(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極活物質として、内部にＬｉ化合物が含まれるケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む非水電解質二次電池用負極であって、
前記非水電解質二次電池用負極はポリアクリル酸又はその金属塩を含み、
前記ポリアクリル酸又はその金属塩は、基本骨格が下記式（１）で表されるものであり、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、テトラメチルシランを基準物質としたケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍ及び１〜２ｐｐｍの範囲の少なくとも１か所以上にピークを有するものであり、
前記４〜４．５ｐｐｍの範囲のピークは、−Ｏ−ＣＨ２−に帰属され、前記１〜２ｐｐｍの範囲のピークは、前記ポリアクリル酸又はその金属塩の末端に近い領域の−ＣＨ２−に帰属され、
前記ケイ素化合物が、内部にＬｉ２ＳｉＯ３を含むものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
【化１】
0006353329.tif 000016
（式中、Ｍは、水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子、又はカリウム原子のいずれかを表し、ｎは、２以上の整数を表す。）
【請求項２】
前記ポリアクリル酸又はその金属塩は１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られる、テトラメチルシランを基準物質としたケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に前記基本骨格に帰属されるピーク以外に、該基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有することを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項３】
前記１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に得られる前記複数のピークはアクリル酸塩の一部に帰属するものであることを特徴とする請求項２に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項４】
前記ポリアクリル酸又はその金属塩の分子量は、５０万以上１２５万の範囲のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項５】
前記ポリアクリル酸又はその金属塩の他に、さらに、結着剤として、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩、ポリフッ化ビニリデンのうち少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項６】
前記カルボキシメチルセルロース又はその金属塩は、エーテル化度が０．７以上１．５以下の範囲のものであることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項７】
前記負極活物質の総量に対する前記ケイ素化合物の割合が６質量％以上のものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項８】
前記非水電解質二次電池用負極は、前記負極活物質を含む負極活物質層を有し、該負極活物質層が、前記ポリアクリル酸又はその金属塩を、０．１質量％以上２．５質量％以下の割合で含むものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項９】
前記ケイ素化合物は炭素被膜を有し、その表層の少なくとも一部に炭酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項１０】
前記ケイ素化合物は、その表層にカルボキシル基を有する結着剤を介して炭素粒子が付着しているものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に非水電解質二次電池用負極。
【請求項１１】
前記ケイ素化合物の表層に付着した前記炭素粒子は、メジアン径が２０ｎｍ〜２００ｎｍのものであることを特徴とする請求項１０に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項１２】
前記カルボキシル基を有する結着剤は、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩と、ポリアクリル酸又はその金属塩のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項１３】
さらに、カーボンナノチューブを含むものであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極を用いたことを特徴とする非水系電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化及び長寿命化が強く求められている。このような市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。
【０００３】
その中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、また、鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。
【０００４】
上記のリチウムイオン二次電池は、正極および負極、セパレータと共に電解液を備えており、負極は充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。
【０００５】
負極活物質としては、炭素材料が広く使用されている一方で、最近の市場要求から、電池容量のさらなる向上が求められている。電池容量向上の要素として、負極活物質材として、ケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも１０倍以上大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。負極活物質材としてのケイ素材の開発はケイ素単体だけではなく、合金、酸化物に代表される化合物などについても検討されている。活物質形状は、炭素材で標準的な塗布型から、集電体に直接堆積する一体型まで検討されている。
【０００６】
しかしながら、負極活物質としてケイ素を主原料として用いると、充放電時に負極活物質が膨張収縮するため、主に負極活物質表層近傍で割れやすくなる。また、活物質内部にイオン性物質が生成し、負極活物質が割れやすい物質となる。負極活物質表層が割れると、それによって新表面が生じ、活物質の反応面積が増加する。この時、新表面において電解液の分解反応が生じるとともに、新表面に電解液の分解物である被膜が形成されるため電解液が消費される。このためサイクル特性が低下しやすくなる。
【０００７】
これまでに、電池初期効率やサイクル特性を向上させるために、ケイ素材を主材としたリチウムイオン二次電池用負極材料、電極構成についてさまざまな検討がなされている。
【０００８】
具体的には、良好なサイクル特性や高い安全性を得る目的で、気相法を用いケイ素及びアモルファス二酸化ケイ素を同時に堆積させている（例えば特許文献１参照）。また、高い電池容量や安全性を得るために、ケイ素酸化物粒子の表層に炭素材（電子伝導材）を設けている（例えば特許文献２参照）。さらに、サイクル特性を改善するとともに高入出力特性を得るために、ケイ素及び酸素を含有する活物質を作製し、かつ、集電体近傍での酸素比率が高い活物質層を形成している（例えば特許文献３参照）。また、サイクル特性を向上させるために、ケイ素活物質中に酸素を含有させ、平均酸素含有量が４０ａｔ％以下であり、かつ集電体に近い場所で酸素含有量が多くなるように形成している（例えば特許文献４参照）。
【０００９】
また、初回充放電効率を改善するためにＳｉ相、ＳｉＯ２、ＭｙＯ金属酸化物を含有するナノ複合体を用いている（例えば特許文献５参照）。また、サイクル特性改善のため、ＳｉＯｘ（０．８≦ｘ≦１．５、粒径範囲＝１μｍ〜５０μｍ）と炭素材を混合して高温焼成している（例えば特許文献６参照）。
【００１０】
また、サイクル特性改善のために、負極活物質中におけるケイ素に対する酸素のモル比を０．１〜１．２とし、活物質、集電体界面近傍におけるモル比の最大値、最小値との差が０．４以下となる範囲で活物質の制御を行っている（例えば特許文献７参照）。また、電池負荷特性を向上させるため、リチウムを含有した金属酸化物を用いている（例えば特許文献８参照）。また、サイクル特性を改善させるために、ケイ素材表層にシラン化合物などの疎水層を形成している（例えば特許文献９参照）。
【００１１】
また、サイクル特性改善のため、酸化ケイ素を用い、その表層に黒鉛被膜を形成することで導電性を付与している（例えば特許文献１０参照）。特許文献１０において、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルから得られるシフト値に関して、１３３０ｃｍ−１及び１５８０ｃｍ−１にブロードなピークが現れるとともに、それらの強度比Ｉ１３３０／Ｉ１５８０が１．５＜Ｉ１３３０／Ｉ１５８０＜３となっている。
【００１２】
また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、二酸化ケイ素中に分散されたケイ素微結晶相を有する粒子を用いている（例えば、特許文献１１参照）。また、過充電、過放電特性を向上させるために、ケイ素と酸素の原子数比を１：ｙ（０＜ｙ＜２）に制御したケイ素酸化物を用いている（例えば特許文献１２参照）。また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、ケイ素と炭素の混合電極を作成しケイ素比率を５ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下で設計している（例えば、特許文献１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１８５１２７号公報
【特許文献２】特開２００２−０４２８０６号公報
【特許文献３】特開２００６−１６４９５４号公報
【特許文献４】特開２００６−１１４４５４号公報
【特許文献５】特開２００９−０７０８２５号公報
【特許文献６】特開２００８−２８２８１９号公報
【特許文献７】特開２００８−２５１３６９号公報
【特許文献８】特開２００８−１７７３４６号公報
【特許文献９】特開２００７−２３４２５５号公報
