(57)【要約】【課題】大電流特性および低温特性に優れる非水電解質電池の得られる非水電解質電池用電極、これを用いた非水電解質電池および電池パックを提供することである。【解決手段】実施形態の非水電解質電池用電極は、集電体と、集電体の片面または両面に形成された活物質層とを持つ。活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含む。【選択図】図１
2017059415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体と、前記集電体の片面または両面に形成された活物質層とを含み、
前記活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含む非水電解質電池用電極。
【請求項２】
前記含フッ素芳香族化合物が、炭素数７以上３０以下である請求項１に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項３】
前記含フッ素芳香族化合物が、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ベンゾアントラセン、トリフェニレン、クリセン、ピレン、ペンタセンより選ばれる少なくとも１種の骨格を有する請求項１または請求項２に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項４】
前記含フッ素芳香族化合物が、フッ素原子を３個以上１５個以下含む請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項５】
前記含フッ素芳香族化合物が、テトラフルオロナフタレン、ペンタフルオロアントラセン、ペンタフルオロフェナントレン、ヘキサフルオロテトラセン、ヘキサフルオロベンゾ［ａ］アントラセン、ヘキサフルオロクリセンより選ばれる少なくとも１種である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項６】
活物質層中に、フッ素樹脂を含む請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項７】
前記フッ素樹脂が、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、クロロフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペン、トリフルオロクロロエチレンより選ばれる少なくとも１種のモノマーを主成分とするフッ素樹脂である請求項６に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項８】
前記フッ素樹脂が、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸リチウム、アクリル酸エステルより選ばれる少なくとも１種のモノマーを含む請求項６または請求項７に記載の非水電解質電池用電極。
【請求項９】
負極と、正極と、非水電解質と、セパレータと、外装材とを具備する非水電解質電池であり、
前記正極と前記負極のうち一方または両方が、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の非水電解質電池用電極である非水電解質電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の非水電解質電池を備える電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、非水電解質電池用電極、非水電解質電池および電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、高エネルギー密度である。このことから、非水電解質二次電池は、パソコンやスマートフォンなどの小型携帯機器から、電気自動車や電力平準化電源を始めとする大型電源まで、様々な分野で用いられている。
非水電解質電池では、これを用いる装置の消費電力の増大と、非水電解質電池の使用される分野の拡大に伴って、大電流特性や低温特性を改善することが検討されている。
【０００３】
非水電解質電池の大電流特性や低温特性を改善するには、電気伝導度およびリチウムイオン伝導度の向上が効果的である。電気伝導度の向上には、正極活物質層および／または負極活物質層内の導電材の増量、活物質層の薄膜化が効果的である。また、リチウムイオン伝導度の向上には、電解液の低粘度化、電解液中リチウムイオンの高濃度化が効果的である。
【０００４】
しかし、活物質層内の導電材の増量や、活物質層の薄膜化は、非水電解質電池のエネルギー密度低下の要因となる。また、電解液の低粘度化は、高温特性低下の要因となる。また、電解液中のリチウムイオンの高濃度化は、低温特性低下の要因となる。
このため、従来の非水電解質電池では、大電流特性および低温特性は、十分に得られない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５７４７９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、大電流特性および低温特性に優れる非水電解質電池の得られる非水電解質電池用電極、これを用いた非水電解質電池および電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の非水電解質電池用電極は、集電体と、集電体の片面または両面に形成された活物質層とを持つ。活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第２の実施形態に係る非水電解質電池を示す概略断面図。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図。
【図３】第２の実施形態に係る他の非水電解質電池を示す部分切欠斜視図。
【図４】図３のＢ部の拡大断面図。
【図５】第３の実施形態に係る電池パックを示す概略分解斜視図。
【図６】図５の電池パックの電気回路を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の非水電解質電池用電極、非水電解質電池および電池パックを、図面を参照して説明する。
発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、正極および／または負極として、活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を含むものを見出した。このような正極および／または負極を備えた非水電解質電池は、優れた大電流特性および低温特性が得られる。
【００１０】
（第１の実施形態）
実施形態の非水電解質電池用電極（以下「電池用電極」と略記する場合がある。）は、非水電解質電池の正極および／または負極として用いられる。本実施形態では、電池用電極の一例として、リチウムイオン二次電池用の電池用電極を例に挙げて説明する。
【００１１】
実施形態の電池用電極は、集電体と、集電体の片面または両面に形成された活物質層とを含む。
集電体は、導電性材料からなり、電池用電極の集電体として用いられるものを特に制限なく用いることができる。
活物質層は、活物質と、含フッ素芳香族化合物と、導電材と、結着剤とを含む。
活物質、導電材としては、それぞれ、電池用電極の活物質、導電材として用いられるものを特に制限なく用いることができる。
【００１２】
活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された構造を有するものである。活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は、炭素数７以上３０以下のものであることが好ましい。含フッ素芳香族化合物の炭素数が７以上であると、活物質層から電解質に含フッ素芳香族化合物が溶出しにくい。このため、含フッ素芳香族化合物を含むことによる効果が、長期に亘って十分に得られる。含フッ素芳香族化合物の炭素数は、活物質層から電解質への含フッ素芳香族化合物の溶出を防止するため、１０以上であることがより好ましい。また、含フッ素芳香族化合物の炭素数が３０以下であると、含フッ素芳香族化合物の溶媒への溶解性が良好となり、含フッ素芳香族化合物を含む活物質層を容易に製造できる。含フッ素芳香族化合物の炭素数は、２２以下であることがより好ましく、１４以下であることがさらに好ましい。
【００１３】
含フッ素芳香族化合物に含まれるフッ素原子の個数は、３以上１５以下であることが好ましい。フッ素原子の個数が３以上である含フッ素芳香族化合物は、安定性が良好である。このため、含フッ素芳香族化合物としてフッ素原子の個数が３以上であるものを含有すると、含フッ素芳香族化合物に起因する効果が、長期に亘って安定して得られる。具体的には、電池用電極が正極である場合、充電時の酸化反応によって含フッ素芳香族化合物に起因する効果が減衰しにくくなる。また、電池用電極が負極である場合、充電時の還元反応によって含フッ素芳香族化合物に起因する効果が減衰しにくくなる。含フッ素芳香族化合物に含まれるフッ素原子の個数は、より好ましくは４以上である。
【００１４】
含フッ素芳香族化合物に含まれるフッ素原子の個数が１５以下であると、含フッ素芳香族化合物と電解液との親和性が良好となり、含フッ素芳香族化合物を含む活物質層に対する電解液の含浸性が良好となる。また、含フッ素芳香族化合物に含まれるフッ素原子の個数は、より好ましくは６以下である。
【００１５】
