(57)【要約】【課題】電池電圧を高くしても、高温保存特性を向上させることができる電池を提供する。【解決手段】正極２１と負極２２とがセパレータ２３および電解質層２４を介して積層されている。完全充電時の開回路電圧は４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下の範囲内である。電解質層２４は、電解液と高分子化合物とを含み、ゲル状となっている。電解液には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが含まれている。これにより、電池電圧を高くしても、高温保存特性を向上させることができるようになっている。【選択図】図２
2007165089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下の範囲内であり、
前記電解質は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含む溶媒を含有する
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量は、０．１質量％以上２質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記溶媒は、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを含み、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合（炭酸エチレン：炭酸プロピレン）は、２０：８０から６０：４０の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記電解質は、更に、高分子化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記正極，負極および電解質を、フィルム状の外装部材の内部に収納したことを特徴とする請求項１記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が４．２０Ｖ超の電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートブック型パーソナルコンピュータ，カメラ一体型ＶＴＲ（Videotape Recorder；ビデオテープレコーダ），携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型化および軽量化が図られている。それに伴い、これらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池やニッケルカドミウム電池に比較して大きなエネルギー密度が得られるので期待が大きい。
【０００３】
このようなリチウムイオン二次電池では、放電容量などの種々の電池特性に優れているという理由から、正極活物質として、リチウム（Ｌｉ）とコバルト（Ｃｏ）とを含むリチウム・コバルト複合酸化物、あるいはリチウムとニッケル（Ｎｉ）とを含むリチウム・ニッケル複合酸化物などのリチウム複合酸化物が用いられている。しかしながら、エネルギー密度を向上させるために電池電圧を４．２５Ｖ以上とすると、これらのリチウム複合酸化物が劣化してしまい、保存特性あるいは充放電サイクル特性などの電池特性が低下してしてしまう。このため、リチウムイオン二次電池では、充電時の電池電圧が４．２Ｖ以下となるように設計されている。
【０００４】
ところが、近年では、負極の開発が日々刻々と進み、容量が向上し、また、新規な充放電プロファイルを有する材料も開発されている。このため、電池電圧を高くすることにより、正極活物質の容量を更に活用し、エネルギー密度を向上させることも望まれている。実際に、充電時の電池電圧を４．２５Ｖ以上にすることにより高エネルギー密度化が実現することも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、これらのリチウムイオン二次電池では、電解液の液漏れを防止するために、金属製容器が外装部材として用いられているが、薄型大面積のシート型、あるいは薄型小面積のカード型にしたり、柔軟で自由度の高い形状とすることは難しい。そこで、高分子化合物と電解質塩とからなる高分子固体電解質や、高分子化合物に電解液を保持させたゲル状の電解質を用いることが検討されている。これにより、液漏れの問題がなく、しかもフィルム状の外装部材を用いることができるので、一層の小型化，軽量化および薄型化を図ることができ、かつ、形状の自由度を高くすることもできる。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０３／０１９７１３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年では、ノートパソコンなどには、高性能のＣＰＵが搭載されており、熱を逃がすファンが設置されていても、ＣＰＵの発熱により温度が上昇してしまう。また、ポータブル電子機器は、例えば、夏場において１００℃近くまで上昇する車のダッシュボードに長期間放置されることもある。このため、電池についても、充電状態のまま、高温環境下で長期間保存されることもあり、これにより電解質が分解してしまい、特にフィルム状の外装部材を用いた場合には膨れてしまうという問題があった。更に、４．２５Ｖ以上に充電した状態で保存した場合には、膨れがより顕著に現れるという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池電圧を高しても、高温保存特性を向上させることができる電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下の範囲内であり、電解質は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含む溶媒を含有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電池によれば、完全充電時における開回路電圧を４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下とするようにしたので、高い容量を得ることができる。また、電解質に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含むようにしたので、高温環境下における電解質の分解反応を抑制することができる。よって、高容量で、優れた高温保存特性を得ることができ、特に、フィルム状の外装部材を用いた場合には、膨れを抑制することができる。
【００１０】
また、溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量を０．１質量％以上２質量％以下とするようにすれば、容量の低下を抑制しつつ、高温保存特性をより向上させることができる。
【００１１】
更に、溶媒として炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを含み、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合（炭酸エチレン：炭酸プロピレン）を２０：８０から６０：４０の範囲内とするようにすれば、容量および高温保存特性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態に係る二次電池の一構成例を分解して表すものである。この二次電池は、正極リード１１および負極リード１２が取り付けられた巻回電極体２０をフィルム状の外装部材３１の内部に収納した構成を有している。
