リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用負極、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器
【課題】優れた電池特性を得ることが可能なリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池は、正極と、活物質を含む負極と、電解液とを備える。活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含む。Ｓｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は、０．５≦ｘ≦１．８である。
【解決手段】リチウムイオン二次電池は、正極と、活物質を含む負極と、電解液とを備える。活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含む。Ｓｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は、０．５≦ｘ≦１．８である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含むリチウムイオン二次電池用負極、その負極を用いたリチウムイオン二次電池、ならびにその二次電池を用いた電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機または携帯情報端末機器（ＰＤＡ）などに代表される電子機器が広く普及しており、そのさらなる小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、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、最近では、上記した電子機器に限らず、電池パック、電気自動車などの電動車両、家庭用電力サーバなどの電力貯蔵システム、または電動ドリルなどの電動工具に代表される多様な用途への適用も検討されている。
【０００３】
二次電池としては、さまざまな充放電原理を利用するものが広く提案されているが、中でも、リチウムイオンの吸蔵放出を利用するリチウムイオン二次電池が有望視されている。鉛電池およびニッケルカドミウム電池などよりも高いエネルギー密度が得られるからである。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、その負極は、リチウムイオンを吸蔵放出可能である負極活物質を含んでいる。負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料が広く用いられているが、最近では、電池容量のさらなる向上が求められていることから、Ｓｉを用いることが検討されている。Ｓｉの理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。
【０００５】
ところが、負極活物質としてＳｉを用いると、充放電時に負極活物質が激しく膨張収縮するため、その負極活物質が主に表層近傍で割れやすくなる。負極活物質が割れると、高反応性の新生面（活性面）が生じるため、その負極活物質の表面積（反応面積）が増加する。これにより、新生面で電解液の分解反応が生じると共に、その新生面に電解液由来の被膜を形成するために電解液が消費されるため、サイクル特性などの電池特性が低下しやすくなる。
【０００６】
そこで、サイクル特性などの電池特性を向上させるために、リチウムイオン二次電池の構成についてさまざまな検討がなされている。
【０００７】
具体的には、サイクル特性および安全性を向上させるために、スパッタ法を用いてＳｉおよび非晶質ＳｉＯ2 を同時に堆積させている（例えば、特許文献１参照。）。優れた電池容量および安全性能を得るために、ＳｉＯx 粒子の表面に電子伝導性材料層（炭素材料）を設けている（例えば、特許文献２参照。）。ハイレート充放電特性およびサイクル特性を向上させるために、ＳｉおよびＯを含有すると共に負極集電体に近い側で酸素比率が大きくなるように負極活物質層を形成している（例えば、特許文献３参照。）。サイクル特性を向上させるために、ＳｉおよびＯを含有し、全体の平均酸素含有量が４０原子％以下になると共に負極集電体に近い側で平均酸素含有量が大きくなるように負極活物質層を形成している（例えば、特許文献４参照。）。この場合には、負極集電体に近い側における平均酸素含有量と遠い側における平均酸素含有量との差を４原子％〜３０原子％としている。
【０００８】
また、初回充放電特性などを向上させるために、Ｓｉ相、ＳｉＯ2 およびＭy Ｏ金属酸化物を含むナノ複合体を用いている（例えば、特許文献５参照。）。サイクル特性を向上させるために、粉末状のＳｉＯx （０．８≦ｘ≦１．５，粒径範囲＝１μｍ〜５０μｍ）と炭素質材料とを混合して、８００℃〜１６００℃×３時間〜１２時間焼成している（例えば、特許文献６参照。）。初回充電時間を短縮するために、Ｌｉa ＳｉＯx （０．５≦ａ−ｘ≦１．１および０．２≦ｘ≦１．２）で表される負極活物質を用いている（例えば、特許文献７参照。）。この場合には、ＳｉおよびＯを含む活物質前駆体にＬｉを蒸着させている。充放電サイクル特性を向上させるために、負極活物質体におけるＳｉ量に対するＯ量のモル比が０．１〜１．２になると共に、負極活物質体と集電体との界面近傍におけるＳｉ量に対するＯ量のモル比の最大値と最小値との差が０．４以下になるように、ＳｉＯx の組成を制御している（例えば、特許文献８参照。）。負荷特性を向上させるために、Ｌｉ含有多孔質金属酸化物（Ｌｉx ＳｉＯ：２．１≦ｘ≦４）を用いている（例えば、特許文献９参照。）。
【０００９】
さらに、充放電サイクル特性を向上させるために、Ｓｉを含む薄膜の上に、シラン化合物またはシロキサン化合物などの疎水化層を形成している（例えば、特許文献１０参照。）。サイクル特性を向上させるために、ＳｉＯx （０．５≦ｘ＜１．６）の表面が黒鉛被膜により被覆された導電性粉末を用いている（例えば、特許文献１１参照。）。この場合には、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルのラマンシフトにおいて１３３０ｃｍ-1および１５８０ｃｍ-1にブロードなピークが現れると共に、それらの強度比Ｉ1330／Ｉ1580を１．５＜Ｉ1330／Ｉ1580＜３としている。電池容量およびサイクル特性を向上させるために、Ｓｉの微結晶（結晶の大きさ＝１ｎｍ〜５００ｎｍ）がＳｉＯ2 に分散された構造を有する粒子を１質量％〜３０質量％含む粉末を用いている（例えば、特許文献１２参照。）。この場合には、レーザ回折散乱式粒度分布測定法による粒度分布において、粉末の累積９０％径（Ｄ９０）を５０μｍ以下、粒子の粒子径を２μｍ未満にしている。サイクル特性を向上させるために、ＳｉＯx （０．３≦ｘ≦１．６）を用いると共に、充放電時に電極ユニットを３ｋｇｆ／ｃｍ2 以上で加圧している（例えば、特許文献１３参照。）。過充電特性および過放電特性などを向上させるために、ＳｉとＯの原子数比が１：ｙ（０＜ｙ＜２）であるＳｉの酸化物を用いている（例えば、特許文献１４参照。）。
【００１０】
この他、電気化学的に多量のリチウムイオンを蓄積または放出するために、Ｓｉなどの一次粒子の表面に非晶質の金属酸化物を設けている（例えば、特許文献１５参照。）。この金属酸化物を形成するための金属酸化時におけるギブスの自由エネルギーは、Ｓｉなどの酸化時におけるギブスの自由エネルギーよりも小さくなっている。高容量、高効率、高動作電圧および長寿命を実現するために、Ｓｉ原子の酸化数が所定の条件を満たす負極材料を用いることが提案されている（例えば、特許文献１６参照。）。この負極材料は、酸化数が０であるＳｉと、酸化数が＋４のＳｉ原子を有するＳｉ化合物と、酸化数が０よりも大きいと共に＋４未満であるＳｉ低級酸化物とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【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】国際公開第２００７／０１０９２２号パンフレット
【特許文献８】特開２００８−２５１３６９号公報
【特許文献９】特開２００８−１７７３４６号公報
【特許文献１０】特開２００７−２３４２５５号公報
【特許文献１１】特開２００９−２１２０７４号公報
【特許文献１２】特開２００９−２０５９５０号公報
【特許文献１３】特開２００９−０７６３７３号公報
【特許文献１４】特許第２９９７７４１号明細書
【特許文献１５】特開２００９−１６４１０４号公報
【特許文献１６】特開２００５−１８３２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
電子機器などは益々高性能化および多機能化しており、その使用頻度も増加しているため、リチウムイオン二次電池は頻繁に充放電される傾向にある。そこで、リチウムイオン二次電池の電池特性についてより一層の向上が望まれている。
【００１３】
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた電池特性を得ることが可能なリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本技術のリチウムイオン二次電池用負極は、活物質を含むものである。この活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含む。Ｓｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は、０．５≦ｘ≦１．８である。また、本技術のリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備え、その負極が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の活物質を含むものである。さらに、本技術の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器は、上記した本技術のリチウムイオン二次電池を用いたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本技術のリチウムイオン二次電池用負極またはリチウムイオン二次電池によれば、負極活物質がＳｉおよびＯとＬｉ等の元素Ｍ１とを構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．８である。よって、優れた電池特性を得ることができる。また、本技術のリチウムイオン二次電池を用いた電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器でも、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極の構成を表す断面図である。
【図２】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池（角型）の構成を表す断面図である。
【図３】図２に示したリチウムイオン二次電池のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図３に示した正極および負極の構成を模式的に表す平面図である。
【図５】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池（円筒型）の構成を表す断面図である。
【図６】図５に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。
【図７】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池（ラミネートフィルム型）の構成を表す分解斜視図である。
【図８】図７に示した巻回電極体のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図９】リチウムイオン二次電池の適用例（電池パック）の構成を表すブロック図である。
【図１０】リチウムイオン二次電池の適用例（電動車両）の構成を表すブロック図である。
【図１１】リチウムイオン二次電池の適用例（電力貯蔵システム）の構成を表すブロック図である。
【図１２】リチウムイオン二次電池の適用例（電動工具）の構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本技術の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．リチウムイオン二次電池用負極
２．リチウムイオン二次電池
２−１．角型
２−２．円筒型
２−３．ラミネートフィルム型
３．リチウムイオン二次電池の用途
３−１．電池パック
３−２．電動車両
３−３．電力貯蔵システム
３−４．電動工具
【００１８】
＜１．リチウムイオン二次電池用負極＞
図１は、本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極（以下、単に「負極」という。）の断面構成を表している。
【００１９】
［負極の全体構成］
負極は、例えば、図１に示したように、負極集電体１の上に負極活物質層２を有している。この負極では、負極活物質層２が負極集電体１の両面に設けられていてもよいし、片面だけに設けられていてもよい。ただし、負極集電体１はなくてもよい。
【００２０】
［負極集電体］
負極集電体１は、例えば、電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度に優れた導電性材料により形成されている。このような導電性材料は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉまたはステンレスなどである。中でも、Ｌｉと金属間化合物を形成しないと共に負極活物質層２と合金化する材料が好ましい。
【００２１】
この負極集電体１は、ＣおよびＳを構成元素として含んでいることが好ましい。負極集電体１の物理的強度が向上するため、充放電時に負極活物質層２が膨張収縮しても負極集電体１が変形しにくくなるからである。このような負極集電体１は、例えば、ＣおよびＳがドープされた金属箔などである。ＣおよびＳの含有量は、特に限定されないが、中でも、いずれも１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００２２】
負極集電体１の表面は、粗面化されていてもよいし、粗面化されていなくてもよい。粗面化されていない負極集電体１は、例えば、圧延金属箔などであり、粗面化された負極集電体１は、例えば、電解処理またはサンドブラスト処理された金属箔などである。電解処理とは、電解槽中で電解法を用いて金属箔などの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された金属箔は、一般に電解箔（例えば電解Ｃｕ箔など）と呼ばれている。
【００２３】
中でも、負極集電体１の表面は、粗面化されていることが好ましい。アンカー効果により負極集電体１に対する負極活物質層２の密着性が向上するからである。負極集電体１の表面粗さ（例えば十点平均粗さＲｚ）は、特に限定されないが、アンカー効果により負極活物質層２の密着性を向上させるためにはできるだけ大きいことが好ましい。ただし、表面粗さが大きすぎると、かえって負極活物質層２の密着性が低下する可能性がある。
【００２４】
［負極活物質層］
負極活物質層２は、リチウムイオンを吸蔵放出可能である複数の粒子状の負極活物質を含んでおり、必要に応じて、さらに負極結着剤または負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００２５】
負極活物質は、ＳｉおよびＯと共に、そのＳｉと合金を形成可能である元素Ｍ１を構成元素として含んでいる。この元素Ｍ２は、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種である。ただし、Ｓｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は、０．５≦ｘ≦１．８である。
【００２６】
原子比ｘが上記した範囲内であるのは、その範囲外である場合（ｙ＜０．５またはｙ＞１．８）と比較して、充放電を繰り返した場合における負極活物質の劣化が抑制されるからである。これにより、負極活物質におけるリチウムイオンの出入りが確保される。
【００２７】
また、負極活物質がＭ１を含んでいるのは、原子比ｘが上記した範囲内であると、その負極活物質中にＳｉとＯとＭ１との化合物（Ｓｉ−Ｍ１−Ｏ）が形成されやすくなるからである。すなわち、ＳｉＯx は、一般に、サイクル特性などを向上させる一方で、不可逆容量の増大に起因して電池容量を低下させる傾向にあるが、Ｓｉ−Ｍ１−Ｏが形成されると、不可逆容量が減少するからである。これにより、不可逆容量が減少すると共に、負極活物質の電気抵抗が低下する。
【００２８】
なお、負極活物質中では、Ｍ１のうちの少なくとも一部がＳｉ−Ｍ１−Ｏを形成していればよい。この場合でも、上記した利点が得られるからである。残りのＭ１は、遊離の単体として存在していてもよいし、Ｓｉと合金を形成していたり、Ｏと化合物を形成していてもよいし、それらの２種類以上が混在していてもよい。
【００２９】
詳細には、Ｓｉのうちの少なくとも一部とＯのうちの少なくとも一部とが結合されている場合には、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態（価数）は、０価（Ｓｉ0+）、１価（Ｓｉ1+）、２価（Ｓｉ2+）、３価（Ｓｉ3+）および４価（Ｓｉ4+）を含む。各結合状態にあるＳｉ原子の有無およびそれらの存在比（原子比）については、例えば、ＸＰＳにより負極活物質を分析することで確認できる。なお、負極活物質の最表層が意図せずに酸化されている（ＳｉＯ2 が形成されている）場合には、ＨＦなどでＳｉＯ2 を溶解除去してから分析することが好ましい。
【００３０】
負極活物質中にＳｉ−Ｍ１−Ｏが形成される場合には、０価〜４価の結合状態のうち、充放電時に不可逆容量を生じやすいと共に高抵抗である４価の存在比が相対的に減少すると共に、それとは反対の傾向を有する０価の存在比が相対的に増加する。これにより、負極活物質がＳｉＯx でも不可逆容量が生じにくくなる。
【００３１】
これに伴い、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比は、Ｓｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+の関係を満たしていることが好ましい。４価の存在比が少ないと、上記したように、不可逆容量が減少するからである。また、存在比は、Ｓｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+の関係を満たしていることが好ましい。４価の存在比が少なすぎると、かえってサイクル特性が低下するからである。さらに、Ｓｉ1+の存在比は、１０原子％未満であることが好ましい。１価の存在比が多すぎると、サイクル特性が低下するからである。
【００３２】
中でも、Ｍ１は、Ｃ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＳｎのうちの少なくとも１種であることが好ましいと共に、原子比ｘは、０．７≦ｘ≦１．３であることが好ましく、ｙ＝１．２であることがより好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００３３】
ＳｉおよびＯに対するＭ１の割合（Ｍ１／（Ｓｉ＋Ｏ））は、特に限定されないが、中でも、５０原子％以下であることが好ましく、２０原子％以下であることがより好ましい。Ｍ１の存在に起因する電池容量の低下を抑えつつ、上記した利点が得られるからである。
【００３４】
この負極活物質は、結晶性でもよいし、非結晶性（非晶質）でもよいし、低結晶性でもよいが、中でも、非結晶性または低結晶性であることが好ましい。結晶性（高結晶性）である場合と比較して、リチウムイオンが拡散されやすいため、そのリチウムイオンが円滑に吸蔵放出されやすいからである。さらに、負極活物質は、非結晶性であることが好ましい。負極活物質がリチウムイオンをトラップしにくくなるため、そのリチウムイオンの出入りが阻害されにくくなるからである。
【００３５】
「低結晶性」とは、負極活物質が非結晶領域および結晶領域の双方を含むことを意味しており、非結晶領域だけを有する「非結晶性」とは異なっている。負極活物質が低結晶性であるかどうかを確認するためには、例えば、高角散乱暗視野走査型透過電子顕微鏡（ＨＡＡＤＦ ＳＴＥＭ）などにより負極活物質を観察すればよい。ＴＥＭ写真から非結晶領域と結晶領域とが混在している様子を確認できれば、その負極活物質は低結晶性である。なお、非結晶領域と結晶領域とが混在している場合、その結晶領域は、粒状の輪郭を有する領域（結晶粒）として観察される。この結晶粒の内部には、結晶性に起因する縞状の模様（結晶格子縞）が観察されるため、その結晶粒を非結晶領域から識別できる。
【００３６】
また、負極活物質は、単層でもよいし、多層でもよいが、中でも、多層であることが好ましい。充放電時に負極活物質が膨張収縮しても、破損しにくくなるからである。詳細には、単層の負極活物質では、その厚さによっては内部応力が緩和されにくいため、充放電時に膨張収縮した際に破損（割れおよび剥がれなど）する可能性がある。これに対して、多層の負極活物質では、層間に生じた微小な隙間が応力緩和用のギャップとして機能することで内部応力が緩和されるため、負極活物質が破損しにくくなる。
【００３７】
なお、単層の負極活物質では、その単一の層内にＳｉ、ＯおよびＭ１が含まれることになる。一方、多層の負極活物質では、ＳｉとＯとＭ１とを含む層が積層されていてもよいし、ＳｉおよびＯを含む層とＳｉおよびＯと共にＭ１を含む層とが積層されていてもよいし、両者が混在していてもよい。この場合でも、同様の効果が得られる。もちろん、多層における各層の積層順は、任意でよい。
【００３８】
特に、負極活物質は、未充電状態でＬｉを構成元素として含んでいてもよい。負極活物質の電気抵抗が低下するからである。このＬｉは、未充電状態で既に負極活物質に含まれていることから、例えば、充電時に正極から放出されると共に負極に吸蔵されたＬｉではなく、あらかじめ負極活物質中に含有されていたものである。
【００３９】
この場合でも、Ｌｉは、ＳｉおよびＯとは結合せずに単独（単体）で存在していてもよいし、ＳｉまたはＯと化合物または合金を形成していてもよい。中でも、Ｌｉのうちの少なくとも一部は、ＳｉおよびＯのうちの少なくとも一方と化合物を形成していることが好ましい。これに伴い、負極活物質は、Ｓｉ−Ｌｉ−Ｏを含んでいることが好ましい。不可逆容量が減少するからである。
【００４０】
ここで、負極活物質がＳｉおよびＯと共にＭ１を含んでいることを確認するためには、上記したＳＥＭ観察の他、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）またはエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）により負極活物質を分析してもよい。
【００４１】
この場合には、負極活物質の酸化度などを測定すれば、その負極活物質の組成（原子比ｘ）を特定できる。酸化度を測定する場合には、例えば、燃焼法により負極活物質を定量して、全体のＳｉ量およびＯ量を算出する。これにより、負極活物質中のＳｉ量およびＯ量が特定されるため、酸化度を特定できる。
【００４２】
負極活物質のメジアン径は、特に限定されないが、中でも、０．３μｍ〜２０μｍであることが好ましい。充放電時に負極活物質がリチウムイオンを吸蔵放出しやすくなると共に、その負極活物質が割れにくくなるからである。詳細には、メジアン径が０．３μｍよりも小さいと、負極活物質の総表面積が大きくなりすぎるため、充放電時に膨張収縮しやすくなる可能性がある。一方、メジアン径が２０μｍよりも大きいと、充放電時に負極活物質が割れやすくなる可能性がある。
【００４３】
特に、負極は、負極活物質の表面に導電層を含んでいることが好ましい。この導電層は、負極活物質の表面のうちの少なくとも一部に設けられていると共に、負極活物質よりも低い電気抵抗を有している。負極活物質が電解液と接触しにくくなるため、その電解液の分解反応が抑制されるからである。また、負極活物質の電気抵抗がより低下するからである。この導電層は、例えば、炭素材料、金属材料または無機化合物などのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。炭素材料は、例えば、黒鉛などである。金属材料は、例えば、Ｆｅ、ＣｕまたはＡｌなどである。無機化合物は、例えば、ＳｉＯ2 などである。中でも、炭素材料または金属材料が好ましく、炭素材料がより好ましい。負極活物質の電気抵抗がより低下するからである。
【００４４】
この導電部の平均被覆率および平均厚さは、任意である。平均厚さは、例えば、以下の手順により算出される。まず、ＳＥＭにより１個の負極活物質を観察する。この観察時の倍率は、導電層の厚さを測定するために、負極活物質と導電層との境界を目視で確認（決定）できるような倍率であることが好ましい。続いて、任意の１０点で導電層の厚さを測定したのち、その平均値（１個当たりの平均厚さ）を算出する。この場合には、できるだけ特定の場所周辺に集中せずに広く分散されるように測定位置を設定することが好ましい。続いて、ＳＥＭによる観察個数の総数が１００個になるまで、上記した平均値の算出作業を繰り返す。最後に、１００個の負極活物質について算出された平均値（１個当たりの平均厚さ）の平均値（平均厚さの平均値）を算出して、平均厚さとする。
【００４５】
また、平均被覆率は、例えば、以下の手順により算出される。まず、平均厚さを算出した場合と同様に、ＳＥＭにより１個の負極活物質を観察する。この観察時の倍率は、負極活物質のうち、導電層により被覆されている部分と被覆されていない部分とを目視で識別できるような倍率であることが好ましい。続いて、負極活物質の外縁（輪郭）のうち、導電層により被覆されている部分の長さと被覆されていない部分の長さとを測定する。そして、被覆率（１個当たりの被覆率：％）＝（導電層により被覆されている部分の長さ／負極活物質の外縁の長さ）×１００を算出する。続いて、ＳＥＭによる観察個数の総数が１００個になるまで、上記した被覆率の算出作業を繰り返す。最後に、１００個の負極活物質について算出された被覆率（１個当たりの被覆率）の平均値を算出して、平均被覆率とする。
【００４６】