含フッ素芳香族化合物は、芳香環に結合している水素原子を有することが好ましい。芳香環に結合している水素原子の一部のみがフッ素で置換されている含フッ素芳香族化合物は、芳香環に結合している水素原子によって、電解液との良好な親和性が得られる。このため、含フッ素芳香族化合物を含む活物質層に対する電解液の含浸性が良好となる。芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合は、４０％以上６０％以下が好ましく、５０％が最も好ましい。芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい場合、活物質層への電解液の含浸性と、含フッ素芳香族化合物の安定性とのバランスが最も良好となり、好ましい。
【００１６】
含フッ素芳香族化合物は、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ベンゾアントラセン、トリフェニレン、クリセン、ピレン、ペンタセンより選ばれる少なくとも１種の骨格を有することが好ましい。これらの含フッ素芳香族化合物は、リチウムイオンなどの正電荷を帯びた原子と容易にイオン対を形成する。したがって、本実施形態の電池用電極を備える非水電解質二次電池において、より優れた大電流特性および低温特性が得られるものと推定される。
【００１７】
ナフタレンは、２個のベンゼン環が辺（炭素−炭素結合）を共有して結合した構造を有している。このことにより、ナフタレン骨格を有する含フッ素芳香族化合物は、電子を安定して保持し、リチウムイオンなどの正電荷を帯びた原子と容易にイオン対を形成する。そのため、含フッ素芳香族化合物は、ナフタレン骨格を含む含フッ素芳香族化合物であることが好ましい。ナフタレン骨格を含む含フッ素芳香族化合物としては、例えば、下記式（１）〜式（４）で示す化合物が挙げられる。
【００１８】
【化１】
2017059415.tif 000003
【００１９】
ナフタレンは、芳香環に結合された８個の水素を有している。ナフタレンの芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つをフッ素に置換した含フッ素芳香族化合物とすることで、ナフタレンと比較して耐酸化還元能が向上し、安定性が良好となる。ナフタレン骨格を含む含フッ素芳香族化合物におけるフッ素原子の個数は、３個以上５個以下が好ましく、特に４個であるテトラフルオロナフタレン（例えば、式（１）および式（２）で示す化合物）が好ましい。テトラフルオロナフタレンは、芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合が５０％（芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい）である。このため、テトラフルオロナフタレンは、活物質層への電解液の含浸性と、含フッ素芳香族化合物の安定性とのバランスが良好であり、好ましい。
【００２０】
ナフタレン骨格を含む含フッ素芳香族化合物において、ナフタレンの水素元素と置換されたフッ素原子の結合している位置は、任意の位置でよい。フッ素原子の結合している位置は、ナフタレンのベンゼン環が連なった方向を左右方向としたとき、左右の対称性が高く、上下の対称性が低くなる位置であることが好ましい。このような含フッ素芳香族化合物は、非常に安定性が良好である。具体的には、左右の対称性が高く、上下の対称性が低くなる位置（１，３，６，８位）にフッ素原子が結合している式（１）で示す１，３，６，８−テトラフルオロナフタレンは、左右の対称性が高く、上下対称となる位置にフッ素原子が結合している式（２）で示す化合物と比較して、安定性が良好である。このため、含フッ素芳香族化合物として、式（１）で示す１，３，６，８−テトラフルオロナフタレンを含む電池用電極は、これを備えたリチウムイオン二次電池が高温になったとしても、活物質層から電解質への含フッ素芳香族化合物の溶出が防止され、好ましい。
【００２１】
アントラセンなどの３個以上のベンゼン環が辺を共有して連結した骨格を有する含フッ素芳香族化合物も、ナフタレン骨格を有する含フッ素芳香族化合物と同様に、リチウムイオンなどの正電荷を帯びた原子とイオン対を形成する。ベンゼン環の辺を共有して連結した骨格を有する含フッ素芳香族化合物では、ベンゼン環の数が多くなると、分子内の電子の移動が速くなる。ベンゼン環の数が６個以上になると、分子における電子の流路としての機能が、リチウムイオンの流路としての機能を上回るようになる。したがって、複数のベンゼン環が辺を共有して連結した構造を有する含フッ素芳香族化合物では、ベンゼン環の数が５個以下であることが好ましく、４個以下であることがより好ましく、２個または３個であることがさらに好ましい。
【００２２】
アントラセンは、３個のベンゼン環が辺を共有して結合した構造であり、芳香環に結合された水素原子を１０個有している。アントラセンは、ナフタレンと同様に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つをフッ素に置換した含フッ素芳香族化合物とすることで、耐酸化還元能が向上し、安定性が良好となる。アントラセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物におけるフッ素原子の個数は、４個以上６個以下が好ましく、特に５個であるペンタフルオロアントラセンが好ましい。ペンタフルオロアントラセンは、芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合が５０％（芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい）であり、好ましい。
【００２３】
アントラセンなど直線状にベンゼン環が辺を共有して連結した構造を有する骨格を含む含フッ素芳香族化合物では、フッ素原子の結合している位置は、ナフタレン骨格を有する場合と同様に、一つの辺（炭素−炭素結合）に結合するフッ素原子の数は、１以下であることが好ましい。このような含フッ素芳香族化合物は、非常に安定性が良好である。具体的には、アントラセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物として、一つの辺に結合するフッ素原子が１以下となる位置（１，３，６，８，９位）にフッ素原子が結合している下記式（５）で示す１，３，６，８，９−ペンタフルオロアントラセンが好ましい。
【００２４】
【化２】
2017059415.tif 000004
【００２５】
フェナントレンは、３個のベンゼン環が辺を共有して連結した構造であり、芳香環に結合された水素原子を１０個有している。フェナントレン骨格を含む含フッ素芳香族化合物におけるフッ素原子の個数は、４個以上６個以下が好ましく、特に５個であるペンタフルオロフェナントレンが好ましい。ペンタフルオロフェナントレンは、芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合が５０％（芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい）であり、好ましい。ペンタフルオロフェナントレンとしては、具体的には、１，３，５，７，１０位にフッ素元素を有する下記式（６）で示す１，３，５，７，１０−ペンタフルオロフェナントレンが好ましい。
【００２６】
【化３】
2017059415.tif 000005
【００２７】
テトラセンは、４個のベンゼン環が辺を共有して連結した構造であり、芳香環に結合された水素原子を１２個有している。テトラセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物におけるフッ素原子の個数は、５個以上７個以下が好ましく、特に６個であるヘキサフルオロテトラセンが好ましい。ヘキサフルオロテトラセンは、芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合が５０％（芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい）であり、好ましい。ヘキサフルオロテトラセンとしては、具体的には、一つの辺（炭素−炭素結合）に結合するフッ素原子が１以下となる位置（１，３，８，１０，１１，１２位）にフッ素原子が結合している下記式（７）で示す１，３，８，１０，１１，１２−ヘキサフルオロテトラセンが好ましい。
【００２８】
【化４】
2017059415.tif 000006
【００２９】
ベンゾアントラセンは、４個のベンゼン環が辺を共有して連結した構造である。ベンゾアントラセンには、ベンゾ［ａ］アントラセンと、ベンゾ［ｄｅ］アントラセンがある。ベンゾアントラセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物としては、上記のうち構造が安定であるベンゾ［ａ］アントラセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物がより好ましい。
ベンゾ［ａ］アントラセンは、芳香環に結合された水素原子を１２個有している。ベンゾ［ａ］アントラセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物におけるフッ素原子の個数は、５個以上７個以下が好ましく、特に６個であるヘキサフルオロベンゾ［ａ］アントラセンが好ましい。ヘキサフルオロベンゾ［ａ］アントラセンは、芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合が５０％（芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい）であり、好ましい。ヘキサフルオロベンゾ［ａ］アントラセンとしては、具体的には、１，３，６，７，８，１０位にフッ素元素を有する下記式（８）で示す１，３，６，７，８，１０−ヘキサフルオロベンゾ［ａ］アントラセンが好ましい。