【００１４】
正極リード１１および負極リード１２は、それぞれ例えば短冊状であり、外装部材３１の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料により構成されており、負極リード１２は、例えばニッケルなどの金属材料により構成されている。
【００１５】
外装部材３１は、例えば、ナイロンフィルム，アルミニウム箔およびポリプロピレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のラミネートフィルムにより構成されている。外装部材３１は、例えば、ポリプロピレンフィルム側と巻回電極体２０とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。
【００１６】
外装部材３１と正極リード１１および負極リード１２との間には、正極リード１１および負極リード１２と、外装部材３１の内側との密着性を向上させ、外気の侵入を防止するための密着フィルム３２が挿入されている。密着フィルム３２は、正極リード１１および負極リード１２に対して密着性を有する材料により構成され、例えば、正極リード１１および負極リード１２が上述した金属材料により構成される場合には、ポリエチレン，ポリプロピレン，変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。
【００１７】
図２は、図１に示した巻回電極体２０のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体２０は、一対の正極２１と負極２２とをセパレータ２３および電解質層２４を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ２５により保護されている。
【００１８】
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａと、この正極集電体２１Ａの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層２１Ｂとを有している。正極集電体２１Ａには、例えば長手方向における一方の端部に正極活物質層２１Ｂが設けらず露出している部分があり、この露出部分に正極リード１１が取り付けられている。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウムなどの金属材料により構成されている。
【００１９】
正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料の１種または２種以上を含んでおり、必要に応じてのグラファイトなどの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。
【００２０】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物，リチウムリン酸化物，リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましく、中でも、遷移金属元素として、コバルト，ニッケル，マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。
【００２１】
このようなリチウム含有化合物としては、例えば、化１に示した平均組成を有する第１の正極材料と、化２に示した平均組成を有する第２の正極材料とが挙げられ、これらを混合して用いることが好ましい。第１の正極材料は、正極活物質層２１Ｂにおける充填量を多くすることができ、エネルギー密度をより高くすることができるからである。また、第１の正極材料のみでは、充電電圧を高くした場合に、正極材料，電解質あるいはセパレータが劣化し、充放電効率が低下してしまうが、第２の正極材料を混合することにより、これらの劣化を抑制することができるからである。
【００２２】
（化１）
Ｌｉa Ｃｏ1-b Ｍ１b Ｏ2-c 
（式中、Ｍ１はマンガン，ニッケル，マグネシウム（Ｍｇ），アルミニウム，ホウ素（Ｂ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），鉄，銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），イットリウム（Ｙ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），スズ（Ｓｎ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ａ，ｂおよびｃの値は、０．９≦ａ≦１．１，０≦ｂ≦０．３，−０．１≦ｃ≦０．１の範囲内である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ａの値は完全放電状態における値を表している。）
【００２３】
（化２）
Ｌｉw Ｎｉx Ｃｏy Ｍｎz Ｍ２1-x-y-z Ｏ2-v 
（式中、Ｍ２はマグネシウム，アルミニウム，ホウ素，チタン，バナジウム，クロム，鉄，銅，亜鉛，ガリウム，イットリウム，ジルコニウム，ニオブ，モリブデン，スズ，カルシウム，ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ，ｗ，ｘ，ｙおよびｚの値は、−０．１≦ｖ≦０．１，０．９≦ｗ≦１．１，０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜０．７，０＜ｚ＜０．５，０≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．２の範囲内である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｗの値は完全放電状態における値を表している。）
【００２４】
第１の正極材料と、第２の正極材料との質量比による割合（第１の正極材料：第２の正極材料）は、５：５から９：１の範囲内であることが好ましく、より好ましくは７：３から９：１である。第１の正極材料の割合が小さいと、エネルギー密度が低下してしまい、第１の正極材料の割合が大きいと、充放電効率が低下してしまうからである。
【００２５】
リチウム含有化合物としては、また、例えば、化３に示した平均組成を有し、スピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または化４に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、Ｌｉe Ｍｎ2 Ｏ4 （ｅ≒１）あるいはＬｉd ＦｅＰＯ4 （ｄ≒１）などがある。
【００２６】
（化３）
Ｌｉp Ｍｎ2-q Ｍ４q Ｏr Ｆs 
（式中、Ｍ４は、コバルト，ニッケル，マグネシウム，アルミニウム，ホウ素，チタン，バナジウム，クロム，鉄，銅，亜鉛，モリブデン，スズ，カルシウム，ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｐ，ｑ，ｒおよびｓは、０．９≦ｐ≦１．１、０≦ｑ≦０．６、３．７≦ｒ≦４．１、０≦ｓ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｐの値は完全放電状態における値を表している。）
【００２７】
（化４）
Ｌｉt Ｍ５ＰＯ4 
（式中、Ｍ５は、コバルト，マンガン，鉄，ニッケル，マグネシウム，アルミニウム，ホウ素，チタン，バナジウム，ニオブ，銅，亜鉛，モリブデン，カルシウム，ストロンチウム，タングステンおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｔは、０．９≦ｔ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｔの値は完全放電状態における値を表している。）
