(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を有する正極と、リチウムの吸蔵／放出が可能である負極活物質を含有する負極と、非水電解質とを備え、
上記負極活物質は、黒鉛材料を含有し、該黒鉛材料は、真密度が２．２３ｇ／ｃｍ３であり、下記の式で示される形状パラメータＸの平均値は平均粒径が３１．２μｍであり、嵩密度が０．８３ｇ／ｃｍ３であり、窒素吸着ブルナウワー・エメット・テラー法により求められる比表面積が４．４ｍ２／ｇであり、レーザ回折法による粒度分布の平均粒径が３１．２μｍであり、累積１０％粒径が１２．３μｍであり、累積５０％粒径が２９．５μｍであり、累積９０％粒径が５３．７μｍであり、破壊強度の平均値が７．１ｋｇｆ／ｍｍ２であり、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔は０．３３７ｎｍであり、（００２）回折線から計算されるＣ軸結晶子厚みは５０．０ｎｍであり、
上記非水電解質に、チオ酢酸フェニルが２重量％添加されている非水電解質電池。
Ｘ＝（Ｗ／Ｔ）×（Ｌ／Ｔ）
（Ｘ：形状パラメータ、Ｔ：粉末の最も厚さの薄い部分の厚み、Ｌ：粉末の長軸方向の長さ、Ｗ：粉末の長軸と直交する方向の長さ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極活物質を有する正極と、リチウムの吸蔵／放出が可能である負極活物質を含有する負極と、非水電解質とを備える非水電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子技術の進歩とともに、各種電子機器の高性能化、小型化、ポータブル化が進行している。これに伴い、電子機器を駆動させる電源となる電池に対しても、軽量且つ高容量であることが求められており、更なるエネルギー密度の向上が求められている。
【０００３】
このような電池としては、従来よりニッケル・カドミウム電池や鉛電池、等の二次電池が用いられている。しかし、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池は放電電圧が低く、所望のエネルギー密度を達成することができなかった。
【０００４】
近年、リチウムを吸蔵／放出することが可能な材料であるリチウム金属やリチウム合金、炭素材料等を負極材料とし、リチウムを含有する複合酸化物等を正極材料として用いる非水電解質二次電池、いわゆるリチウム系二次電池が注目されている。このリチウム系二次電池は、高出力、高エネルギー密度などの利点を有しており、様々な電子機器、特に携帯用電子機器の電源として、幅広い分野で実用化されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯用電子機器のうち例えば携帯電話等は、使用頻度が非常に高く、常に電力を消費している。このため、これら携帯用電子機器の電源となる二次電池は、充放電を頻繁に繰り返されている。
【０００６】
しかしながら、リチウム系二次電池は充放電を繰り返されると、負極と非水電解質との間に生じる不可逆反応により、その電池容量が劣化していた。このため、リチウム系二次電池のサイクル寿命は短いという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は従来の実情に鑑みて提案されたものであり、サイクル経過に伴う容量劣化が大幅に抑制され、サイクル寿命が長い非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る非水電解質電池は、正極活物質を有する正極と、リチウムの吸蔵／放出が可能である負極活物質を含有する負極と、非水電解質とを備え、上記負極活物質は、黒鉛材料を含有し、該黒鉛材料は、真密度が２．２３ｇ／ｃｍ３であり、下記の式で示される形状パラメータＸの平均値は平均粒径が３１．２μｍであり、嵩密度が０．８３ｇ／ｃｍ３であり、窒素吸着ブルナウワー・エメット・テラー法により求められる比表面積が４．４ｍ２／ｇであり、レーザ回折法による粒度分布の平均粒径が３１．２μｍであり、累積１０％粒径が１２．３μｍであり、累積５０％粒径が２９．５μｍであり、累積９０％粒径が５３．７μｍであり、破壊強度の平均値が７．１ｋｇｆ／ｍｍ２であり、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔は０．３３７ｎｍであり、（００２）回折線から計算されるＣ軸結晶子厚みは５０．０ｎｍであり、非水電解質に、チオ酢酸フェニルが２重量％添加されている。
Ｘ＝（Ｗ／Ｔ）×（Ｌ／Ｔ）
（Ｘ：形状パラメータ、Ｔ：粉末の最も厚さの薄い部分の厚み、Ｌ：粉末の長軸方向の長さ、Ｗ：粉末の長軸と直交する方向の長さ）
【０００９】
以上のように構成された本発明に係る非水電解質電池は、非水電解質に添加されている上記有機化合物からなる被膜が負極表面上に形成されるので、負極と非水電解質との間に生じる不可逆反応が防止されている。また、本発明に係る非水電解質電池は、負極活物質に特定の黒鉛材料を含有していることによって、充放電に伴う容量劣化を改善でき、サイクル寿命を長寿命化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非水電解質電池について、詳細に説明する。
【００１１】
本発明を適用した非水電解液二次電池は、例えば図１に示すように、正極集電体１上に正極活物質を含有する正極活物質層が形成されている帯状の正極２と、負極集電体３上に負極活物質を含有する負極活物質層が形成されている帯状の負極４とがセパレータ５を介して積層され、長手方向に巻回されてなる渦巻型の電極体が電池缶６に装填され、非水電解質として液状の非水電解液が電池缶６に注入されている。
【００１２】
正極２は、正極集電体１上に正極活物質を含有する正極活物質層が形成されている。
【００１３】
正極集電体１としては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
【００１４】
正極活物質としては、Ｌｉを主体とする金属酸化物、Ｌｉを含有する層間化合物等が使用可能であり、具体的には、一般式ＬｉＭｘＯｙ（式中、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉのうち少なくとも１種類以上を含有する。）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。
【００１５】
また、正極２は、例えば５回程度充放電を繰り返した後において、負極炭素質材料１ｇ当たり２５０ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のリチウムを含むことが好ましく、３００ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のリチウムを含むことが好ましい。但し、リチウムは必ずしも正極材から供給される必要はなく、電池系内に炭素質材料１ｇ当たり２５０ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のリチウムが存在すればよい。なお、このリチウムの量は、非水電解液二次電池の放電容量を測定することによって判断することとする。