【００３０】
【化５】
2017059415.tif 000007
【００３１】
クリセンは、４個のベンゼン環が辺を共有して連結した構造であり、芳香環に結合された水素原子を１２個有している。クリセン骨格を含む含フッ素芳香族化合物におけるフッ素原子の個数は、５個以上７個以下が好ましく、特に６個であるヘキサフルオロクリセンが好ましい。ヘキサフルオロクリセンは、芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との総数に対するフッ素原子の占める割合が５０％（芳香環に結合している水素原子とフッ素原子との個数が等しい）であり、好ましい。ヘキサフルオロクリセンとしては、具体的には、１，３，５，８，１０，１２位にフッ素元素を有する下記式（９）で示す１，３，５，８，１０，１２−ヘキサフルオロクリセンが好ましい。
【００３２】
【化６】
2017059415.tif 000008
【００３３】
本実施形態では、活物質層中に、含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含む。活物質相中の含フッ素芳香族化合物の含有量が、０．０１質量％未満であると、含フッ素芳香族化合物を含むことによる十分な効果が得られない。含フッ素芳香族化合物の含有量は、含フッ素芳香族化合物を含むことによる明確な効果を得るために、０．０２質量％以上であることが好ましい。
また、含フッ素芳香族化合物の含有量が１．０質量％を越えると、含フッ素芳香族化合物が電解液中に溶解せずに相分離する可能性がある。含フッ素芳香族化合物が電解液中に相分離すると、局所的に電解液組成が変化するため、電池用電極の不均一な劣化が生じやすくなる。含フッ素芳香族化合物の含有量は、含フッ素芳香族化合物が電解液中に相分離する可能性を低くするため、０．８質量％以下であることが好ましい。
【００３４】
活物質層中の含フッ素芳香族化合物の含有量は、以下に示す方法により測定できる。
まず、溶媒を用いて電池用電極から電解液を除去する。電解液に含まれる支持塩（電解質）は、加熱することにより腐食性のフッ素を放出する場合がある。腐食性のフッ素は、含フッ素芳香族化合物の含有量の測定に用いるガスクロマトグラフ質量分析装置にダメージを与える。電池用電極から電解液を除去することで、ガスクロマトグラフ質量分析装置のダメージに起因する測定値のばらつきを抑制できる。
【００３５】
電池用電極から電解液を除去する際に用いる溶媒としては、例えば、鎖状炭酸エステルを用いることができ、特にジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートを用いることが好ましい。これらの溶媒は、ガスクロマトグラフ質量分析装置を用いて含フッ素芳香族化合物の含有量を評価する場合に、評価結果に影響を与えないため、好ましい。上記の溶媒の中でも特に、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートは、充電状態の電池用電極中の活物質に対して安定であるため好ましい。
【００３６】
次に、電解液を除去した電池用電極から、溶媒抽出法または熱抽出法を用いて含フッ素芳香族化合物を抽出する。
溶媒抽出法では、含フッ素芳香族化合物が溶解する溶媒に、電池用電極を浸漬することで、溶媒中に含フッ素芳香族化合物を抽出する。含フッ素芳香族化合物を抽出する溶媒としては、例えば、ジクロロメタンやクロロホルムのような含ハロゲン有機溶媒、トルエンやキシレンのような芳香族化合物を用いることができる。
【００３７】
熱抽出法では、電池用電極を加熱して含フッ素芳香族化合物を揮発させて、含フッ素芳香族化合物を抽出する。揮発させて抽出した含フッ素芳香族化合物は、冷却して溶媒に溶解させる。揮発させて抽出した含フッ素芳香族化合物を溶解する際に用いる溶媒としては、例えば、ジクロロメタンやクロロホルムのような含ハロゲン有機溶媒、トルエンやキシレンのような芳香族化合物を用いることができる。
【００３８】
次に、溶媒抽出法または熱抽出法を用いて抽出した含フッ素芳香族化合物を、ガスクロマトグラフ質量分析装置を用いて分析し、その結果を用いて定量する。
なお、熱抽出法で揮発させて抽出した含フッ素芳香族化合物は、溶媒に溶解させずに、そのままガスクロマトグラフ質量分析装置へ導入して分析してもよい。
【００３９】
活物質層に含まれる結着剤としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂などを用いることができ、フッ素樹脂を用いることが好ましい。フッ素樹脂は含フッ素芳香族化合物との親和性が高いため、結着剤としてフッ素樹脂を用いることで、結着材中に含フッ素芳香族化合物を分散させることができる。このため、結着剤としてフッ素樹脂を用いると、活物質層内におけるリチウムイオンの伝導度が向上する。
【００４０】
結着剤として用いるフッ素樹脂は、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、クロロフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペン、トリフルオロクロロエチレンより選ばれる少なくとも１種のモノマーを主成分とすることが好ましい。これらのフッ素樹脂は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの汎用溶媒に溶解するため、活物質層中への分散性が高い。結着剤として用いるフッ素樹脂としては、特に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いることが好ましい。
結着剤として用いるフッ素樹脂は、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸リチウム、アクリル酸エステルより選ばれる少なくとも１種のモノマーを含むことが好ましい。アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸リチウム、アクリル酸エステルは、結着剤の集電体との結着力を向上する効果がある。
【００４１】
本実施形態の電池用電極を製造する方法は、特に限定されない。
例えば、活物質と導電材と結着剤と溶媒とを含む電極スラリーを調製する。次いで、電極スラリーに含フッ素芳香族化合物を添加して、塗布溶液を調製する。次に、塗布溶液を集電体の片面または両面に塗布して乾燥する。以上の工程を行うことにより、含フッ素芳香族化合物を含む活物質層を有する電池用電極を製造してもよい。
【００４２】
また、電池用電極を製造する方法としては、以下の製造方法を用いてもよい。すなわち、集電体の片面または両面に、活物質と導電材と結着剤とを含む活物質含有層を形成する。また、含フッ素芳香族化合物を溶媒に溶解して含フッ素芳香族化合物溶液とする。含フッ素芳香族化合物を溶解させる溶媒としては、溶解性の観点から塩素またはフッ素を含有する有機溶剤が好ましい。その後、集電体の片面または両面に形成された活物質含有層に、含フッ素芳香族化合物溶液を含浸させて乾燥する。このことにより、含フッ素芳香族化合物を含む活物質層を有する電池用電極が得られる。
この製造方法では、活物質と導電材と結着剤と溶媒とを含む電極スラリーに、結着剤を溶解する溶媒との親和性が低い含フッ素芳香族化合物を添加して、塗布溶液を調製する必要がない。このため、塗布溶液を調製する場合と比較して、容易に電池用電極を製造できる。
【００４３】
本実施形態の電池用電極は、集電体と、前記集電体の片面または両面に形成された活物質層とを含み、活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含む。活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は、耐酸化還元能に優れるものであり、しかもリチウムイオンなどの正電荷を帯びた原子とイオン対を形成すると推定される。このことにより、本実施形態の電池用電極を備える非水電解質二次電池では、優れた大電流特性および低温特性が得られるものと推定される。
また、含フッ素芳香族化合物は、熱的安定性に優れるため、本実施形態の電池用電極を備える非水電解質二次電池では、高温使用時又は高温保存後の電池特性の低下が少なく、熱分解によるガス発生も少ない。
【００４４】
上記の実施形態では、電池用電極として、リチウムイオン二次電池用の電池用電極を例に挙げて説明したが、例えば、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、リチウム−カリウムイオン二次電池などの電極にも適用できる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、本実施形態に係る非水電解質二次電池の一例として、図１および図２に示す扁平型非水電解質二次電池（非水電解質二次電池）２０について説明する。非水電解質二次電池２０は、正極２５および負極２３が、上述した電池用電極であるものである。
【００４６】