【００２８】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、ＭｎＯ2 ，Ｖ2 Ｏ5 ，Ｖ6 Ｏ13，ＮｉＳ，ＭｏＳなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。
【００２９】
負極２２は、例えば、正極２１と同様に、負極集電体２２Ａと、この負極集電体２２Ａの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層２２Ｂとを有している。負極集電体２２Ａには、例えば長手方向における一方の端部に負極活物質層２２Ｂが設けられず露出している部分があり、この露出部分に負極リード１２が取り付けられている。負極集電体２２Ａは、例えば、銅などの金属材料により構成されている。
【００３０】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層２１Ｂと同様の結着剤を含んで構成されている。
【００３１】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、リチウム金属に対して２．０Ｖ以下の電位でリチウムを吸蔵および放出することが可能な材料が好ましく、例えば、難黒鉛化性炭素，人造黒鉛，天然黒鉛，熱分解炭素類，コークス類，グラファイト類，ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体，炭素繊維，活性炭あるいはカーボンブラックなどの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス，ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。
【００３２】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体，共晶（共融混合物），金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００３３】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム，ホウ素，アルミニウム，ガリウム，インジウム（Ｉｎ），ケイ素（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ，鉛，ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），銀（Ａｇ），亜鉛，ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム，イットリウム，パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
【００３４】
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。
【００３５】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、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，酸化チタンあるいは酸化スズなどの比較的卑な電位でリチウムを吸蔵および放出することが可能な酸化物、または窒化リチウムなどの窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。
【００３６】
セパレータ２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン，ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。
【００３７】
電解質層２４は、例えば、電解液と、この電解液を保持する高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となった電解質により構成されている。電解液は、例えば、非水溶媒などの溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含有している。
【００３８】
溶媒は、炭酸エチレンを含むことが好ましい。負極２２の充放電効率を改善し、容量を高くすることができるからである。炭酸エチレンの含有量は、溶媒において、２０質量％以上６０質量％以下の範囲内であることが好ましい。炭酸エチレンの含有量が少ないと負極の充放電効率の改善効果が十分ではなく、炭酸エチレンの含有量が多いと高温環境下において分解しやすくなってしまうからである。
【００３９】
溶媒としては、また、炭酸エチレンに加えて、炭酸プロピレンを含むことが好ましい。イオン伝導性を高くすることができるからである。また、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合（炭酸エチレン：炭酸プロピレン）は、２０：８０から６０：４０の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、容量および高温環境下における保存特性をより向上させることができるからである。
【００４０】
また、溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含んでいる。これにより、充電状態として高温環境下で保存しても、電解質の分解反応を抑制することができ、電池の膨れを抑制することができるからである。
【００４１】
Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量は、溶媒において、０．１質量％以上２質量％以下の範囲内であることが好ましい。Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量が少ないと、高温環境下での電解質の分解反応抑制の効果が十分ではなく、Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量が多いと充放電効率が低下して容量が低下してしまうからである。
【００４２】
溶媒としては、これらの他にも、例えば、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルが挙げられる。溶媒には、１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００４３】
電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 ，ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒなどのリチウム塩が挙げられ、いずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００４４】
高分子化合物は、電解液を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリアクリロニトリルを繰返し単位として含むものなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。高分子化合物には、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４５】