【００１６】
負極４は、負極集電体２上に負極活物質を含有する負極活物質層が形成されている。
【００１７】
負極集電体２としては、例えばニッケル箔等が用いられる。
【００１８】
負極活物質としては、炭素材料や、リチウムと合金を形成可能な金属、またはこの金属の合金化合物等のリチウムの吸蔵／放出が可能である材料のうち、少なくとも１種以上が用いられる。
【００１９】
ここでいう合金化合物とは、リチウムと合金を形成可能なある金属元素をＭとしたとき、化学式ＭｘＭ’ｙＬｉｚ（但し、式中、Ｍ’はＬｉ元素及びＭ元素以外の１つ以上の金属元素である。また、ｘは０より大きい数値であり、ｙ、ｚは０以上の数値である。）で表される化合物である。さらに、本発明では半導体元素であるＢ、Ｓｉ、Ａｓ等の元素も金属元素に含めることとする。
【００２０】
リチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物としては、具体的には、ＭｇやＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｙ等の各金属とそれらの合金化合物、すなわち、例えばＬｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ａｌ−Ｍ（但し、式中、Ｍは２Ａ族、３Ｂ族、４Ｂ族遷移金属元素のうち少なくとも１種以上からなる。）、ＡｌＳｂ、ＣｕＭｇＳｂ等が使用できる。
【００２１】
上述したような元素の中でも、３Ｂ族典型元素の他、ＳｉやＳｎ等の元素又はその合金を用いることが好ましい。その中でもＳｉ又はＳｉ合金が特に好適である。Ｓｉ又はＳｉ合金としては、ＭｘＳｉ、ＭｘＳｎ（但し、式中、ＭはＳｉ又はＳｎ以外の１つ以上の金属元素である。）で表される化合物で、具体的には、ＳｉＢ４、ＳｉＢ６、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｎ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、Ｃｕ５Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＭｎＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＶＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｎＳｉ２等が使用できる。
【００２２】
さらに、１つ以上の非金属元素を含む炭素以外の４Ｂ族元素も負極活物質として利用できる。本材料中には１種類以上の４Ｂ族元素が含まれていてもよい。また、Ｌｉを含む４Ｂ族以外の金属元素が含まれていてもよい。例示するならば、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ２Ｎ２Ｏ、Ｇｅ２Ｎ２Ｏ、ＳｉＯｘ（但し、式中、０＜ｘ≦２である。）、ＬｉＳｉＯ、ＬｉＳｎＯ等が挙げられる。
【００２３】
上記の１つ以上の非金属元素を含む、炭素以外の４Ｂ族元素は、リチウムを電気化学的に吸蔵／放出する能力を有する必要がある。好ましくは４００ｍＡｈ／ｃｍ３以上、より好ましくは５００ｍＡｈ／ｃｍ３以上の充放電容量を有することが好ましい。この体積あたりの充放電容量を計算する際には、上記化合物の真比重値が用いられる。
【００２４】
上述したようなリチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物の作製方法は限定されないが、メカニカルアイロニング法、原料化合物を混合して不活性雰囲気下あるいは還元性雰囲気下で加熱処理する方法が採られる。
【００２５】
リチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物から構成される負極活物質へのリチウムの吸蔵は、電池作製後に電池内で電気化学的に行われてもよく、電池作製後あるいは電池作製前に、正極２あるいは正極２以外のリチウム源から供給され電気化学的に吸蔵されても構わない。あるいは材料合成の際にリチウム含有材料として合成され、電池作製時に負極４に含有されても構わない。
【００２６】
リチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物は、負極活物質として用いられる場合、粉砕されていてもよく、粉砕されていない状態で用いられてもよい。
【００２７】
粉砕されたリチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物を用いる場合、最大粒子径が負極活物質層の厚みを下回るように粉砕されればよい。また、粉砕の方法としては、限定されるものではないが、例えばボールミル粉砕、ジェットミル粉砕等が挙げられる。具体的に、リチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物からなる負極活物質の平均粒子径（体積平均粒子径）は、５０μｍ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い。
【００２８】
リチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物を粉砕せずに負極活物質として用いる場合、負極活物質層は、化学気相成長法、スパッタ法、ホットプレス等により成型体として作製される。
【００２９】
また、リチウムの吸蔵／放出が可能な材料としては、炭素材料、結晶質、非結晶質金属酸化物等が挙げられ、上記炭素材料としては、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、黒鉛材料等が使用できる。
【００３０】
難黒鉛化性炭素材料としては、例えばフルフリルアルコール又はフルフラールのモノポリマやコポリマ、他の樹脂との共重合よりなるフラン樹脂を焼成し、炭素化したものが挙げられる。また、難黒鉛化性炭素材料は、物性パラメータとして、（００２）面間隔は０．３７ｎｍ以上であり、真密度は１．７０ｇ／ｃｍ３未満であり、空気中での示差熱分析（ＤＴＡ）において７００℃以上に発熱ピークを持たないものが好ましい。上述した物性パラメータを有する難黒鉛化性炭素材料は、容量の大きい負極活物質となる。
【００３１】
この難黒鉛化性炭素材料を作製する場合、その出発原料となる有機材料としては、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレン）等の共役系樹脂、セルロース及びその誘導体、任意の有機高分子系化合物を使用することができる。
【００３２】