図１は、扁平型非水電解質二次電池２０の断面図模式図である。また、図２は、図１中に示すＡ部の拡大断面図である。なお、これら各図は本実施形態に係る非水電解質二次電池を説明するための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所がある。これらについては、以下の説明と公知技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００４７】
図１に示す非水電解質二次電池２０は、扁平状の捲回電極群２１と非水電解質とが、外装材２２内に収納されて構成されている。外装材２２は、ラミネートフィルムを袋状に形成したものでもよく、金属製の容器であってもよい。また、扁平状の捲回電極群２１は、外側、すなわち外装材２２側から、負極２３、セパレータ２４、正極２５、セパレータ２４の順で積層した積層物を渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成される。図２に示すように、最外周に位置する負極２３は、負極集電体２３ａの内面側の片面に負極層２３ｂが形成された構成を有する。最外周以外の部分の負極２３は、負極集電体２３ａの両面に負極層２３ｂが形成された構成を有する。また、正極２５は、正極集電体２５ａの両面に正極層２５ｂが形成された構成を有する。
【００４８】
図１に示す捲回電極群２１は、その外周端近傍において、負極端子２６が最外周の負極２３の負極集電体２３ａに電気的に接続されている。正極端子２７は内側の正極２５の正極集電体２５ａに電気的に接続されている。これらの負極端子２６および正極端子２７は、外装材２２の外部に延出されるか、外装材２２に備えられた取り出し電極に接続される。
【００４９】
ラミネートフィルムからなる外装材を備えた非水電解質二次電池２０を製造する際は、負極端子２６および正極端子２７が接続された捲回電極群２１を、開口部を有する袋状の外装材２２に装入し、非水電解質を外装材２２の開口部から注入し、さらに、袋状の外装材２２の開口部を、負極端子２６および正極端子２７を挟んだ状態でヒートシールすることにより、捲回電極群２１および非水電解質を完全密封させる。
【００５０】
また、金属容器からなる外装材を備えた非水電解質二次電池２０を製造する際は、負極端子２６および正極端子２７が接続された捲回電極群２１を、開口部を有する金属容器に装入し、非水電解質を外装材２２の開口部から注入し、さらに、金属容器に蓋体を装着して開口部を封口させる。
【００５１】
負極端子２６としては、例えば、電気的安定性と導電性とを備える材料を用いることができる。具体的には、銅、ニッケル、鉄やアルミニウム、または、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の元素を含む銅合金、ニッケル合金、ステンレスやアルミニウム合金が挙げられる。また、負極端子２６は、負極集電体２３ａとの接触抵抗を低減するために、負極集電体２３ａと同様の材料であることがより好ましい。
【００５２】
正極端子２７としては、電気的安定性と導電性とを備える材料を用いることができる。具体的には、アルミニウムまたはＭｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子２７は、正極集電体２５ａとの接触抵抗を低減するために、正極集電体２５ａと同様の材料であることが好ましい。
【００５３】
（１）正極
正極２５は、集電体と、集電体の片面または両面に形成された活物質層とを含む。
集電体は、導電性材料であれば特に制限されること無く使用できる。集電体は、具体的には、アルミニウム箔、又はＭｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉから成る群より選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
【００５４】
正極２５の活物質層は、正極活物質と、含フッ素芳香族化合物と、導電材と、結着剤とを含む。
含フッ素芳香族化合物としては、上述の第１の実施形態に係る電池用電極の活物質層に含まれる含フッ素芳香族化合物が用いられる。
結着剤としては、上述の第１の実施形態に係る電池用電極の活物質層に含まれる結着剤が用いられる。
【００５５】
正極活物質としては、非水電解質二次電池として用いられる正極活物質であれば特に限定されない。正極活物質として、例えば、リチウムとリチウム以外の金属とを含む複合酸化物、リチウム複合リン酸化合物などを挙げることができる。
リチウムとリチウム以外の金属とを含む複合酸化物において、リチウム以外金属としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒより選ばれる１種以上の金属が挙げられる。
【００５６】
リチウム以外にＭｎを含む複合酸化物としては、例えばＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（１＋ｘ）Ｍｎ（２−ｘ−ｙ）ＭｙＯｚ（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦１．１、３．９≦ｚ≦４．１、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種類以上の元素）を用いることができる。
リチウム以外にＮｉを含む複合酸化物としては、例えばＬｉ（ＮｉｘＭｙ）Ｏ２（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ＭはＣｏ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種類以上の元素）を挙げることができる。
リチウム以外にＶあるいはＣｒを含む複合酸化物としては、例えばＬｉＶＯ２、ＬｉＣｒＯ２等を挙げることができる。
【００５７】
リチウム複合リン酸化合物としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４あるいはＬｉ（ＦｅｘＭｙ）ＰＯ４（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ＜１、ＭはＣｏ、Ｍｎより選ばれる少なくとも１種類以上の元素）、Ｌｉ（ＣｏｘＭｎｙ）ＰＯ４（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ＜１)で表される複合リン酸化合物を挙げることができる。
【００５８】
これらの中でも、充電終止電圧がＬｉ／Ｌｉ＋に対して４．０Ｖ以上である正極活物質は、本実施形態による効果が大きいために好ましい。例えば、リチウム以外にＭｎを含む複合酸化物としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（１＋ｘ）Ｍｎ（２-ｘ-ｙ）ＭｙＯｚ（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦１．１、３．９≦ｚ≦４．１、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種類以上の元素）を用いることができる。具体的には、ＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４、ＬｉＭｎ１．５Ｃｏ０．５Ｏ４、ＬｉＭｎＦｅＯ４、ＬｉＭｎ１．５Ｆｅ０．５Ｏ４、ＬｉＭｎＣｏＯ４をＬｉ（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ５／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ３／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ６／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ２／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ８／１０Ｃｏ１／１０Ｍｎ１／１０）Ｏ２が挙げられる。
【００５９】
また、リチウム以外にＮｉを含む複合酸化物としては、例えばＬｉ（ＮｉｘＭｙ）Ｏ２（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ＭはＣｏ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種類以上の元素）が挙げられる。具体的にはＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．９Ａｌ０．１Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ａｌ０．１Ｏ２等が挙げられる。
【００６０】
さらに、充電終止電圧がＬｉ／Ｌｉ＋に対して４．８Ｖ以上である正極活物質は、本実施形態による効果が特に大きいために好ましい。具体的には、ＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４、ＬｉＭｎ１．５Ｃｏ０．５Ｏ４、ＬｉＭｎ１．５Ｆｅ０．５Ｏ４、ＬｉＭｎＣｏＯ４、ＬｉＭｎＦｅＯ４、Ｌｉ（ＣｏｘＭｙ）ＰＯ４（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ＜１、ＭはＦｅ、Ｍｎより選ばれる少なくとも１種類以上の元素）が挙げられる。
【００６１】
正極活物質の形状は、粒子状であることが好ましい。粒子状の正極活物質の平均粒径は、例えば１ｎｍ〜１００μｍの範囲内とすることができ、１０ｎｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。粒子状の正極活物質の比表面積は、０．１ｍ２／ｇ〜１０ｍ２／ｇの範囲内であることが好ましい。