負極結着剤は、例えば、合成ゴムまたは高分子材料などのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムまたはエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリマレイン酸またはこれらの共重合体などである。この他、高分子材料は、例えば、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムまたはポリビニルアルコールなどでもよい。
【００４７】
負極導電剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックまたはケチェンブラックなどの炭素材料のいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、負極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などでもよい。
【００４８】
なお、負極活物質層２は、必要に応じて、上記したと共に、他の種類の負極活物質を含んでいてもよい。
【００４９】
他の負極活物質は、例えば、炭素材料である。負極活物質層２の電気抵抗が低下すると共に、その負極活物質層２が充放電時に膨張収縮しにくくなるからである。この炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、（００２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上の難黒鉛化性炭素、または（００２）面の面間隔が０．３４ｎｍ以下の黒鉛などである。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭またはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状または鱗片状のいずれでもよい。なお、負極活物質層２における炭素材料の含有量は、特に限定されないが、中でも、６０％重量％以下、さらに１０重量％〜６０重量％であることが好ましい。
【００５０】
また、他の負極活物質は、金属酸化物または高分子化合物でもよい。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロールなどである。
【００５１】
負極活物質層２は、例えば、塗布法、焼成法（焼結法）またはそれらの２種類以上の方法により形成されている。塗布法とは、例えば、負極活物質を負極結着剤などと混合したのち、有機溶剤などに分散させて塗布する方法である。焼成法とは、例えば、塗布法と同様の手順で塗布したのち、負極結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法については、公知の手法を用いることができる。一例としては、雰囲気焼成法、反応焼成法またはホットプレス焼成法などが挙げられる。
【００５２】
［負極の製造方法］
この負極は、例えば、以下の手順により製造される。
【００５３】
まず、蒸着法またはスパッタ法などの気相成長法を用いて、基盤の表面に負極活物質の形成材料を堆積させる。この場合には、原材料として、Ｓｉ、ＯおよびＭ１をあらかじめ含む材料を用いてもよいし、ＳｉおよびＯを含む材料（ＳｉＯx など）とＭ１の単体とを用いてもよい。後者の場合には、Ｍ１の堆積速度に応じて、そのＭ１の割合を調整できる。この気相成長法を用いることで、負極活物質が非結晶性になりやすい傾向にある。この場合には、誘導加熱、抵抗加熱または電子ビーム（ＥＢ）加熱などにより加熱しながら堆積させてもよいし、堆積させたのちに加熱してもよい。低結晶性の程度は、例えば、加熱時の温度および時間などの条件に応じて制御される。
【００５４】
特に、気相成長法を用いる場合には、負極活物質の形成材料を加熱させるだけでなく、成膜用の基盤も加熱することで、その膜中にＳｉ−Ｍ１−Ｏを形成しやすくなる。この基盤温度は、例えば、２５℃〜８００℃であることが好ましい。８００℃を越えると、ＳｉＯx などが再蒸発してしまうからである。なお、負極活物質の形成材料を堆積させる場合には、チャンバ内に導入するＯ2 ガスおよびＨ2 ガスなどの導入量を調整することで、原子比ｘを調整できる。また、基盤温度または負極活物質の形成材料の温度を調整することで、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比を制御できる。こののち、堆積膜を粉砕して負極活物質を得る。この場合には、所望の粒度（メジアン径など）の負極活物質が得られるまで粉砕を繰り返してもよい。
【００５５】
なお、負極活物質を得たのち、蒸着法、スパッタ法または化学蒸着（ＣＶＤ）法などの気相成長法、または湿式コート法などを用いて、負極活物質の表面に導電層を形成してもよい。
【００５６】
蒸着法を用いる場合には、例えば、負極活物質の表面に蒸気を直接吹き付けて導電層を形成する。スパッタ法を用いる場合には、例えば、Ａｒガスを導入しながら粉体スパッタ法を用いて導電部を形成する。ＣＶＤ法を用いる場合には、例えば、金属塩化物を昇華させたガスとＨ2 およびＮ2 などの混合ガスとを、金属塩化物のモル比が０．０３〜０．３となるように混合したのち、１０００℃以上に加熱して負極活物質の表面に導電層を形成する。湿式コート法を用いる場合には、例えば、負極活物質を含むスラリーに含金属溶液を添加しながらアルカリ溶液を添加して金属水酸化物を形成したのち、４５０℃で水素による還元処理を行って負極活物質の表面に導電層を形成する。なお、導電層の形成材料として炭素材料を用いる場合には、負極活物質をチャンバ内に投入し、そのチャンバ内に有機ガスを導入したのち、１００００Ｐａおよび１０００℃以上の条件で加熱処理を５時間行って負極活物質の表面に導電層を形成する。この有機ガスの種類は、加熱分解により炭素を生じさせるものであれば特に限定されないが、例えば、メタン、エタン、エチレン、アセチレンまたはプロパンなどである。
【００５７】
続いて、負極活物質と負極結着剤などの他の材料とを混合して負極合剤としたのち、有機溶剤などの溶媒に溶解させて負極合剤スラリーとする。最後に、負極集電体１の表面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて負極活物質層２を形成する。こののち、必要に応じて負極活物質層２を圧縮成型および加熱（焼成）してもよい。
【００５８】
［本実施形態の作用および効果］
この負極によれば、負極活物質がＳｉおよびＯと共にＬｉ等の元素Ｍを構成元素として含んでおり、そのＳｉに対するＯの原子比ｙが０．５≦ｙ≦１．８である。これにより、負極活物質がリチウムイオンを円滑に吸蔵放出しやすくなる。また、負極活物質中にＳｉ−Ｍ−Ｏが形成されやすいため、不可逆容量の発生が抑制されると共に、負極活物質の電気抵抗が低下する。よって、負極を用いたリチウムイオン二次電池の性能向上、具体的にはサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性などの向上に寄与できる。
【００５９】
特に、ＳｉおよびＯに対するＭ１の割合が５０原子％以下、さらに２０原子％以下であれば、より高い効果を得ることができる。また、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比がＳｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+、Ｓｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+という関係を満たしていると共に、Ｓｉ1+の存在比が１０原子％未満であれば、より高い効果を得ることができる。さらに、負極活物質が多層であれば、より高い効果を得ることができる。
【００６０】
また、負極活物質が未充電状態でＬｉを構成元素として含んでおり、その負極活物質がＳｉ−Ｌｉ−Ｏを含んでいれば、より高い効果を得ることができる。また、負極活物質の表面にそれよりも電気抵抗が低い導電層が形成されていれば、より高い効果を得ることができる。
【００６１】
＜２．リチウムイオン二次電池＞
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池（以下、単に「二次電池」という。について説明する。
【００６２】
＜２−１．角型＞
図２および図３は、角型の二次電池の断面構成を表しており、図３では、図２に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示している。また、図４は、図３に示した正極２１および負極２２の平面構成を模式的に表している。
【００６３】
［二次電池の全体構成］
角型の二次電池は、主に、電池缶１１の内部に電池素子２０が収納されたものである。この電池素子２０は、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とが積層および巻回された巻回積層体であり、電池缶１１の形状に応じて扁平状になっている。
【００６４】
電池缶１１は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材は、図３に示したように、長手方向における断面が矩形型または略矩形型（一部に曲線を含む）の形状を有しており、矩形状だけでなくオーバル形状の角型電池にも適用される。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状または円弧を直線で結んだ略矩形状（長円形状）の開口部を有する有底矩形型または有底長円形状型の器状部材である。なお、図４では、電池缶１１が矩形型の断面形状を有する場合を示している。
【００６５】
この電池缶１１は、例えば、Ｆｅ、Ａｌまたはそれらの合金などの導電性材料により形成されており、電極端子としての機能を有している場合もある。中でも、充放電時に固さ（変形しにくさ）を利用して電池缶１１の膨れを抑えるためには、Ａｌよりも固いＦｅが好ましい。なお、電池缶１１がＦｅ製である場合、その表面にＮｉなどが鍍金されていてもよい。
【００６６】
また、電池缶１１は、一端部が開放されると共に他端部が閉鎖された中空構造を有しており、その開放端部に取り付けられた絶縁板１２および電池蓋１３により密閉されている。絶縁板１２は、電池素子２０と電池蓋１３との間に設けられていると共に、例えば、ポリプロピレンなどの絶縁性材料により形成されている。電池蓋１３は、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されており、その電池缶１１と同様に電極端子としての機能を有していてもよい。
【００６７】
電池蓋１３の外側には、正極端子となる端子板１４が設けられており、その端子板１４は、絶縁ケース１６を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されている。この絶縁ケース１６は、例えば、ポリブチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成されている。電池蓋１３のほぼ中央には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、端子板１４と電気的に接続されると共にガスケット１７を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されるように正極ピン１５が挿入されている。このガスケット１７は、例えば、絶縁性材料により形成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。
【００６８】
電池蓋１３の周縁付近には、開裂弁１８および注入孔１９が設けられている。開裂弁１８は、電池蓋１３と電気的に接続されており、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して電池の内圧が一定以上となった場合に、電池蓋１３から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔１９は、例えば、ステンレス鋼球からなる封止部材１９Ａにより塞がれている。
【００６９】
正極２１の端部（例えば内終端部）には、Ａｌなどの導電性材料により形成された正極リード２４が取り付けられていると共に、負極２２の端部（例えば外終端部）には、Ｎｉなどの導電性材料により形成された負極リード２５が取り付けられている。正極リード２４は、正極ピン１５の一端に溶接されていると共に端子板１４と電気的に接続されており、負極リード２５は、電池缶１１に溶接されていると共にその電池缶１１と電気的に接続されている。
【００７０】
［正極］
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを有している。ただし、正極活物質層２１Ｂは、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよい。
【００７１】
正極集電体２１Ａは、例えば、Ａｌ、Ｎｉまたはステンレスなどの導電性材料により形成されている。
【００７２】
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵放出可能である正極材料のいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、必要に応じて正極結着剤または正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、正極結着剤または正極導電剤に関する詳細は、例えば、既に説明した負極結着剤および負極導電剤と同様である。
【００７３】
正極材料としては、Ｌｉ含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このＬｉ含有化合物は、例えば、Ｌｉと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物や、Ｌｉと遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物などである。中でも、遷移金属元素は、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅのいずれか１種類または２種類以上であることが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx Ｍ１１Ｏ2 またはＬｉy Ｍ１２ＰＯ4 で表される。式中、Ｍ１１およびＭ１２は、１種類以上の遷移金属元素を表している。ｘおよびｙの値は、充放電状態に応じて異なるが、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。特に、正極材料がＮｉまたはＭｎを含んでいると、体積安定率が向上する傾向にある。
【００７４】
Ｌｉと遷移金属元素とを含む複合酸化物は、例えば、Ｌｉx ＣｏＯ2 、Ｌｉx ＮｉＯ2 、または式（１）で表されるＬｉＮｉ系複合酸化物などである。Ｌｉと遷移金属元素とを含むリン酸化合物は、例えば、ＬｉＦｅＰＯ4 またはＬｉＦｅ1-u Ｍｎu ＰＯ4 （ｕ＜１）などである。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。なお、正極材料は、上記以外の材料でもよい。例えば、Ｌｉx Ｍ１４y Ｏ2 （Ｍ１４はＮＩと式（１）に示したＭ１３のうちの少なくとも１種とであると共に、ｘ＞１であり、ｙは任意である。）で表される材料などである。
【００７５】
ＬｉＮｉ1-x Ｍ１３x Ｏ2 …（１）
（Ｍ１３はＣｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｙ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｂ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｐ、ＳｂおよびＮｂのうちの少なくとも１種である。ｘは０．００５＜ｘ＜０．５である。）
【００７６】
この他、正極材料は、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などである。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムまたは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンまたは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンまたはポリチオフェンなどである。
【００７７】
［負極］
負極２２は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを有している。負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成は、それぞれ負極集電体１および負極活物質層２の構成と同様である。リチウムイオンを吸蔵放出可能である負極材料の充電可能な容量は、正極２１の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。充放電時に意図せずにＬｉ金属が析出することを防止するためである。
【００７８】
図４に示したように、正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極集電体２１Ａの表面の一部（例えば長手方向における中央領域）に設けられている。これに対して、負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極集電体２２Ａの全面に設けられている。これにより、負極活物質層２２Ｂは、負極集電体２２Ａのうち、正極活物質層２１Ｂと対向する領域（対向領域Ｒ１）および対向しない領域（非対向領域Ｒ２）に設けられている。この場合には、負極活物質層２２Ｂのうち、対向領域Ｒ１に設けられている部分が充放電に関与するが、非対向領域Ｒ２に設けられている部分は充放電にほとんど関与しない。なお、図４では、正極活物質層２１Ｂおよび負極活物質層２２Ｂに網掛けしている。
【００７９】
上記したように、負極活物質層２２Ｂに含まれる負極活物質は、所定の組成（原子比ｘ）を有していると共に、必要に応じて充放電前の状態からＬｉを含んでいる場合もある。しかしながら、充放電時の膨張収縮に起因して負極活物質層２２Ｂが変形または破損する可能性があるため、負極活物質の組成などが負極活物質層２２Ｂの形成時の状態から変動し得る。しかしながら、非対向領域Ｒ２では、充放電の影響をほとんど受けず、負極活物質層２２Ｂの形成状態が維持されるため、負極活物質の組成（原子比ｘおよびＭ１の割合）およびＳｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比（原子比）などについては、非対向領域Ｒ２の負極活物質層２２Ｂにおいて調べることが好ましい。充放電の履歴（充放電の有無および回数など）に依存せずに、負極活物質の組成などを再現性よく正確に調べることができるからである。
【００８０】
この負極２２の満充電状態における最大利用率（以下、単に「負極利用率」という。）は、特に限定されず、正極２１の容量と負極２２の容量との割合に応じて任意に設定可能である。
【００８１】
上記した「負極利用率」は、利用率Ｚ（％）＝（Ｘ／Ｙ）×１００で表される。ここで、Ｘは、負極２２の満充電状態における単位面積当たりのリチウムイオンの吸蔵量であり、Ｙは、負極２２の単位面積当たりにおける電気化学的に吸蔵可能なリチウムイオンの量である。
【００８２】
吸蔵量Ｘについては、例えば、以下の手順で求めることができる。最初に、満充電状態になるまで二次電池を充電させたのち、その二次電池を解体して、負極２２のうちの正極２１と対向している部分（検査負極）を切り出す。続いて、検査負極を用いて、金属リチウムを対極とした評価電池を組み立てる。最後に、評価電池を放電させて初回放電時の放電容量を測定したのち、その放電容量を検査負極の面積で割って吸蔵量Ｘを算出する。この場合の「放電」とは、検査負極からリチウムイオンが放出される方向へ通電することを意味しており、例えば、０．１ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で電池電圧が１．５Ｖに達するまで定電流放電する。
【００８３】
一方、吸蔵量Ｙについては、例えば、上記した放電済みの評価電池を電池電圧が０Ｖになるまで定電流定電圧充電して充電容量を測定したのち、その充電容量を検査負極の面積で割って算出する。この場合の「充電」とは、検査負極にリチウムイオンが吸蔵される方向へ通電することを意味しており、例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 であると共に電池電圧が０Ｖである定電圧充電において、電流密度が０．０２ｍＡ／ｃｍ2 に達するまで行う。
【００８４】
中でも、負極利用率は、３５％〜８０％であることが好ましい。優れたサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性が得られるからである。
【００８５】
［セパレータ］
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離して、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら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２３は、例えば、合成樹脂また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種類以上の多孔質膜が積層された積層膜でもよい。合成樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどが挙げられる。
【００８６】
［電解液］
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００８７】
溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒のいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。この非水溶媒は、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、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルまたはジメチルスルホキシドなどである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００８８】
中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種が好ましい。より優れた特性が得られるからである。この場合には、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンなどの高粘度（高誘電率）溶媒（例えば比誘電率ε≧３０）と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒（例えば粘度≦１ｍＰａ・ｓ）との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。
【００８９】
特に、非水溶媒は、ハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。充放電時に負極２２の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。ハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として含む（少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された）鎖状炭酸エステルである。ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として含む（少なくとも１つのＨがハロゲンにより置換された）環状炭酸エステルである。
【００９０】
ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、Ｆ、ＣｌまたはＢｒが好ましく、Ｆがより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、１つよりも２つが好ましく、さらに３つ以上でもよい。保護膜を形成する能力が高くなると共に、より強固で安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。
【００９１】
ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス（フルオロメチル）または炭酸ジフルオロメチルメチルなどである。ハロゲン化環状炭酸エステルは、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンまたは４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどである。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。非水溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、０．０１重量％〜５０重量％である。
【００９２】
また、非水溶媒は、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２２の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとは、１または２以上の不飽和炭素結合を含む（いずれかの箇所に不飽和炭素結合が導入された）環状炭酸エステルである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、例えば、炭酸ビニレンまたは炭酸ビニルエチレンなどである。非水溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、０．０１重量％〜１０重量％である。
【００９３】
また、非水溶媒は、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。電解液の化学的安定性が向上するからである。スルトンは、例えば、プロパンスルトンまたはプロペンスルトンなどである。非水溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、０．５重量％〜５重量％である。
【００９４】
