
【００２９】
ニトロキシル高分子化合物は、通常のポリマーに、式（Ｉｂ）の基が付加したもの、またはポリマーの一部の原子または基が式（Ｉｂ）の基によって置換されたものを挙げることができる。式（Ｉｂ）の環状構造を構成する原子が直接ではなく、適当な２価の基を中間に介してポリマー（主鎖）に結合していてもよい。例えば、Ｘ’とポリマーの主鎖の原子とが、エステル結合（−ＣＯＯ−）やエーテル結合（−Ｏ−）等の２価基を介して結合することができる。
【００３０】
ニトロキシル高分子化合物の主鎖として用いられるポリマーとしては、電気化学的な耐性に優れている点で、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリアルキレン系ポリマー；ポリ（メタ）アクリル酸；ポリ（メタ）アクリルアミド系ポリマー；ポリ（メタ）アクリレート系ポリマー；ポリスチレン系ポリマーが好ましい。
【００３１】
このようなニトロキシル高分子化合物のなかでも、特に安定性の高い、下記式（３）〜（７）のいずれかで示されるものが好ましい。
【００３２】
【化６】
2014092016.tif 000008
（式中、ｎは１以上の整数である。）
式（３）〜（５）に示したニトロキシル高分子化合物は、２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシルラジカル（又はカチオン）を側鎖に有し、式（６）、（７）に示したニトロキシル高分子化合物は、２，２，５，５−テトラメチルピロリジノキシルラジカル（又はカチオン）を側鎖に有する高分子化合物である。これらのニトロキシル高分子化合物は、高分子の側鎖に立体障害性の安定ラジカルを持つ化合物である。
【００３３】
ニトロキシル高分子化合物の分子量は、電解液に対する溶解性の観点から、１０００以上であることが好ましく、さらには１００００以上であることがより好ましい。分子量は大きいほうが好ましいが、平均分子量が５００万以下のものを用いることができる。ニトロキシル高分子化合物の骨格構造としては、鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよく、架橋剤で架橋した構造でもよい。
【００３４】
また、ニトロキシル高分子化合物は、単独で用いることができるが、二種類以上を混合して用いてもよい。
【００３５】
また、本実施形態における正極中には、その他の正極活物質を含んでもよい。その他の正極活物質としては、例えばＬｉＭｎＯ２等のリチウムマンガン系酸化物、ＬｉＣｏＯ２等のリチウムコバルト系酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のリチウムニッケル系酸化物、ＬｉＦｅＰＯ４等のリチウム鉄系酸化物、ＬｉｘＶ２Ｏ５（０＜ｘ＜２）等のリチウムバナジウム系酸化物が挙げられる。
【００３６】
ニトロキシル高分子化合物の添加効果を十分に得る点から、正極活物質中のニトロキシル高分子化合物の含有量は、５０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。
【００３７】
［１−２］負極活物質
本実施形態による蓄電デバイスにおける負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な材料（リチウムイオンを充電時に吸蔵し、放電時に放出できる材料）を用いることができる。このような負極活物質としては、金属酸化物、グラファイト等の炭素材料等を用いることができる。これらの材料の形状としては特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のものが挙げられる。また、これらの負極活物質は、単独、もしくは組み合わせて使用できる。
【００３８】
［１−３］導電性付与剤
正極および負極を形成する際に、インピーダンスを低下させる目的で、導電性付与剤を添加してもよい。導電性付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子や活性炭等の炭素材料、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、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、ポリアセン、ポリフェニレン等の導電性高分子が挙げられる。
【００３９】
［１−４］結着剤
正極および負極を形成する際に、結着剤を用いることもできる。結着剤を用いることにより、活物質同士、活物質と導電性付与剤との間、活物質や導電付与剤と集電体との間の結びつきを強めることができる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、部分カルボキシ化セルロース、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。
【００４０】
［１−５］集電体
正極活物質又は負極活物質を含む電極材料は、集電体上に設けることができる。集電体としては、ニッケルやアルミニウム、銅、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔、シート、平板等を用いることができる。
【００４１】
［２］蓄電デバイスの基本構造、構成部材および蓄電デバイスの製造方法