【特許文献１０】特開２００９−２１２０７４号公報
【特許文献１１】特開２００９−２０５９５０号公報
【特許文献１２】特許第２９９７７４１号明細書
【特許文献１３】特開２０１０−０９２８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、近年、電子機器に代表される小型のモバイル機器は高性能化、多機能化がすすめられており、その主電源であるリチウムイオン二次電池は電池容量の増加が求められている。この問題を解決する１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極からなるリチウムイオン二次電池の開発が望まれている。また、ケイ素材を用いたリチウムイオン二次電池は、炭素材を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれている。しかしながら、炭素材を主材として用いたリチウムイオン二次電池と同等のサイクル安定性を示す負極電極を提案するには至っていなかった。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、電池容量の増加、サイクル特性及び初期充放電特性を向上させることが可能な負極電極、及びこの負極電極を有する非水電解質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】
上記目的を達成するために、本発明は、負極活物質として、内部にＬｉ化合物が含まれるケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む非水電解質二次電池用負極であって、前記非水電解質二次電池用負極はポリアクリル酸又はその金属塩を含み、前記ポリアクリル酸又はその金属塩は、基本骨格が下記式（１）で表されるものであり、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、テトラメチルシランを基準物質としたケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍ及び１〜２ｐｐｍの範囲の少なくとも１か所以上にピークを有するものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極を提供する。
【化１】
0006353329.tif 000002
（式中、Ｍは、水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子、又はカリウム原子のいずれかを表し、ｎは、２以上の整数を表す。）
【００１７】
このような非水電解質二次電池用負極は、Ｌｉドープを行ったケイ素化合物を含むことで、電池容量及びケイ素化合物の課題である初回充放電効率（初期効率）を向上させることができる。このとき、本発明のように、上記のようなポリアクリル酸又はその金属塩を含んでいることにより、Ｌｉドープを行ったケイ素化合物を安定してスラリー化し、電極化することが可能となり、サイクル特性や初回充放電効率（初期効率）といった電池特性を向上させることができる。
【００１８】
このとき、前記４〜４．５ｐｐｍの範囲のピークは、−Ｏ−ＣＨ２−に帰属され、前記１〜２ｐｐｍの範囲のピークは、前記ポリアクリル酸又はその金属塩の末端に近い領域の−ＣＨ２−に帰属されるものであることが好ましい。
【００１９】
このようなものであれば、スラリーの安定化や水溶液の安定性をより向上させることができ、電池特性を向上させることができる。
【００２０】
またこのとき、前記ポリアクリル酸又はその金属塩は１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られる、テトラメチルシランを基準物質としたケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に前記基本骨格に帰属されるピーク以外に、該基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有することが好ましい。
【００２１】
このようなものであれば、スラリーの安定化や水溶液の安定性をより向上させることができ、電池特性を向上させることができる。
【００２２】
このとき、前記１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に得られる前記複数のピークはアクリル酸塩の一部に帰属するものであることが好ましい。
【００２３】
ポリアクリル酸の一部が金属塩に置換された構造が存在することで、水溶液及びスラリーの安定化ができ、電池特性を向上させることができる。
【００２４】
このとき、前記ポリアクリル酸又はその金属塩の分子量は、５０万以上１２５万以下の範囲のものであることが好ましい。
【００２５】
この分子量が、５０万以上であれば、結着性が十分に得られるため、電極構造の破壊が起きにくく、電池特性が向上する。また、分子量が１２５万以下であれば、水溶液にし易く、負極材作製に用いるスラリーの固形分の低下を抑制することができる。その結果、結着性が十分に得られ、電池特性が向上する。
【００２６】
また本発明の負極は、前記ポリアクリル酸又はその金属塩の他に、さらに、結着剤として、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩、ポリフッ化ビニリデンのうち少なくとも１種以上を含むことが好ましい。
【００２７】
結着剤としては、ポリアクリル酸又はその金属塩と共に、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩、ポリフッ化ビニリデンのうち少なくとも１種以上の、計２種以上の化合物を含むと、負極材作製のためのスラリーの安定性をより向上させることができ、電池特性を向上させることができるものとなる。
【００２８】
このとき、前記カルボキシメチルセルロース又はその金属塩は、エーテル化度が０．７以上１．５以下の範囲のものであることが好ましい。
【００２９】
エーテル化度が０．７以上のカルボキシメチルセルロース又はその金属塩であれば、アルカリ耐性が高いため、スラリーの安定性が良好となり、サイクル特性が向上する。また、エーテル化度が、１．５以下であれば、平均重合度が高くなりすぎず、水溶液にし易く、負極材作製に用いるスラリーの固形分の低下を抑制することができる。その結果、スラリーの安定性が良好となり、サイクル特性が向上する。
【００３０】
また本発明の負極は、前記負極活物質の総量に対する前記ケイ素化合物の割合が６質量％以上のものであることが好ましい。
【００３１】
このような負極であれば、電池の体積エネルギー密度を向上させることができるものとなる。
【００３２】
このとき、前記非水電解質二次電池用負極は、前記負極活物質を含む負極活物質層を有し、該負極活物質層が、前記ポリアクリル酸又はその金属塩を、０．１質量％以上２．５質量％以下の割合で含むものであることが好ましい。
【００３３】
本発明の負極活物質層に含まれるポリアクリル酸又はその金属塩は、少量であってもアルカリ性を有するケイ素活物質に対して効果が得られる。０．１質量％以上あれば、よりスラリーを安定化させることができ、電池特性を向上できる。また、上記割合を２．５％以下とすれば、スラリーの集電体等への塗布、乾燥後のプレス時に結着性が低下することがないため、安定した負極活物質層となり、電池特性を向上できる。
【００３４】
またこのとき、前記ケイ素化合物は炭素被膜を有し、その表層の少なくとも一部に炭酸リチウムを含むことが好ましい。
【００３５】
ケイ素化合物が炭素被膜で被覆されていることで、導電性が向上する。また、ケイ素化合物の表層の少なくとも一部が炭酸リチウムで覆われていれば、電池の初期効率を大きく向上させることができる。
【００３６】
前記ケイ素化合物は、その表層にカルボキシル基を有する結着剤を介して炭素粒子が付着しているものであることが好ましい。
【００３７】
炭素粒子が表層に付着しているケイ素化合物を含むものであれば、負極活物質粒子間のコンタクトをスムーズに取ることができる。また、炭素粒子は、カルボキシル基を有する結着剤を使用すれば、強固に付着させることができる。
【００３８】
このとき、前記ケイ素化合物の表層に付着した前記炭素粒子は、メジアン径が２０ｎｍ〜２００ｎｍのものであることが好ましい。
【００３９】
炭素粒子のメジアン径が２０ｎｍ以上であれば、負極活物質粒子間のコンタクトが十分に取れる。炭素粒子のメジアン径が２００ｎｍ以下であれば、負極活物質粒子間のコンタクトが得られる炭素粒子の割合が増え、コンタクトを取るために必要な炭素粒子の量が少なく済むため、炭素粒子を必要以上に多く加える必要が無く、電池容量を十分に確保できる。
【００４０】
またこのとき、前記カルボキシル基を有する結着剤は、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩と、ポリアクリル酸又はその金属塩のうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００４１】
炭素粒子をケイ素化合物の表層に付着させる結着剤としてはこれらのようなものが好適である。
【００４２】
このとき、前記ケイ素化合物が電気化学的手法を含む工程で作製されたものであることが好ましい。
【００４３】
このような改質（バルク内改質）方法を用いてケイ素化合物を製造することで、Ｓｉ領域のＬｉ化合物化を低減、又は避けることが可能であり、大気中、又は水系スラリー中、溶剤スラリー中で安定した物質となる。また、電気化学的手法により、ケイ素化合物のＳｉＯ２成分部を改質されたものであれば、熱改質（熱ドープ法）、蒸着Ｌｉ法などのランダムに化合物化する手法で改質されたものよりも、安定した物質となる。
【００４４】
またこのとき、前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られる（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性は低いほどよく、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）、及びその結晶面に起因する結晶子サイズは上記範囲である事が望ましい。Ｓｉ成分の結晶性を低くすることで電池特性を向上させることができる。
【００４６】
このとき、本発明の負極は、さらに、カーボンナノチューブを含むものであることが好ましい。
【００４７】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は膨張率及び収縮率が高いケイ素化合物と炭素系活物質などの他の活物質との電気コンタクトを得ることに適しており、負極に良好な導電性を付与することができ、電池特性が向上する。
【００４８】