この二次電池は、完全充電時における開回路電圧（すなわち電池電圧）が４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下の範囲内になるように設計されている。この二次電池では、例えば、同じ正極活物質であっても、開回路電圧が４．２０Ｖの電池よりも、リチウムの放出量を多くしており、この放出されたリチウムが析出しないように負極２２が設計されている。これにより高いエネルギー密度が得られるようになっている。また、完全充電時における開回路電圧を４．５５Ｖ以下に設計することにより、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いることによる高温保存特性の向上効果をより高くすることができるようになっている。
【００４６】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００４７】
まず、例えば、正極活物質と結着剤と導電剤とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させることにより正極合剤スラリーを作製する。次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａの両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成し正極２１を作製する。その際、加熱しながら圧縮成型してもよい。強度を高くすることができるからである。続いて、例えば、正極集電体２１Ａに正極リード１１を、例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により接合する。そののち、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を用意し、正極活物質層２１Ｂの上、すなわち正極２１の両面あるいは片面に塗布し、混合溶剤を揮発させて、電解質層２４を形成する。
【００４８】
また、例えば、負極活物質と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させることにより負極合剤スラリーを作製する。次いで、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａの両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。その際、正極２１と同様に、加熱しながら圧縮成型してもよい。続いて、負極集電体２２Ａに負極リード１２を、例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により接合すると共に、負極活物質層２２Ｂの上、すなわち負極２２の両面あるいは片面に、正極２１と同様にして電解質層２４を形成する。
【００４９】
そののち、電解質層２４が形成された正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ２５を接着して巻回電極体２０を形成する。最後に、例えば、外装部材３１に巻回電極体２０を挟み込み、外装部材３１の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード１１および負極リード１２と外装部材３１との間には密着フィルム３２を挿入する。これにより、図１および図２に示した二次電池が完成する。
【００５０】
また、上述の二次電池は次のように作製してもよい。まず上述したようにして正極２１および負極２２を作製し、正極２１および負極２２に正極リード１１および負極リード１２を取り付けたのち、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ２５を接着して、巻回電極体２０の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材３１で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材３１の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、必要に応じて重合開始剤あるいは重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材３１の内部に注入する。
【００５１】
電解質用組成物を注入したのち、外装部材３１の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密閉する。次いで、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層２４を形成し、図１および図２に示した二次電池を組み立てる。
【００５２】
この二次電池では、充電を行うと、正極２１からリチウムイオンが放出され、電解質層２４を介して、負極２２に吸蔵される。次いで、放電を行うと、負極２２からリチウムイオンが放出され、電解質層２４を介して正極２１に吸蔵される。その際、電解質層２４には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが含まれているので、完全充電時における開回路電圧を高くし、充電状態のまま高温環境下で保存しても、電解質の分解反応が抑制される。
【００５３】
このように、本実施の形態では、完全充電時における開回路電圧を４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下とするようにしたので、高い容量を得ることができる。また、電解質層２４に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含むようにしたので、高温環境下における電解質の分解反応を抑制することができる。よって、高容量で、優れた高温保存特性を得ることができ、特に、フィルム状の外装部材を用いた場合には、膨れを抑制することができる。
【００５４】
また、溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量を０．１質量％以上２質量％以下とするようにすれば、容量の低下を抑制しつつ、高温保存特性をより向上させることができる。
【００５５】
更に、溶媒として炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを含み、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合（炭酸エチレン：炭酸プロピレン）を２０：８０から６０：４０の範囲内とするようにすれば、容量および高温保存特性をより向上させることができる。
【実施例】
【００５６】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５７】
（実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−１〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３）
まず、正極活物質として平均粒径が８μｍのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）粉末９５質量部と、炭酸リチウム粉末５質量部とを混合し、この混合物９１質量部と、導電剤として鱗片状黒鉛６質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとしたのち、厚み２０μｍの帯状のアルミニウム箔よりなる正極集電体２１Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、一定圧力で圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成し正極２１を作製した。そののち、正極集電体２１Ａにアルミニウムよりなる正極リード１１を取り付けた。