図１に本実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの一例の斜視図を示し、図２に断面図を示す。これらの図に示されるように、蓄電デバイス１０７は、正極１０１、この正極に対向する負極１１０（皮膜形成処理済の負極）、正極と負極との間に挟まれたセパレータ１０５を含む積層構造を有し、この積層構造は外装用フィルム１０６で覆われ、外装用フィルム１０６の外部へ、電極リード１０４が引き出されている。この蓄電デバイス内へは電解液が注入されている。以下に、蓄電デバイスの構成部材と製造方法についてさらに詳細に説明する。
【００４２】
［２−１］正極
正極１０１は、正極活物質を含み、必要に応じてさらに導電性付与剤、結着剤を含み、一方の集電体１０３上に形成されている。
【００４３】
［２−２］負極
負極は、負極活物質を含み、必要に応じてさらに導電性付与剤、結着剤を含み、他方の集電体１０３上に形成されている。本実施形態の負極１１０は、皮膜形成処理がされている。
【００４４】
［２−３］セパレータ
正極１０１と負極１１０との間には、これらを絶縁分離する絶縁性の多孔質セパレータ１０５が設けられる。セパレータ１０５としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質樹脂フィルム、セルロース膜、不繊布等を用いることができる。
【００４５】
［２−４］電解液
電解液は、正極と負極との間で荷電担体の輸送を行うものであり、正極１０１、負極１１０及びセパレータ１０５に含浸している。電解液としては、２０℃で１０−５〜１０−１Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有しているものを用いることができ、電解質塩を有機溶媒に溶解した非水電解液を用いることができる。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒を用いることができる。
【００４６】
電解質塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２（以下「ＬｉＴＦＳＩ」）、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２（以下「ＬｉＢＥＴＩ」）、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ等の通常の電解質材料を用いることができる。
【００４７】
有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート；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等の鎖状カーボネート；γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類；テトラヒドロフラン、ジオキソラン等の環状エーテル類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のアミド類が挙げられる。他の有機溶媒としては、環状カーボネート及び鎖状カーボネートの少なくとも一方を混合することが好ましい。
【００４８】
［２−５］外装用フィルム
外装用フィルム１０６としてはアルミラミネートフィルム等を用いることができる。外装用フィルム以外の外装体としては、金属ケースや樹脂ケースが挙げられる。蓄電デバイスの外形としては、円筒型、角型、コイン型、シート型が挙げられる。
【００４９】
［２−６］Ｌｉプレドープ用セルの作製例
電極活物質および結着剤を含む電極材料と溶媒からなるスラリーを調製し、このスラリーを集電体上に塗布し、乾燥し、プレスして、負極（皮膜形成処理前）を得ることができる。
【００５０】
図３に本実施形態によるＬｉプレドープ用セルの断面図を示す。
【００５１】
一対の外装用フィルムを用意し、得られた負極（皮膜形成処理前）１０２を一方の外装用フィルム１０６上に置き、セパレータ１０５を介してリチウム箔１０８と重ね合わせることで、外装用フィルム上の電極積層体を得ることができる。
【００５２】
得られた電極積層体を他方の外装用フィルム１０６で覆い、電極リード部を含む３辺を熱融着することができる。
【００５３】
これに１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートの少なくとも１つを添加した電解液を注入し、真空含浸させることができる。電解液を電極およびセパレータの空隙に十分に含浸させた後、残りの４辺目を減圧下で熱融着することができる。結果、ラミネート型のＬｉプレドープ用セル１０９を得ることができる。
【００５４】
ここで、皮膜形成処理を行う際に用いるセルに使用される電解液は、前述の［２−４］電解液の項で説明した電解液に、１，３−プロパンスルトン（ＰＳ）およびビニレンカーボネート（ＶＣ）の少なくとも１つを添加したものである。ＰＳおよびＶＣは、どちらか１種を添加すればよいが、両方を添加してもよい。ＰＳおよびＶＣの添加量が少ないと十分な厚みの皮膜を形成することができず、皮膜形成による効果を十分に得ることができない。また、添加量が多いと皮膜が厚く成長するために、皮膜自体の抵抗がセルの内部抵抗を大きくしてしまう。よって、ＰＳおよびＶＣの添加量（但し、１，３−プロパンスルトンおよびビニレンカーボネートのどちらか１つのみが存在する場合は、その１つのみの添加量）は電解液全体の重量に対して通常０．５〜１５重量％、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは２〜８重量％、さらに好ましくは２〜６重量％である。