また、本発明によれば、上記のいずれかの本発明の非水電解質二次電池用負極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池用負極が提供される。
【００４９】
このような非水電解質二次電池であれば、高容量であるとともに良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られるものとなる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の非水電解質二次電池用負極におけるケイ素化合物は、リチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部が予め別の化合物に改質させたものであるため、充電時に発生する不可逆容量を低減することが可能となる。また、このケイ素化合物粒子を使用するに適した負極結着剤（負極バインダー）の構成として、ポリアクリル酸又はその金属塩を含み、ポリアクリル酸又はその金属塩は基本骨格が上記式（１）で表され、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍ又は１〜２ｐｐｍの少なくとも１か所以上にピークを有するものを含むことで良好なサイクル特性及び、高い初期効率を得る事が出来る。また、本発明の非水電解質二次電池用負極及びこの負極を用いた非水電解質二次電池は、電池容量、サイクル特性、及び初回充放電特性を向上させることができる。また、本発明の二次電池を用いた電子機器、電動工具、電気自動車及び電力貯蔵システム等でも同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の非水電解質二次電池用負極の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の非水電解質二次電池用負極に含まれる負極活物質を製造する際に使われるバルク内改質装置である。
【図３】本発明の非水電解質二次電池用負極を含むリチウム二次電池の構成例（ラミネートフィルム型）を表す図である。
【図４】実施例１−２及び比較例２−１において測定した、非水電解質二次電池負極に含まれるポリアクリル酸の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図５】実施例１−２及び実施例２−２において測定した、非水電解質二次電池負極に含まれるポリアクリル酸の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図６】負極活物質中のケイ素化合物の割る相を増加させた場合の電池容量の増加率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
前述のように、リチウムイオン二次電池の電池容量を増加させる１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極をリチウムイオン二次電池の負極として用いることが検討されている。このケイ素材を用いたリチウムイオン二次電池は、炭素材を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれているが、炭素材を用いたリチウムイオン二次電池と同等のサイクル安定性を示す負極電極を提案するには至っていなかった。
【００５３】
そこで、本発明者らは、リチウムイオン二次電池の負極として、高い電池容量と良好なサイクル特性及び初期効率が得られる負極電極について鋭意検討を重ね、本発明に至った。
【００５４】
本発明の非水電解質二次電池用負極は、負極活物質として、内部にＬｉ化合物が含まれるケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む。さらに、本発明の負極はポリアクリル酸又はその金属塩を含む。このポリアクリル酸又はその金属塩は、基本骨格が下記式（１）で表されるものであり、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、テトラメチルシランを基準物質としたケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍ及び１〜２ｐｐｍの範囲の少なくとも１か所以上にピークを有する。
【化２】
0006353329.tif 000003
（式中、Ｍは、水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子、又はカリウム原子のいずれかを表し、ｎは、２以上の整数を表す。）
【００５５】
上記式（１）中のＭで表された水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子はイオン化した状態で存在していても良い。また、１Ｈ−ＮＭＲ測定に用いる装置は、市販品を用いればよく、特に限定されることはない。また、上記化学シフトの規定の基準物質は上記のように、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）であり、ＴＭＳの化学シフトを０ｐｐｍとする。実際の測定では、必ずしもＴＭＳを基準物質としなくても良い。
【００５６】
このような非水電解質二次電池用負極は、Ｌｉドープを行ったケイ素化合物を使用することで、ケイ素化合物の課題である初回充放電効率（初期効率）を向上させることができる。また、ケイ素化合物のバルク内部にＬｉ化合物を生成することで正極から挿入される不可逆Ｌｉ成分を除去できるため電池容量の向上へとつながる。
【００５７】
また、このようなケイ素化合物を使用した負極に含まれるバインダーとして、例えば、主結着剤として、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、副結着剤及び増粘剤として、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を使用することができる。しかし、Ｌｉドープを行ったケイ素化合物のように、よりアルカリ寄りに近いケイ素化合物を用いたスラリーは、ＣＭＣの結着性、増粘性を低下させ、スラリーの不安定化を引き起こす。そこで、本発明では、スラリーの結着性、増粘性を抑制することが可能となるポリアクリル酸を含むものとする。すなわち、式（１）で表される基本骨格に加え、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、上記の範囲の少なくとも１か所以上にピークを有するポリアクリル酸を使用して、スラリー安定性を高める。このように、スラリー安定性を高めることができる構造を持つポリアクリル酸を含むことで、結着性、増粘性を低下させることなく、スラリーの安定化が可能となり、加えて、ポリアクリル酸が有する結着性向上効果も得ることができるものとなる。
【００５８】
このような本発明の非水電解質二次電池用負極について説明する。図１は、本発明の一実施形態における非水電解質二次電池用負極（以下、単に「負極」と称することがある。）の断面構成を表している。
【００５９】
［負極の構成］
図１に示すように、負極１０は、負極集電体１１の上に負極活物質層１２を有する構成になっている。この負極活物質層１２は負極集電体１１の両面、又は、片面だけに設けられていても良い。さらに、本発明の非水電解質二次電池用負極においては、負極集電体１１はなくてもよい。
【００６０】
［負極集電体］
負極集電体１１は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体１１に用いることができる導電性材料として、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）があげられる。この導電性材料は、リチウム（Ｌｉ）と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。
【００６１】
負極集電体１１は、主元素以外に炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）を含んでいることが好ましい。負極集電体の物理的強度が向上するためである。特に、充電時に膨張する活物質層を有する場合、集電体が上記の元素を含んでいれば、集電体を含む電極変形を抑制する効果があるからである。上記の含有元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い変形抑制効果が得られるからである。
【００６２】
負極集電体１１の表面は、粗化されていても、粗化されていなくても良い。粗化されている負極集電体は、例えば、電解処理、エンボス処理、又は化学エッチングされた金属箔などである。粗化されていない負極集電体は例えば、圧延金属箔などである。
【００６３】
［負極活物質層］
負極活物質層１２は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な粒子状の負極活物質（以下、負極活物質粒子とも称する）とバインダー（負極結着剤）を含んでおり、電池設計上、さらに導電助剤等の他の材料を含んでいても良い。
【００６４】
本発明の負極は、負極活物質として、内部にＬｉ化合物が含まれるケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む。もちろん、負極活物質として、ケイ素化合物以外に、炭素系活物質などを含んでも良い。また、本発明の負極に用いられるケイ素化合物は酸化ケイ素材（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）であり、その組成としてはｘが１に近い方が好ましい。これは、高いサイクル特性が得られるからである。本発明におけるケイ素化合物の組成は必ずしも純度１００％を意味しているわけではなく、微量の不純物元素を含んでいても良い。
【００６５】
また、本発明の負極は負極結着剤の一部としてポリアクリル酸又はその金属塩を含む。そして、ポリアクリル酸又はその金属塩は、その基本骨格が下記式（１）で表されるものである。
【００６６】
【化３】
0006353329.tif 000004
【００６７】
さらに、ポリアクリル酸又はその金属塩は、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ＴＭＳを基準物質としたケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍ及び１〜２ｐｐｍの範囲の少なくとも１か所以上にピークを有する構造を有する。このような、ポリアクリル酸又はその金属塩を含むことで、Ｌｉ化合物を含むアルカリ寄りのケイ素化合物を混合したスラリーの安定性を高めることができるため、負極のサイクル特性を向上させることができる。
【００６８】