また、特定のＨ／Ｃ原子比を有する石油ピッチに酸素を含む官能基を導入して酸素架橋したものも、上述したフラン樹脂と同様に、温度が４００℃以上である炭素化の過程で溶融することなく、固相状態で最終の難黒鉛化性炭素材料となる。
【００３３】
ここで、石油ピッチは、コールタール、エチレンボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファルトなどより蒸留（例えば、真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留である。）、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得られる。このとき、石油ピッチのＨ／Ｃ原子比が重要であり、難黒鉛化炭素とするには、このＨ／Ｃ原子比を０．６〜０．８とする必要がある。
【００３４】
石油ピッチに酸素を含む官能基を導入する手法としては、例えば硝酸や混酸、硫酸、次亞塩素酸等の水溶液による湿式法、酸化性ガス（例えば酸素である。）による乾式法、硫黄や硝酸アンモニア、過硫酸アンモニア、塩化第二鉄等の固体試薬による反応等があげられる。また、石油ピッチの酸素含有率は、特に限定されないが、特開平３−２５２０５３号公報に開示されているように、３％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。この酸素含有率を上述のように制御することにより、最終的に製造される炭素材料は、上述した物性パラメータを有する結晶構造となる。
【００３５】
また、特開平３−１３７０１０号公報に記載されるリン、酸素、炭素を主成分とする化合物も難黒鉛化性炭素材料と同様の物性パラメータを示し、負極活物質として利用可能である。
【００３６】
更に、他のあらゆる有機材料について、酸素架橋処理等によって固相炭素化過程を経て、難黒鉛化炭素となるのであれば、出発原料として使用可能である。なお、この酸素架橋を行うための処理方法は限定されない。
【００３７】
難黒鉛化性炭素材料を作製する場合には、上述した有機材料を３００〜７００℃で炭化した後、昇温速度を毎分１〜１００℃、到達温度を９００〜１３００℃、到達温度における保持時間を０〜３０時間として焼成する。なお、場合によっては炭化操作を省略してもよい。
【００３８】
このようにして得られた難黒鉛化性炭素材料は、粉砕、分級されて負極活物質となる。なお、この粉砕は、炭化、か焼、高温熱処理の前後或いは昇温過程の間等のうち何れで行ってもよい。
【００３９】
黒鉛材料としては、天然黒鉛、有機材料を炭素化した後に高温処理された人造黒鉛が挙げられる。
【００４０】
人造黒鉛は、石炭やピッチ等の有機化合物を出発原料として作製される。ピッチとしては、コールタール、エチレンボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファルトなどより蒸留（例えば、真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留である。）、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得られるものや、木材乾留時に生成するピッチ等もある。なお、ピッチとなる出発原料としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラート、３，５−ジメチルフェノール樹脂等が挙げられる。
【００４１】
また、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、トリフェニレン、ピレン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物及びその他の誘導体（例えばこれらのカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミド等）或いは混合物、アセナフチレン、インドール、イソインドール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、フェナントリジン等の縮合複素環化合物及びその他の誘導体等が挙げられる。
【００４２】
人造黒鉛を作製する場合には、先ず、上述した有機材料を窒素等の不活性ガス気流中、３００〜７００℃で炭化した後、不活性ガス気流中、昇温速度を毎分１〜１００℃、到達温度を９００〜１５００℃、到達温度における保持時間を０〜３０時間としてか焼する。（なお、このプロセスまで経たものが、易黒鉛化性炭素材料である。）次に、２０００℃以上、より好ましくは２５００℃以上で熱処理する。なお、場合によっては炭化やか焼操作を省略してもよい。
【００４３】
このようにして得られた人造黒鉛は、粉砕、分級されて負極活物質となる。なお、この粉砕は、炭化、か焼、或いは昇温過程の間等のうち何れで行ってもよい。最終的には、粉末状態で黒鉛化のための熱処理が行われる。
【００４４】
黒鉛材料の真密度は２．１ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、２．１８ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。このような真密度を得るには、Ｘ線回折法で得られる（００２）面間隔は０．３４０ｎｍ未満、より好ましくは０．３３５ｎｍ以上、０．３３７ｎｍ以下の範囲であり、（００２）面のＣ軸結晶子厚みは１４．０ｎｍ以上であることが必要である。
【００４５】
また、電池のサイクル経過に伴う容量劣化を改善し、電池のサイクル寿命を長寿命化するためには、黒鉛材料の嵩密度、形状パラメータＸの平均値（平均形状パラメータＸａｖｅ）及び比表面積が重要である。
【００４６】
すなわち、黒鉛材料は、ＪＩＳＫ−１４６９に記載される方法により測定された嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、０．５ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましく、０．６ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ３以上である黒鉛材料を含有する負極４は、負極活物質層から負極材料が剥がれ落ちることがなく、電極構造が良好である。従って、この負極４を有する非水電解質電池は、電池のサイクル寿命が延長する。
【００４７】
また、さらに長いサイクル寿命を得るには、嵩密度が上記範囲であると共に、次式で示される形状パラメータＸの平均値が１２５以下である黒鉛材料を用いることが好ましい。
Ｘ＝（Ｗ／Ｔ）×（Ｌ／Ｔ）
Ｘ：形状パラメータＴ：粉末の最も厚さの薄い部分の厚みＬ：粉末の長軸方向の長さＷ：粉末の長軸と直交する方向の長さ形状パラメータとは、扁平な円柱状或いは直方体状である粉末状の黒鉛材料において、この黒鉛材料の最も厚さの薄い部分の厚みをＴ、長軸方向の長さＬ、長軸と直交する方向の長さをＷとしたとき、ＬとＷそれぞれをＴで除した値の積Ｘである。黒鉛材料は、形状パラメータＸが小さいほど底面積に対する高さが高く、扁平度が小さい粉末であると言える。