さらに、非水溶媒は、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。酸無水物は、例えば、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物またはカルボン酸スルホン酸無水物などである。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸または無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸または無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸スルホン酸無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸または無水スルホ酪酸などである。非水溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、０．５重量％〜５重量％である。
【００９５】
電解質塩は、例えば、Ｌｉ塩などの軽金属塩のいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。Ｌｉ塩は、例えば、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 、ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＡｌＣｌ4 、Ｌｉ2 ＳｉＦ6 、ＬｉＣｌまたはＬｉＢｒなどであり、その他の種類のＬｉ塩でもよい。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００９６】
中でも、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 およびＬｉＡｓＦ6 のいずれか１種類または２種類以上が好ましく、ＬｉＰＦ6 またはＬｉＢＦ4 が好ましく、ＬｉＰＦ6 がより好ましい。内部抵抗が低下するため、より優れた特性が得られるからである。
【００９７】
電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
【００９８】
［二次電池の動作］
この角型の二次電池では、例えば、充電時に正極２１から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極２２に吸蔵される。また、例えば、放電時に負極２２から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極２１に吸蔵される。
【００９９】
［二次電池の製造方法］
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
【０１００】
まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤などに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどのコーティング装置を用いて正極集電体２１Ａに正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて正極活物質層２１Ｂを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型する。この場合には、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。
【０１０１】
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の作製手順により、負極集電体２２Ａに負極活物質層２２Ｂを形成して負極２２を作製する。
【０１０２】
次に、電池素子２０を作製する。最初に、溶接法などにより正極集電体２１Ａに正極リード２４を取り付けると共に負極集電体２２Ａに負極リード２５を取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層させたのち、それらを長手方向において巻回させる。最後に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。
【０１０３】
最後に、二次電池を組み立てる。最初に、電池缶１１の内部に電池素子２０を収納したのち、その電池素子２０の上に絶縁板１２を載せる。続いて、溶接法などで正極リード２４を正極ピン１５に取り付けると共に負極リード２５を電池缶１１に取り付ける。この場合には、レーザ溶接法などにより電池缶１１の開放端部に電池蓋１３を固定する。最後に、注入孔１９から電池缶１１の内部に電解液を注入してセパレータ２３に含浸させたのち、その注入孔１９を封止部材１９Ａで塞ぐ。
【０１０４】
［二次電池の作用および効果］
この角型の二次電池によれば、負極２２が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、同様の作用が得られる。よって、サイクル特性、初回充放電特性および負荷特性などの優れた電池特性を得ることができる。これ以外の効果は、リチウムイオン二次電池用負極と同様である。
【０１０５】
＜２−２．円筒型＞
図５および図６は、円筒型二次電池の断面構成を表しており、図６では、図５に示した巻回電極体４０の一部を拡大している。以下では、既に説明した角型の二次電池の構成要素を随時引用する。
【０１０６】
［二次電池の構成］
円筒型の二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶３１の内部に巻回電極体４０および一対の絶縁板３２，３３が収納されたものである。この巻回電極体４０は、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とが積層および巻回された巻回積層体である。
【０１０７】
電池缶３１は、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されている。一対の絶縁板３２，３３は、巻回電極体４０を上下から挟むと共にその巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
【０１０８】
電池缶３１の開放端部には電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子（ＰＴＣ素子）３６がガスケット３７を介してかしめられており、その電池缶３１は密閉されている。電池蓋３４は、例えば、電池缶３１と同様の材料により形成されている。安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６は電池蓋３４の内側に設けられており、その安全弁機構３５は熱感抵抗素子３６を介して電池蓋３４と電気的に接続されている。この安全弁機構３５では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板３５Ａが反転して電池蓋３４と巻回電極体４０との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子３６は、温度上昇に応じた抵抗増加により、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット３７は、例えば、絶縁材料により形成されており、その表面にはアスファルトが塗布されていてもよい。
【０１０９】
巻回電極体４０の中心には、センターピン４４が挿入されていてもよい。正極４１には、Ａｌなどの導電性材料により形成された正極リード４５が接続されていると共に、負極４２には、Ｎｉなどの導電性材料により形成された負極リード４６が接続されている。正極リード４５は、安全弁機構３５に溶接などされ、電池蓋３４と電気的に接続されていると共に、負極リード４６は電池缶３１に溶接などされ、それと電気的に接続されている。
【０１１０】
正極４１は、例えば、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを有している。負極４２は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを有している。正極集電体４１Ａ、正極活物質層４１Ｂ、負極集電体４２Ａ、負極活物質層４２Ｂおよびセパレータ４３の構成は、それぞれ正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成と同様である。また、セパレータ３５に含浸されている電解液の組成は、角型の二次電池における電解液の組成と同様である。
【０１１１】
［二次電池の動作］
この円筒型の二次電池では、例えば、充電時に正極４１から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極４２に吸蔵される。また、例えば、放電時に負極４２から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極４１に吸蔵される。
【０１１２】
［二次電池の製造方法］
この円筒型の二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、例えば、正極２１および負極２２と同様の作製手順により、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを形成して正極４１を作製すると共に、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを形成して負極４２を作製する。続いて、溶接法などにより正極４１に正極リード４５を取り付けると共に負極４２に負極リード４６を取り付ける。続いて、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とを積層および巻回させて巻回電極体４０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン４４を挿入する。続いて、一対の絶縁板３２，３３で挟みながら巻回電極体４０を電池缶３１の内部に収納する。この場合には、溶接法などにより正極リード４５を安全弁機構３５に取り付けると共に負極リード４６の先端部を電池缶３１に取り付ける。続いて、電池缶３１の内部に電解液を注入してセパレータ４３に含浸させる。最後に、電池缶３１の開口端部に電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６を取り付けたのち、それらをガスケット３７を介してかしめる。
【０１１３】
［二次電池の作用および効果］
この円筒型の二次電池では、負極４２が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、角型の二次電池と同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
＜２−３．ラミネートフィルム型＞
図７は、ラミネートフィルム型二次電池の分解斜視構成を表しており、図８は、図７に示した巻回電極体５０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面を拡大している。
【０１１５】
［二次電池の構成］
ラミネートフィルム型の二次電池は、主に、フィルム状の外装部材６０の内部に巻回電極体５０が収納されたものである。この巻回電極体５０は、セパレータ５５および電解質層５６を介して正極５３と負極５４とが積層および巻回された巻回積層体である。正極５３には正極リード５１が取り付けられていると共に、負極５４には負極リード５２が取り付けられている。巻回電極体５０の最外周部は、保護テープ５７により保護されている。
【０１１６】
正極リード５１および負極リード５２は、例えば、外装部材６０の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード５１は、例えば、Ａｌなどの導電性材料により形成されていると共に、負極リード５２は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉまたはステンレスなどの導電性材料により形成されている。これらの材料は、例えば、薄板状または網目状になっている。
【０１１７】
外装部材６０は、例えば、融着層、金属層および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る。このラミネートフィルムでは、例えば、融着層が巻回電極体５０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、または接着剤などにより貼り合わされている。融着層は、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのフィルムである。金属層は、例えば、Ａｌ箔などである。表面保護層は、例えば、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートなどのフィルムである。
【０１１８】
中でも、外装部材６０としては、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムが好ましい。ただし、外装部材６０は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムでもよい。
【０１１９】
外装部材６０と正極リード５１および負極リード５２との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム６１が挿入されている。この密着フィルム６１は、正極リード５１および負極リード５２に対して密着性を有する材料により形成されている。このような材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂である。
【０１２０】
正極５３は、例えば、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを有している。負極５４は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを有している。正極集電体５３Ａ、正極活物質層５３Ｂ、負極集電体５４Ａおよび負極活物質層５４Ｂの構成は、それぞれ正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成と同様である。また、セパレータ５５の構成は、セパレータ２３の構成と同様である。
【０１２１】
電解質層５６は、高分子化合物により電解液が保持されたものであり、必要に応じて添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層５６は、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。
【０１２２】
高分子化合物は、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。である。中でも、ポリフッ化ビニリデン、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。
【０１２３】
電解液の組成は、例えば、角型の二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層５６において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。このため、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。
【０１２４】
なお、ゲル状の電解質層５６に代えて、電解液を用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ５５に含浸される。
【０１２５】
［二次電池の動作］
このラミネートフィルム型の二次電池では、例えば、充電時に正極５３から放出されたリチウムイオンが電解質層５６を介して負極５４に吸蔵される。また、例えば、放電時に負極５４から放出されたリチウムイオンが電解質層５６を介して正極５３に吸蔵される。
【０１２６】
［二次電池の製造方法］
このゲル状の電解質層５６を備えたラミネートフィルム型の二次電池は、例えば、以下の３種類の手順により製造される。
【０１２７】
第１手順では、最初に、正極２１および負極２２と同様の作製手順により、正極５３および負極５４を作製する。この場合には、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを形成して正極５３を作製すると共に、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを形成して負極５４を作製する。続いて、電解液と、高分子化合物と、有機溶剤などとを含む前駆溶液を調製したのち、その前駆溶液を正極５３および負極５４に塗布してゲル状の電解質層５６を形成する。続いて、溶接法などにより正極集電体５３Ａに正極リード５１を取り付けると共に負極集電体５４Ａに負極リード５２を取り付ける。続いて、電解質層５６が形成された正極５３と負極５４とをセパレータ５５を介して積層および巻回させて巻回電極体５０を作製したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させる。最後に、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回電極体５０を挟み込んだのち、熱融着法などにより外装部材６０の外周縁部同士を接着させて、その外装部材６０に巻回電極体５０を封入する。この場合には、正極リード５１および負極リード５２と外装部材６０との間に密着フィルム６１を挿入する。
【０１２８】
第２手順では、最初に、正極５３に正極リード５１を取り付けると共に、負極５４に負極リード５２を取り付ける。続いて、セパレータ５５を介して正極５３と負極５４とを積層および巻回させて、巻回電極体５０の前駆体である巻回体を作製したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させる。続いて、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、熱融着法などで一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着させて、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材６０の内部に注入したのち、熱融着法などにより外装部材６０の開口部を密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層５６を形成する。
【０１２９】
第３手順では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ５５を用いることを除き、上記した第２手順と同様に、巻回体を作製して袋状の外装部材６０の内部に収納する。このセパレータ５５に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体（単独重合体、共重合体または多元共重合体など）が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体、またはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、フッ化ビニリデンを成分とする重合体と一緒に、他の１種類または２種類以上の高分子化合物を用いてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材６０の内部に注入したのち、熱融着法などで外装部材６０の開口部を密封する。最後に、外装部材６０に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ５５を正極５３および負極５４に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸するため、その高分子化合物がゲル化して電解質層５６が形成される。
【０１３０】
この第３手順では、第１手順よりも電池膨れが抑制される。また、第２手順よりも高分子化合物の原料であるモノマーまたは有機溶剤などが電解質層５６中にほとんど残らないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。このため、正極５３、負極５４およびセパレータ５５と電解質層５６との間において十分な密着性が得られる。
【０１３１】
［二次電池の作用および効果］
このラミネートフィルム型の二次電池では、負極５４が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、角型の二次電池と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
＜３．リチウムイオン二次電池の用途＞
次に、上記したリチウムイオン二次電池の適用例について説明する。
【０１３３】
リチウムイオン二次電池の用途は、それを駆動用の電源または電力蓄積用の電力貯蔵源などとして用いることが可能な機械、機器、器具、装置またはシステム（複数の機器などの集合体）などであれば、特に限定されない。リチウムイオン二次電池が電源として用いられる場合、それは主電源（優先的に使用される電源）でもよいし、補助電源（主電源に代えて、または主電源から切り換えて使用される電源）でもよい。この主電源の種類は、リチウムイオン二次電池に限られない。
【０１３４】
リチウムイオン二次電池の用途としては、例えば、以下の用途などが挙げられる。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオ、携帯用テレビまたは携帯用情報端末などの携帯用電子機器である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源またはメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルまたは電動のこぎりなどの電動工具である。ノート型パソコンなどの電源として用いられる電池パックである。ペースメーカーまたは補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。もちろん、上記以外の用途でもよい。
【０１３５】
中でも、リチウムイオン二次電池は、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器などに適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本技術のリチウムイオン二次電池を用いることにより、有効に特性向上を図ることができるからである。なお、電池パックは、リチウムイオン二次電池を用いた電源であり、いわゆる組電池などである。電動車両は、リチウムイオン二次電池を駆動用電源として作動（走行）する車両であり、上記したように、リチウムイオン二次電池以外の駆動源も併せて備えた自動車（ハイブリッド自動車など）でもよい。電力貯蔵システムは、リチウムイオン二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源であるリチウムイオン二次電池に電力が蓄積されており、その電力が必要に応じて消費されるため、家庭用の電気製品などが使用可能になる。電動工具は、リチウムイオン二次電池を駆動用の電源として可動部（例えばドリルなど）が可動する工具である。電子機器は、リチウムイオン二次電池を駆動用の電源として各種機能を発揮する機器である。
【０１３６】
ここで、リチウムイオン二次電池のいくつかの適用例について具体的に説明する。なお、以下で説明する各適用例の構成はあくまで一例であるため、適宜変更可能である。
【０１３７】
＜３−１．電池パック＞
図９は、電池パックのブロック構成を表している。この電池パックは、例えば、図１０に示したように、プラスチック材料などにより形成された筐体６０の内部に、制御部６１と、電源６２と、スイッチ部６３と、電流測定部６４と、温度検出部６５と、電圧検出部６６と、スイッチ制御部６７と、メモリ６８と、温度検出素子６９と、電流検出抵抗７０と、正極端子７１および負極端子７２とを備えている。
【０１３８】
制御部６１は、電池パック全体の動作（電源６２の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などを含んでいる。電源６２は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。この電源６２は、例えば、２以上のリチウムイオン二次電池を含む組電池であり、それらの接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源６２は、２並列３直列となるように接続された６つのリチウムイオン二次電池を含んでいる。
【０１３９】
スイッチ部６３は、制御部６１の指示に応じて電源６２の使用状態（電源６２と外部機器との接続の可否）を切り換えるものである。このスイッチ部６３は、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオード（いずれも図示せず）などを含んでいる。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチである。
【０１４０】
電流測定部６４は、電流検出抵抗７０を用いて電流を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するものである。温度検出部６５は、温度検出素子６９を用いて温度を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するようになっている。この温度測定結果は、例えば、異常発熱時に制御部６１が充放電制御を行う場合や、制御部６１が残容量の算出時に補正処理を行うために用いられる。電圧検出部６６は、電源６２中におけるリチウムイオン二次電池の電圧を測定して、その測定電圧アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ）変換して制御部６１に供給するものである。
【０１４１】
スイッチ制御部６７は、電流測定部６６および電圧測定部６６から入力される信号に応じて、スイッチ部６３の動作を制御するものである。
【０１４２】
このスイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部６７（充電制御スイッチ）を切断して、電源６２の電流経路に充電電流が流れないように制御するようになっている。これにより、電源６２では、放電用ダイオードを介して放電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部６７は、例えば、充電時に大電流が流れた場合に、充電電流を遮断するようになっている。
【０１４３】
また、スイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部６７（放電制御スイッチ）を切断して、電源６２の電流経路に放電電流が流れないように制御するようになっている。これにより、電源６２では、充電用ダイオードを介して充電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部６７は、例えば、放電時に大電流が流れた場合に、放電電流を遮断するようになっている。
【０１４４】
なお、リチウムイオン二次電池では、例えば、過充電検出電圧は４．２０Ｖ±０．０５Ｖであり、過放電検出電圧は２．４Ｖ±０．１Ｖである。
【０１４５】
メモリ６８は、例えば、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭなどである。このメモリ６８には、例えば、制御部６１により演算された数値や、製造工程段階で測定されたリチウムイオン二次電池の情報（例えば、初期状態の内部抵抗など）が記憶されている。なお、メモリ６８にリチウムイオン二次電池の満充電容量を記憶させておけば、制御部１０が残容量などの情報を把握できる。
【０１４６】
温度検出素子６９は、電源６２の温度を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するものであり、例えば、サーミスタなどである。
電流検出抵抗７０は、
【０１４７】
正極端子７１および負極端子７２は、電池パックを用いて稼働される外部機器（例えばノート型のパーソナルコンピュータなど）または電池パックを充電するために用いられる外部機器（例えば充電器など）に接続される端子である。電源６２の充放電は、正極端子７１および負極端子７２を介して行われる。
【０１４８】
＜３−２．電動車両＞
図１０は、電動車両の一例であるハイブリッド自動車のブロック構成を表している。この電動車両は、例えば、図１０に示したように、金属製の筐体７３の内部に、制御部７４と、エンジン７５と、電源７６と、駆動用のモータ７７と、差動装置７８と、発電機７９と、トランスミッション８０およびクラッチ８１と、インバータ８２，８３と、各種センサ８４とを備えている。この他、電動車両は、例えば、差動装置７８およびトランスミッション８０に接続された前輪用駆動軸８５および前輪８６と、後輪用駆動軸８７および後輪８８とを備えている。
【０１４９】
この電動車両は、エンジン７５またはモータ７７のいずれか一方を駆動源として走行可能である。エンジン７５は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジンなどである。エンジン７５を動力源とする場合、エンジン７５の駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６または後輪８８に伝達される。なお、エンジン７５の回転力は発電機７９にも伝達され、その回転力により発電機７９が交流電力を発生させると共に、その交流電力はインバータ８３を介して直流電力に変換され、電源７６に蓄積される。一方、変換部であるモータ７７を動力源とする場合、電源７６から供給された電力（直流電力）がインバータ８２を介して交流電力に変換され、その交流電力によりモータ７７が駆動する。このモータ７７により電力から変換された駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６または後輪８８に伝達される。
【０１５０】
なお、図示しない制動機構により電動車両が減速すると、その減速時の抵抗力がモータ７７に回転力として伝達され、その回転力によりモータ７７が交流電力を発生させるようにしてもよい。この交流電力はインバータ８２を介して直流電力に変換され、その直流回生電力は電源７６に蓄積されることが好ましい。
【０１５１】
制御部７４は、電動車両全体の動作を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源７６は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。この電源７６は、外部電源と接続され、その外部電源から電力供給を受けることで電力を蓄積可能になっていてもよい。各種センサ８４は、例えば、エンジン７５の回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御するために用いられる。この各種センサ８４は、例えば、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどを含んでいる。
【０１５２】
なお、上記では電動車両としてハイブリッド自動車について説明したが、電動車両は、エンジン７５を用いずに電源７６およびモータ７７だけを用いて作動する車両（電気自動車）でもよい。
【０１５３】
＜３−３．電力貯蔵システム＞
図１１は、電力貯蔵システムのブロック構成を表している。この電力貯蔵システムは、例えば、図１１に示したように、一般住宅または商業用ビルなどの家屋８９の内部に、制御部９０と、電源９１と、スマートメータ９２と、パワーハブ９３とを備えている。
【０１５４】
ここでは、電源９１は、例えば、家屋８９の内部に設置された電気機器９４に接続されていると共に、家屋８９の外部に停車された電動車両９６に接続可能になっている。また、電源９１は、例えば、家屋８９に設置された自家発電機９５にパワーハブ９３を介して接続されていると共に、スマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して外部の集中型電力系統９７に接続可能になっている。
【０１５５】
なお、電気機器９４は、例えば、冷蔵庫、エアコン、テレビまたは給湯器などの１または２以上の家電製品を含んでいる。自家発電機９５は、例えば、太陽光発電機または風力発電機などの１種類または２種類以上である。電動車両９６は、例えば、電気自動車、電気バイクまたはハイブリッド自動車などの１種類または２種類以上である。集中型電力系統９７は、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所または風力発電所などの１種類または２種類以上である。
【０１５６】
制御部９０は、電力貯蔵システム全体の動作（電源９１の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源９１は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。スマートメータ９２は、例えば、電力需要側の家屋８９に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能になっている。これに伴い、スマートメータ９２は、例えば、必要に応じて外部と通信しながら、家屋８９における需要・供給のバランスを制御し、効率的で安定したエネルギー供給を可能にするようになっている。
【０１５７】
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統９７からスマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積されると共に、独立電源である太陽光発電機９５からパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積される。この電源９１に蓄積された電力は、制御部９１の指示に応じて、必要に応じて電気機器９４または電動車両９６に供給されるため、その電気機器９４が稼働可能になると共に、電動車両９６が充電可能になる。すなわち、電力貯蔵システムは、電源９１を用いて、家屋８９内における電力の蓄積および供給を可能にするシステムである。
【０１５８】
電源９１に蓄積された電力は、任意に利用可能である。このため、例えば、電気使用量が安い深夜に集中型電力系統９７から電源９１に電力を蓄積しておき、その電源９１に蓄積しておいた電力を電気使用量が高い日中に用いることができる。
【０１５９】
なお、上記した電力貯蔵システムは、１戸（１世帯）ごとに設置されていてもよいし、複数戸（複数世帯）ごとに設置されていてもよい。
【０１６０】
＜３−４．電動工具＞
図１２は、電動工具のブロック構成を表している。この電動工具は、例えば、図１２に示したように、電動ドリルであり、プラスチック材料などにより形成された工具本体９８の内部に、制御部９９と、電源１００とを備えている。この工具本体９８には、例えば、可動部であるドリル部１０１が稼働（回転）可能に取り付けられている。
【０１６１】
制御部９９は、電動工具全体の動作（電源１００の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源１００は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。この制御物９９は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、必要に応じて電源１００からドリル部１０１に電力を供給して可動させるようになっている。
【実施例】
【０１６２】
本技術の実施例について、詳細に説明する。
【０１６３】
（実施例１−１〜１−１０）
以下の手順により、図７および図８に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
【０１６４】
最初に、正極５３を作製した。まず、正極活物質（ＬｉＣｏＯ2 ）９１質量部と、正極導電剤（グラファイト）６質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン：ＰＶＤＦ）３質量部とを混合して正極合剤とした。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正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体５３Ａの両面に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて正極活物質層５３Ｂを形成した。この正極集電体５３Ａとしては、帯状のＡｌ箔（厚さ＝１２μｍ）を用いた。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層５３Ｂを圧縮成型した。なお、満充電時に負極５４にＬｉ金属が析出しないように正極活物質層５３Ｂの厚さを調整した。
【０１６５】
次に、負極５４を作製した。最初に、蒸着法を用いて基盤の上に負極活物質の形成材料を堆積させたのち、その堆積膜を粉砕して負極活物質を得た。この場合には、偏向式電子ビーム蒸着源を用いると共に、原材料であるＳｉＯx 粉および金属粉Ｍ１（Ｎｉ）を共蒸着させた。また、原材料の堆積時にＯ2 またはＨ2 の導入量を調整して組成（原子比ｘ）を制御すると共に、投入電力を調整してＭ１の割合（Ｍ１／（Ｓｉ＋Ｏ））を制御した。また、堆積速度および基盤温度を調整して、負極活物質中における化合物状態を制御すると共に、基盤温度を調整して、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比（原子比）を制御した。この化合物状態の有無とは、負極活物質中におけるＳｉＭ１Ｏの有無であり、ここではＳｉＮｉＯの有無を意味している。詳細な条件は、表１に示した通りであり、その他の条件は、負極活物質のメジアン径＝５μｍ、ターボ分子ポンプを用いて圧力＝１×１０-3Ｐａの真空状態とした。
【０１６６】
なお、表１以降に示した価数条件は、以下の通りである。条件１は、存在比がＳｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+の関係を満たすこと、条件２は、存在比がＳｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+の関係を満たすこと、条件３は、Ｓｉ1+の存在比が１０原子％未満であることである。「○」および「×」は、それぞれ上記した各条件を満たすか否かを表している。
【０１６７】
続いて、負極活物質と負極結着剤の前駆体とを９０：１０の乾燥重量比で混合したのち、ＮＭＰで希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。この場合には、ＮＭＰおよびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を含むポリアミック酸を用いた。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体５４Ａの両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この負極集電体５４Ａとしては、圧延Ｃｕ箔（厚さ＝１５μｍ，十点平均粗さＲｚ＜０．５μｍ）を用いた。最後に、結着性を高めるために塗膜を熱プレスしたのち、真空雰囲気中で４００℃×１時間焼成した。これにより、負極結着剤（ポリアミドイミド）が形成されたため、負極活物質および負極結着剤を含む負極活物質層５４Ｂが形成された。なお、負極利用率が６５％となるように負極活物質層５４Ｂの厚さを調整した。
【０１６８】
次に、溶媒（炭酸エチレン（ＥＣ）および炭酸ジエチル（ＤＥＣ））に電解質塩（ＬｉＰＦ6 ）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を重量比でＥＣ：ＤＥＣ＝５０：５０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１ｍｏｌ／ｋｇとした。
【０１６９】
最後に、二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体５３Ａの一端にＡｌ製の正極リード５１を溶接すると共に、負極集電体５４Ａの一端にＮｉ製の負極リード５２を溶接した。続いて、正極５３、セパレータ５５、負極５４およびセパレータ５５をこの順に積層してから長手方向に巻回させて、巻回電極体５０の前駆体である巻回体を形成したのち、その巻き終わり部分を保護テープ５７（粘着テープ）で固定した。この場合には、セパレータ５５として、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が挟まれた積層フィルム（厚さ＝２０μｍ）を用いた。続いて、外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納した。この場合には、外装部材６０として、外側からナイロンフィルム（厚さ＝３０μｍ）、Ａｌ箔（厚さ＝４０μｍ）および無延伸ポリプロピレンフィルム（厚さ＝３０μｍ）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、外装部材６０の開口部から電解液を注入し、セパレータ５５に含浸させて巻回電極体５０を作製した。最後に、真空雰囲気中で外装部材６０の開口部を熱融着して封止した。
【０１７０】
二次電池のサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
【０１７１】
サイクル特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために２３℃の雰囲気中で１サイクル充放電したのち、再び充放電して放電容量を測定した。続いて、サイクル数の総数が１００サイクルになるまで充放電して放電容量を測定した。最後に、サイクル維持率（％）＝（１００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００を算出した。充電時には、３ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電圧が４．２Ｖに達するまで充電したのち、４．２Ｖの定電圧で電流密度が０．３ｍＡ／ｃｍ2 に達するまで充電した。放電時には、３ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
【０１７２】
初回充放電特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために１サイクル充放電した。続いて、再び充電して充電容量を測定したのち、放電して放電容量を測定した。最後に、初回効率（％）＝（放電容量／充電容量）×１００を算出した。雰囲気温度および充放電条件は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。
【０１７３】
負荷特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために１サイクル充放電した。続いて、２サイクル目の充電および放電を行って充電容量を測定したのち、３サイクル目の放電および放電を行って放電容量を測定した。最後に、負荷維持率（％）＝（３サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００を算出した。２サイクル目の放電時の電流密度を０．２ｍＡ／ｃｍ2 とし、３サイクル目の放電時の電流密度を１ｍＡ／ｃｍ2 に変更したことを除き、雰囲気温度および充放電条件はサイクル特性を調べた場合と同様にした。
【０１７４】
【表１】
【０１７５】
負極活物質がＳｉ、Ｏと共にＭ１（Ｎｉ）を含む場合には、そのＭ１を含まない場合と比較して、サイクル維持率、初期効率および負荷維持率が増加した。特に、負極活物質がＭ１を含む場合には、そのＭ１の割合が５０原子％以下、さらに２０原子％以下であると、電池容量の低下が抑えられたため、高い電池容量が得られた。また、負極活物質が化合物（ＳｉＭ１Ｏ）を含んでいると、その化合物状態を含んでいない場合と比較して、初期効率がより増加した。
【０１７６】
（実験例２−１〜２−８８）
表２〜表５に示したように、Ｍ１の種類、割合および組み合わせを変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、ＳｉＯy 粉と共蒸着させるために他の金属粉Ｍ１（Ａｌ等）を用いた。
【０１７７】
【表２】
【０１７８】
【表３】
【０１７９】
【表４】
【０１８０】
【表５】
【０１８１】
Ｍ１の種類、割合および組み合わせを変更しても、表１の結果と同様に、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。
【０１８２】
（実験例３−１〜３−１２）
表６に示したように、負極活物質にＬｉを含有させたことを除き、実験例１−１〜１−８等と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、ＳｉＯy 粉と共蒸着させるために他の金属粉Ｍ１（Ｌｉ）を用いた。ここで用いている負極活物質は、未充電状態でＬｉを含んでいる。
【０１８３】
【表６】
【０１８４】
Ｍ１がＬｉを含んでいても、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。また、負極活物質がＳｉＭ１Ｏ（ＳｉＬｉＯ）を含んでいると、初期効率がより増加した。
【０１８５】
（実験例４−１〜４−８）
表７に示したように、原子比ｘを変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、原材料の溶融凝固時に酸素導入量を調整して原子比ｘを制御した。
【０１８６】
【表７】
【０１８７】
原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．５であると、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。なお、原子比＝２では、放電容量を得ることができなかったため、サイクル維持率等を算出できなかった。
【０１８８】
（実験例５−１〜５−３）
表８に示したように、負極活物質を多層に変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、負極活物質を得る場合に、その負極活物質層の形成材料の堆積工程を２回行った。
【０１８９】
【表８】
【０１９０】
負極活物質を多層にすると、サイクル維持率がより増加した。
【０１９１】
（実験例６−１〜６−９）
表９に示したように、価数条件を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。
【０１９２】
【表９】
【０１９３】
価数条件として条件１〜３の全てを満たすと、サイクル維持率、初回効率および負荷維持率がより高くなった。
【０１９４】
（実験例７−１〜７−６）
表１０に示したように、負極活物質のメジアン径を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、粉砕回数などを調整してメジアン径を制御した。
【０１９５】
【表１０】
【０１９６】
メジアン径を変更しても、高いサイクル維持率、初期効率および負荷維持率が得られた。この場合には、メジアン径が０．３μｍ〜２０μｍであると、高い電池容量が得られた。
【０１９７】
（実験例８−１〜８−１０）
表１１に示したように、負極活物質の表面に導電層を形成したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、粉体蒸着法を用いて負極活物質の表面に炭素材料（黒鉛）を堆積させた。この導電層の平均厚さおよび平均被覆率は、表１１に示した通りである。
【０１９８】
【表１１】
【０１９９】
導電層を形成すると、サイクル維持率、初期効率および負荷維持率がより増加した。
【０２００】
（実験例９−１〜９−１８）
表１２に示したように、負極結着剤の種類を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、負極結着剤として、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリル酸リチウム（ＰＡＡＬ）または炭化ポリイミド（炭化ＰＩ）を用いた。なお、ＰＡＡまたはＰＡＡＬを用いる場合には、それらが溶解された１７体積％の水溶液を用いて負極合剤スラリーを準備すると共に、熱プレスしたのちに焼成しないで負極活物質層５４Ｂを形成した。
【０２０１】
【表１２】
【０２０２】
負極結着剤の種類を変更しても、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。
【０２０３】
（実験例１０−１〜１０−１２）
表１３に示したように、正極活物質の種類を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。
【０２０４】
【表１３】
【０２０５】
正極活物質の種類を変更しても、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。
【０２０６】
表１〜表１３の結果から、負極活物質がＳｉおよびＯと共にＬｉ等の元素Ｍ１を構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．８であると、高いサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性が得られることが確認された。
【０２０７】
以上、実施形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術はそれらで説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出により表される場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本技術は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出による容量とＬｉ金属の析出溶解による容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される場合についても適用可能である。この場合には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料が用いられると共に、負極材料の充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。
【０２０８】
また、電池構造が角型、円筒型またはラミネートフィルム型であると共に電池素子が巻回構造を有する場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本技術は、電池構造が角型またはボタン型などである場合、または、電池素子が積層構造などを有する場合についても適用可能である。
【符号の説明】
【０２０９】
１，４２Ａ，５４Ａ…負極集電体、２，４２Ｂ，５４Ｂ…負極活物質層、２２，４２，５４…負極、２０…電池素子、２１，４１，５３…正極、２１Ａ，２２Ａ，４１Ａ，５３Ａ…正極集電体、２１Ｂ，２２Ｂ，４１Ｂ，５３Ｂ…正極活物質層、２３，４３，５５…セパレータ、４０，５０…巻回電極体、５６…電解質層、６０…外装部材。
【技術分野】
【０００１】
本技術は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含むリチウムイオン二次電池用負極、その負極を用いたリチウムイオン二次電池、ならびにその二次電池を用いた電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機または携帯情報端末機器（ＰＤＡ）などに代表される電子機器が広く普及しており、そのさらなる小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、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、最近では、上記した電子機器に限らず、電池パック、電気自動車などの電動車両、家庭用電力サーバなどの電力貯蔵システム、または電動ドリルなどの電動工具に代表される多様な用途への適用も検討されている。
【０００３】