また、４〜４．５ｐｐｍの範囲のケミカルシフト値は、−Ｏ−ＣＨ２−に帰属されるピーク、１〜２ｐｐｍの範囲に、ポリアクリル酸又はその金属塩の末端に近い領域の−ＣＨ２−に帰属されるピークを有するものであることが望ましい。このように、４〜４．５ｐｐｍの範囲のピークが、実質的に、−Ｏ−ＣＨ２−に起因したものであり、１〜２ｐｐｍの範囲のピークが、実質的に、分子の末端に近い領域の−ＣＨ２−に起因したものであれば、スラリーの安定化や水溶液の安定性をより向上させることができる。
【００６９】
さらに、本発明の負極を構成するポリアクリル酸またはその金属塩は１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ＴＭＳを基準物質としたケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に上記の式（１）で表される基本骨格に帰属されるピーク以外の複数のピークを有することがより望ましい。また、基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークは、実質的に、ポリアクリル酸のカルボキシル基の一部が金属塩に置換された構造に起因するものであることが好ましい。このようなポリアクリル酸又はその金属塩を含むことによって水溶液及びスラリーを安定化できる。
【００７０】
また、１３Ｃ−ＮＭＲ測定に用いる装置は、市販品を用いればよく、特に限定されることはない。また、この１３Ｃ−ＮＭＲの化学シフトの基準物質は、ＴＭＳである。実際の測定では、他の基準物質を用いても良い。
【００７１】
更に、本発明の負極を構成するポリアクリル酸またはその金属塩は分子量５０万以上１２５万以下のものであることが望ましい。分子量が、５０万以上であれば、結着性が十分に得られるため、電極構造の破壊が起きにくく、電池特性が向上する。また、分子量が１２５万以下であれば、水溶液にし易く、負極材作製に用いるスラリーの固形分の低下を抑制することができる。その結果、結着性が十分に得られ、電池特性が向上する。より好ましい分子量は１００万近辺である。
【００７２】
本発明の負極において、ポリアクリル酸又はその金属塩の他に、さらに、結着剤として、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩、ポリフッ化ビニリデンのうち少なくとも１種以上を含むものであることが好ましい。ポリアクリル酸又はその金属塩に加え、これらのうち少なくとも１種以上、計２種以上の化合物をバインダーとして含むと、スラリーの安定性をより向上させることができるものとなる。
【００７３】
カルボキシメチルセルロース又はその金属塩は、エーテル化度が０．７以上１．５以下のものであることが望ましい。カルボキシメチルセルロース又はその金属塩のエーテル化度が０．７以上であれば、アルカリ耐性が高いため、スラリーの安定性が良好となり、サイクル特性が向上する。また、エーテル化度が、１．５以下であれば、平均重合度が高くなりすぎず、水溶液にし易く、負極材作製に用いるスラリーの固形分の低下を抑制することができる。その結果、スラリーの安定性が良好となり、サイクル特性が向上する。
【００７４】
このとき、前記負極活物質の総量に対する前記ケイ素化合物の割合が６質量％以上のものであることが好ましい。
【００７５】
このようなものであれば、電池の体積エネルギー密度を向上させることができるものとなる。また、例えば、負極活物質として、ケイ素化合物の他に炭素系活物質を含む場合、炭素系活物質が、ケイ素化合物より低電位で放電が可能であるため、ケイ素系活物質と炭素系活物質を混合することで電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。更に、このとき、負極活物質中のケイ素系活物質の比が６質量％以上であれば、炭素材に対して高電位放電であるケイ素化合物であっても、電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。
【００７６】
更に、非水電解質二次電池用負極は、前記ポリアクリル酸又はその金属塩を、０．１質量％以上２．５質量％以下の割合で含むものであることが望ましい。本発明の負極活物質層に含まれるポリアクリル酸又はその金属塩は、少量であってもアルカリ性を有するケイ素活物質に対して効果が得られる。０．１質量％以上あれば、よりスラリーを安定化させることができ、電池特性を向上できる。また、上記割合を２．５％以下とすれば、スラリーの電極への塗布、乾燥後のプレス時に結着性が低下することがないため、安定した負極活物質層となり、電池特性を向上できる。
【００７７】
また、本発明の非水電解質二次電池用負極に含まれるケイ素化合物は炭素被膜を有し、その表層の少なくとも一部に炭酸リチウムを含むことが好ましい。ケイ素化合物が炭素被膜で被覆されていることで、導電性が向上する。また、ケイ素化合物の表層の少なくとも一部が炭酸リチウムで覆われていれば、電池の初期効率を大きく向上させることができる。
【００７８】
なお、炭素被膜の被覆量は、ケイ素化合物と炭素被膜の合計に対し０．１質量％〜１５質量％であることが好ましい。炭素被膜の被覆量が０．１質量％以上であれば、十分な導電性を得ることができる。また、被覆量が１５質量％以下であれば、電池容量を十分に確保できる。
【００７９】
炭酸リチウムは、ケイ素化合物に対して、０．５質量％以上４質量％以下の範囲で含まれるものであることが好ましい。炭酸リチウムがケイ素化合物に対して０．５質量％以上含まれていれば、初期効率の向上効果が十分に得られる。また、炭酸リチウムを４質量％以下とすれば、スラリー安定性を維持することができる。
【００８０】
更に、本発明の負極は、ケイ素化合物が、その表層にカルボキシル基を有する結着剤を介して炭素粒子が付着しているものであることが好ましい。炭素粒子は、カルボキシル基を有する結着剤を介せば、強固に付着させることができる。また、炭素粒子が、ケイ素化合物に付着していれば、負極活物質粒子の粒子間コンタクトを取りやすくなり、安定した電池特性が得られるからである。更に、炭素粒子は２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である事が望ましい。炭素粒子のメジアン径が２０ｎｍ以上であれば、負極活物質粒子間のコンタクトが十分に取れる。炭素粒子のメジアン径が２００ｎｍ以下であれば、負極活物質粒子間のコンタクトが得られる炭素粒子の割合が増え、コンタクトを取るために必要な炭素粒子の量が少なく済むため、炭素粒子を必要以上に多く加える必要が無く、電池容量を十分に確保できる。
【００８１】
ケイ素化合物に炭素粒子を付着させるカルボキシル基を有する結着剤は、カルボキシメチルセルロース又はその金属塩と、ポリアクリル酸又はその金属塩のうち少なくとも１種を含むことが好ましい。このようなものであれば、特に強固に炭素粒子を付着させることができる。
【００８２】
本発明の負極における、内部にＬｉ化合物が含まれるケイ素化合物は、内部に生成するＳｉＯ２成分の一部をＬｉ化合物へ選択的に変更することにより得ることができる。ケイ素化合物を、リチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部が、予め、別のＬｉ化合物に改質されたものとすれば、充電時に発生する不可逆容量を低減することができる。なかでも、ケイ素化合物の内部に、Ｌｉ化合物として、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７が含まれている場合、特に良い電池特性を示す。これは、リチウム対極に対する電位規制や電流規制などを行い、条件を変更することで選択的化合物の作製が可能となる。Ｌｉ化合物は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）とＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）で定量可能である。ＸＰＳとＮＭＲの測定は、例えば、以下の条件により行うことができる。
ＸＰＳ
・装置：  Ｘ線光電子分光装置、
・Ｘ線源：  単色化Ａｌ  Ｋα線、
・Ｘ線スポット径：  １００μｍ、
・Ａｒイオン銃スパッタ条件：  ０．５ｋＶ  ２ｍｍ×２ｍｍ。
２９Ｓｉ  ＭＡＳ  ＮＭＲ（マジック角回転核磁気共鳴）
・装置：  Ｂｒｕｋｅｒ社製７００ＮＭＲ分光器、
・プローブ：  ４ｍｍＨＲ−ＭＡＳローター  ５０μＬ、
・試料回転速度：  １０ｋＨｚ、
・測定環境温度：  ２５℃。
【００８３】
選択的化合物の作製方法、すなわち、ケイ素系活物質の改質は、電気化学的手法により行うことが好ましい。
【００８４】
このような改質（バルク内改質）方法を用いてケイ素化合物を製造することで、Ｓｉ領域のＬｉ化合物化を低減、又は避けることが可能であり、大気中、又は水系スラリー中、溶剤スラリー中で安定した物質となる。また、電気化学的手法により改質を行うことにより、ランダムに化合物化する熱改質（熱ドープ法）、蒸着法に対し、より安定した物質を作ることが可能である。
【００８５】
ケイ素系活物質のバルク内部に生成したＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７は少なくとも１種以上存在することで特性向上となるが、より特性向上となるのはこれら２種の共存状態である。
【００８６】
また、ケイ素系活物質の最表層の少なくとも一部に炭酸リチウム等の反応抑制物を生成することで、粉末の保存特性を飛躍的に向上させることができる。反応抑制物を生成する手法は特に限定しないが、電気化学法が最も好ましい。
【００８７】
また、本発明の負極材に含まれるケイ素系活物質の結晶性は低いほどよい。具体的には、ケイ素化合物のＸ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であるとともに、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下であることが望ましい。このように、特に結晶性が低くＳｉ結晶の存在量が少ないことにより、電池特性を向上させるだけでなく、安定的なＬｉ化合物の生成をすることができる。
【００８８】
ケイ素系活物質のメジアン径は特に限定されないが、中でも０．５μｍ〜２０μｍであることが好ましい。この範囲であれば、充放電時においてリチウムイオンの吸蔵放出がされやすくなるとともに、粒子が割れにくくなるからである。このメジアン径が０．５μｍ以上であれば表面積が大きすぎないため、電池不可逆容量を低減することができる。一方、メジアン径が２０μｍ以下であれば、粒子が割れにくく新生面が出にくいため好ましい。
【００８９】
負極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のいずれか１種以上があげられる。特にカーボンナノチューブは膨張収縮率が高いケイ素材と炭素材の電気コンタクトを得ることに向いている。
【００９０】
［負極の製造方法］