【００４８】
嵩密度が上述の範囲内であって、且つこの平均形状パラメータＸａｖｅが１２５以下である黒鉛材料を用いて構成された負極４は、電極構造が良好であり、より長いサイクル寿命が得られる。なお、平均形状パラメータＸａｖｅは、２以上、１１５以下の範囲であることがより好ましく、２以上、１００以下の範囲であることがより好ましい。
【００４９】
また、黒鉛材料は、嵩密度及び平均形状パラメータＸａｖｅが上記範囲であり、且つ窒素吸着ブルナウワー・エメット・テラー法により求められる比表面積が９ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、７ｍ２／ｇ以下であることがより好ましく、５ｍ２／ｇ以下であることが最も好ましい。これは黒鉛粒子に付着したサブミクロンの微粒子が嵩密度の低下に影響していると考えられ、微粒子が付着した場合に比表面積が増加することから、同様の粒度であっても比表面積の小さい黒鉛材料を用いた方が微粒子の影響が無く、高い嵩密度が得られる。その結果、このような黒鉛材料を負極４に含有する非水電解質電池は、サイクル特性が向上する。
【００５０】
また、黒鉛材料は、レーザ回折法により求められる粒度分布において、累積１０％粒径は３μｍ以上であり、累積５０％粒径は１０μｍ以上であり、累積９０％粒径は７０μｍ以下であることが好ましい。特に、累積９０％粒径が６０μｍ以下である場合、非水電解質電池としては初期不良が大きく低減される。
【００５１】
粒度分布に幅を持たせることで、黒鉛材料を効率的に電極へ充填することが可能となる。また、黒鉛材料の粒度分布は正規分布に近いことが好ましい。粒径の小さな粒子の分布数が多い場合、過充電等の異常事態に発熱する発熱温度が高くなる虞がある。一方、粒径の大きな粒子の分布数が多い場合、初期充電池に内部ショート等の不良が生じる虞がある。これは、充電に伴い負極４を構成する黒鉛層間にリチウムイオンが挿入されると、この黒鉛の結晶子が約１０％膨張するので、負極４が正極２やセパレータ５を圧迫する可能性があるためである。
【００５２】
従って、粒径の大きい粒子から小さい粒子までバランスよく配合された粒度分布を有する黒鉛材料を用いることにより、より高い信頼性を有する電池実現される。
【００５３】
また、黒鉛粒子の破壊強度の平均値は６ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることが好ましい。一般に、結晶性が高い黒鉛材料はａ軸方向に黒鉛六角網面が発達しており、その積み重なりによってｃ軸の結晶子が成り立っている。しかし、炭素六角面同士の結合はファンデルワールス力という弱い結合であるため、応力に対して変形しやすい。そのため、黒鉛材料を圧縮成形して電極に充填する際に、低温で焼成された炭素質材料よりも潰れやすく、空孔を確保することが難しい。電極中は、空孔に非水電解液を保持するので、空孔が多く存在するほど非水電解液も十分に存在し、放電時におけるイオン拡散が良好となる。
【００５４】
言い換えると、黒鉛粒子の破壊強度の平均値は６ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることにより、電極は空孔を十分に確保することができ、非水電解液を十分に保持することができる。従って、非水電解質電池としては、電極中でのイオン拡散が良好となるので、負荷特性が向上する。
【００５５】
また、負極活物質として、炭素材料成型体を熱処理して黒鉛化した黒鉛化成型体を粉砕、分級して用いることが好ましい。この黒鉛化成型体は、上述した黒鉛材料と比較すると嵩密度がより高く、破壊強度がより高い。
【００５６】
黒鉛化成型体は、フィラーとなるコークスと、成型剤或いは焼結剤としてのバインダーピッチとを混合してバインダーピッチを炭素化した後、ピッチを含浸して炭素化し、さらに黒鉛化されて得られる。また、フィラー自身に成形性、焼結性を付与した原料を用い、同様の黒鉛化成型体を得ることが可能である。
【００５７】
また、フィラーとなるコークスとバインダーピッチとからなるため、黒鉛化後に多結晶対となり、且つ原料に硫黄や窒素といった元素を含み熱処理時にガスとなって発生するため、その通り道としてのミクロな空孔を含み、負極材料としてのリチウム吸蔵／放出反応が進行しやすい。さらに、工業的に処理効率が高いという利点もある。
【００５８】
易黒鉛化性炭素材料は、上述のように人造黒鉛と同様の出発原料から作製される。石炭やピッチは、炭素化の途中、最高４００℃程度において液状として存在し、その温度で保持することで芳香族環同士が縮合して多環化し、積層配向した状態となる。その後、５００℃以上の温度になると、固体の炭素前駆体、即ちセミコークスを形成する。このような過程は、易黒鉛化炭素の典型的な生成過程であり、液相炭化過程と呼ぶ。
【００５９】
非結晶質金属酸化物としては、遷移金属を含む酸化物が好適であり、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ、酸化硅素等を主体とする結晶化合物或いは非晶質化合物が挙げられる。特に、充放電電位が金属リチウムに近い化合物が好ましい。
【００６０】
非水電解液は、電解質塩を非水溶媒に溶解して調製される液状の非水電解質である。そして、この非水電解液には、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種が添加されている。
【００６１】
この非水電解液二次電池では、充放電反応に際し、非水電解質に添加されている上記有機化合物からなる被膜が負極４表面上に形成され、この被膜により、負極４と非水電解質との間に生じる不可逆反応が防止される。したがって、非水電解液二次電池は、サイクル経過に伴う容量劣化が大幅に抑制され、サイクル寿命が長いものとなる。
【００６２】
特に、上述したチオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種の添加量は、０．０５重量％以上、１０重量％以下の範囲であることが好ましい。
【００６３】
上記有機化合物の添加量が０．０５重量％未満である場合、所望の厚みを有する皮膜が形成されない虞がある。一方、上記有機化合物の添加量が１０重量％を越える場合、負極４表面上に形成される被膜の厚みが厚くなりすぎて、充放電反応に際し、負極４におけるリチウムイオンの吸蔵／放出反応を妨げる虞がある。
【００６４】
従って、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種の添加量を、０．０５重量％以上、１０重量％以下の範囲とすることで、非水電解質電池は、負極４と非水電解質との間に生じる不可逆反応が確実に防止される。
【００６５】