【００６２】
正極活物質は、単独で用いてもよいし、複数種混合して用いてもよい。さらに、正極活物質として、導電性高分子材料、ジスルフィド系高分子材料などの有機材料系活物質を含有していてもよい。
【００６３】
導電材としては、導電性材料であって、充電時に溶解しない材料であれば、特に制限無く使用できる。導電材としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料、アルミニウム、チタンより選ばれる金属粉材料、導電性セラミクス材料、導電性ガラス材料などを用いることができる。
【００６４】
正極２５の活物質層中における正極活物質の含有量は、８０〜９５質量％であることが好ましい。
正極２５の活物質層中における導電材の含有量は、３〜１８質量％であることが好ましい。
正極２５の活物質層中における結着材の含有量は、２〜７質量％であることが好ましい。
【００６５】
（２）負極
負極２３は、集電体と、集電体の片面あるいは両面に形成された活物質層とを含む。
集電体は、導電性材料であれば特に制限されること無く使用できる。集電体は、具体的には、銅、ステンレス、あるいはニッケルからなる箔、メッシュ、パンチドメタル、ラスメタルなどを用いることができる。
【００６６】
負極２３の活物質層は、負極活物質と、含フッ素芳香族化合物と、導電材と、結着剤とを含む。
含フッ素芳香族化合物としては、上述の第１の実施形態に係る電池用電極の活物質層に含まれる含フッ素芳香族化合物が用いられる。
結着剤としては、上述の第１の実施形態に係る電池用電極の活物質層に含まれる結着剤が用いられる。
【００６７】
負極活物質の材料としては、黒鉛系の炭素材料、リチウムチタン複合酸化物などを用いることが好ましい。
リチウムチタン複合酸化物は、リチウムイオン吸蔵電位が０．４Ｖ（対Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上のものであることが好ましい。リチウムイオン吸蔵電位が０．４Ｖ（対Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上の材料としては、例えば、スピネル構造のチタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ラムスデライト構造のチタン酸リチウム（Ｌｉ２Ｔｉ３Ｏ７）が含まれる。上記のリチウムチタン複合酸化物は、単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。また、充放電によりリチウムチタン複合酸化物となるチタン酸化物（例えばＴｉＯ２）を負極活物質として用いてもよい。
【００６８】
負極活物質は、平均粒径（平均一次粒子径）が２０μｍ以下であることが好ましい。負極活物質の平均粒径が２０μｍ以下であると、反応に寄与する有効面積を十分に確保できるため、良好な大電流放電特性が得られる。
【００６９】
負極活物質の比表面積は、１ｍ２／ｇ〜１０ｍ２／ｇであることが好ましい。負極活物質の比表面積が１ｍ２／ｇ以上であると、反応に寄与する有効面積を十分に確保できるため、良好な大電流放電特性が得られる。一方、負極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以下であると、負極活物質と非水電解質との反応が抑制されるため、充放電効率の低下や貯蔵時のガス発生を抑制できる。
【００７０】
導電材としては、導電性材料であって、充電時に溶解しない材料であれば、特に制限無く使用できる。導電材としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料、銅、ニッケル、鉄、ステンレスより選ばれる金属粉材料、導電性セラミクス材料、導電性ガラス材料などを用いることができる。
【００７１】
負極２３の活物質層中における負極活物質および導電材の合計量としての含有量は、５５〜９８質量％であることが好ましい。
その場合、導電材が活物質として機能しないものを含有させる場合には、負極２３の活物質層中における活物質として機能しない導電材の含有量は、０〜２５質量％であることが好ましい。
負極２３の活物質層中における結着材の含有量は、２〜２０質量％であることが好ましい。
【００７２】
（３）非水電解質
非水電解質は、非水溶媒（有機溶媒）に電解質を溶解することにより調製される液体状電解液である。非水電解質は、電極群中の空隙に保持される。
非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、メチルアセテート、エチルアセテート、メチルプロピオネート、エチルブチレート、ブチルアセテート、ｎ−プロピルアセテート、イソブチルプロピオネート、ベンジルアセテートなどが好ましく用いられる。
【００７３】
これらの非水溶媒は単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの非水溶媒の中でも特に、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトンが好ましい。非水溶媒として、γ−ブチロラクトンまたはプロピレンカーボネートを主体として用いた場合、その粘度を下げる目的でジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステルを加えてもよいし、誘電率を上げる目的でエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステルを加えてもよい。
【００７４】
非水溶媒として、脂肪族カルボン酸エステルを含む場合、ガス発生の観点から、非水溶媒全体の３０質量％以下、さらには２０質量％以下の範囲とすることが好ましい。
本実施形態に用いられる非水溶媒は、特に、以下の非水溶媒１〜５の組成であることが好ましい。
【００７５】
＜非水溶媒１＞
エチレンカーボネート５〜５０容量％と、エチルメチルカーボネート５０〜９５容量％とからなる合計１００容量％の非水溶媒。
＜非水溶媒２＞
エチレンカーボネート５〜５０容量％と、ジエチルカーボネート５０〜９５容量％とからなる合計１００容量％の非水溶媒。
【００７６】
＜非水溶媒３＞
プロピレンカーボネート２０〜６０容量％と、エチルメチルカーボネート４０〜８０容量％とからなる合計１００容量％の非水溶媒。
＜非水溶媒４＞
プロピレンカーボネート２０〜６０容量％と、ジエチルカーボネート４０〜８０容量％とからなる合計１００容量％の非水溶媒。
＜非水溶媒５＞
エチレンカーボネート５〜５０容量％と、プロピレンカーボネート５０〜１００容量％と、γ−ブチロラクトン０〜５０容量％とからなる合計１００容量％の非水溶媒。
【００７７】
非水電解質中には、ガスの発生を抑える効果をさらに向上させる観点から、炭酸エステル系添加剤および硫黄化合物系添加剤よりなる群から選ばれた少なくとも１種が添加されていることが好ましい。
【００７８】
炭酸エステル系添加剤は、皮膜形成等により、負極表面で発生するＨ２、ＣＨ４などのガスを低減させる効果を有すると考えられる。炭酸エステル系添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、メトキシプロピレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、テトラヒドロフランカーボネート、ジフェニルカーボネート、ジエチルジカーボネート（二炭酸ジエチル）などが挙げられる。これらの炭酸エステル系添加剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの炭酸エステル系添加剤の中でも、負極表面で発生するガスを低減させる効果が大きいという点で、ビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネートなどが好ましく、特にビニレンカーボネートが好ましい。
【００７９】
硫黄化合物系添加剤は、皮膜形成等により、正極表面で発生するＣＯ２などのガスを低減させる効果を有すると考えられる。硫黄化合物系添加剤としては、例えば、エチレンサルファイト、エチレントリチオカーボネート、ビニレントリチオカーボネート、カテコールサルファイト、テトラヒドロフランサルファイト、スルホラン、３−メチルスルホラン、スルホレン、プロパンサルトン、１，４−ブタンスルトンなどが挙げられる。これらの硫黄化合物系添加剤は単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの硫黄化合物系添加剤の中でも、正極表面で発生するガスを低減させる効果が大きいという点で、プロパンサルトン、スルホラン、エチレンサルファイト、カテコールサルファイトなどが好ましく、特にプロパンサルトンが好ましい。
【００８０】
炭酸エステル系添加剤および硫黄化合物系添加剤からなる群より選ばれた少なくとも１種の合計添加比率は、非水電解質１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、０．５〜５質量部であることがより好ましい。非水電解質１００質量部に対するこれら添加剤の添加比率が、０．１質量部以上であると、ガスの発生を抑える効果が十分に得られる。また、非水電解質１００質量部に対するこれら添加剤の添加比率が、１０質量部以下であると、電極上に形成される皮膜が厚くなりすぎて、放電特性が低下することがなく、好ましい。
【００８１】
炭酸エステル系添加剤と硫黄化合物系添加剤とを併用する場合、これらの添加比率（炭酸エステル系添加剤：硫黄化合物系添加剤）は、１：９〜９：１であることが、両者の効果をバランス良く得ることができる点で好ましい。