最初に本発明の非水電解質二次電池用負極に含まれるケイ素化合物の製造方法を説明する。まず、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物を作製し、次に、ケイ素系活物質にＬｉを挿入することにより、ケイ素化合物の内部にＬｉ化合物を生成させることができる。より具体的には、ケイ素化合物は、例えば、以下の手順により製造される。
【００９１】
まず、酸化珪素ガスを発生する原料（気化出発材）を不活性ガスの存在下もしくは減圧下９００℃〜１６００℃の温度範囲で加熱し、酸化ケイ素ガスを発生させる。この場合、原料は金属珪素粉末と二酸化珪素粉末との混合であり、金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、０．８＜金属珪素粉末／二酸化珪素粉末＜１．３の範囲であることが望ましい。粒子中のＳｉ結晶子は仕込み範囲や気化温度の変更、また生成後の熱処理で制御される。発生したガスは吸着板に堆積される。反応炉内温度を１００℃以下に下げた状態で堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。このようにして、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物を作製する。
【００９２】
次に、得られた粉末材料の表層に炭素被膜を被覆することができるが、この工程は必須ではない。しかしながら、より電池特性を向上させるには効果的である。
【００９３】
得られた粉末材料の表層に炭素被膜を被覆する手法としては、熱分解ＣＶＤが望ましい。熱分解ＣＶＤは炉内にセットした酸化ケイ素粉末と炉内に炭化水素ガスを充満させ炉内温度を昇温させる。分解温度は特に限定しないが、１２００℃以下が望ましい。より望ましいのは９５０℃以下であり、粒子の不均化を抑制することが可能である。炭化水素ガスは特に限定することはないが、ＣｎＨｍ組成のうち３≧ｎが望ましい。これは、製造コストが低く、分解生成物の物性が良くなるからである。
【００９４】
次に、粉末材料のバルク内の改質を行う。バルク内改質は電気化学的にＬｉを挿入・脱離し得ることが望ましい。特に装置構造を限定することはないが、例えば図２に示すバルク内改質装置２０を用いて、バルク内改質を行うことができる。バルク内改質装置２０は、有機溶媒２３で満たされた浴槽２７と、浴槽２７内に配置され、電源２６の一方に接続された陽電極（リチウム源、改質源）２１と、浴槽２７内に配置され、電源２６の他方に接続された粉末格納容器２５と、陽電極２１と粉末格納容器２５との間に設けられたセパレータ２４とを有している。粉末格納容器２５には、酸化ケイ素の粉末２２が格納される。この時、炭素粒子を、ポリアクリル酸を介して酸化ケイ素の粉末２２に接着させることでスムーズな改質が得られる。
【００９５】
上記のように、得られた改質粒子は、炭素層を含んでいなくても良い。ただし、バルク内改質処理において、より均一な制御を求める場合、電位分布の低減などが必要であり、炭素層が存在することが望ましい。
【００９６】
浴槽２７内の有機溶媒２３として、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルなどを用いることができる。また、有機溶媒２３に含まれる電解質塩として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などを用いることができる。
【００９７】
陽電極２１はＬｉ箔を用いてもよく、また、Ｌｉ含有化合物を用いてもよい。Ｌｉ含有化合物として、炭酸リチウム、酸化リチウム、コバルト酸リチウム、オリビン鉄リチウム、ニッケル酸リチウム、リン酸バナジウムリチウムなどがあげられる。
【００９８】
続いて、上記ケイ素系活物質と必要に応じて炭素系活物質を混合するとともに、これらの負極活物質粒子とバインダー（負極結着剤）、導電助剤など他の材料とを混合し負極合剤としたのち、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。
【００９９】
このとき、本発明ではバインダーとして、ポリアクリル酸又はその金属塩を含むことを必須とする。また、バインダーとして、さらに、ポリアクリル酸又はその金属塩、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデンのうち少なくとも１種以上を加えることができる。
【０１００】
ここで、本発明の負極に含まれるポリアクリル酸またはその金属塩は、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値（ＴＭＳ基準）として４〜４．５ｐｐｍまたは１〜２ｐｐｍの少なくとも１か所以上にピークを有するものである。負極を形成するためのスラリーが、このようなものをバインダーとして含めば、改質した後のケイ素化合物に適したスラリーとなる。すなわち、内部にＬｉ化合物が含まれるケイ素化合物を混合した、アルカリ性のスラリーにおいても、その増粘性、結着性を向上できる。
【０１０１】
次に、負極集電体１１の表面に、この負極合剤のスラリーを塗布し、乾燥させて図１に示す負極活物質層１２を形成する。この時、必要に応じて加熱プレスなどを行っても良い。
【０１０２】
＜２．リチウムイオン二次電池＞
次に、上記した本発明の負極を用いた非水電解質二次電池の具体例として、リチウムイオン二次電池について説明する。
【０１０３】
［ラミネートフィルム型二次電池の構成］
図３に示すラミネートフィルム型二次電池３０は、主にシート状の外装部材３５の内部に巻回電極体３１が収納されたものである。この巻回電極体３１は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リード３２が取り付けられ、負極に負極リード３３が取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。
【０１０４】
正負極リード３２、３３は、例えば、外装部材３５の内部から外部に向かって一方向で導出されている。正極リード３２は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成され、負極リード３３は、例えば、ニッケル、銅などの導電性材料により形成される。
【０１０５】
外装部材３５は、例えば、融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムは融着層が電極体３１と対向するように、２枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、又は、接着剤などで張り合わされている。融着部は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのフィルムであり、金属部はアルミ箔などである。保護層は例えば、ナイロンなどである。
【０１０６】
外装部材３５と正負極リードとの間には、外気侵入防止のため密着フィルム３４が挿入されている。この材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂である。
【０１０７】
［正極］
正極は、例えば、図１の負極１０と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。
【０１０８】
正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。
【０１０９】
正極活物質層は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極材のいずれか１種又は２種以上を含んでおり、設計に応じて正極結着剤、正極導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、正極結着剤、正極導電助剤に関する詳細は、例えば既に記述した負極結着剤、負極導電助剤と同様である。
【０１１０】
正極材料としては、リチウム含有化合物が望ましい。このリチウム含有化合物は、例えばリチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、又はリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これら記述される正極材の中でもニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも１種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、ＬｉｘＭ１Ｏ２あるいはＬｉｙＭ２ＰＯ４で表される。式中、Ｍ１、Ｍ２は少なくとも１種以上の遷移金属元素を示す。ｘ、ｙの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０で示される。
【０１１１】
リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉｘＮｉＯ２）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物などが挙げられる。リチウムニッケルコバルト複合酸化物としては、例えばリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物（ＮＣＡ）やリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＮＣＭ）などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ４）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ１−ｕＭｎｕＰＯ４（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量を得ることができるとともに、優れたサイクル特性も得ることができる。
【０１１２】
［負極］
負極は、上記した図１のリチウムイオン二次電池用負極１０と同様の構成を有し、例えば、集電体の両面に負極活物質層を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量（電池としての充電容量）に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。これにより、負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができる。
【０１１３】
正極活物質層は、正極集電体の両面の一部に設けられており、同様に負極活物質層も負極集電体の両面の一部に設けられている。この場合、例えば、負極集電体上に設けられた負極活物質層は対向する正極活物質層が存在しない領域が設けられている。これは、安定した電池設計を行うためである。
【０１１４】
上記の負極活物質層と正極活物質層とが対向しない領域では、充放電の影響をほとんど受けることが無い。そのため、負極活物質層の状態が形成直後のまま維持され、これによって負極活物質の組成など、充放電の有無に依存せずに再現性良く組成などを正確に調べることができる。