【００５５】
［２−７］皮膜形成処理の例
Ｌｉプレドープ用セル１０９のセル電圧が０Ｖになるまで放電することにより、負極にＬｉを吸蔵させると同時に、負極表面にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜を形成させることができる。これにより、皮膜形成処理済の負極１１０（図３において、負極１０２が示す部位に該当する）を得ることができる。
【００５６】
なお、負極表面にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜を形成させる方法としては、電気化学セル内に電流を流すことにより負極表面に皮膜を形成する方法であれば、金属Ｌｉを対極として放電する方法に限られない。
【００５７】
［２−８］蓄電デバイスの作製例
電極活物質および結着剤を含む電極材料と溶媒からなるスラリーを調製し、このスラリーを集電体上に塗布し、乾燥し、プレスして、正極を得ることができる。
【００５８】
一対の外装用フィルムを用意し、得られた正極１０１を一方の外装用フィルム１０６上に置き、セパレータ１０５を介して皮膜形成処理済負極１１０と重ね合わせることで、外装用フィルム上の電極積層体を得ることができる。
【００５９】
得られた電極積層体を他方の外装用フィルム１０６で覆い、電極リード部を含む３辺を熱融着することができる。
【００６０】
これに電解液を注入し、真空含浸させることができる。電解液を電極およびセパレータの空隙に十分に含浸させた後、残りの４辺目を減圧下で熱融着することができる。結果、ラミネート型の蓄電デバイス１０７を得ることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００６２】
（正極の作製）
本実施例で用いたニトロキシル高分子であるポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシルメタクリレート（ＰＴＭＡ）は、特開２００９−２３８６１２号公報に記載の方法に従って合成した。【００６３】
すなわち、下記記載に従って合成した。【００６４】
還流管を付けた１００ｍｌナスフラスコ中に、２，２，６，６−テトラメチルピペリジンメタクリレートモノマー２０ｇ（０．０８９ｍｏｌ）を入れ、乾燥テトラヒドロフラン８０ｍｌに溶解させた。そこへ、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）０．２９ｇ（０．００１８７ｍｏｌ）（モノマー／ＡＩＢＮ＝５０／１）を加え、アルゴン雰囲気下７５〜８０℃で攪拌した。６時間反応後、室温まで放冷した。へキサン中でポリマーを析出させて濾別し、減圧乾燥してポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジンメタクリレート）を得た。次に、得られたポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジンメタクリレート）１０ｇを乾操ジクロロメタン１００ｍｌに溶解させた。ここへｍ−クロロ過安息香酸１５．２ｇ（０．０８８ｍｏｌ）のジクロロメタン溶液１００ｍｌを室温にて攪拌しながら１時間かけて滴下した。さらに６時間攪拌後、沈殿したｍ−クロロ安息香酸を濾別して除き、濾液を炭酸ナトリウム水溶液および水で洗浄後、ジクロロメタンを留去した。残った固形分を粉砕し、得られた粉末をジエチルカーボネート（ＤＥＣ）で洗浄し、減圧下乾燥させて、ポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシルメタクリレート）（ＰＴＭＡ）を得た。【００６５】
次に、正極活物質としてＰＴＭＡ２．１ｇ、導電付与剤として炭素材料０．６３ｇ、結着剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２４ｇ及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）０．０３ｇ、並びに水１５ｍｌを混合し、ホモジェナイザーで撹拌し、均一なスラリーを調製した。【００６６】
このスラリーを集電体であるアルミ箔上に塗布し、次いで８０℃で５分間乾燥した。さらにロールプレス機により厚さを調整した。これを２２×２４ｍｍの長方形に切り抜き、アルミ電極リードを超音波圧着した。得られた正極の厚さは１４０〜１５０μｍであった。【００６７】
（負極（皮膜形成処理前）の作製）
グラファイト粉末（粒径６μｍ）１３．５ｇ、ポリフッ化ビニリデン１．３５ｇ、カーボンブラック０．１５ｇ、及びＮ−メチルピロリドン３０ｇを混合し、ホモジェナイザーで撹拌し、均一なスラリーを調製した。【００６８】
このスラリーを集電体である銅メッシュ上に塗布し、次いで１２０℃で５分間乾燥した。さらにロールプレス機により厚さを調整した。これを２２×２４ｍｍの長方形に切り抜き、ニッケル電極リードを超音波圧着した。得られた負極（皮膜形成処理前）の厚さは５０〜６０μｍであった。【００６９】
（実施例１）