ここで、チオールとしては、例えばメタンチオール、エタンチオール等の脂肪族チオール、チオフェノール、４−フルオロチオフェノール、２−クロロチオフェノール、４−ｔ−ブチル−チオフェノール、４−ｔ−ブチル−１，２−ベンゼンチオール等の芳香族チオール等、及びこれらの誘導体が挙げられる。
【００６６】
チオフェンとしては、チオフェン以外にも、例えば２−アセチルチオフェン、３−アセチルチオフェン、２，５−ジアセチルチオフェン、２−チオフェンカルボニルクロライド、２−メトキシカルボニルチオフェン、２，５−ビスメトキシカルボニルチオフェン等、及びこれらの誘導体が挙げられる。
【００６７】
チオアニソールとしては、チオアニソール以外にも、例えば４−メチルチオベンゾニトリル、４−メチルチオアセトフェノン、２−メチルチオベンズアルデヒド、２−クロロチオアニソール、４−ブロモチオアニソール等、及びこれらの誘導体が挙げられる。
【００６８】
チアゾールとしては、チアゾール以外にも、例えば１，２−ベンズイソチアゾール等、及びこれらの誘導体が挙げられる。
【００６９】
チオ酢酸エステルとしては、例えばチオ酢酸メチル、チオ酢酸エチル、チオ酢酸フェニル、フルオロメチルチオ酢酸メチル、ジフルオロメチルチオ酢酸メチル、ジフルオロメチルチオ酢酸エチル等、及びこれらの誘導体が挙げられる。
【００７０】
芳香族スルホンとしては、例えばメチルフェニルスルホン、４−メチルスルホニルアセトフェノン、トリブロモメチルフェニルスルホン等、及びこれらの誘導体が挙げられる。
【００７１】
非水溶媒は、電解質塩の溶解能力の高い高誘電率溶媒を主溶媒とし、電解質イオンの輸送能力の高い低粘度溶媒を添加した溶液である。
【００７２】
高誘電率溶媒としては、プロピレンカーボネート（以下、ＰＣと称する。）、エチレンカーボネート（以下、ＥＣと称する。）、ブチレンカーボネート（以下、ＢＣと称する。）、ビニレンカーボネート（以下、ＶＣと称する。）、スルホラン類、ブチロラクトン類、バレロラクトン類等があげられる。低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート（以下、ＤＭＣと称する。）、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の対称或いは非対称の鎖状炭酸エステルや、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等のカルボン酸エステルや、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステルが挙げられる。これらの非水溶媒は、１種類を単独で用いても良いし、２種類以上を混合して用いても良い。
【００７３】
なお、非水溶媒の主溶媒としてＰＣと負極活物質として黒鉛類と組み合わせて使用した場合、ＰＣは黒鉛類より分解される虞があり、非水電解液二次電池としては電池容量が減少する可能性がある。このため、負極活物質として黒鉛類を用いる場合には、非水溶媒の主溶媒として、黒鉛類により分解されにくいＥＣ又はＥＣの水素原子をハロゲン元素で置換した構造の化合物を用いる。
【００７４】
また、黒鉛類により分解されにくいＥＣ又はＥＣの水素原子をハロゲン元素で置換した構造の化合物の一部を第２成分溶媒で置換することにより、非水電解質電池としてはより良好な特性が得られる。
【００７５】
この第２成分溶媒としては、ＰＣ、ＢＣ、ＶＣ、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン等が挙げられる。特に、ＰＣ、ＢＣ、ＶＣ等の炭酸エステル系溶媒を用いることが好ましいく、その添加量は４０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、２０ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。
【００７６】
電解質塩としては、イオン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されることはなく、例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、等が挙げられる。これらの電解質塩は、１種類を単独で用いても良く、２種類以上を混合して用いることも可能である。
【００７７】
以上のように構成される本発明に係る非水電解液二次電池では、非水電解質として、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種が添加されている液状の非水電解質、いわゆる非水電解液を用いている。この非水電解液二次電池では、非水電解質に添加されている上記有機化合物からなる被膜が負極４表面上に形成されるので、負極４と非水電解質との間に生じる不可逆反応が防止されている。したがって、この非水電解液二次電池は、サイクル経過に伴う容量劣化が大幅に抑制され、サイクル寿命が長い。
【００７８】
なお、本発明を適用した非水電解質二次電池の形状は、角形、積層型、カード型等の何れであってもよい。
【００７９】
上述では液状の非水電解質を用いた非水電解液電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、上記非水電解液をゲル化剤によりゲル化したゲル電解質や、高分子マトリックス中に電解質塩を溶解もしくは混合させた高分子固体電解質、上記非水電解液を高分子マトリックス中に保持させたポリマーゲル電解質を用いた非水電解質電池としてもよい。
【００８０】
非水電解質として、ゲル化電解質やポリマーゲル電解質を用いる場合、ゲル化するゲル化剤や非水電解液を保持させる高分子材料としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。
【００８１】
また、本発明は、二次電池に限定されず、一次電池にも適用可能である。
【００８２】
【実施例】
以下、本発明について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
＜実験１＞
実験１では、液状の非水電解質である非水電解液に対して種々の有機化合物を添加し、添加した有機化合物の種類による電池特性の違いについて検討した。
【００８３】
参考例１
〔負極の作製〕
先ず、負極活物質として黒鉛化成型体粉末を作製した。はじめに、フィラーとなる石炭系コークス１００重量部に対し、バインダとなるコールタール系ピッチを３０重量部加え、これを約１００℃にて混合した後、プレスを用いて圧縮成型して炭素成型体の前駆体を得た。次に、この前駆体を１０００℃以下で熱処理して炭素成型体を得た。そして、この炭素成型体に２００℃以下で溶融させたバインダーピッチを含浸し、更に１０００℃以下で熱処理するという、ピッチ含浸／焼成工程を数回繰り返した。更に、この炭素成型体を不活性雰囲気中、２８００℃にて熱処理することで黒鉛化成型体を得た。そして、粉砕分級することで、黒鉛化成型体粉末とした。
【００８４】