【０１１５】
［セパレータ］
セパレータは正極、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、２種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
【０１１６】
［電解液］
活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質（電解液）が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
【０１１７】
溶媒は、例えば、非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、１，２−ジメトキシエタン、又はテトラヒドロフランなどが挙げられる。この中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種以上を用いることが望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせることにより、より優位な特性を得ることができる。これは、電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。
【０１１８】
溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレン又は炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。
【０１１９】
また溶媒添加物として、スルトン（環状スルホン酸エステル）を含んでいることが好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えばプロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。
【０１２０】
さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。
【０１２１】
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などが挙げられる。
【０１２２】
電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．５ｍｏｌ／ｋｇ以上２．５ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。これは、高いイオン伝導性が得られるからである。
【０１２３】
［ラミネートフィルム型二次電池の製造方法］
【０１２４】
最初に上記した正極材を用い正極電極を作製する。まず、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤、正極導電助剤などを混合し正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させ正極合剤スラリーとする。続いて、ナイフロール又はダイヘッドを有するダイコーターなどのコーティング装置で正極集電体に合剤スラリーを塗布し、熱風乾燥させて正極活物質層を得る。最後に、ロールプレス機などで正極活物質層を圧縮成型する。この時、加熱しても良く、また圧縮を複数回繰り返しても良い。
【０１２５】
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極１０の作製と同様の作業手順を用い、負極集電体に負極活物質層を形成し負極を作製する。
【０１２６】
正極及び負極を作製する際に、正極及び負極集電体の両面にそれぞれの活物質層を形成する。この時、どちらの電極においても両面部の活物質塗布長がずれていても良い（図１を参照）。
【０１２７】
続いて、電解液を調整する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に正極リード３２を取り付けると共に、負極集電体に負極リード３３を取り付ける。続いて、正極と負極とをセパレータを介して積層、又は巻回させて巻回電極体３１を作製し、その最外周部に保護テープを接着させる。次に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。続いて、折りたたんだフィルム状の外装部材３５の間に巻回電極体を挟み込んだ後、熱融着法により外装部材の絶縁部同士を接着させ、一方向のみ解放状態にて、巻回電極体を封入する。続いて、正極リード、及び負極リードと外装部材の間に密着フィルムを挿入する。続いて、解放部から上記調整した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、解放部を真空熱融着法により接着させる。以上のようにして、ラミネートフィルム型二次電池３０を製造することができる。
【０１２８】
上記作製したラミネートフィルム型二次電池３０等の本発明の非水電解質二次電池において、充放電時の負極利用率が９３％以上９９％以下であることが好ましい。負極利用率を９３％以上の範囲とすれば、初回充電効率が低下せず、電池容量の向上を大きくできる。また、負極利用率を９９％以下の範囲とすれば、Ｌｉが析出してしまうことがなく安全性を確保できる。
【実施例】
【０１２９】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下の記載におけるＮＭＲ測定のケミカルシフト値は、テトラメチルシランを基準物質としたものである。
【０１３０】
（実施例１−１）
以下の手順により、図３に示したラミネートフィルム型の二次電池３０を作製した。
【０１３１】
最初に正極を作製した。正極活物質はコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）を９５質量部と、正極導電助剤２．５質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン、Ｐｖｄｆ）２．５質量部とを混合し正極合剤とした。続いて正極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ＮＭＰ）に分散させてペースト状のスラリーとした。続いて、ダイヘッドを有するコーティング装置で正極集電体の両面にスラリーを塗布し、熱風式乾燥装置で乾燥した。この時、正極集電体は厚み１５μｍのものを用いた。最後に、ロールプレスで圧縮成型を行った。
【０１３２】
次に負極を作製した。ケイ素化合物は以下のように作製した。まず、金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料を反応炉へ設置し、１０Ｐａの真空度の雰囲気中で気化させたものを吸着板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物を取出しボールミルで粉砕した。粒径を調整した後、熱分解ＣＶＤを行うことで、炭素被膜を、ケイ素化合物と炭素被膜の合計に対して５質量％となるように被覆した。次に、メジアン径が３５ｎｍである炭素粒子を、ポリアクリル酸を介して酸化ケイ素の粉末に接着させた。その後、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートの体積比が３：７の混合溶媒（電解質塩をＬｉＰＦ６  １．３ｍｏｌ／ｋｇの濃度で含んでいる。）中で電気化学法を用いバルク改質を行った。
【０１３３】
バルク改質後のケイ素化合物は、内部にＬｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４を含み、その表層には炭酸リチウムが含まれていた。また、炭酸リチウムは、ケイ素化合物に対して、１．０質量％の割合で含まれていた。また、ケイ素化合物は、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値が０．５であり、メジアン径Ｄ５０が４μｍ、Ｘ線回折により得られる（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が２．５９３°、その結晶面に起因する結晶子サイズが３．２９ｎｍであった。
【０１３４】
続いて、作製したケイ素化合物と、炭素系活物質としてメジアン径２０μｍの天然黒鉛を混合し、負極活物質とした。このとき、負極活物質の総量に対するケイ素化合物の割合が１０質量％となる質量比で混合し、負極活物質を作製した。
【０１３５】
次に、作製した負極活物質、導電助剤１（カーボンナノチューブ、ＣＮＴ）、導電助剤２（メジアン径が約５０ｎｍの炭素微粒子）、スチレンブタジエンゴム（スチレンブタジエンコポリマー、以下、ＳＢＲと称する）、ポリアクリル酸（以下ＰＡＡと称する。）カルボメチルセルロース（以下、ＣＭＣと称する）を９１．６５：１：１．２５：２．５：０．６：３の乾燥質量比で混合した後、純水で希釈し負極合剤スラリーとした。尚、上記のＳＢＲ、ＣＭＣ、及びＰＡＡは負極バインダー（負極結着剤）である。ここで加えたポリアクリル酸は、基本骨格が上記式（１）で表され、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍの範囲に−Ｏ−ＣＨ２−に帰属されるピークを、１〜２ｐｐｍの範囲にポリアクリル酸又はその金属塩の末端に近い領域の−ＣＨ２−に帰属されるピークを有していた。更に、このポリアクリル酸は１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に、基本骨格に帰属されるピーク以外に、基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有していた。また、このポリアクリル酸は平均分子量が約１００万のものを用いた。ＣＭＣはエーテル化度が０．８５のものを用いた。
【０１３６】
また、負極集電体としては、電解銅箔（厚さ１５μｍ）を用いた。最後に、負極合剤のスラリーを負極集電体に塗布し真空雰囲気中１００℃〜１８０℃で１時間の乾燥を行った。乾燥後の、負極の片面における単位面積あたりの負極活物質層の堆積量（面積密度）は５ｍｇ／ｃｍ２であった。また、負極活物質層は、ポリアクリル酸を、０．６質量％の割合で含んでいた。
【０１３７】
次に、溶媒（４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ））、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ））を混合したのち、電解質塩（六フッ化リン酸リチウム：ＬｉＰＦ６）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を堆積比でＦＥＣ：ＥＣ：ＤＭＣ＝１０：２０：７０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１．２ｍｏｌ／ｋｇとした。