二次電池としては、さまざまな充放電原理を利用するものが広く提案されているが、中でも、リチウムイオンの吸蔵放出を利用するリチウムイオン二次電池が有望視されている。鉛電池およびニッケルカドミウム電池などよりも高いエネルギー密度が得られるからである。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、その負極は、リチウムイオンを吸蔵放出可能である負極活物質を含んでいる。負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料が広く用いられているが、最近では、電池容量のさらなる向上が求められていることから、Ｓｉを用いることが検討されている。Ｓｉの理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。
【０００５】
ところが、負極活物質としてＳｉを用いると、充放電時に負極活物質が激しく膨張収縮するため、その負極活物質が主に表層近傍で割れやすくなる。負極活物質が割れると、高反応性の新生面（活性面）が生じるため、その負極活物質の表面積（反応面積）が増加する。これにより、新生面で電解液の分解反応が生じると共に、その新生面に電解液由来の被膜を形成するために電解液が消費されるため、サイクル特性などの電池特性が低下しやすくなる。
【０００６】
そこで、サイクル特性などの電池特性を向上させるために、リチウムイオン二次電池の構成についてさまざまな検討がなされている。
【０００７】
具体的には、サイクル特性および安全性を向上させるために、スパッタ法を用いてＳｉおよび非晶質ＳｉＯ2 を同時に堆積させている（例えば、特許文献１参照。）。優れた電池容量および安全性能を得るために、ＳｉＯx 粒子の表面に電子伝導性材料層（炭素材料）を設けている（例えば、特許文献２参照。）。ハイレート充放電特性およびサイクル特性を向上させるために、ＳｉおよびＯを含有すると共に負極集電体に近い側で酸素比率が大きくなるように負極活物質層を形成している（例えば、特許文献３参照。）。サイクル特性を向上させるために、ＳｉおよびＯを含有し、全体の平均酸素含有量が４０原子％以下になると共に負極集電体に近い側で平均酸素含有量が大きくなるように負極活物質層を形成している（例えば、特許文献４参照。）。この場合には、負極集電体に近い側における平均酸素含有量と遠い側における平均酸素含有量との差を４原子％〜３０原子％としている。
【０００８】
また、初回充放電特性などを向上させるために、Ｓｉ相、ＳｉＯ2 およびＭy Ｏ金属酸化物を含むナノ複合体を用いている（例えば、特許文献５参照。）。サイクル特性を向上させるために、粉末状のＳｉＯx （０．８≦ｘ≦１．５，粒径範囲＝１μｍ〜５０μｍ）と炭素質材料とを混合して、８００℃〜１６００℃×３時間〜１２時間焼成している（例えば、特許文献６参照。）。初回充電時間を短縮するために、Ｌｉa ＳｉＯx （０．５≦ａ−ｘ≦１．１および０．２≦ｘ≦１．２）で表される負極活物質を用いている（例えば、特許文献７参照。）。この場合には、ＳｉおよびＯを含む活物質前駆体にＬｉを蒸着させている。充放電サイクル特性を向上させるために、負極活物質体におけるＳｉ量に対するＯ量のモル比が０．１〜１．２になると共に、負極活物質体と集電体との界面近傍におけるＳｉ量に対するＯ量のモル比の最大値と最小値との差が０．４以下になるように、ＳｉＯx の組成を制御している（例えば、特許文献８参照。）。負荷特性を向上させるために、Ｌｉ含有多孔質金属酸化物（Ｌｉx ＳｉＯ：２．１≦ｘ≦４）を用いている（例えば、特許文献９参照。）。
【０００９】
さらに、充放電サイクル特性を向上させるために、Ｓｉを含む薄膜の上に、シラン化合物またはシロキサン化合物などの疎水化層を形成している（例えば、特許文献１０参照。）。サイクル特性を向上させるために、ＳｉＯx （０．５≦ｘ＜１．６）の表面が黒鉛被膜により被覆された導電性粉末を用いている（例えば、特許文献１１参照。）。この場合には、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルのラマンシフトにおいて１３３０ｃｍ-1および１５８０ｃｍ-1にブロードなピークが現れると共に、それらの強度比Ｉ1330／Ｉ1580を１．５＜Ｉ1330／Ｉ1580＜３としている。電池容量およびサイクル特性を向上させるために、Ｓｉの微結晶（結晶の大きさ＝１ｎｍ〜５００ｎｍ）がＳｉＯ2 に分散された構造を有する粒子を１質量％〜３０質量％含む粉末を用いている（例えば、特許文献１２参照。）。この場合には、レーザ回折散乱式粒度分布測定法による粒度分布において、粉末の累積９０％径（Ｄ９０）を５０μｍ以下、粒子の粒子径を２μｍ未満にしている。サイクル特性を向上させるために、ＳｉＯx （０．３≦ｘ≦１．６）を用いると共に、充放電時に電極ユニットを３ｋｇｆ／ｃｍ2 以上で加圧している（例えば、特許文献１３参照。）。過充電特性および過放電特性などを向上させるために、ＳｉとＯの原子数比が１：ｙ（０＜ｙ＜２）であるＳｉの酸化物を用いている（例えば、特許文献１４参照。）。
【００１０】
この他、電気化学的に多量のリチウムイオンを蓄積または放出するために、Ｓｉなどの一次粒子の表面に非晶質の金属酸化物を設けている（例えば、特許文献１５参照。）。この金属酸化物を形成するための金属酸化時におけるギブスの自由エネルギーは、Ｓｉなどの酸化時におけるギブスの自由エネルギーよりも小さくなっている。高容量、高効率、高動作電圧および長寿命を実現するために、Ｓｉ原子の酸化数が所定の条件を満たす負極材料を用いることが提案されている（例えば、特許文献１６参照。）。この負極材料は、酸化数が０であるＳｉと、酸化数が＋４のＳｉ原子を有するＳｉ化合物と、酸化数が０よりも大きいと共に＋４未満であるＳｉ低級酸化物とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【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】国際公開第２００７／０１０９２２号パンフレット
【特許文献８】特開２００８−２５１３６９号公報
【特許文献９】特開２００８−１７７３４６号公報
【特許文献１０】特開２００７−２３４２５５号公報
【特許文献１１】特開２００９−２１２０７４号公報
【特許文献１２】特開２００９−２０５９５０号公報
【特許文献１３】特開２００９−０７６３７３号公報
【特許文献１４】特許第２９９７７４１号明細書
【特許文献１５】特開２００９−１６４１０４号公報
【特許文献１６】特開２００５−１８３２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
電子機器などは益々高性能化および多機能化しており、その使用頻度も増加しているため、リチウムイオン二次電池は頻繁に充放電される傾向にある。そこで、リチウムイオン二次電池の電池特性についてより一層の向上が望まれている。
【００１３】
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた電池特性を得ることが可能なリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本技術のリチウムイオン二次電池用負極は、活物質を含むものである。この活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含む。Ｓｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は、０．５≦ｘ≦１．８である。また、本技術のリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備え、その負極が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の活物質を含むものである。さらに、本技術の電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器は、上記した本技術のリチウムイオン二次電池を用いたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本技術のリチウムイオン二次電池用負極またはリチウムイオン二次電池によれば、負極活物質がＳｉおよびＯとＬｉ等の元素Ｍ１とを構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．８である。よって、優れた電池特性を得ることができる。また、本技術のリチウムイオン二次電池を用いた電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器でも、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極の構成を表す断面図である。
【図２】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池（角型）の構成を表す断面図である。
【図３】図２に示したリチウムイオン二次電池のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図３に示した正極および負極の構成を模式的に表す平面図である。
【図５】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池（円筒型）の構成を表す断面図である。
【図６】図５に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。
【図７】本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池（ラミネートフィルム型）の構成を表す分解斜視図である。
【図８】図７に示した巻回電極体のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図９】リチウムイオン二次電池の適用例（電池パック）の構成を表すブロック図である。
【図１０】リチウムイオン二次電池の適用例（電動車両）の構成を表すブロック図である。
【図１１】リチウムイオン二次電池の適用例（電力貯蔵システム）の構成を表すブロック図である。
【図１２】リチウムイオン二次電池の適用例（電動工具）の構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本技術の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．リチウムイオン二次電池用負極
２．リチウムイオン二次電池
２−１．角型
２−２．円筒型
２−３．ラミネートフィルム型
３．リチウムイオン二次電池の用途
３−１．電池パック
３−２．電動車両
３−３．電力貯蔵システム
３−４．電動工具
【００１８】
＜１．リチウムイオン二次電池用負極＞
図１は、本技術の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極（以下、単に「負極」という。）の断面構成を表している。
【００１９】
［負極の全体構成］
負極は、例えば、図１に示したように、負極集電体１の上に負極活物質層２を有している。この負極では、負極活物質層２が負極集電体１の両面に設けられていてもよいし、片面だけに設けられていてもよい。ただし、負極集電体１はなくてもよい。
【００２０】
［負極集電体］
負極集電体１は、例えば、電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度に優れた導電性材料により形成されている。このような導電性材料は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉまたはステンレスなどである。中でも、Ｌｉと金属間化合物を形成しないと共に負極活物質層２と合金化する材料が好ましい。
【００２１】
この負極集電体１は、ＣおよびＳを構成元素として含んでいることが好ましい。負極集電体１の物理的強度が向上するため、充放電時に負極活物質層２が膨張収縮しても負極集電体１が変形しにくくなるからである。このような負極集電体１は、例えば、ＣおよびＳがドープされた金属箔などである。ＣおよびＳの含有量は、特に限定されないが、中でも、いずれも１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００２２】
負極集電体１の表面は、粗面化されていてもよいし、粗面化されていなくてもよい。粗面化されていない負極集電体１は、例えば、圧延金属箔などであり、粗面化された負極集電体１は、例えば、電解処理またはサンドブラスト処理された金属箔などである。電解処理とは、電解槽中で電解法を用いて金属箔などの表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された金属箔は、一般に電解箔（例えば電解Ｃｕ箔など）と呼ばれている。
【００２３】
中でも、負極集電体１の表面は、粗面化されていることが好ましい。アンカー効果により負極集電体１に対する負極活物質層２の密着性が向上するからである。負極集電体１の表面粗さ（例えば十点平均粗さＲｚ）は、特に限定されないが、アンカー効果により負極活物質層２の密着性を向上させるためにはできるだけ大きいことが好ましい。ただし、表面粗さが大きすぎると、かえって負極活物質層２の密着性が低下する可能性がある。
【００２４】
［負極活物質層］
負極活物質層２は、リチウムイオンを吸蔵放出可能である複数の粒子状の負極活物質を含んでおり、必要に応じて、さらに負極結着剤または負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００２５】
負極活物質は、ＳｉおよびＯと共に、そのＳｉと合金を形成可能である元素Ｍ１を構成元素として含んでいる。この元素Ｍ２は、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種である。ただし、Ｓｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は、０．５≦ｘ≦１．８である。
【００２６】
原子比ｘが上記した範囲内であるのは、その範囲外である場合（ｙ＜０．５またはｙ＞１．８）と比較して、充放電を繰り返した場合における負極活物質の劣化が抑制されるからである。これにより、負極活物質におけるリチウムイオンの出入りが確保される。
【００２７】
また、負極活物質がＭ１を含んでいるのは、原子比ｘが上記した範囲内であると、その負極活物質中にＳｉとＯとＭ１との化合物（Ｓｉ−Ｍ１−Ｏ）が形成されやすくなるからである。すなわち、ＳｉＯx は、一般に、サイクル特性などを向上させる一方で、不可逆容量の増大に起因して電池容量を低下させる傾向にあるが、Ｓｉ−Ｍ１−Ｏが形成されると、不可逆容量が減少するからである。これにより、不可逆容量が減少すると共に、負極活物質の電気抵抗が低下する。
【００２８】
なお、負極活物質中では、Ｍ１のうちの少なくとも一部がＳｉ−Ｍ１−Ｏを形成していればよい。この場合でも、上記した利点が得られるからである。残りのＭ１は、遊離の単体として存在していてもよいし、Ｓｉと合金を形成していたり、Ｏと化合物を形成していてもよいし、それらの２種類以上が混在していてもよい。
【００２９】
詳細には、Ｓｉのうちの少なくとも一部とＯのうちの少なくとも一部とが結合されている場合には、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態（価数）は、０価（Ｓｉ0+）、１価（Ｓｉ1+）、２価（Ｓｉ2+）、３価（Ｓｉ3+）および４価（Ｓｉ4+）を含む。各結合状態にあるＳｉ原子の有無およびそれらの存在比（原子比）については、例えば、ＸＰＳにより負極活物質を分析することで確認できる。なお、負極活物質の最表層が意図せずに酸化されている（ＳｉＯ2 が形成されている）場合には、ＨＦなどでＳｉＯ2 を溶解除去してから分析することが好ましい。
【００３０】
負極活物質中にＳｉ−Ｍ１−Ｏが形成される場合には、０価〜４価の結合状態のうち、充放電時に不可逆容量を生じやすいと共に高抵抗である４価の存在比が相対的に減少すると共に、それとは反対の傾向を有する０価の存在比が相対的に増加する。これにより、負極活物質がＳｉＯx でも不可逆容量が生じにくくなる。
【００３１】
これに伴い、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比は、Ｓｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+の関係を満たしていることが好ましい。４価の存在比が少ないと、上記したように、不可逆容量が減少するからである。また、存在比は、Ｓｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+の関係を満たしていることが好ましい。４価の存在比が少なすぎると、かえってサイクル特性が低下するからである。さらに、Ｓｉ1+の存在比は、１０原子％未満であることが好ましい。１価の存在比が多すぎると、サイクル特性が低下するからである。
【００３２】
中でも、Ｍ１は、Ｃ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＳｎのうちの少なくとも１種であることが好ましいと共に、原子比ｘは、０．７≦ｘ≦１．３であることが好ましく、ｙ＝１．２であることがより好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００３３】
ＳｉおよびＯに対するＭ１の割合（Ｍ１／（Ｓｉ＋Ｏ））は、特に限定されないが、中でも、５０原子％以下であることが好ましく、２０原子％以下であることがより好ましい。Ｍ１の存在に起因する電池容量の低下を抑えつつ、上記した利点が得られるからである。
【００３４】
この負極活物質は、結晶性でもよいし、非結晶性（非晶質）でもよいし、低結晶性でもよいが、中でも、非結晶性または低結晶性であることが好ましい。結晶性（高結晶性）である場合と比較して、リチウムイオンが拡散されやすいため、そのリチウムイオンが円滑に吸蔵放出されやすいからである。さらに、負極活物質は、非結晶性であることが好ましい。負極活物質がリチウムイオンをトラップしにくくなるため、そのリチウムイオンの出入りが阻害されにくくなるからである。
【００３５】
「低結晶性」とは、負極活物質が非結晶領域および結晶領域の双方を含むことを意味しており、非結晶領域だけを有する「非結晶性」とは異なっている。負極活物質が低結晶性であるかどうかを確認するためには、例えば、高角散乱暗視野走査型透過電子顕微鏡（ＨＡＡＤＦ ＳＴＥＭ）などにより負極活物質を観察すればよい。ＴＥＭ写真から非結晶領域と結晶領域とが混在している様子を確認できれば、その負極活物質は低結晶性である。なお、非結晶領域と結晶領域とが混在している場合、その結晶領域は、粒状の輪郭を有する領域（結晶粒）として観察される。この結晶粒の内部には、結晶性に起因する縞状の模様（結晶格子縞）が観察されるため、その結晶粒を非結晶領域から識別できる。
【００３６】
また、負極活物質は、単層でもよいし、多層でもよいが、中でも、多層であることが好ましい。充放電時に負極活物質が膨張収縮しても、破損しにくくなるからである。詳細には、単層の負極活物質では、その厚さによっては内部応力が緩和されにくいため、充放電時に膨張収縮した際に破損（割れおよび剥がれなど）する可能性がある。これに対して、多層の負極活物質では、層間に生じた微小な隙間が応力緩和用のギャップとして機能することで内部応力が緩和されるため、負極活物質が破損しにくくなる。
【００３７】
なお、単層の負極活物質では、その単一の層内にＳｉ、ＯおよびＭ１が含まれることになる。一方、多層の負極活物質では、ＳｉとＯとＭ１とを含む層が積層されていてもよいし、ＳｉおよびＯを含む層とＳｉおよびＯと共にＭ１を含む層とが積層されていてもよいし、両者が混在していてもよい。この場合でも、同様の効果が得られる。もちろん、多層における各層の積層順は、任意でよい。
【００３８】
特に、負極活物質は、未充電状態でＬｉを構成元素として含んでいてもよい。負極活物質の電気抵抗が低下するからである。このＬｉは、未充電状態で既に負極活物質に含まれていることから、例えば、充電時に正極から放出されると共に負極に吸蔵されたＬｉではなく、あらかじめ負極活物質中に含有されていたものである。
【００３９】
この場合でも、Ｌｉは、ＳｉおよびＯとは結合せずに単独（単体）で存在していてもよいし、ＳｉまたはＯと化合物または合金を形成していてもよい。中でも、Ｌｉのうちの少なくとも一部は、ＳｉおよびＯのうちの少なくとも一方と化合物を形成していることが好ましい。これに伴い、負極活物質は、Ｓｉ−Ｌｉ−Ｏを含んでいることが好ましい。不可逆容量が減少するからである。
【００４０】
ここで、負極活物質がＳｉおよびＯと共にＭ１を含んでいることを確認するためには、上記したＳＥＭ観察の他、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）またはエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）により負極活物質を分析してもよい。
【００４１】
この場合には、負極活物質の酸化度などを測定すれば、その負極活物質の組成（原子比ｘ）を特定できる。酸化度を測定する場合には、例えば、燃焼法により負極活物質を定量して、全体のＳｉ量およびＯ量を算出する。これにより、負極活物質中のＳｉ量およびＯ量が特定されるため、酸化度を特定できる。
【００４２】
負極活物質のメジアン径は、特に限定されないが、中でも、０．３μｍ〜２０μｍであることが好ましい。充放電時に負極活物質がリチウムイオンを吸蔵放出しやすくなると共に、その負極活物質が割れにくくなるからである。詳細には、メジアン径が０．３μｍよりも小さいと、負極活物質の総表面積が大きくなりすぎるため、充放電時に膨張収縮しやすくなる可能性がある。一方、メジアン径が２０μｍよりも大きいと、充放電時に負極活物質が割れやすくなる可能性がある。
【００４３】
特に、負極は、負極活物質の表面に導電層を含んでいることが好ましい。この導電層は、負極活物質の表面のうちの少なくとも一部に設けられていると共に、負極活物質よりも低い電気抵抗を有している。負極活物質が電解液と接触しにくくなるため、その電解液の分解反応が抑制されるからである。また、負極活物質の電気抵抗がより低下するからである。この導電層は、例えば、炭素材料、金属材料または無機化合物などのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。炭素材料は、例えば、黒鉛などである。金属材料は、例えば、Ｆｅ、ＣｕまたはＡｌなどである。無機化合物は、例えば、ＳｉＯ2 などである。中でも、炭素材料または金属材料が好ましく、炭素材料がより好ましい。負極活物質の電気抵抗がより低下するからである。
【００４４】
この導電部の平均被覆率および平均厚さは、任意である。平均厚さは、例えば、以下の手順により算出される。まず、ＳＥＭにより１個の負極活物質を観察する。この観察時の倍率は、導電層の厚さを測定するために、負極活物質と導電層との境界を目視で確認（決定）できるような倍率であることが好ましい。続いて、任意の１０点で導電層の厚さを測定したのち、その平均値（１個当たりの平均厚さ）を算出する。この場合には、できるだけ特定の場所周辺に集中せずに広く分散されるように測定位置を設定することが好ましい。続いて、ＳＥＭによる観察個数の総数が１００個になるまで、上記した平均値の算出作業を繰り返す。最後に、１００個の負極活物質について算出された平均値（１個当たりの平均厚さ）の平均値（平均厚さの平均値）を算出して、平均厚さとする。
【００４５】
また、平均被覆率は、例えば、以下の手順により算出される。まず、平均厚さを算出した場合と同様に、ＳＥＭにより１個の負極活物質を観察する。この観察時の倍率は、負極活物質のうち、導電層により被覆されている部分と被覆されていない部分とを目視で識別できるような倍率であることが好ましい。続いて、負極活物質の外縁（輪郭）のうち、導電層により被覆されている部分の長さと被覆されていない部分の長さとを測定する。そして、被覆率（１個当たりの被覆率：％）＝（導電層により被覆されている部分の長さ／負極活物質の外縁の長さ）×１００を算出する。続いて、ＳＥＭによる観察個数の総数が１００個になるまで、上記した被覆率の算出作業を繰り返す。最後に、１００個の負極活物質について算出された被覆率（１個当たりの被覆率）の平均値を算出して、平均被覆率とする。
【００４６】
負極結着剤は、例えば、合成ゴムまたは高分子材料などのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムまたはエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリマレイン酸またはこれらの共重合体などである。この他、高分子材料は、例えば、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムまたはポリビニルアルコールなどでもよい。
【００４７】
負極導電剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックまたはケチェンブラックなどの炭素材料のいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、負極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などでもよい。
【００４８】
なお、負極活物質層２は、必要に応じて、上記したと共に、他の種類の負極活物質を含んでいてもよい。
【００４９】
他の負極活物質は、例えば、炭素材料である。負極活物質層２の電気抵抗が低下すると共に、その負極活物質層２が充放電時に膨張収縮しにくくなるからである。この炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、（００２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上の難黒鉛化性炭素、または（００２）面の面間隔が０．３４ｎｍ以下の黒鉛などである。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭またはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状または鱗片状のいずれでもよい。なお、負極活物質層２における炭素材料の含有量は、特に限定されないが、中でも、６０％重量％以下、さらに１０重量％〜６０重量％であることが好ましい。
【００５０】
また、他の負極活物質は、金属酸化物または高分子化合物でもよい。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロールなどである。
【００５１】