【００８２】
炭酸エステル系添加剤については、非水電解質１００質量部に対する添加比率は、０．１〜１０質量部、さらには０．５〜５質量部であることが好ましい。非水電解質１００質量部に対する炭酸エステル系添加剤の添加比率が０．１質量部以上であると、負極におけるガス発生量を低減させる効果が十分に得られる。非水電解質１００質量部に対する炭酸エステル系添加剤の添加比率が１０質量部以下であると、電極上に形成される皮膜が厚くなりすぎて、放電特性が低下することがなく、好ましい。
【００８３】
硫黄化合物系添加剤については、非水電解質１００質量部に対する添加比率は、０．１〜１０質量部、さらには０．５〜５質量部であることが好ましい。非水電解質１００質量部に対する硫黄化合物系添加剤の添加比率が０．１質量部未満になると、正極におけるガス発生量を低減させる効果が十分に得られる。非水電解質１００質量部に対する硫黄化合物系添加剤の添加比率が１０質量部を超えると、電極上に形成される皮膜が厚くなりすぎて、放電特性が低下することがなく、好ましい。
【００８４】
非水電解質中の電解質としては、アルカリ塩を用いることができる。電解質としては、好ましくはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＰＦ４（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３、ＬｉＢＦ２（ＣＦ３）２、ＬｉＢＦ２（Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＢＦ２（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＢＦ２（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６からなる群より選ばれた少なくとも１種が挙げられる。
【００８５】
非水電解質中の電解質として、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６からなる群より選ばれた少なくとも１種を含有させると、これらの塩が正極２５上で優先的に反応し、正極２５上に良質な皮膜が形成される。その結果、正極２５に含まれる含フッ素芳香族化合物が正極２５上で分解される反応が抑制される。
【００８６】
（４）セパレータ
セパレータ２４は、正極２５と負極２３とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させる。セパレータ２４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であってもよいし、セラミック製の多孔質膜であってもよいし、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造であってもよい。また、リチウムイオン伝導性セラミクスの薄膜を、セパレータとして用いることもできる。
【００８７】
（５）外装材
正極、負極および非水電解質が収容される外装材としては、金属製容器またはラミネートフィルム製容器が用いられる。
金属製容器としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等からなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが用いられる。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。アルミニウム合金中に、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。アルミニウム合金からなる金属製容器は、アルミニウムからなる金属製容器よりも強度が飛躍的に増大するため、金属製容器の厚さを薄くすることができる。その結果、薄型で軽量かつ高出力で放熱性に優れた非水電解質二次電池を実現することができる。
【００８８】
ラミネートフィルム製容器としては、例えば、アルミニウム箔を樹脂フィルムで被覆した多層フィルム等からなる容器が挙げられる。樹脂フィルムを構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子化合物が用いられる。
【００８９】
第２の実施形態に係る非水電解質二次電池は、前述した図１および図２に示す構成のものに限らず、例えば、図３および図４に示す構成の電池であってもよい。図３は、第２の実施形態に係る別の扁平型非水電解質二次電池を模式的に示す部分切欠斜視図であり、図４は図３のＢ部の拡大断面図である。
【００９０】
図３および図４に示す非水電解質二次電池３０は、積層型電極群３１が外装材３２内に収納されて構成されている。積層型電極群３１は、図４に示すように正極３３と負極３４とを、その間にセパレータ３５を介在させながら交互に積層した構造を有する。
【００９１】
正極３３は複数枚存在し、それぞれが正極集電体３３ａと、正極集電体３３ａの両面に担持された正極層３３ｂとを備える。正極層３３ｂには正極活物質が含有される。
【００９２】
負極３４は複数枚存在し、それぞれが負極集電体３４ａと、負極集電体３４ａの両面に担持された負極層３４ｂとを備える。負極層３４ｂには負極材料が含有される。各負極３４の負極集電体３４ａは、一辺が負極３４から突出している。突出した負極集電体３４ａは、帯状の負極端子３６に電気的に接続されている。帯状の負極端子３６の先端は、外装材３２から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極３３の正極集電体３３ａは、負極集電体３４ａの突出辺と反対側に位置する辺が正極３３から突出している。正極３３から突出した正極集電体３３ａは、帯状の正極端子３７に電気的に接続されている。
帯状の正極端子３７の先端は、負極端子３６とは反対側に位置し、外装材３２の辺から外部に引き出されている。
【００９３】
図３および図４に示す非水電解質二次電池３０を構成する各部材の材質、配合比、寸法等は、図１および図２において説明した非水電解質二次電池２０の各構成部材と同様の構成である。
【００９４】
以上説明した本実施形態によれば、非水電解質二次電池を提供できる。
本実施形態に係る非水電解質二次電池は、負極と、正極と、非水電解質と、セパレータと、外装材と、を具備する。正極および負極は、上述の第１の実施形態に係る電池用電極からなる。電池用電極は、活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含む。これにより、本実施形態に係る非水電解質二次電池は、大電流特性および低温特性に優れる。
【００９５】
上記の実施形態の非水電解質二次電池では、正極と負極の両方に、上述した電池用電極を用いる場合を例に挙げて説明したが、正極のみ、または負極のみに、上述した電池用電極を用いてもよい。
【００９６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る非水電解質二次電池パックについて詳細に説明する。
本実施形態に係る非水電解質二次電池パックは、上記の第２の実施形態に係る非水電解質二次電池（即ち、単電池）を少なくとも１つ有する。非水電解質二次電池パックに複数の単電池が含まれる場合、各単電池は、電気的に直列、並列、或いは、直列と並列に接続して配置される。
【００９７】
図５および図６を参照して、本実施形態に係る非水電解質二次電池パック４０を具体的に説明する。本実施形態の非水電解質二次電池パック４０においては、単電池４１として、図１に示す扁平型非水電解液電池２０を使用している。
複数の単電池４１は、外部に延出した負極端子２６および正極端子２７が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ４２で締結することによって組電池４３を構成している。これらの単電池４１は、図５および図６に示すように、互いに電気的に直列に接続されている。
【００９８】
プリント配線基板４４は、負極端子２６および正極端子２７が延出する単電池４１の側面と対向して配置されている。図５に示すように、プリント配線基板４４には、サーミスタ４５（図６を参照）、保護回路４６および外部機器への通電用端子４７が搭載されている。なお、組電池４３と対向するプリント配線基板４４の面には、組電池４３の配線と不要な接続を回避するために絶縁板（図示せず）が取り付けられている。
【００９９】
正極側リード４８は、組電池４３の最下層に位置する正極端子２７に接続され、その先端はプリント配線基板４４の正極側コネクタ４９に挿入されて電気的に接続されている。
負極側リード５０は、組電池４３の最上層に位置する負極端子２６に接続され、その先端は、プリント配線基板４４の負極側コネクタ５１に挿入されて電気的に接続されている。
これらの正極側コネクタ４９、負極側コネクタ５１は、プリント配線基板４４に形成された配線５２、５３（図６を参照）を通じて保護回路４６に接続されている。
【０１００】