【００５８】
また、負極活物質として人造黒鉛粉末９０質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０質量部とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤を溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、厚み１０μｍの帯状の銅箔よりなる負極集電体２２Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、一定圧力で圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成し負極２２を作製した。その際、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧（すなわち、電池電圧）が、実施例１−１−１，１−２−１，１−３−１，１−４−１，１−５−１では４．２５Ｖとなるように、実施例１−１−２，１−２−２，１−３−２，１−４−２，１−５−２では、４．４０Ｖとなるように、実施例１−１−３，１−２−３，１−３−３，１−４−３，１−５−３では４．５５Ｖとなるように設計した。そののち、負極集電体２２Ａにニッケルよりなる負極リード１２を取り付けた。
【００５９】
続いて、溶媒として炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを５０：５０の質量比で混合した混合溶媒に、更にＮ−メチル−２−ピロリドンを混合し、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を０．８ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解して電解液を作製した。その際、溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量は、実施例１−１−１〜１−１−３では３質量％とし、実施例１−２−１〜１−２−３では２質量％とし、実施例１−３−１〜１−３−３では１質量％とし、実施例１−４−１〜１−４−３では０．１質量％とし、実施例１−５−１〜１−５−３では０．０５質量％とした。
【００６０】
次に、この電解液と、高分子化合物としてヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体と、混合溶剤として炭酸ジメチルとを、電解液：高分子化合物：混合溶剤＝４：１：８の質量比で混合し、溶解させゾル状の前駆溶液を作製した。共重合体には、重量平均分子量が７０万であるもの（Ａ）と、３１万であるもの（Ｂ）とを、（Ａ）：（Ｂ）＝９：１の質量比で混合したものを用いた。また、共重合体におけるヘキサフルオロプロピレンの割合は、７質量％とした。
【００６１】
得られた前駆溶液を正極２１および負極２２のそれぞれにバーコーターを用いて塗布し、７０℃に設定された恒温槽中で混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質層２４を形成した。
【００６２】
そののち、電解質層２４をそれぞれ形成した正極２１と負極２２とを、セパレータ２３を介して積層し、平たく巻回して巻回電極体２０を作製した。
【００６３】
得られた巻回電極体２０をラミネートフィルムよりなる外装部材３１に挟み込み、減圧封入することにより図１および図２に示した二次電池を作製した。
【００６４】
実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−１〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３に対する比較例１−１−１，１−２−１，１−３−１，１−４−１，１−５−１として、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧が４．２０Ｖとなるよう設計したことを除き、他は実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−３〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３と同様にして二次電池を作製した。
【００６５】
また、比較例１−１−２，１−２−２，１−３−２，１−４−２，１−５−２として、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧が４．６０Ｖとなるよう設計したことを除き、他は実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−３〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３と同様にして二次電池を作製した。
【００６６】
更にまた、比較例１−６−１〜１−６−５として、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いなかったことを除き、他は実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−１〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３と同様にして二次電池を作製した。その際、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧が比較例１−６−１では４．２０Ｖとなるように、比較例１−６−２では４．２５Ｖとなるように、比較例１−６−３では４．４０Ｖとなるように、比較例１−６−４では４．５５Ｖとなるように、比較例１−６−５では４．６０Ｖとなるように設計した。
【００６７】
作製した実施例および比較例の二次電池について、容量および高温保存特性を調べた。結果を表１および図３に示す。
【００６８】
なお、容量は、２３℃で、電流０．２Ｃ、充電上限電圧を表１に示すようにして定電流電圧充電を充電時間の総計が１０時間に達するまで行い、引き続き、２３℃で電流０．５Ｃの定電流放電を終止電圧３．０Ｖまで行い、このときの放電容量、すなわち初期容量を求めた。なお、０．２Ｃ，０．５Ｃとは、それぞれ定格容量を５時間，２時間で放電させる電流値である。
【００６９】
また、高温保存特性は次のようにして求めた。まず、上述した条件で充放電を行なったのち、２３℃で、電流０．５Ｃ、充電上限電圧を表１に示すようにして定電流電圧充電を充電時間の総計が５時間に達するまで行ない、保存前の厚みを測定した。続いて、６０℃の恒温槽中で１００日間保存し、保存後の電池厚みを測定した。高温保存特性は、高温保存後の膨れ量、すなわち、（保存後の電池厚み）−（保存前の電池厚み）（ｍｍ）から求めた。なお、電池が膨れすぎると、機器から取り出せなくなるなどの悪影響がでる可能性があることから、０．５ｍｍ以下を好ましいものとした。
【００７０】
【表１】
2007165089.tif 000003
【００７１】