一対の外装用フィルムを用意し、得られた負極を一方の外装用フィルム上に置き、セパレータを介してリチウム箔と重ね合わせることで、外装用フィルム上の電極積層体を得た。得られた電極積層体を他方の外装用フィルムで覆い、電極リード部を含む３辺を熱融着した。これにＰＳを２重量％添加した濃度１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６支持塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート＝３／７（ｖ／ｖ）の混合電解液を注入し、電極中によく含浸させた。電解液を電極およびセパレータの空隙に十分に含浸させた後、残りの４辺目を減圧下で熱融着した。結果、ラミネート型のＬｉプレドープ用セルを得た。【００７０】
Ｌｉプレドープ用セルのセル電圧が０Ｖになるまで放電することにより、負極にＬｉを吸蔵させると同時に、負極表面にＰＳの分解による皮膜を形成させた。これにより、皮膜形成処理済負極を得た。【００７１】
一対のアルミラミネートフィルムを用意し、一方のアルミラミネートフィルム上に、正極、ポリプロピレン多孔質フィルムセパレータ、皮膜形成処理済負極の順で積層し、電極積層体を得た。この電極積層体を他方のアルミラミネートフィルムで覆い、電極リード部を含む３辺を熱融着した。これに電解液を注入し、電極中によく含浸させた。次に、残りの４辺目を減圧下にて熱融着した。結果、ラミネート型の蓄電デバイスを得た。蓄電デバイスに用いた電解液は、濃度１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６支持塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート＝３／７（ｖ／ｖ）の混合電解液である。【００７２】
（実施例２）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳを４重量％添加したこと以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００７３】
（実施例３）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳを８重量％添加したこと以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００７４】
（実施例４）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＶＣを２重量％添加したこと以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００７５】
（実施例５）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＶＣを４重量％添加したこと以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００７６】
（実施例６）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＶＣを８重量％添加したこと以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００７７】
（比較例１）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳおよびＶＣのどちらも添加しないことにより、負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を行っていないこと以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００７８】
（比較例２）
一対の外装用フィルムを用意し、得られた負極（皮膜形成処理前）を一方の外装用フィルム上に置き、セパレータを介してリチウム箔と重ね合わせることで、外装用フィルム上の電極積層体を得た。得られた電極積層体を他方の外装用フィルムで覆い、電極リード部を含む３辺を熱融着した。これに濃度１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６支持塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート＝３／７（ｖ／ｖ）の混合電解液を注入し、電極中によく含浸させた。電解液を電極およびセパレータの空隙に十分に含浸させた後、残りの４辺目を減圧下で熱融着した。結果、ラミネート型のＬｉプレドープ用セルを得た。【００７９】
Ｌｉプレドープ用セルのセル電圧が０Ｖになるまで放電することにより、負極（皮膜形成処理をしていないもの）にＬｉを吸蔵させた。【００８０】
一対のアルミラミネートフィルムを用意し、一方のアルミラミネートフィルム上に、正極、ポリプロピレン多孔質フィルムセパレータ、負極（皮膜形成処理をしていないもの）の順で積層し、電極積層体を得た。この電極積層体を他方のアルミラミネートフィルムで覆い、電極リード部を含む３辺を熱融着した。これに電解液を注入し、電極中によく含浸させた。次に、残りの４辺目を減圧下にて熱融着した。結果、ラミネート型の蓄電デバイスを得た。蓄電デバイスに用いた電解液は、ＰＳを２重量％添加した濃度１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６支持塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート＝３／７（ｖ／ｖ）の混合電解液である。【００８１】