なお、この黒鉛化成型体粉末についてＸ線回折測定を行った結果、（００２）面の面間隔は０．３３７ｎｍであり、（００２）回折線から計算されるＣ軸結晶子厚みは５０．０ｎｍであった。また、ピクノメータ法による真密度は２．２３ｇ／ｃｍ３であり、ＪＩＳＫ−１４６９に記載される測定方法により求めた嵩密度は０．８３ｇ／ｃｍ３であった。また、平均形状パラメータＸａｖｅは平均粒径が３１．２μｍであり、ブルナウアーエメットテラー法による比表面積は４．４ｍ２／ｇであった。また、レーザ回折法による粒度分布の平均粒径は３１．２μｍであり、累積１０％粒径が１２．３μｍであり、累積５０％粒径が２９．５μｍであり、累積９０％粒径が５３．７μｍであり、黒鉛粒子の破壊強度の平均値は７．１ｋｇｆ／ｍｍ２であった。なお、嵩密度、平均形状パラメータＸａｖｅは以下のようにして測定した。
【００８５】
＜嵩密度測定方法＞
嵩密度はＪＩＳＫ−１４６９に記載される方法で求めた。すなわち、予め質量を測定した容量１００ｇ／ｃｍ３のメスシリンダに、試料粉末として黒鉛化成型体粉末を徐々に投入する。そして、メスシリンダ及び試料粉末全体の質量を最小目盛０．１ｇで秤量し、その質量からメスシリンダの質量を差し引くことで、投入した試料粉末の質量（Ｍ）を求める。次に、試料粉末が投入されたメスシリンダにコルク栓をし、この状態のメスシリンダを、ゴム板に対して約５ｃｍの高さから５０回落下させる。その結果、メスシリンダ中の試料粉末は圧縮されるので、その圧縮された試料粉末の容積（Ｖ）を測定する。そして、下記の式により嵩密度（ｇ／ｃｍ３）を算出する。
Ｄ＝Ｍ／ＶＤ：嵩密度（ｇ／ｃｍ３）
Ｍ：メスシリンダ中の試料粉末の質量（ｇ）
Ｖ：５０回落下後のメスシリンダ中の試料粉末の容積（ｃｍ３）
【００８６】
＜平均形状パラメータＸａｖｅ＞
平均形状パラメータＸａｖｅとは、形状パラメータＸの平均値であり、以下のようにして求められるものである。まず、試料粉末として黒鉛材料を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、粒子の粉末の長軸方向の長さが、レーザ回折法等の粒度分布測定装置を用いて観察された平均粒径の±３０％である粉末１０個を選択する。そして、選択した１０個の粉末それぞれについて、最も厚さの薄い部分の厚みＴ、長軸方向の長さＬ、長軸と直交する方向の長さをＷを測定し、下記の式により形状パラメータＸを求め、その平均値を算出することで平均形状パラメータＸａｖｅを求めた。
Ｘ＝（Ｗ／Ｔ）×（Ｌ／Ｔ）
Ｘ：形状パラメータ
Ｔ：粉末の最も厚さの薄い部分の厚み
Ｌ：粉末の長軸方向の長さ
Ｗ：粉末の長軸と直交する方向の長さ
次に、負極活物質として黒鉛化成型体粉末９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部とを混合して負極合剤を調製した後に、Ｎ−メチルピロリドン中に分散させて負極合剤スラリーとした。そして、負極集電体となる厚さが１０μｍである帯状の銅箔の両面に、負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させ、一定圧力で圧縮成型した後にスリットすることで、帯状の負極を作製した。
【００８７】
〔正極の作製〕
先ず、炭酸リチウム０．５モルと炭酸コバルト１モルとを混合した混合物を、空気中、９００℃で５時間焼成することにより、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を合成した。なお、得られた物質についてＸ線回折測定を行い、測定結果がＪＣＰＤＳファイルに登録されたＬｉＣｏＯ２のデータと一致していることを確認した。次に、ＬｉＣｏＯ２を粉砕してＬｉＣｏＯ２粉末とした。なお、ＬｉＣｏＯ２粉末は、レーザ回折法により測定した粒度分布の平均粒径は累積５０％粒径が１５μｍとなるように、粉砕された。
【００８８】
次に、ＬｉＣｏＯ２粉末９５重量部と炭酸リチウム粉末５重量部とを混合して混合粉末とした。そして、混合粉末９１重量部と、導電剤として鱗片状黒鉛６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部とを混合して正極合剤を調製した後に、Ｎ−メチルピロリドン中に分散させて正極合剤スラリーとした。そして、正極集電体となる厚さが２０μｍである帯状のアルミニウム箔の両面に、この正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させ、一定圧力で圧縮成型した後にスリットすることで、帯状の正極を作製した。
【００８９】
〔非水電解液の調製〕
まず、ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、チオールとして、化１に示すチオフェノールを２重量％添加した。次に、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて、非水電解液を調製した。
【００９０】
【化１】
0004529274.tif 000002
【００９１】
〔非水電解質二次電池の作製〕
上述のようにして作製した帯状の負極と帯状の正極とを、厚さが２５μｍであり微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータを介して、負極、セパレータ、正極、セパレータの順に積層した後に多数回巻き回すことで、外径１８ｍｍである渦巻型の電極体を作製した。
【００９２】
次に、この電極体を、ニッケルメッキを施した鉄製の電池缶に収納した。そして、電極体上下両面に絶縁板を配設し、ニッケル製の負極リードを負極集電体から導出して電池缶に溶接した。なお、電池缶は負極と導通をもつこととなり、非水電解液二次電池の外部負極となる。また、アルミニウム製の正極リードを正極集電体から導出し、電池内圧に応じて電流を遮断する電流遮断用薄板を介して電池蓋に溶接した。なお、電池蓋は正極と導通をもつこととなり、非水電解液二次電池の外部正極となる。
【００９３】
そして、電池缶の中に上述のようにして調製した非水電解液を注入した後に、アスファルトを塗布した封口ガスケットを介して電池缶をかしめることにより電池蓋を固定する。
【００９４】
なお、非水電解液二次電池においては、負極リードおよび正極リードに接続するセンターピンが設けられているとともに、電池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気体を抜くための安全弁装置及び電池内部の温度上昇を防止するためのＰＴＣ素子が設けられている。
【００９５】
以上のようにして、直径が１８ｍｍ、高さが６５ｍｍである円筒型の非水電解液二次電池を作製した。
【００９６】
参考例２
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、芳香族チオールとして化２に示す４−ｔ−ブチル−１，２−ベンゼンチオールを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【００９７】