【０１３８】
次に、以下のようにして二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体の一端にアルミリードを超音波溶接し、負極集電体にはニッケルリードを溶接した。続いて、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に積層し、長手方向に巻回させ巻回電極体を得た。その捲き終わり部分をＰＥＴ保護テープで固定した。セパレータは多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムに挟まれた積層フィルム１２μｍを用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着し、内部に電極体を収納した。外装部材はナイロンフィルム、アルミ箔及び、ポリプロピレンフィルムが積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、開口部から調整した電解液を注入し、真空雰囲気下で含浸した後、熱融着し封止した。
【０１３９】
（実施例１−２、実施例１−３、比較例１−１、比較例１−２）
ケイ素化合物のバルク内酸素量を調整したことを除き、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、気化出発材の比率や温度を変化させ堆積される酸素量を調整した。実施例１−１〜１−３、比較例１−１、１−２における、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値を表１中に示した。
【０１４０】
実施例１−１〜１−３、比較例１−１、１−２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
【０１４１】
サイクル特性については、以下のようにして調べた。最初に電池安定化のため２５℃の雰囲気下、２サイクル充放電を行い、２サイクル目の放電容量を測定した。続いて総サイクル数が１００サイクルとなるまで充放電を行い、その都度放電容量を測定した。最後に１００サイクル目の放電容量を２サイクル目の放電容量で割り、％表示のため１００を掛け、容量維持率（以下では単に維持率と呼ぶ場合もある）を算出した。サイクル条件として、４．２Ｖに達するまで定電流密度、２．５ｍＡ／ｃｍ２で充電し、４．２Ｖの電圧に達した段階で４．２Ｖ定電圧で電流密度が０．２５ｍＡ／ｃｍ２に達するまで充電した。また放電時は２．５ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
【０１４２】
初回充放電特性を調べる場合には、初回効率（以下では初期効率と呼ぶ場合もある）を算出した。初回効率は、初回効率（％）＝（初回放電容量／初回充電容量）×１００で表される式から算出した。雰囲気温度は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。充放電条件はサイクル特性の０．２倍で行った。すなわち、４．２Ｖに達するまで定電流密度、０．５ｍＡ／ｃｍ２で充電し、電圧が４．２Ｖに達した段階で４．２Ｖ定電圧で電流密度が０．０５ｍＡ／ｃｍ２に達するまで充電し、放電時は０．５ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
【０１４３】
【表１】
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【０１４４】
表１からわかるように、酸素が十分にない場合（比較例１−１、ｘ＝０．３）、初期効率は向上するものの容量維持率が著しく悪化する。また、酸素量が多すぎる場合（比較例１−２、ｘ＝１．８）、導電性の低下が生じＳｉＯ材の容量が発現しなかった。
【０１４５】
（実施例２−１、２−２、比較例２−１、２−２）
ポリアクリル酸の分子構造を変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池の製造を行った。なお、ポリアクリル酸の基本骨格には変更は無い。実施例２−１で負極に含まれるポリアクリル酸は、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍの範囲に−Ｏ−ＣＨ２−に帰属されるピークを有し、更に、１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に、基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有していた。実施例２−２で負極に含まれるポリアクリル酸は、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍの範囲に−Ｏ−ＣＨ２−に帰属されるピークを、１〜２ｐｐｍの範囲にポリアクリル酸又はその金属塩の末端に近い領域の−ＣＨ２−に帰属されるピークを有していた。実施例２−２は、１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に、基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有していなかった。比較例２−１、２−２は、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍと、１〜２ｐｐｍのどちらの範囲にもピークを有していなかった。ただし、比較例２−１は１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に、基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有していた。
【０１４６】
図４に、実施例１−２及び比較例２−１において測定した、非水電解質二次電池負極に含まれるポリアクリル酸の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。実施例１−２では、ケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍの範囲及び１〜２ｐｐｍの範囲にピークが見られる（図４の左図の矢印で示した部分）。その一方で、比較例２−１では、これらの範囲のいずれにもピークは見られない（図４の右図）。なお、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルにおけるピークの帰属は、文献：  第１１回ＪＡＩセミナー  （１９９１年  １０月  ２２日）  「熱分解ＧＣによるアクリル酸／アクリル酸エステル系共重合体の連鎖分布の分析」  （ライオン（株）分析センター  山田郁、遠藤善久、吉村晴夫）  に依拠する。
【０１４７】
また、図５に、実施例１−２及び実施例２−２において測定した、非水電解質二次電池負極に含まれるポリアクリル酸の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルを示す。図５に示すように、実施例１−２の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルは、ケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に基本骨格に帰属されるピーク以外に、該基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有する（図５の上図）。その一方で、実施例２−２では、これらの範囲のいずれにも基本骨格に帰属されるピーク以外に、該基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークは見られない（図５の下図）。なお、１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおけるピークの帰属は、文献：  ＡＲＣＨＩＶＥＳ  ＯＦ  ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ  ＡＮＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ５４  （２００９）  Ｉｓｓｕｅ２，  “ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＥＸＡＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＣＲＯＳＳ−ＬＩＮＫＩＮＧ  ＲＥＡＣＴＩＯＮ  ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ  ＯＦ  ＰＯＬＹＡＣＲＹＬＡＴＥ  ＢＩＮＤＩＮＧ  ＡＧＥＮＴＳ”，  Ｂ．ＧＲＡＢＯＷＳＫＡ，  Ｍ．ＨＯＬＴＺＥＲに依拠する。
【０１４８】
実施例２−１、２−２、比較例２−１、２−２について、実施例１−２と同様にして、二次電池のサイクル特性および初回充放電特性を調べた。表２に、実施例２−１、２−２、比較例２−１、２−２の測定結果を示す。
【０１４９】
【表２】
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【０１５０】
表２から分かるように、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として４〜４．５ｐｐｍ及び１〜２ｐｐｍの範囲の少なくとも１か所以上にピークを有するポリアクリル酸を含む場合（実施例１−２、２−１、２−２）、維持率及び初期効率が向上することが分かった。特に、−Ｏ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−に帰属されるピークを有することで、スラリーの安定化が進むことが分かった。さらに、１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから得られるケミカルシフト値として、２０〜６０ｐｐｍの範囲に基本骨格に帰属されるピーク以外に、基本骨格に帰属されるピークよりも弱い複数のピークを有するポリアクリル酸を含む場合（実施例１−２、２−１）、スラリーがより安定化し、維持率及び初期効率がさらに向上することが分かった。
【０１５１】
（実施例３−１〜３−４）
ポリアクリル酸の分子量を変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池の製造を行った。実施例３−１〜３−４について、実施例１−２と同様にして、二次電池のサイクル特性および初回充放電特性を調べた。表３に、実施例３−１〜３−４の測定結果を示す。
【０１５２】
【表３】
0006353329.tif 000007
【０１５３】