負極活物質層２は、例えば、塗布法、焼成法（焼結法）またはそれらの２種類以上の方法により形成されている。塗布法とは、例えば、負極活物質を負極結着剤などと混合したのち、有機溶剤などに分散させて塗布する方法である。焼成法とは、例えば、塗布法と同様の手順で塗布したのち、負極結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法については、公知の手法を用いることができる。一例としては、雰囲気焼成法、反応焼成法またはホットプレス焼成法などが挙げられる。
【００５２】
［負極の製造方法］
この負極は、例えば、以下の手順により製造される。
【００５３】
まず、蒸着法またはスパッタ法などの気相成長法を用いて、基盤の表面に負極活物質の形成材料を堆積させる。この場合には、原材料として、Ｓｉ、ＯおよびＭ１をあらかじめ含む材料を用いてもよいし、ＳｉおよびＯを含む材料（ＳｉＯx など）とＭ１の単体とを用いてもよい。後者の場合には、Ｍ１の堆積速度に応じて、そのＭ１の割合を調整できる。この気相成長法を用いることで、負極活物質が非結晶性になりやすい傾向にある。この場合には、誘導加熱、抵抗加熱または電子ビーム（ＥＢ）加熱などにより加熱しながら堆積させてもよいし、堆積させたのちに加熱してもよい。低結晶性の程度は、例えば、加熱時の温度および時間などの条件に応じて制御される。
【００５４】
特に、気相成長法を用いる場合には、負極活物質の形成材料を加熱させるだけでなく、成膜用の基盤も加熱することで、その膜中にＳｉ−Ｍ１−Ｏを形成しやすくなる。この基盤温度は、例えば、２５℃〜８００℃であることが好ましい。８００℃を越えると、ＳｉＯx などが再蒸発してしまうからである。なお、負極活物質の形成材料を堆積させる場合には、チャンバ内に導入するＯ2 ガスおよびＨ2 ガスなどの導入量を調整することで、原子比ｘを調整できる。また、基盤温度または負極活物質の形成材料の温度を調整することで、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比を制御できる。こののち、堆積膜を粉砕して負極活物質を得る。この場合には、所望の粒度（メジアン径など）の負極活物質が得られるまで粉砕を繰り返してもよい。
【００５５】
なお、負極活物質を得たのち、蒸着法、スパッタ法または化学蒸着（ＣＶＤ）法などの気相成長法、または湿式コート法などを用いて、負極活物質の表面に導電層を形成してもよい。
【００５６】
蒸着法を用いる場合には、例えば、負極活物質の表面に蒸気を直接吹き付けて導電層を形成する。スパッタ法を用いる場合には、例えば、Ａｒガスを導入しながら粉体スパッタ法を用いて導電部を形成する。ＣＶＤ法を用いる場合には、例えば、金属塩化物を昇華させたガスとＨ2 およびＮ2 などの混合ガスとを、金属塩化物のモル比が０．０３〜０．３となるように混合したのち、１０００℃以上に加熱して負極活物質の表面に導電層を形成する。湿式コート法を用いる場合には、例えば、負極活物質を含むスラリーに含金属溶液を添加しながらアルカリ溶液を添加して金属水酸化物を形成したのち、４５０℃で水素による還元処理を行って負極活物質の表面に導電層を形成する。なお、導電層の形成材料として炭素材料を用いる場合には、負極活物質をチャンバ内に投入し、そのチャンバ内に有機ガスを導入したのち、１００００Ｐａおよび１０００℃以上の条件で加熱処理を５時間行って負極活物質の表面に導電層を形成する。この有機ガスの種類は、加熱分解により炭素を生じさせるものであれば特に限定されないが、例えば、メタン、エタン、エチレン、アセチレンまたはプロパンなどである。
【００５７】
続いて、負極活物質と負極結着剤などの他の材料とを混合して負極合剤としたのち、有機溶剤などの溶媒に溶解させて負極合剤スラリーとする。最後に、負極集電体１の表面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて負極活物質層２を形成する。こののち、必要に応じて負極活物質層２を圧縮成型および加熱（焼成）してもよい。
【００５８】
［本実施形態の作用および効果］
この負極によれば、負極活物質がＳｉおよびＯと共にＬｉ等の元素Ｍを構成元素として含んでおり、そのＳｉに対するＯの原子比ｙが０．５≦ｙ≦１．８である。これにより、負極活物質がリチウムイオンを円滑に吸蔵放出しやすくなる。また、負極活物質中にＳｉ−Ｍ−Ｏが形成されやすいため、不可逆容量の発生が抑制されると共に、負極活物質の電気抵抗が低下する。よって、負極を用いたリチウムイオン二次電池の性能向上、具体的にはサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性などの向上に寄与できる。
【００５９】
特に、ＳｉおよびＯに対するＭ１の割合が５０原子％以下、さらに２０原子％以下であれば、より高い効果を得ることができる。また、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比がＳｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+、Ｓｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+という関係を満たしていると共に、Ｓｉ1+の存在比が１０原子％未満であれば、より高い効果を得ることができる。さらに、負極活物質が多層であれば、より高い効果を得ることができる。
【００６０】
また、負極活物質が未充電状態でＬｉを構成元素として含んでおり、その負極活物質がＳｉ−Ｌｉ−Ｏを含んでいれば、より高い効果を得ることができる。また、負極活物質の表面にそれよりも電気抵抗が低い導電層が形成されていれば、より高い効果を得ることができる。
【００６１】
＜２．リチウムイオン二次電池＞
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池（以下、単に「二次電池」という。について説明する。
【００６２】
＜２−１．角型＞
図２および図３は、角型の二次電池の断面構成を表しており、図３では、図２に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示している。また、図４は、図３に示した正極２１および負極２２の平面構成を模式的に表している。
【００６３】
［二次電池の全体構成］
角型の二次電池は、主に、電池缶１１の内部に電池素子２０が収納されたものである。この電池素子２０は、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とが積層および巻回された巻回積層体であり、電池缶１１の形状に応じて扁平状になっている。
【００６４】
電池缶１１は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材は、図３に示したように、長手方向における断面が矩形型または略矩形型（一部に曲線を含む）の形状を有しており、矩形状だけでなくオーバル形状の角型電池にも適用される。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状または円弧を直線で結んだ略矩形状（長円形状）の開口部を有する有底矩形型または有底長円形状型の器状部材である。なお、図４では、電池缶１１が矩形型の断面形状を有する場合を示している。
【００６５】
この電池缶１１は、例えば、Ｆｅ、Ａｌまたはそれらの合金などの導電性材料により形成されており、電極端子としての機能を有している場合もある。中でも、充放電時に固さ（変形しにくさ）を利用して電池缶１１の膨れを抑えるためには、Ａｌよりも固いＦｅが好ましい。なお、電池缶１１がＦｅ製である場合、その表面にＮｉなどが鍍金されていてもよい。
【００６６】
また、電池缶１１は、一端部が開放されると共に他端部が閉鎖された中空構造を有しており、その開放端部に取り付けられた絶縁板１２および電池蓋１３により密閉されている。絶縁板１２は、電池素子２０と電池蓋１３との間に設けられていると共に、例えば、ポリプロピレンなどの絶縁性材料により形成されている。電池蓋１３は、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されており、その電池缶１１と同様に電極端子としての機能を有していてもよい。
【００６７】
電池蓋１３の外側には、正極端子となる端子板１４が設けられており、その端子板１４は、絶縁ケース１６を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されている。この絶縁ケース１６は、例えば、ポリブチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成されている。電池蓋１３のほぼ中央には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、端子板１４と電気的に接続されると共にガスケット１７を介して電池蓋１３から電気的に絶縁されるように正極ピン１５が挿入されている。このガスケット１７は、例えば、絶縁性材料により形成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。
【００６８】
電池蓋１３の周縁付近には、開裂弁１８および注入孔１９が設けられている。開裂弁１８は、電池蓋１３と電気的に接続されており、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して電池の内圧が一定以上となった場合に、電池蓋１３から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔１９は、例えば、ステンレス鋼球からなる封止部材１９Ａにより塞がれている。
【００６９】
正極２１の端部（例えば内終端部）には、Ａｌなどの導電性材料により形成された正極リード２４が取り付けられていると共に、負極２２の端部（例えば外終端部）には、Ｎｉなどの導電性材料により形成された負極リード２５が取り付けられている。正極リード２４は、正極ピン１５の一端に溶接されていると共に端子板１４と電気的に接続されており、負極リード２５は、電池缶１１に溶接されていると共にその電池缶１１と電気的に接続されている。
【００７０】
［正極］
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを有している。ただし、正極活物質層２１Ｂは、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよい。
【００７１】
正極集電体２１Ａは、例えば、Ａｌ、Ｎｉまたはステンレスなどの導電性材料により形成されている。
【００７２】
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵放出可能である正極材料のいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、必要に応じて正極結着剤または正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、正極結着剤または正極導電剤に関する詳細は、例えば、既に説明した負極結着剤および負極導電剤と同様である。
【００７３】
正極材料としては、Ｌｉ含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このＬｉ含有化合物は、例えば、Ｌｉと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物や、Ｌｉと遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物などである。中でも、遷移金属元素は、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅのいずれか１種類または２種類以上であることが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx Ｍ１１Ｏ2 またはＬｉy Ｍ１２ＰＯ4 で表される。式中、Ｍ１１およびＭ１２は、１種類以上の遷移金属元素を表している。ｘおよびｙの値は、充放電状態に応じて異なるが、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。特に、正極材料がＮｉまたはＭｎを含んでいると、体積安定率が向上する傾向にある。
【００７４】
Ｌｉと遷移金属元素とを含む複合酸化物は、例えば、Ｌｉx ＣｏＯ2 、Ｌｉx ＮｉＯ2 、または式（１）で表されるＬｉＮｉ系複合酸化物などである。Ｌｉと遷移金属元素とを含むリン酸化合物は、例えば、ＬｉＦｅＰＯ4 またはＬｉＦｅ1-u Ｍｎu ＰＯ4 （ｕ＜１）などである。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。なお、正極材料は、上記以外の材料でもよい。例えば、Ｌｉx Ｍ１４y Ｏ2 （Ｍ１４はＮＩと式（１）に示したＭ１３のうちの少なくとも１種とであると共に、ｘ＞１であり、ｙは任意である。）で表される材料などである。
【００７５】
ＬｉＮｉ1-x Ｍ１３x Ｏ2 …（１）
（Ｍ１３はＣｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｙ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｂ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｐ、ＳｂおよびＮｂのうちの少なくとも１種である。ｘは０．００５＜ｘ＜０．５である。）
【００７６】
この他、正極材料は、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などである。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムまたは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンまたは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンまたはポリチオフェンなどである。
【００７７】
［負極］
負極２２は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを有している。負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成は、それぞれ負極集電体１および負極活物質層２の構成と同様である。リチウムイオンを吸蔵放出可能である負極材料の充電可能な容量は、正極２１の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。充放電時に意図せずにＬｉ金属が析出することを防止するためである。
【００７８】
図４に示したように、正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極集電体２１Ａの表面の一部（例えば長手方向における中央領域）に設けられている。これに対して、負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極集電体２２Ａの全面に設けられている。これにより、負極活物質層２２Ｂは、負極集電体２２Ａのうち、正極活物質層２１Ｂと対向する領域（対向領域Ｒ１）および対向しない領域（非対向領域Ｒ２）に設けられている。この場合には、負極活物質層２２Ｂのうち、対向領域Ｒ１に設けられている部分が充放電に関与するが、非対向領域Ｒ２に設けられている部分は充放電にほとんど関与しない。なお、図４では、正極活物質層２１Ｂおよび負極活物質層２２Ｂに網掛けしている。
【００７９】
上記したように、負極活物質層２２Ｂに含まれる負極活物質は、所定の組成（原子比ｘ）を有していると共に、必要に応じて充放電前の状態からＬｉを含んでいる場合もある。しかしながら、充放電時の膨張収縮に起因して負極活物質層２２Ｂが変形または破損する可能性があるため、負極活物質の組成などが負極活物質層２２Ｂの形成時の状態から変動し得る。しかしながら、非対向領域Ｒ２では、充放電の影響をほとんど受けず、負極活物質層２２Ｂの形成状態が維持されるため、負極活物質の組成（原子比ｘおよびＭ１の割合）およびＳｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比（原子比）などについては、非対向領域Ｒ２の負極活物質層２２Ｂにおいて調べることが好ましい。充放電の履歴（充放電の有無および回数など）に依存せずに、負極活物質の組成などを再現性よく正確に調べることができるからである。
【００８０】
この負極２２の満充電状態における最大利用率（以下、単に「負極利用率」という。）は、特に限定されず、正極２１の容量と負極２２の容量との割合に応じて任意に設定可能である。
【００８１】
上記した「負極利用率」は、利用率Ｚ（％）＝（Ｘ／Ｙ）×１００で表される。ここで、Ｘは、負極２２の満充電状態における単位面積当たりのリチウムイオンの吸蔵量であり、Ｙは、負極２２の単位面積当たりにおける電気化学的に吸蔵可能なリチウムイオンの量である。
【００８２】
吸蔵量Ｘについては、例えば、以下の手順で求めることができる。最初に、満充電状態になるまで二次電池を充電させたのち、その二次電池を解体して、負極２２のうちの正極２１と対向している部分（検査負極）を切り出す。続いて、検査負極を用いて、金属リチウムを対極とした評価電池を組み立てる。最後に、評価電池を放電させて初回放電時の放電容量を測定したのち、その放電容量を検査負極の面積で割って吸蔵量Ｘを算出する。この場合の「放電」とは、検査負極からリチウムイオンが放出される方向へ通電することを意味しており、例えば、０．１ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で電池電圧が１．５Ｖに達するまで定電流放電する。
【００８３】
一方、吸蔵量Ｙについては、例えば、上記した放電済みの評価電池を電池電圧が０Ｖになるまで定電流定電圧充電して充電容量を測定したのち、その充電容量を検査負極の面積で割って算出する。この場合の「充電」とは、検査負極にリチウムイオンが吸蔵される方向へ通電することを意味しており、例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 であると共に電池電圧が０Ｖである定電圧充電において、電流密度が０．０２ｍＡ／ｃｍ2 に達するまで行う。
【００８４】
中でも、負極利用率は、３５％〜８０％であることが好ましい。優れたサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性が得られるからである。
【００８５】
［セパレータ］
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離して、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら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２３は、例えば、合成樹脂また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種類以上の多孔質膜が積層された積層膜でもよい。合成樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどが挙げられる。
【００８６】
［電解液］
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。
【００８７】
溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒のいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。この非水溶媒は、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、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルまたはジメチルスルホキシドなどである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００８８】
中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種が好ましい。より優れた特性が得られるからである。この場合には、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンなどの高粘度（高誘電率）溶媒（例えば比誘電率ε≧３０）と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒（例えば粘度≦１ｍＰａ・ｓ）との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。
【００８９】
特に、非水溶媒は、ハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。充放電時に負極２２の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。ハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として含む（少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された）鎖状炭酸エステルである。ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として含む（少なくとも１つのＨがハロゲンにより置換された）環状炭酸エステルである。
【００９０】
ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、Ｆ、ＣｌまたはＢｒが好ましく、Ｆがより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、１つよりも２つが好ましく、さらに３つ以上でもよい。保護膜を形成する能力が高くなると共に、より強固で安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。
【００９１】
ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス（フルオロメチル）または炭酸ジフルオロメチルメチルなどである。ハロゲン化環状炭酸エステルは、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンまたは４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどである。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。非水溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、０．０１重量％〜５０重量％である。
【００９２】
また、非水溶媒は、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２２の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとは、１または２以上の不飽和炭素結合を含む（いずれかの箇所に不飽和炭素結合が導入された）環状炭酸エステルである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、例えば、炭酸ビニレンまたは炭酸ビニルエチレンなどである。非水溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、０．０１重量％〜１０重量％である。
【００９３】
また、非水溶媒は、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。電解液の化学的安定性が向上するからである。スルトンは、例えば、プロパンスルトンまたはプロペンスルトンなどである。非水溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、０．５重量％〜５重量％である。
【００９４】
さらに、非水溶媒は、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。酸無水物は、例えば、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物またはカルボン酸スルホン酸無水物などである。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸または無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸または無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸スルホン酸無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸または無水スルホ酪酸などである。非水溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、０．５重量％〜５重量％である。
【００９５】
電解質塩は、例えば、Ｌｉ塩などの軽金属塩のいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。Ｌｉ塩は、例えば、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 、ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＡｌＣｌ4 、Ｌｉ2 ＳｉＦ6 、ＬｉＣｌまたはＬｉＢｒなどであり、その他の種類のＬｉ塩でもよい。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。
【００９６】
中でも、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 およびＬｉＡｓＦ6 のいずれか１種類または２種類以上が好ましく、ＬｉＰＦ6 またはＬｉＢＦ4 が好ましく、ＬｉＰＦ6 がより好ましい。内部抵抗が低下するため、より優れた特性が得られるからである。
【００９７】
電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
【００９８】
［二次電池の動作］
この角型の二次電池では、例えば、充電時に正極２１から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極２２に吸蔵される。また、例えば、放電時に負極２２から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極２１に吸蔵される。