表１および図３に示したように、充電上限電圧を４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下とした実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−１〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３によれば、充電上限電圧を４．２５Ｖ未満とした比較例１−１−１，１−２−１，１−３−１，１−４−１，１−５−１よりも、それぞれ初期容量が向上し、また、充電上限電圧を４．５５Ｖ超とした比較例１−１−２，１−２−２，１−３−２，１−４−２，１−５−２よりも、それぞれ膨れ量が小さかった。更に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いた実施例１−１−１〜１−１−３，１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−１〜１−４−３，１−５−１〜１−５−３によれば、これを用いなかった比較例１−６−２〜１−６−４よりも、それぞれ膨れ量が小さかった。更にまた、溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量を０．１質量％以上２質量％以下とした実施例１−２−１〜１−２−３，１−３−１〜１−３−３，１−４−１〜１−４−３によれば、０．１質量％未満とした実施例１−５−１〜１−５−３よりも、それぞれ膨れ量が小さく、また、２質量％超とした実施例１−１−１〜１−１−３よりも、それぞれ初期容量が高かった。
【００７２】
すなわち、完全充電時のおける開回路電圧を４．２５Ｖ以上４．５５Ｖ以下とすると共に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いるようにすれば、容量および高温保存特性を向上させることができることが分かった。また、溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量を０．１質量％以上２質量％以下とするようにすれば、好ましいことが分かった。
【００７３】
（実施例２−１−１〜２−１−４, ２−２−１〜２−２−４, ２−３−１〜２−３−４）
溶媒における炭酸エチレンの含有量を変化させたことを除き、すなわち、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合を変化させたことを除き、他は実施例１−３−１，１−３−２，１−３−３とそれぞれ同様にして二次電池を作製した。その際、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合（炭酸エチレン：炭酸プロピレン）は、実施例２−１−１，２−２−１，２−３−１では１５：８５とし、実施例２−１−２，２−２−２，２−３−２では２０：８０とし、実施例２−１−３，２−２−３，２−３−２では６０：４０とし、実施例２−１−４，２−２−４，２−３−４では８５：１５とした。なお、溶媒におけるＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量は１質量％である。また、完全充電時における開回路電圧は、実施例２−１−１〜２−１−４では４．２５Ｖであり、実施例２−２−１〜２−２−４では４．４０Ｖであり、実施例２−３−１〜２−３−４では４．５５Ｖである。
【００７４】
実施例２−１−１〜２−１−４, ２−２−１〜２−２−４, ２−３−１〜２−３−４に対する比較例２−４−１〜２−４−４，２−５−１〜２−５−４として、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧を４．６０Ｖまたは４．２０Ｖとなるように設計したことを除き、他は実施例２−１−１〜２−１−４, ２−２−１〜２−２−４, ２−３−１〜２−３−４と同様にして二次電池を作製した。
【００７５】
作製した実施例および比較例の二次電池について、実施例１−３−１，１−３−２，１−３−３および比較例１−３−２，１−３−１と同様にして容量および高温保存特性を調べた。結果を表２および図４に示す。なお、充電上限電圧は表２に示した通りである。
【００７６】
【表２】
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【００７７】
表２および図４に示したように、溶媒における炭酸エチレンの割合が多くなるに伴い、言い換えれば、炭酸プロピレンの割合が少なくなるに伴い、初期容量は向上し、膨れ量は大きくなる傾向が観られた。
【００７８】
すなわち、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの質量比による割合を２０：８０から６０：４０の範囲内とするようにすれば、容量および高温保存特性をより向上させることができることが分かった。
【００７９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、正極および負極を折り畳んだり、あるいは正極および負極を積層した他の積層構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。
【００８０】
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウムなどの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極活物質などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【００８１】
更に、上記実施の形態および実施例では、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、これらの電解質に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、液状の電解液のみ、イオン伝導性を有する固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【００８２】
固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。このとき、高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または分子中に共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。
【００８３】
更に、上記実施の形態および実施例では、外装部材３１にフィルムを用いる場合について説明したが、本発明は外装部材に金属製容器を用いた例えば円筒型，角型，薄型，コイン型あるいはボタン型の二次電池にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明一実施の形態に係る二次電池の構成を表す分解斜視図である。
【図２】図１に示した巻回電極体のＩＩ−ＩＩ線に沿った構成を表す断面図である。
【図３】Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量と、初期容量および膨れ量との関係を表す特性図である。
【図４】炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンの質量比による割合と、初期容量および膨れ量との関係を表す特性図である。
【符号の説明】
【００８５】
１１…正極リード、１２…負極リード、２０…巻回電極体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２３…セパレータ、２４…電解質層、２５…保護テープ、３１…外装部材、３２…密着フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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