サーミスタ４５は、単電池４１の温度を検出するために用いられ、図５においては図示を省略しているが、単電池４１の近傍に設けられるとともに、その検出信号は保護回路４６に送信される。保護回路４６は、所定の条件で保護回路４６と外部機器への通電用端子４７との間のプラス側配線５４ａおよびマイナス側配線５４ｂを遮断できる。ここで、上記の所定の条件とは、例えば、サーミスタ４５の検出温度が所定温度以上になったときである。さらに、所定の条件とは、単電池４１の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。このような過充電等の検出は、個々の単電池４１もしくは単電池４１全体について行われる。なお、個々の単電池４１における過充電等を検出する場合には、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池４１中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図５および図６の場合、単電池４１それぞれに電圧検出のための配線５５を接続し、これら配線５５を通して検出信号が保護回路４６に送信される。
【０１０１】
図５に示すように、正極端子２７および負極端子２６が突出する側面を除く組電池４３の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート５６がそれぞれ配置されている。
【０１０２】
組電池４３は、各保護シート５６およびプリント配線基板４４とともに、収納容器５７内に収納される。すなわち、収納容器５７の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート５６が配置され、短辺方向の保護シート５６とは反対側の内側面にプリント配線基板４４が配置される。組電池４３は、保護シート５６およびプリント配線基板４４で囲まれた空間内に位置する。蓋５８は、収納容器５７の上面に取り付けられている。
【０１０３】
なお、組電池４３の固定には、粘着テープ４２に代えて熱収縮テープを用いてもよい。
この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。
【０１０４】
ここで、図５および図６においては、単電池４１を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには、単電池４１を並列に接続しても、または、直列接続と並列接続とを組み合わせた構成としてもよい。また、組み上がった電池パックを、さらに直列、並列に接続することも可能である。
【０１０５】
以上説明した本実施形態によれば、非水電解質二次電池パックを提供することができる。本実施形態に係る非水電解質二次電池パックは、上記の第２の実施形態に係る非水電解質二次電池を少なくとも１つ具備する。
このような非水電解質二次電池パックは、大電流特性および低温特性に優れる。
【０１０６】
なお、非水電解質二次電池パックの態様は用途により適宜変更される。本実施形態に係る非水電解質二次電池パックの用途としては、具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪もしくは四輪のハイブリッド電気自動車、二輪もしくは四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。
【０１０７】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、非水電解質二次電池用電極が、集電体と、集電体の片面または両面に形成された活物質層とを持ち、活物質層中に、芳香環に結合された水素原子の少なくとも一つがフッ素に置換された含フッ素芳香族化合物を０．０１質量％以上、１．０質量％以下含むことにより、大電流特性および低温特性に優れる非水電解質二次電池、非水電解質二次電池パックを実現できる。
【実施例】
【０１０８】
以下、実施例を用いて詳細に説明する。
「実施例１」
以下に示す製造方法により、負極と、正極と、非水電解質と、セパレータと、外装材とを具備する非水電解質二次電池を作製した。
【０１０９】
（正極）
正極活物質としてＬｉＣｏＯ２（９５質量％）、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（２質量％）、導電材としてアセチレンブラック（３質量％）を用い、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とともにプラネタリーミキサーへ投入し、攪拌・混合して懸濁液（電極スラリー）を作成した。次に、集電体であるアルミ箔の片面上に、懸濁液を塗布して乾燥し、活物質含有層を形成した。
【０１１０】
また、含フッ素芳香族化合物である式（１）で示す１，３，６，８−テトラフルオロナフタレンを用い、クロロホルムと１：９９（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）の体積割合で混合して含フッ素芳香族化合物溶液とした。
その後、集電体の片面上に形成した活物質含有層を、含フッ素芳香族化合物溶液に含浸させて乾燥した（以下「含浸工程」という場合がある）。以上の工程を行うことにより、含フッ素芳香族化合物を含有する正極活物質層を有する正極を得た。
【０１１１】
このようにして得られた正極から、正極活物質層を剥離して回収し、溶媒としてクロロホルムを用いたソックスレー法により含フッ素芳香族化合物を抽出した。その後、抽出した含フッ素芳香族化合物を、ガスクロマトグラフ質量分析装置により分析し、その結果を用いて定量した。その結果、正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０５質量％であった。
【０１１２】
（負極）
負極活物質として平均粒径１０μｍの黒鉛（４４質量％）、結着材としてアクリル酸変性ＰＶｄＦ（１２質量％）、導電材として平均粒径５μｍの黒鉛（４４質量％）を用い、溶媒であるＮＭＰとともにプラネタリーミキサーへ投入し、攪拌・混合して懸濁液を作成した。次に、集電体である銅箔の片面上に、懸濁液を塗布して乾燥し、負極活物質層を形成して、負極とした。
【０１１３】
（非水電解液）
エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を体積で１：２の割合で混合した溶媒に、１Ｍ／ＬとなるようＬｉＰＦ６を溶解し、非水電解液を作成した。
【０１１４】
（セパレータ）
セパレータとしてポリプロピレン製の多孔質膜を用いた。
（外装材）
アルミラミネートフィルムからなる外装材を用意した。
【０１１５】
（非水電解質二次電池）
上記の正極および負極を、各々縦５０ｍｍ横３０ｍｍ角に切り出した。次いで、アルミ製リードを正極のアルミ箔露出部に配置し、ニッケル製リードを負極の銅箔露出部に配置した。そして、正極と負極とを、正極活物質層と負極活物質層が内向きとなるようにセパレータを介して配置し、リード線を外部に出した状態で外装材に収納した。その後、外装材内に非水電解液を注液し、外装材をヒートシールして減圧封口し、非水電解質二次電池を得た。
なお、非水電解質二次電池の正極と負極の容量比は１：１．０５とした。また、電池設計は、以下に示す方法で測定した基準容量で、１００ｍＡｈとなるように設定した。以下に示すＣレートは、電池容量１００ｍＡｈに対する電流値を表すものである。
【０１１６】
（基準容量）
２５℃０．２Ｃの条件で、電圧４．２Ｖでの定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電と電圧３．０Ｖでの定電流（ＣＣ）放電とを実施し、３回目の放電容量（１０２ｍＡｈ）を基準容量とした。
【０１１７】
「実施例２」
含フッ素芳香族化合物とクロロホルムの混合割合を５：９５（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）としたこと以外は、実施例１と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．９５質量％であった。また、基準容量は１０２ｍＡｈであった。
【０１１８】
「実施例３」
正極活物質としてＬｉ（Ｎｉ５／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ３／１０)Ｏ２を用いたこと以外は、実施例１と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０３質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１１９】
「実施例４」
含フッ素芳香族化合物とクロロホルムの混合割合を３：９７（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）としたこと以外は、実施例３と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０９質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１２０】
「実施例５」
含フッ素芳香族化合物とクロロホルムの混合割合を５：９５（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）としたこと以外は、実施例３と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．９０質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１２１】
「実施例６」
含フッ素芳香族化合物として式（２）で示す１，４，５，８−テトラフルオロナフタレンを用いたこと以外は、実施例４と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０８質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１２２】
「実施例７」