【化２】
0004529274.tif 000003
【００９８】
参考例３
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、芳香族スルホンとして化３に示す４−メチルスルホニルアセトフェノンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【００９９】
【化３】
0004529274.tif 000004
【０１００】
参考例４
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、チオ酢酸エステルとしてジフルオロメチルチオ酢酸エチルを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１０１】
実施例５
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、チオ酢酸エステルとしてチオ酢酸フェニルを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１０２】
参考例６
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、チオフェンとして化４に示す２−メトキシカルボニルチオフェンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１０３】
【化４】
0004529274.tif 000005
【０１０４】
参考例７
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、チアゾールとして化５に示す１，２−ベンズイソチアゾールを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１０５】
【化５】
0004529274.tif 000006
【０１０６】
参考例８
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、チオアニソールとして化６に示す４−メチルチオアセトフェノンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１０７】
【化６】
0004529274.tif 000007
【０１０８】
比較例１
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解し、それ以外には何も添加せずに調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１０９】
比較例２
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、ジエチルスルホンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１０】
比較例３
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、エチルメチルスルホンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１１】
比較例４
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、エチレングリコールサルファイトを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１２】
比較例５
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、メチルフェニルサルファイトを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１３】
比較例６
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、１，３−プロパンスルトンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１４】
比較例７
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、スルフォランを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１５】
比較例８
ＥＣとＤＭＣとの等容量混合溶媒に、３−メチルスルフォレンを２重量％添加し、ＬｉＰＦ６を１．５ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させて調製した非水電解液を用いること以外は参考例１と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１１６】
以上のようにして作製した参考例１〜参考例４、実施例５、参考例６〜参考例８及び比較例１〜比較例８の非水電解液二次電池に対して、先ず、充電電流を１．０Ａとして、終止電圧が４．２Ｖまで定電流充電をし、４．２Ｖに到達した後は定電圧充電を行った。次に、放電電流を１．０Ａとし、終止電圧を３．０Ｖとして定電流放電を行い、初期容量を測定した。そして、このような充放電条件のもとで充放電サイクルを繰り返し行って２００サイクル目の放電容量を測定し、初期容量に対する２００サイクル目の容量の比である容量維持率を求めた。
【０１１７】
電池の初期容量及び容量維持率の測定結果を、非水電解液に添加した有機化合物名とあわせて表１に示す。
【０１１８】
【表１】
0004529274.tif 000008
【０１１９】
表１より明らかなように、液状の非水電解質である非水電解液に、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種が添加されている参考例１〜参考例４、実施例５、参考例６〜参考例８の非水電解液二次電池は、初期容量が何れも高く、１８００ｍＡｈを越える高容量を有しており、容量維持率が何れの電池も９０％前後と向上していることがわかった。
【０１２０】
これに対して、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体を何れも含有しない比較例１は、初期容量が非常に小さく、容量維持率も悪いことがわかった。
【０１２１】
また、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体と同様に硫黄を含有するが、これらの有機化合物とは異なる有機化合物を含有する比較例２〜比較例８の非水電解質二次電池は、初期容量が１７４０ｍＡｈ以下と小さく、また容量維持率は８０％未満と低いことがわかった。
【０１２２】
従って、非水電界液二次電池においては、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種が添加されていることにより、サイクル経過に伴う容量劣化が大幅に抑制され、サイクル寿命が長寿命化することがわかった。