【００９９】
［二次電池の製造方法］
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
【０１００】
まず、正極２１を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤などに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどのコーティング装置を用いて正極集電体２１Ａに正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて正極活物質層２１Ｂを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型する。この場合には、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。
【０１０１】
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の作製手順により、負極集電体２２Ａに負極活物質層２２Ｂを形成して負極２２を作製する。
【０１０２】
次に、電池素子２０を作製する。最初に、溶接法などにより正極集電体２１Ａに正極リード２４を取り付けると共に負極集電体２２Ａに負極リード２５を取り付ける。続いて、セパレータ２３を介して正極２１と負極２２とを積層させたのち、それらを長手方向において巻回させる。最後に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。
【０１０３】
最後に、二次電池を組み立てる。最初に、電池缶１１の内部に電池素子２０を収納したのち、その電池素子２０の上に絶縁板１２を載せる。続いて、溶接法などで正極リード２４を正極ピン１５に取り付けると共に負極リード２５を電池缶１１に取り付ける。この場合には、レーザ溶接法などにより電池缶１１の開放端部に電池蓋１３を固定する。最後に、注入孔１９から電池缶１１の内部に電解液を注入してセパレータ２３に含浸させたのち、その注入孔１９を封止部材１９Ａで塞ぐ。
【０１０４】
［二次電池の作用および効果］
この角型の二次電池によれば、負極２２が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、同様の作用が得られる。よって、サイクル特性、初回充放電特性および負荷特性などの優れた電池特性を得ることができる。これ以外の効果は、リチウムイオン二次電池用負極と同様である。
【０１０５】
＜２−２．円筒型＞
図５および図６は、円筒型二次電池の断面構成を表しており、図６では、図５に示した巻回電極体４０の一部を拡大している。以下では、既に説明した角型の二次電池の構成要素を随時引用する。
【０１０６】
［二次電池の構成］
円筒型の二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶３１の内部に巻回電極体４０および一対の絶縁板３２，３３が収納されたものである。この巻回電極体４０は、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とが積層および巻回された巻回積層体である。
【０１０７】
電池缶３１は、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、例えば、電池缶１１と同様の材料により形成されている。一対の絶縁板３２，３３は、巻回電極体４０を上下から挟むと共にその巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
【０１０８】
電池缶３１の開放端部には電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子（ＰＴＣ素子）３６がガスケット３７を介してかしめられており、その電池缶３１は密閉されている。電池蓋３４は、例えば、電池缶３１と同様の材料により形成されている。安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６は電池蓋３４の内側に設けられており、その安全弁機構３５は熱感抵抗素子３６を介して電池蓋３４と電気的に接続されている。この安全弁機構３５では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板３５Ａが反転して電池蓋３４と巻回電極体４０との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子３６は、温度上昇に応じた抵抗増加により、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット３７は、例えば、絶縁材料により形成されており、その表面にはアスファルトが塗布されていてもよい。
【０１０９】
巻回電極体４０の中心には、センターピン４４が挿入されていてもよい。正極４１には、Ａｌなどの導電性材料により形成された正極リード４５が接続されていると共に、負極４２には、Ｎｉなどの導電性材料により形成された負極リード４６が接続されている。正極リード４５は、安全弁機構３５に溶接などされ、電池蓋３４と電気的に接続されていると共に、負極リード４６は電池缶３１に溶接などされ、それと電気的に接続されている。
【０１１０】
正極４１は、例えば、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを有している。負極４２は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを有している。正極集電体４１Ａ、正極活物質層４１Ｂ、負極集電体４２Ａ、負極活物質層４２Ｂおよびセパレータ４３の構成は、それぞれ正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａ、負極活物質層２２Ｂおよびセパレータ２３の構成と同様である。また、セパレータ３５に含浸されている電解液の組成は、角型の二次電池における電解液の組成と同様である。
【０１１１】
［二次電池の動作］
この円筒型の二次電池では、例えば、充電時に正極４１から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極４２に吸蔵される。また、例えば、放電時に負極４２から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極４１に吸蔵される。
【０１１２】
［二次電池の製造方法］
この円筒型の二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、例えば、正極２１および負極２２と同様の作製手順により、正極集電体４１Ａの両面に正極活物質層４１Ｂを形成して正極４１を作製すると共に、負極集電体４２Ａの両面に負極活物質層４２Ｂを形成して負極４２を作製する。続いて、溶接法などにより正極４１に正極リード４５を取り付けると共に負極４２に負極リード４６を取り付ける。続いて、セパレータ４３を介して正極４１と負極４２とを積層および巻回させて巻回電極体４０を作製したのち、その巻回中心にセンターピン４４を挿入する。続いて、一対の絶縁板３２，３３で挟みながら巻回電極体４０を電池缶３１の内部に収納する。この場合には、溶接法などにより正極リード４５を安全弁機構３５に取り付けると共に負極リード４６の先端部を電池缶３１に取り付ける。続いて、電池缶３１の内部に電解液を注入してセパレータ４３に含浸させる。最後に、電池缶３１の開口端部に電池蓋３４、安全弁機構３５および熱感抵抗素子３６を取り付けたのち、それらをガスケット３７を介してかしめる。
【０１１３】
［二次電池の作用および効果］
この円筒型の二次電池では、負極４２が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、角型の二次電池と同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
＜２−３．ラミネートフィルム型＞
図７は、ラミネートフィルム型二次電池の分解斜視構成を表しており、図８は、図７に示した巻回電極体５０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面を拡大している。
【０１１５】
［二次電池の構成］
ラミネートフィルム型の二次電池は、主に、フィルム状の外装部材６０の内部に巻回電極体５０が収納されたものである。この巻回電極体５０は、セパレータ５５および電解質層５６を介して正極５３と負極５４とが積層および巻回された巻回積層体である。正極５３には正極リード５１が取り付けられていると共に、負極５４には負極リード５２が取り付けられている。巻回電極体５０の最外周部は、保護テープ５７により保護されている。
【０１１６】
正極リード５１および負極リード５２は、例えば、外装部材６０の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード５１は、例えば、Ａｌなどの導電性材料により形成されていると共に、負極リード５２は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉまたはステンレスなどの導電性材料により形成されている。これらの材料は、例えば、薄板状または網目状になっている。
【０１１７】
外装部材６０は、例えば、融着層、金属層および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る。このラミネートフィルムでは、例えば、融着層が巻回電極体５０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、または接着剤などにより貼り合わされている。融着層は、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのフィルムである。金属層は、例えば、Ａｌ箔などである。表面保護層は、例えば、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートなどのフィルムである。
【０１１８】
中でも、外装部材６０としては、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムが好ましい。ただし、外装部材６０は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムでもよい。
【０１１９】
外装部材６０と正極リード５１および負極リード５２との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム６１が挿入されている。この密着フィルム６１は、正極リード５１および負極リード５２に対して密着性を有する材料により形成されている。このような材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂である。
【０１２０】
正極５３は、例えば、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを有している。負極５４は、上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを有している。正極集電体５３Ａ、正極活物質層５３Ｂ、負極集電体５４Ａおよび負極活物質層５４Ｂの構成は、それぞれ正極集電体２１Ａ、正極活物質層２１Ｂ、負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂの構成と同様である。また、セパレータ５５の構成は、セパレータ２３の構成と同様である。
【０１２１】
電解質層５６は、高分子化合物により電解液が保持されたものであり、必要に応じて添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層５６は、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率（例えば、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上）が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。
【０１２２】
高分子化合物は、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。である。中でも、ポリフッ化ビニリデン、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。
【０１２３】
電解液の組成は、例えば、角型の二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層５６において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。このため、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。
【０１２４】
なお、ゲル状の電解質層５６に代えて、電解液を用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ５５に含浸される。
【０１２５】
［二次電池の動作］
このラミネートフィルム型の二次電池では、例えば、充電時に正極５３から放出されたリチウムイオンが電解質層５６を介して負極５４に吸蔵される。また、例えば、放電時に負極５４から放出されたリチウムイオンが電解質層５６を介して正極５３に吸蔵される。
【０１２６】
［二次電池の製造方法］
このゲル状の電解質層５６を備えたラミネートフィルム型の二次電池は、例えば、以下の３種類の手順により製造される。
【０１２７】
第１手順では、最初に、正極２１および負極２２と同様の作製手順により、正極５３および負極５４を作製する。この場合には、正極集電体５３Ａの両面に正極活物質層５３Ｂを形成して正極５３を作製すると共に、負極集電体５４Ａの両面に負極活物質層５４Ｂを形成して負極５４を作製する。続いて、電解液と、高分子化合物と、有機溶剤などとを含む前駆溶液を調製したのち、その前駆溶液を正極５３および負極５４に塗布してゲル状の電解質層５６を形成する。続いて、溶接法などにより正極集電体５３Ａに正極リード５１を取り付けると共に負極集電体５４Ａに負極リード５２を取り付ける。続いて、電解質層５６が形成された正極５３と負極５４とをセパレータ５５を介して積層および巻回させて巻回電極体５０を作製したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させる。最後に、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回電極体５０を挟み込んだのち、熱融着法などにより外装部材６０の外周縁部同士を接着させて、その外装部材６０に巻回電極体５０を封入する。この場合には、正極リード５１および負極リード５２と外装部材６０との間に密着フィルム６１を挿入する。
【０１２８】
第２手順では、最初に、正極５３に正極リード５１を取り付けると共に、負極５４に負極リード５２を取り付ける。続いて、セパレータ５５を介して正極５３と負極５４とを積層および巻回させて、巻回電極体５０の前駆体である巻回体を作製したのち、その最外周部に保護テープ５７を接着させる。続いて、２枚のフィルム状の外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、熱融着法などで一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着させて、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材６０の内部に注入したのち、熱融着法などにより外装部材６０の開口部を密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層５６を形成する。
【０１２９】
第３手順では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ５５を用いることを除き、上記した第２手順と同様に、巻回体を作製して袋状の外装部材６０の内部に収納する。このセパレータ５５に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体（単独重合体、共重合体または多元共重合体など）が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体、またはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、フッ化ビニリデンを成分とする重合体と一緒に、他の１種類または２種類以上の高分子化合物を用いてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材６０の内部に注入したのち、熱融着法などで外装部材６０の開口部を密封する。最後に、外装部材６０に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ５５を正極５３および負極５４に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸するため、その高分子化合物がゲル化して電解質層５６が形成される。
【０１３０】
この第３手順では、第１手順よりも電池膨れが抑制される。また、第２手順よりも高分子化合物の原料であるモノマーまたは有機溶剤などが電解質層５６中にほとんど残らないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。このため、正極５３、負極５４およびセパレータ５５と電解質層５６との間において十分な密着性が得られる。
【０１３１】
［二次電池の作用および効果］
このラミネートフィルム型の二次電池では、負極５４が上記したリチウムイオン二次電池用負極と同様の構成を有しているので、角型の二次電池と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
＜３．リチウムイオン二次電池の用途＞
次に、上記したリチウムイオン二次電池の適用例について説明する。
【０１３３】
リチウムイオン二次電池の用途は、それを駆動用の電源または電力蓄積用の電力貯蔵源などとして用いることが可能な機械、機器、器具、装置またはシステム（複数の機器などの集合体）などであれば、特に限定されない。リチウムイオン二次電池が電源として用いられる場合、それは主電源（優先的に使用される電源）でもよいし、補助電源（主電源に代えて、または主電源から切り換えて使用される電源）でもよい。この主電源の種類は、リチウムイオン二次電池に限られない。
【０１３４】
リチウムイオン二次電池の用途としては、例えば、以下の用途などが挙げられる。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオ、携帯用テレビまたは携帯用情報端末などの携帯用電子機器である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源またはメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルまたは電動のこぎりなどの電動工具である。ノート型パソコンなどの電源として用いられる電池パックである。ペースメーカーまたは補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。もちろん、上記以外の用途でもよい。
【０１３５】
中でも、リチウムイオン二次電池は、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具または電子機器などに適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本技術のリチウムイオン二次電池を用いることにより、有効に特性向上を図ることができるからである。なお、電池パックは、リチウムイオン二次電池を用いた電源であり、いわゆる組電池などである。電動車両は、リチウムイオン二次電池を駆動用電源として作動（走行）する車両であり、上記したように、リチウムイオン二次電池以外の駆動源も併せて備えた自動車（ハイブリッド自動車など）でもよい。電力貯蔵システムは、リチウムイオン二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源であるリチウムイオン二次電池に電力が蓄積されており、その電力が必要に応じて消費されるため、家庭用の電気製品などが使用可能になる。電動工具は、リチウムイオン二次電池を駆動用の電源として可動部（例えばドリルなど）が可動する工具である。電子機器は、リチウムイオン二次電池を駆動用の電源として各種機能を発揮する機器である。
【０１３６】
ここで、リチウムイオン二次電池のいくつかの適用例について具体的に説明する。なお、以下で説明する各適用例の構成はあくまで一例であるため、適宜変更可能である。
【０１３７】
＜３−１．電池パック＞
図９は、電池パックのブロック構成を表している。この電池パックは、例えば、図１０に示したように、プラスチック材料などにより形成された筐体６０の内部に、制御部６１と、電源６２と、スイッチ部６３と、電流測定部６４と、温度検出部６５と、電圧検出部６６と、スイッチ制御部６７と、メモリ６８と、温度検出素子６９と、電流検出抵抗７０と、正極端子７１および負極端子７２とを備えている。
【０１３８】
制御部６１は、電池パック全体の動作（電源６２の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などを含んでいる。電源６２は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。この電源６２は、例えば、２以上のリチウムイオン二次電池を含む組電池であり、それらの接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源６２は、２並列３直列となるように接続された６つのリチウムイオン二次電池を含んでいる。
【０１３９】
スイッチ部６３は、制御部６１の指示に応じて電源６２の使用状態（電源６２と外部機器との接続の可否）を切り換えるものである。このスイッチ部６３は、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオード（いずれも図示せず）などを含んでいる。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチである。
【０１４０】
電流測定部６４は、電流検出抵抗７０を用いて電流を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するものである。温度検出部６５は、温度検出素子６９を用いて温度を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するようになっている。この温度測定結果は、例えば、異常発熱時に制御部６１が充放電制御を行う場合や、制御部６１が残容量の算出時に補正処理を行うために用いられる。電圧検出部６６は、電源６２中におけるリチウムイオン二次電池の電圧を測定して、その測定電圧アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ）変換して制御部６１に供給するものである。
【０１４１】
スイッチ制御部６７は、電流測定部６６および電圧測定部６６から入力される信号に応じて、スイッチ部６３の動作を制御するものである。
【０１４２】
このスイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部６７（充電制御スイッチ）を切断して、電源６２の電流経路に充電電流が流れないように制御するようになっている。これにより、電源６２では、放電用ダイオードを介して放電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部６７は、例えば、充電時に大電流が流れた場合に、充電電流を遮断するようになっている。
【０１４３】
また、スイッチ制御部６７は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部６７（放電制御スイッチ）を切断して、電源６２の電流経路に放電電流が流れないように制御するようになっている。これにより、電源６２では、充電用ダイオードを介して充電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部６７は、例えば、放電時に大電流が流れた場合に、放電電流を遮断するようになっている。
【０１４４】
なお、リチウムイオン二次電池では、例えば、過充電検出電圧は４．２０Ｖ±０．０５Ｖであり、過放電検出電圧は２．４Ｖ±０．１Ｖである。
【０１４５】
メモリ６８は、例えば、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭなどである。このメモリ６８には、例えば、制御部６１により演算された数値や、製造工程段階で測定されたリチウムイオン二次電池の情報（例えば、初期状態の内部抵抗など）が記憶されている。なお、メモリ６８にリチウムイオン二次電池の満充電容量を記憶させておけば、制御部１０が残容量などの情報を把握できる。
【０１４６】
温度検出素子６９は、電源６２の温度を測定して、その測定結果を制御部６１に出力するものであり、例えば、サーミスタなどである。
電流検出抵抗７０は、
【０１４７】
正極端子７１および負極端子７２は、電池パックを用いて稼働される外部機器（例えばノート型のパーソナルコンピュータなど）または電池パックを充電するために用いられる外部機器（例えば充電器など）に接続される端子である。電源６２の充放電は、正極端子７１および負極端子７２を介して行われる。
【０１４８】
＜３−２．電動車両＞
図１０は、電動車両の一例であるハイブリッド自動車のブロック構成を表している。この電動車両は、例えば、図１０に示したように、金属製の筐体７３の内部に、制御部７４と、エンジン７５と、電源７６と、駆動用のモータ７７と、差動装置７８と、発電機７９と、トランスミッション８０およびクラッチ８１と、インバータ８２，８３と、各種センサ８４とを備えている。この他、電動車両は、例えば、差動装置７８およびトランスミッション８０に接続された前輪用駆動軸８５および前輪８６と、後輪用駆動軸８７および後輪８８とを備えている。
【０１４９】