含フッ素芳香族化合物として式（３）で示すオクタフルオロナフタレンを用いたこと以外は、実施例５と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０３質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１２３】
「実施例８」
含フッ素芳香族化合物として式（４）で示す１−フルオロナフタレンを用いたこと以外は、実施例５と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０１質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１２４】
「実施例９」
正極活物質としてＬｉＮｉ０．９Ａｌ０．１Ｏ２を用いたこと以外は、実施例４と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．１５質量％であった。また、基準容量は１０２ｍＡｈであった。
【０１２５】
「実施例１０」
正極結着剤としてアクリル樹脂（２質量％）を用いたこと以外は、実施例３と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０２質量％であった。また、基準容量は１０４ｍＡｈであった。
【０１２６】
「実施例１１」
（正極）
含浸工程を省略し、実施例３で形成した集電体の片面上に活物質含有層を形成したものを正極として用いた。
【０１２７】
（負極）
負極活物質として平均粒径１０μｍの黒鉛（４４質量％）、結着材としてアクリル酸変性ＰＶｄＦ（１２質量％）、導電材として平均粒径５μｍの黒鉛（４４質量％）を用い、溶媒であるＮＭＰとともにプラネタリーミキサーへ投入し、攪拌・混合して懸濁液（電極スラリー）を作成した。次に、集電体である銅箔の片面上に、懸濁液を塗布して乾燥し、活物質含有層を形成した。
【０１２８】
また、含フッ素芳香族化合物である式（１）で示す１，３，６，８−テトラフルオロナフタレンを用い、クロロホルムと１：９９（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）の体積割合で混合して含フッ素芳香族化合物溶液とした。
その後、集電体の片面上に形成した活物質含有層を、含フッ素芳香族化合物溶液に含浸させて乾燥した（以下「含浸工程」という場合がある）。以上の工程を行うことにより、含フッ素芳香族化合物を含有する負極活物質層を有する負極を得た。
【０１２９】
このようにして得られた負極から、負極活物質層を剥離して回収し、溶媒としてクロロホルムを用いたソックスレー法により含フッ素芳香族化合物を抽出した。その後、抽出した含フッ素芳香族化合物を、ガスクロマトグラフ質量分析装置により分析し、その結果を用いて定量した。その結果、負極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０３質量％であった。
【０１３０】
上記正極および負極を用いたこと以外は、実施例１と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１３１】
「実施例１２」
正極として実施例３と同様の手法で得られた正極を用いたこと以外は、実施例１１と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０３質量％であり、負極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．０３質量％であった。また、基準容量は１０６ｍＡｈであった。
【０１３２】
「比較例１」
含浸工程を省略し、実施例１で形成した集電体の片面上に活物質含有層を形成したものを正極として用いたこと以外は、実施例１と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０質量％であった。また、基準容量は１００ｍＡｈであった。
【０１３３】
「比較例２」
含浸工程を省略し、実施例３で形成した集電体の片面上に活物質含有層を形成したものを正極として用いたこと以外は、実施例３と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層に含まれる含フッ素芳香族化合物は０質量％であった。また、基準容量は１００ｍＡｈであった。
【０１３４】
「比較例３」
含フッ素芳香族化合物とクロロホルムの混合割合を０．１：９９．９（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）としたこと以外は、実施例３と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０．００３質量％であった。また、基準容量は１００ｍＡｈであった。
【０１３５】
「比較例４」
含フッ素芳香族化合物とクロロホルムの混合割合を１０：９０（含フッ素芳香族化合物：クロロホルム）とし、含浸工程を３回繰り返し行ったこと以外は、実施例３と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は１．７質量％であった。また、基準容量は９２ｍＡｈであった。
【０１３６】
「比較例５」
含浸工程を省略し、実施例９で形成した集電体の片面上に活物質含有層を形成したものを正極として用いたこと以外は、実施例９と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０質量％であった。また、基準容量は１００ｍＡｈであった。
【０１３７】
「比較例６」
含浸工程を省略し、実施例１０で形成した集電体の片面上に活物質含有層を形成したものを正極として用いたこと以外は、実施例１０と同様の手法により非水電解質二次電池を作成し、評価した。正極活物質層中に含まれる含フッ素芳香族化合物は０質量％であった。また、基準容量は１００ｍＡｈであった。
【０１３８】
実施例および比較例の非水電解質二次電池における含フッ素芳香族化合物を含む電極と、使用した負極結着材、正極活物質、正極結着材、含フッ素芳香族化合物およびその含有量を、表１および表２に示す。
【０１３９】
このようにして作成した実施例および比較例の非水電解質二次電池について、以下に示す条件で放電容量を測定し、評価した。その結果を表３に示す。
（２５℃３Ｃでの放電容量）
２５℃０．２Ｃの条件で電圧４．２ＶでＣＣＣＶ充電した後、２５℃３Ｃの条件で電圧３．０ＶでのＣＣ放電を実施して、放電容量を測定し、基準容量に対する容量維持率（％）を求めた（（放電容量／基準容量）×１００（％））。
【０１４０】
（０℃０．２Ｃでの放電容量）
２５℃０．２Ｃの条件で、電圧４．２ＶでのＣＣＣＶ充電と電圧３．０ＶでのＣＣ放電とを３回繰り返した。その後、２５℃０．２Ｃの条件で電圧４．２ＶでのＣＣＣＶ充電を行い、０℃恒温槽で４時間貯蔵した。その後、０℃０．２Ｃの条件で電圧３．０ＶでのＣＣ放電を実施して、放電容量を測定し、基準容量に対する容量維持率（％）を求めた（（放電容量／基準容量）×１００（％））。
【０１４１】
【表１】
2017059415.tif 000009
【０１４２】
【表２】
2017059415.tif 000010
【０１４３】
【表３】
2017059415.tif 000011
【０１４４】
表３に示すように、実施例１〜実施例１２の非水電解質二次電池では、２５℃３Ｃでの放電容量も０℃０．２Ｃでの放電容量も良好であり、大電流放電特性および低温放電特性に優れていることが確認できた。
【０１４５】
これに対し、含フッ素芳香族化合物を含む電極のない比較例１、比較例２、比較例５、比較例６、および含フッ素芳香族化合物の含有量が少ない比較例３の非水電解質二次電池では、実施例１〜実施例１２と比較して、２５℃３Ｃでの放電容量および０℃０．２Ｃでの放電容量が低かった。
また、含フッ素芳香族化合物の含有量が多い比較例４の非水電解質二次電池では、２５℃３Ｃでの放電容量は良好であったが、０℃０．２Ｃでの放電容量が低かった。これは、含フッ素芳香族化合物の含有量が多いことによって生じる正極の不均一な劣化によるものと推定される。
【０１４６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換し、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１４７】
２０・・・非水電解質二次電池、２１・・・捲回電極群、２２・・・外装材、２３・・・負極、２４・・・セパレータ、２５・・・正極、２６・・・負極端子、２７・・・正極端子、３０・・・非水電解質二次電池、３１・・・積層型電極群、３２・・・外装材、３３・・・正極、３３ａ・・・正極集電体、３４・・・負極、３４ａ・・・負極集電体、３５・・・セパレータ、３６・・・負極端子、３７・・・正極端子、４０・・・非水電解質二次電池パック、４１・・・単電池、４２・・・粘着テープ、４３・・・組電池、４４・・・プリント配線基板、４５・・・サーミスタ、４６・・・保護回路、４７・・・通電用端子、４８・・・正極側リード、４９・・・正極側コネクタ、５０・・・負極側リード、５１・・・負極側コネクタ、５２・・・配線、５３・・・配線、５４ａ・・・プラス側配線、５４ｂ・・・マイナス側配線、５５・・・配線、５６・・・保護シート、５７・・・収納容器、５８・・・蓋。
【図１】
2017059415.tif 000012
【図２】
2017059415.tif 000013
【図３】
2017059415.tif 000014
【図４】
2017059415.tif 000015
【図５】
2017059415.tif 000016
【図６】
2017059415.tif 000017