【０１２３】
＜実験２＞
実験２では、非水電解液に添加するチオフェンの添加量を変化させて、非水電解液二次電池の初期容量及び容量維持率の違いについて検討した。
【０１２４】
参考例９
２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量を、０．０３重量％とすること以外は参考例６と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１２５】
参考例１０
２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量を、０．０５重量％とすること以外は参考例６と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１２６】
参考例１１
２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量を、１０重量％とすること以外は参考例６と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１２７】
参考例１２
２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量を、１２重量％とすること以外は参考例６と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【０１２８】
以上のようにして作製した参考例９〜参考例１２の非水電解液二次電池に対して、上述した方法と同様にして初期容量及び容量維持率を求めた。この初期容量及び容量維持率の測定結果を、２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量とあわせて表２に示す。
【０１２９】
【表２】
0004529274.tif 000009
【０１３０】
ここで、参考例９と参考例１０とを比較すると、２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量が０．０５重量％である参考例１０は、添加量が０．０５重量未満である参考例９よりも、初期容量がより高く、容量維持率が高いことがわかった。また、参考例１１と参考例１２とを比較すると、２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量が１０重量％である参考例１１は、添加量が１０を越える参考例１２よりも、初期容量がより高く、容量維持率が高いことがわかった。
【０１３１】
従って、チオフェンの添加量を０．０５重量％以上、１０重量％以下の範囲とすることにより、非水電解液二次電池は、サイクル経過に伴う容量劣化が確実に抑制され、サイクル寿命がより延命することがわかった。また、チオフェンに限らず、チオール、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種の添加量を０．０５重量％以上、１０重量％以下の範囲とすることにより、非水電解液二次電池は、サイクル経過に伴う容量劣化が確実に抑制され、サイクル寿命がより長くなるといえる。
【０１３２】
＜実験３＞
実験３では、リチウムと合金を形成可能な金属の合金化合物を含有する負極を用い、非水電解液に対する芳香族スルホンの添加の有無による電池特性の違いを評価した。
【０１３３】
参考例１３
負極を作製する際に、参考例１で作製した黒鉛化成型体粉末：４５重量部と、リチウムと合金を形成可能な金属の合金化合物であるＭｇ２Ｓｉ：４５重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン：１０重量部とを混合して負極合剤を調製したこと以外は参考例３と同様にして、４−メチルスルホニルアセトフェノンを含有する非水電解液を用いた非水電解液二次電池を作製した。
【０１３４】
比較例９
参考例１３と同様にして負極合剤を調製したこと以外は比較例１と同様にして、４−メチルスルホニルアセトフェノン等の有機硫黄化合物を全く含有しない非水電解液を用いた非水電解液二次電池を作製した。
【０１３５】
以上のようにして作製した参考例１３および比較例９の非水電解液二次電池に対して、上述した方法と同様にして初期容量及び容量維持率を求めた。この初期容量及び容量維持率の測定結果を、２−メトキシカルボニルチオフェンの添加量とあわせて表３に示す。
【０１３６】
【表３】
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【０１３７】
表３より、液状の非水電解質である非水電解液に芳香族スルホンが添加されている実施例１３の非水電解液二次電池は、初期容量が非常に高く、優れた容量維持率を達成していることがわかった。
【０１３８】
これに対して、チオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体を何れも含有しない比較例９は、初期容量が非常に小さく、容量維持率も悪いことがわかった。
【０１３９】
従って、非水電界液二次電池が、負極活物質としてリチウムと合金を形成可能な金属の合金化合物を含有している場合であっても、非水電解液にチオール、チオフェン、チオアニソール、チアゾール、チオ酢酸エステル、芳香族スルホン及びこれらの誘導体のうち少なくとも１種が添加されていれば、同様の効果が得られることがわかった。
【０１４０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る非水電解質電池は、非水電解質に、チオ酢酸フェニルが２重量％添加され、負極活物質は、黒鉛材料を含有し、該黒鉛材料は、真密度が２．２３ｇ／ｃｍ３であり、形状パラメータＸの平均値は平均粒径が３１．２μｍであり、嵩密度は０．８３ｇ／ｃｍ３であり、窒素吸着ブルナウワー・エメット・テラー法により求められる比表面積が４．４ｍ２／ｇであり、レーザ回折法による粒度分布の平均粒径は３１．２μｍであり、累積１０％粒径が１２．３μｍであり、累積５０％粒径が２９．５μｍであり、累積９０％粒径が５３．７μｍであり、破壊強度の平均値が７．１ｋｇｆ／ｍｍ２であり、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔は０．３３７ｎｍであり、（００２）回折線から計算されるＣ軸結晶子厚みは５０．０ｎｍである黒鉛材料を含有しているので、サイクル経過に伴う容量劣化が大幅に抑制され、サイクル寿命が長い。従って、本発明は非水電解質二次電池の実用性の向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  非水電解液二次電池の断面図である。
【符号の説明】
１  正極集電体、２  正極、３  負極集電体、４  負極
【図１】
0004529274.tif 000011