（比較例３）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳおよびＶＣのどちらも添加しないことにより、負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を行っていないこと、かつ、蓄電デバイスに用いた電解液中にＰＳを４重量％添加することにより、蓄電デバイス作製後にＰＳの分解による皮膜形成を行っていること以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００８２】
（比較例４）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳおよびＶＣのどちらも添加しないことにより、負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を行っていないこと、かつ、蓄電デバイスに用いた電解液中にＰＳを８重量％添加することにより、蓄電デバイス作製後にＰＳの分解による皮膜形成を行っていること以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００８３】
（比較例５）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳおよびＶＣのどちらも添加しないことにより、負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を行っていないこと、かつ、蓄電デバイスに用いた電解液中にＶＣを２重量％添加することにより、蓄電デバイス作製後にＶＣの分解による皮膜形成を行っていること以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００８４】
（比較例６）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳおよびはＶＣのどちらも添加しないことにより、負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を行っていないこと、かつ、蓄電デバイスに用いた電解液中にＶＣを４重量％添加することにより、蓄電デバイス作製後にＶＣの分解による皮膜形成を行っていること以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００８５】
（比較例７）
Ｌｉプレドープ用セルに用いた電解液中にＰＳおよびＶＣのどちらも添加しないことにより、負極にＰＳおよび／またはＶＣの分解による皮膜形成を行っていないこと、かつ、蓄電デバイスに用いた電解液中にＶＣを８重量％添加することにより、蓄電デバイス作製後にＶＣの分解による皮膜形成を行っていること以外は、実施例１と同様にして蓄電デバイスを作製した。【００８６】
（内部抵抗の測定とその結果）
実施例１〜６及び比較例１〜７の蓄電デバイスを、４０℃にて、０．５ｍＡの定電流で電圧が４Ｖになるまで充電した後、１０ｍＡで１秒間放電した。再度、０．５ｍＡの定電流で電圧が４Ｖになるまで充電した後、２０ｍＡで１秒間放電した。この充電・放電の繰り返しを、放電電流を３０、４０、・・・、１００ｍＡと変えながら行った。放電直後の電圧を測定し、電流と電圧の関係から内部抵抗を求めた。測定後、０．５ｍＡの定電流で電圧が４Ｖになるまで充電した後、４０℃の恒温槽の中で保管した。１週間後と６週間後に再度、内部抵抗を測定した。【００８７】
表１に内部抵抗を測定した結果を示す。実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、実施例６、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４、比較例５、比較例６、比較例７の６週間後の内部抵抗はそれぞれ、２．３０Ω、２．０７Ω、２．０６Ω、２．３５Ω、２．０９Ω、２．１０Ω、２．４４Ω、２．３３Ω、２．１１Ω、２．１０Ω、２．３９Ω、２．１２Ω、２．１４Ωであった。この結果から、蓄電デバイス作製前にあらかじめＰＳもしくはＶＣの分解による皮膜形成処理を負極に対して行うことで、高温保管時における蓄電デバイスの内部抵抗の増加を抑えることができた。また、ＰＳもしくはＶＣの添加量が電解液全体の重量の２重量％から４重量％のときは、初期の内部抵抗を抑えつつ高温保管時における内部抵抗の増加を抑えることができ、より望ましいと考えられる。【００８８】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の実施形態によれば、十分な出力と高温信頼性をもつ蓄電デバイスを提供することができる。そのため、本発明の実施形態による蓄電デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの駆動用又は補助用の蓄電源、各種携帯電子機器の電源、ソーラーエネルギーや風力発電等の各種エネルギーの蓄電装置、あるいは家庭用電気器具の蓄電源等に適用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１０１  正極
１０２  負極（皮膜形成処理前）
１０３  集電体
１０４  電極リード
１０５  セパレータ
１０６  外装用フィルム
１０７  ラミネート型蓄電デバイス
１０８  リチウム箔
１０９  Ｌｉプレドープ用セル
１１０  皮膜形成処理済負極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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