分子量が５０万以上１２５万以下であれば、特に良好な維持率及び初期効率となる。分子量が５０万以上であれば、確実に電極構造破壊を防止できる。また、分子量が１２５万以下であれば、スラリー粘度が高くなり過ぎず、結果として固形分を高くできるため、最適なスラリーを得られる。
【０１５４】
（実施例４−１〜４−３）
ポリアクリル酸（ＰＡＡ）以外の主結着剤及び副結着剤を変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池を作製した。添加する負極結着剤（バインダー）を、実施例４−１では、ＰＡＡに加え、ＳＢＲ、ＣＭＣ、及びＣＭＣ−Ｌｉ（カルボキシメチルセルロースのリチウム塩）とし、実施例４−２では、ＰＡＡに加え、ポリフッ化ビニリデン（以下、Ｐｖｄｆと称する）、ＣＭＣとし、実施例４−３では、ＰＡＡに加え、Ｐｖｄｆ、ＣＭＣ、及びＣＭＣ−Ｌｉとした。尚、ＳＢＲ、Ｐｖｄｆは主結着剤である。また、Ｐｖｄｆは粒子状のものを用いた。粒子状のＰｖｄｆを用いる場合は、水に分散させたＰｖｄｆを用い、電極を形成した後に１８０℃で乾燥を行うことで結着性を向上させている。また、ＣＭＣは、一般的にそのナトリウム塩が使用されるが、実施例４−１、４−３ではＬｉ塩を作成して用いた。Ｌｉ塩は、例えばＬｉＯＨの滴定を行って、リチウム塩を作製することでも可能であり、また、本発明の負極に含まれるケイ素化合物を洗浄したＣＭＣ溶液を用いて作製しても良い。実施例４−１〜４−３の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表４に示した結果が得られた。
【０１５５】
【表４】
0006353329.tif 000008
【０１５６】
表４から分かるように、いずれの実施例も良好な維持率、初期効率を有しており、本発明において、ＳＢＲ、ＣＭＣ、粒子状のＰｖｄｆは、負極バインダーとしてポリアクリル酸又はその金属塩と併用するのに好適であることが分かった。
【０１５７】
（実施例５−１〜５−７）
ＣＭＣのエーテル化度を変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池を作製した。実施例５−１〜５−７の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表５に示した結果が得られた。
【０１５８】
【表５】
0006353329.tif 000009
【０１５９】
表５から分かるように、エーテル化度が０．７以上１．５以下のＣＭＣを含む場合に、維持率及び初期効率がより向上している。これは、エーテル化度が０．７以上１．５以下のＣＭＣは特にアルカリ耐性が強く、負極材を作製するためのスラリーが安定化するためである。
【０１６０】
（実施例６−１〜６−５）
負極活物質の総量に対するケイ素化合物の割合を変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池の製造を行った。実施例６−１〜６−５の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表６に示した結果が得られた。
【０１６１】
【表６】
0006353329.tif 000010
【０１６２】
表６から分かるように、ケイ素化合物の割合が小さくなり、炭素系活物質の割合が大きくなるほど、炭素系活物質の特性が得られやすくなり電池特性が良好になる。しかしながら一般的な炭素材の可逆容量が３３０ｍＡｈ／ｇ程度であり、可逆容量が１５００ｍＡｈ／ｇ（０Ｖ−１．２Ｖ）得られるケイ素材は十分に容量が高く、実質的な使用方法として、ケイ素材を添加する事で電池容量維持率は低下するが、電池容量が大幅に向上する。特にケイ素材は炭素材に対して放電電位が高く、電池容量を考慮した場合、実質的な容量向上に繋がりづらい。そこで実際に得られたケイ素材をもって容量向上がどの領域から得られるか算出したところ、６質量％程度添加すれば容量向上となることがわかった。
【０１６３】
図６に、負極活物質の総量に対するケイ素化合物の割合と二次電池の電池容量の増加率との関係を表すグラフを示す。図６中のＡで示すグラフは、本発明の負極の負極活物質において、ケイ素化合物の割合を増加させた場合の電池容量の増加率を示している。一方、図６中のＢで示すグラフは、Ｌｉをドープしていないケイ素化合物の割合を増加させた場合の電池容量の増加率を示している。図６から分かるように、ケイ素化合物の割合が６質量％以上となると、電池容量の増加率は従来に比べて大きくなり、体積エネルギー密度が、特に顕著に増加する。
【０１６４】
（実施例７−１〜７−６、比較例７−１）
負極活物質層に含まれるポリアクリル酸の割合を変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池の製造を行った。実施例７−１〜７−６、比較例７−１の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表７に示した結果が得られた。
【０１６５】
【表７】
0006353329.tif 000011
【０１６６】
表７から分かるように、ポリアクリル酸が、負極活物質層中に０．１質量％以上２．５質量％以下の割合で含まれていると、サイクル特性及び初期効率が向上する。このように、負極活物質層中に含まれるポリアクリル酸又はその金属塩は、少量であってもアルカリ性を有するケイ素化合物などの材料に対して効果が得られる。また、ポリアクリル酸が、負極活物質層中に２．５％以下の割合で含まれているものであれば、スラリーを電極塗布し、乾燥した後のプレス時に結着性が低下することがない。また、比較例７−１のように、負極バインダーとして、ポリアクリル酸を含まない場合、スラリーが不安定となってしまい、維持率、すなわちサイクル特性が大幅に悪化してしまった。
【０１６７】
（実施例８−１〜８−８）
ケイ素化合物に付着させる炭素粒子のメジアン径及びケイ素化合物に炭素粒子を付着させるための結着剤の種類を表８に示すように変化させたこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池の製造を行った。なお、表８において、ＰＡＡはポリアクリル酸を、ＣＭＣはカルボキシメチルセルロースを表す。実施例８−１〜８−８の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表８に示した結果が得られた。
【０１６８】
【表８】
0006353329.tif 000012
【０１６９】
表８から分かるように、炭素粒子のメジアン径が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、より良好な維持率及び初期効率が得られることが分かった。このように、炭素粒子のメジアン径が２０ｎｍ以上であれば、メジアン径が２０ｎｍ未満の場合（実施例８−１）に比べて、負極活物質粒子間のコンタクトをより十分に取れる。炭素粒子のメジアン径が２００ｎｍ以下であれば、メジアン径が２００ｎｍより大きい場合（実施例８−６）に比べて、負極活物質粒子間のコンタクトが得られる粒子の割合が増え、コンタクトを取るために必要な炭素粒子の量が少なく済むため、炭素粒子を必要以上に多く加える必要が無く、電池容量を十分に確保できる。結着剤としては、特にポリアクリル酸又はその金属塩やカルボキシメチルセルロース又はその金属塩が好適に使用できる。
【０１７０】
（実施例９−１、９−２）
ケイ素化合物のバルク内改質を、実施例９−１では熱ドープ法により、実施例９−２では、Ｌｉ蒸着法により行ったこと以外、実施例１−２と同様に、二次電池を作製した。実施例９−１、実施例９−２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表９に示した結果が得られた。
【０１７１】
【表９】
0006353329.tif 000013
【０１７２】
いずれの改質方法においても、良好な電池特性が得られたが、特に、電気化学法を使用すると、他の方法より良好な電池特性が得られた。また、改質においてＬｉの挿入・脱離は、複数回行うことがより望ましい。
【０１７３】
（実施例１０−１〜実施例１０−９）
ケイ素化合物の結晶性を変化させた他は、実施例１−２と同様に二次電池の製造を行った。結晶性の変化はＬｉの挿入、脱離後の非大気雰囲気下の熱処理で制御可能である。実施例１０−１〜１０−９のケイ素系活物質の半値幅を表１０に示した。実施例１０−９では半値幅を２０°以上と算出しているが、解析ソフトを用いフィッティングした結果であり、実質的にピークは得られていない。よって実施例１０−９のケイ素系活物質は、実質的に非晶質であると言える。実施例１０−１〜実施例１０−９の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１０に示した結果が得られた。
【０１７４】
【表１０】
0006353329.tif 000014
【０１７５】
表１０に示すように、それらの結晶性に応じて容量維持率および初回効率が変化した。特に半値幅（２θ）が１．２°以上で、尚且つＳｉ（１１１）面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下の低結晶性材料で高い容量維持率、初期効率が得られた。特に、非結晶領域では最も良い電池特性が得られた。
【０１７６】
（実施例１１−１）
基本的に実施例１−２と同様に二次電池の製造を行ったが、実施例１１−１では、負極合剤スラリーの作製の際、導電助剤としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を添加しなかった。実施例１１−１の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１１に示した結果が得られた。
【０１７７】
【表１１】
0006353329.tif 000015
【０１７８】
表１１から分かるように、ＣＮＴを添加した方が容量維持率、初期効率が共により向上することが確認された。このように、負極中にＣＮＴを添加すれば、ケイ素系活物質（ＳｉＯ材）及び炭素系活物質間の電子コンタクトを得られるため、電池特性が向上することが分かった。
【０１７９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１８０】
１０…負極、  １１…負極集電体、  １２…負極活物質層、
２０…バルク内改質装置、  ２１…陽電極（リチウム源、改質源）、
２２…酸化ケイ素の粉末、  ２３…有機溶媒、  ２４…セパレータ、
２５…粉末格納容器、  ２６…電源、  ２７…浴槽、
３０…リチウム二次電池（ラミネートフィルム型）、  ３１…巻回電極体、
３２…正極リード、  ３３…負極リード、  ３４…密着フィルム、
３５…外装部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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