この電動車両は、エンジン７５またはモータ７７のいずれか一方を駆動源として走行可能である。エンジン７５は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジンなどである。エンジン７５を動力源とする場合、エンジン７５の駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６または後輪８８に伝達される。なお、エンジン７５の回転力は発電機７９にも伝達され、その回転力により発電機７９が交流電力を発生させると共に、その交流電力はインバータ８３を介して直流電力に変換され、電源７６に蓄積される。一方、変換部であるモータ７７を動力源とする場合、電源７６から供給された電力（直流電力）がインバータ８２を介して交流電力に変換され、その交流電力によりモータ７７が駆動する。このモータ７７により電力から変換された駆動力（回転力）は、例えば、駆動部である差動装置７８、トランスミッション８０およびクラッチ８１を介して前輪８６または後輪８８に伝達される。
【０１５０】
なお、図示しない制動機構により電動車両が減速すると、その減速時の抵抗力がモータ７７に回転力として伝達され、その回転力によりモータ７７が交流電力を発生させるようにしてもよい。この交流電力はインバータ８２を介して直流電力に変換され、その直流回生電力は電源７６に蓄積されることが好ましい。
【０１５１】
制御部７４は、電動車両全体の動作を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源７６は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。この電源７６は、外部電源と接続され、その外部電源から電力供給を受けることで電力を蓄積可能になっていてもよい。各種センサ８４は、例えば、エンジン７５の回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御するために用いられる。この各種センサ８４は、例えば、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどを含んでいる。
【０１５２】
なお、上記では電動車両としてハイブリッド自動車について説明したが、電動車両は、エンジン７５を用いずに電源７６およびモータ７７だけを用いて作動する車両（電気自動車）でもよい。
【０１５３】
＜３−３．電力貯蔵システム＞
図１１は、電力貯蔵システムのブロック構成を表している。この電力貯蔵システムは、例えば、図１１に示したように、一般住宅または商業用ビルなどの家屋８９の内部に、制御部９０と、電源９１と、スマートメータ９２と、パワーハブ９３とを備えている。
【０１５４】
ここでは、電源９１は、例えば、家屋８９の内部に設置された電気機器９４に接続されていると共に、家屋８９の外部に停車された電動車両９６に接続可能になっている。また、電源９１は、例えば、家屋８９に設置された自家発電機９５にパワーハブ９３を介して接続されていると共に、スマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して外部の集中型電力系統９７に接続可能になっている。
【０１５５】
なお、電気機器９４は、例えば、冷蔵庫、エアコン、テレビまたは給湯器などの１または２以上の家電製品を含んでいる。自家発電機９５は、例えば、太陽光発電機または風力発電機などの１種類または２種類以上である。電動車両９６は、例えば、電気自動車、電気バイクまたはハイブリッド自動車などの１種類または２種類以上である。集中型電力系統９７は、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所または風力発電所などの１種類または２種類以上である。
【０１５６】
制御部９０は、電力貯蔵システム全体の動作（電源９１の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源９１は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。スマートメータ９２は、例えば、電力需要側の家屋８９に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能になっている。これに伴い、スマートメータ９２は、例えば、必要に応じて外部と通信しながら、家屋８９における需要・供給のバランスを制御し、効率的で安定したエネルギー供給を可能にするようになっている。
【０１５７】
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統９７からスマートメータ９２およびパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積されると共に、独立電源である太陽光発電機９５からパワーハブ９３を介して電源９１に電力が蓄積される。この電源９１に蓄積された電力は、制御部９１の指示に応じて、必要に応じて電気機器９４または電動車両９６に供給されるため、その電気機器９４が稼働可能になると共に、電動車両９６が充電可能になる。すなわち、電力貯蔵システムは、電源９１を用いて、家屋８９内における電力の蓄積および供給を可能にするシステムである。
【０１５８】
電源９１に蓄積された電力は、任意に利用可能である。このため、例えば、電気使用量が安い深夜に集中型電力系統９７から電源９１に電力を蓄積しておき、その電源９１に蓄積しておいた電力を電気使用量が高い日中に用いることができる。
【０１５９】
なお、上記した電力貯蔵システムは、１戸（１世帯）ごとに設置されていてもよいし、複数戸（複数世帯）ごとに設置されていてもよい。
【０１６０】
＜３−４．電動工具＞
図１２は、電動工具のブロック構成を表している。この電動工具は、例えば、図１２に示したように、電動ドリルであり、プラスチック材料などにより形成された工具本体９８の内部に、制御部９９と、電源１００とを備えている。この工具本体９８には、例えば、可動部であるドリル部１０１が稼働（回転）可能に取り付けられている。
【０１６１】
制御部９９は、電動工具全体の動作（電源１００の使用状態を含む）を制御するものであり、例えば、ＣＰＵなどを含んでいる。電源１００は、１または２以上のリチウムイオン二次電池（図示せず）を含んでいる。この制御物９９は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、必要に応じて電源１００からドリル部１０１に電力を供給して可動させるようになっている。
【実施例】
【０１６２】
本技術の実施例について、詳細に説明する。
【０１６３】
（実施例１−１〜１−１０）
以下の手順により、図７および図８に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
【０１６４】
最初に、正極５３を作製した。まず、正極活物質（ＬｉＣｏＯ2 ）９１質量部と、正極導電剤（グラファイト）６質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン：ＰＶＤＦ）３質量部とを混合して正極合剤とした。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正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体５３Ａの両面に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて正極活物質層５３Ｂを形成した。この正極集電体５３Ａとしては、帯状のＡｌ箔（厚さ＝１２μｍ）を用いた。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層５３Ｂを圧縮成型した。なお、満充電時に負極５４にＬｉ金属が析出しないように正極活物質層５３Ｂの厚さを調整した。
【０１６５】
次に、負極５４を作製した。最初に、蒸着法を用いて基盤の上に負極活物質の形成材料を堆積させたのち、その堆積膜を粉砕して負極活物質を得た。この場合には、偏向式電子ビーム蒸着源を用いると共に、原材料であるＳｉＯx 粉および金属粉Ｍ１（Ｎｉ）を共蒸着させた。また、原材料の堆積時にＯ2 またはＨ2 の導入量を調整して組成（原子比ｘ）を制御すると共に、投入電力を調整してＭ１の割合（Ｍ１／（Ｓｉ＋Ｏ））を制御した。また、堆積速度および基盤温度を調整して、負極活物質中における化合物状態を制御すると共に、基盤温度を調整して、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比（原子比）を制御した。この化合物状態の有無とは、負極活物質中におけるＳｉＭ１Ｏの有無であり、ここではＳｉＮｉＯの有無を意味している。詳細な条件は、表１に示した通りであり、その他の条件は、負極活物質のメジアン径＝５μｍ、ターボ分子ポンプを用いて圧力＝１×１０-3Ｐａの真空状態とした。
【０１６６】
なお、表１以降に示した価数条件は、以下の通りである。条件１は、存在比がＳｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+の関係を満たすこと、条件２は、存在比がＳｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+の関係を満たすこと、条件３は、Ｓｉ1+の存在比が１０原子％未満であることである。「○」および「×」は、それぞれ上記した各条件を満たすか否かを表している。
【０１６７】
続いて、負極活物質と負極結着剤の前駆体とを９０：１０の乾燥重量比で混合したのち、ＮＭＰで希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。この場合には、ＮＭＰおよびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を含むポリアミック酸を用いた。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体５４Ａの両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この負極集電体５４Ａとしては、圧延Ｃｕ箔（厚さ＝１５μｍ，十点平均粗さＲｚ＜０．５μｍ）を用いた。最後に、結着性を高めるために塗膜を熱プレスしたのち、真空雰囲気中で４００℃×１時間焼成した。これにより、負極結着剤（ポリアミドイミド）が形成されたため、負極活物質および負極結着剤を含む負極活物質層５４Ｂが形成された。なお、負極利用率が６５％となるように負極活物質層５４Ｂの厚さを調整した。
【０１６８】
次に、溶媒（炭酸エチレン（ＥＣ）および炭酸ジエチル（ＤＥＣ））に電解質塩（ＬｉＰＦ6 ）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を重量比でＥＣ：ＤＥＣ＝５０：５０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１ｍｏｌ／ｋｇとした。
【０１６９】
最後に、二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体５３Ａの一端にＡｌ製の正極リード５１を溶接すると共に、負極集電体５４Ａの一端にＮｉ製の負極リード５２を溶接した。続いて、正極５３、セパレータ５５、負極５４およびセパレータ５５をこの順に積層してから長手方向に巻回させて、巻回電極体５０の前駆体である巻回体を形成したのち、その巻き終わり部分を保護テープ５７（粘着テープ）で固定した。この場合には、セパレータ５５として、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が挟まれた積層フィルム（厚さ＝２０μｍ）を用いた。続いて、外装部材６０の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材６０の内部に巻回体を収納した。この場合には、外装部材６０として、外側からナイロンフィルム（厚さ＝３０μｍ）、Ａｌ箔（厚さ＝４０μｍ）および無延伸ポリプロピレンフィルム（厚さ＝３０μｍ）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、外装部材６０の開口部から電解液を注入し、セパレータ５５に含浸させて巻回電極体５０を作製した。最後に、真空雰囲気中で外装部材６０の開口部を熱融着して封止した。
【０１７０】
二次電池のサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
【０１７１】
サイクル特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために２３℃の雰囲気中で１サイクル充放電したのち、再び充放電して放電容量を測定した。続いて、サイクル数の総数が１００サイクルになるまで充放電して放電容量を測定した。最後に、サイクル維持率（％）＝（１００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００を算出した。充電時には、３ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電圧が４．２Ｖに達するまで充電したのち、４．２Ｖの定電圧で電流密度が０．３ｍＡ／ｃｍ2 に達するまで充電した。放電時には、３ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
【０１７２】
初回充放電特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために１サイクル充放電した。続いて、再び充電して充電容量を測定したのち、放電して放電容量を測定した。最後に、初回効率（％）＝（放電容量／充電容量）×１００を算出した。雰囲気温度および充放電条件は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。
【０１７３】
負荷特性を調べる場合には、最初に、電池状態を安定化させるために１サイクル充放電した。続いて、２サイクル目の充電および放電を行って充電容量を測定したのち、３サイクル目の放電および放電を行って放電容量を測定した。最後に、負荷維持率（％）＝（３サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００を算出した。２サイクル目の放電時の電流密度を０．２ｍＡ／ｃｍ2 とし、３サイクル目の放電時の電流密度を１ｍＡ／ｃｍ2 に変更したことを除き、雰囲気温度および充放電条件はサイクル特性を調べた場合と同様にした。
【０１７４】
【表１】
【０１７５】
負極活物質がＳｉ、Ｏと共にＭ１（Ｎｉ）を含む場合には、そのＭ１を含まない場合と比較して、サイクル維持率、初期効率および負荷維持率が増加した。特に、負極活物質がＭ１を含む場合には、そのＭ１の割合が５０原子％以下、さらに２０原子％以下であると、電池容量の低下が抑えられたため、高い電池容量が得られた。また、負極活物質が化合物（ＳｉＭ１Ｏ）を含んでいると、その化合物状態を含んでいない場合と比較して、初期効率がより増加した。
【０１７６】
（実験例２−１〜２−８８）
表２〜表５に示したように、Ｍ１の種類、割合および組み合わせを変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、ＳｉＯy 粉と共蒸着させるために他の金属粉Ｍ１（Ａｌ等）を用いた。
【０１７７】
【表２】
【０１７８】
【表３】
【０１７９】
【表４】
【０１８０】
【表５】
【０１８１】
Ｍ１の種類、割合および組み合わせを変更しても、表１の結果と同様に、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。
【０１８２】
（実験例３−１〜３−１２）
表６に示したように、負極活物質にＬｉを含有させたことを除き、実験例１−１〜１−８等と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、ＳｉＯy 粉と共蒸着させるために他の金属粉Ｍ１（Ｌｉ）を用いた。ここで用いている負極活物質は、未充電状態でＬｉを含んでいる。
【０１８３】
【表６】
【０１８４】
Ｍ１がＬｉを含んでいても、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。また、負極活物質がＳｉＭ１Ｏ（ＳｉＬｉＯ）を含んでいると、初期効率がより増加した。
【０１８５】
（実験例４−１〜４−８）
表７に示したように、原子比ｘを変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、原材料の溶融凝固時に酸素導入量を調整して原子比ｘを制御した。
【０１８６】
【表７】
【０１８７】
原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．５であると、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。なお、原子比＝２では、放電容量を得ることができなかったため、サイクル維持率等を算出できなかった。
【０１８８】
（実験例５−１〜５−３）
表８に示したように、負極活物質を多層に変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、負極活物質を得る場合に、その負極活物質層の形成材料の堆積工程を２回行った。
【０１８９】
【表８】
【０１９０】
負極活物質を多層にすると、サイクル維持率がより増加した。
【０１９１】
（実験例６−１〜６−９）
表９に示したように、価数条件を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。
【０１９２】
【表９】
【０１９３】
価数条件として条件１〜３の全てを満たすと、サイクル維持率、初回効率および負荷維持率がより高くなった。
【０１９４】
（実験例７−１〜７−６）
表１０に示したように、負極活物質のメジアン径を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、粉砕回数などを調整してメジアン径を制御した。
【０１９５】
【表１０】
【０１９６】
メジアン径を変更しても、高いサイクル維持率、初期効率および負荷維持率が得られた。この場合には、メジアン径が０．３μｍ〜２０μｍであると、高い電池容量が得られた。
【０１９７】
（実験例８−１〜８−１０）
表１１に示したように、負極活物質の表面に導電層を形成したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、粉体蒸着法を用いて負極活物質の表面に炭素材料（黒鉛）を堆積させた。この導電層の平均厚さおよび平均被覆率は、表１１に示した通りである。
【０１９８】
【表１１】
【０１９９】
導電層を形成すると、サイクル維持率、初期効率および負荷維持率がより増加した。
【０２００】
（実験例９−１〜９−１８）
表１２に示したように、負極結着剤の種類を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。この場合には、負極結着剤として、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリル酸リチウム（ＰＡＡＬ）または炭化ポリイミド（炭化ＰＩ）を用いた。なお、ＰＡＡまたはＰＡＡＬを用いる場合には、それらが溶解された１７体積％の水溶液を用いて負極合剤スラリーを準備すると共に、熱プレスしたのちに焼成しないで負極活物質層５４Ｂを形成した。
【０２０１】
【表１２】
【０２０２】
負極結着剤の種類を変更しても、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。
【０２０３】
（実験例１０−１〜１０−１２）
表１３に示したように、正極活物質の種類を変更したことを除き、実験例１−１〜１−８と同様の手順により二次電池を作製して諸特性を調べた。
【０２０４】
【表１３】
【０２０５】
正極活物質の種類を変更しても、高いサイクル維持率、初回効率および負荷維持率が得られた。
【０２０６】
表１〜表１３の結果から、負極活物質がＳｉおよびＯと共にＬｉ等の元素Ｍ１を構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．８であると、高いサイクル特性、初回充放電特性および負荷特性が得られることが確認された。
【０２０７】
以上、実施形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術はそれらで説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出により表される場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本技術は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出による容量とＬｉ金属の析出溶解による容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される場合についても適用可能である。この場合には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料が用いられると共に、負極材料の充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。
【０２０８】
また、電池構造が角型、円筒型またはラミネートフィルム型であると共に電池素子が巻回構造を有する場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本技術は、電池構造が角型またはボタン型などである場合、または、電池素子が積層構造などを有する場合についても適用可能である。
【符号の説明】
【０２０９】
１，４２Ａ，５４Ａ…負極集電体、２，４２Ｂ，５４Ｂ…負極活物質層、２２，４２，５４…負極、２０…電池素子、２１，４１，５３…正極、２１Ａ，２２Ａ，４１Ａ，５３Ａ…正極集電体、２１Ｂ，２２Ｂ，４１Ｂ，５３Ｂ…正極活物質層、２３，４３，５５…セパレータ、４０，５０…巻回電極体、５６…電解質層、６０…外装部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、活物質を含む負極と、電解液とを備え、
前記活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は０．５≦ｘ≦１．８である、
リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
ＳｉおよびＯに対するＭ１の割合（Ｍ１／（Ｓｉ＋Ｏ））は５０原子％以下である、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
Ｍ１のうちの少なくとも一部はＳｉおよびＯのうちの少なくとも一方と結合している、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記被覆部はＳｉとＯとＭ１との化合物を含む、請求項３記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
Ｓｉのうちの少なくとも一部はＯのうちの少なくとも一部と化合物を形成していると共に、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態（価数）は０価（Ｓｉ0+）、１価（Ｓｉ1+）、２価（Ｓｉ2+）、３価（Ｓｉ3+）および４価（Ｓｉ4+）を含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比（原子比）は、Ｓｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+、Ｓｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+の関係を満たすと共に、Ｓｉ1+の存在比は１０原子％未満である、請求項５記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記活物質は未充電状態でＬｉを構成元素として含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
前記活物質はＳｉとＬｉとＯとの化合物を含む、請求項７記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
前記活物質のメジアン径は０．３μｍ〜２０μｍである、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
前記負極は、前記活物質の表面のうちの少なくとも一部に設けられると共に前記活物質よりも電気抵抗が低い導電層を含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】
前記導電層は炭素材料を含む、請求項１０記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
前記負極は結着剤を含み、その結着剤はポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリマレイン酸、これらの共重合体、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムおよびポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種を含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１３】
活物質を含み、その活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は０．５≦ｘ≦１．８である、
リチウムイオン二次電池用負極。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、そのリチウムイオン二次電池の使用状態を制御する制御部と、その制御部の指示に応じて前記リチウムイオン二次電池の使用状態を切り換えるスイッチ部とを備えた、電池パック。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、そのリチウムイオン二次電池から電力を供給された電力を駆動力に変換する変換部と、その駆動力に応じて駆動する駆動部と、前記リチウムイオン二次電池の使用状態を制御する制御部とを備えた、電動車両。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、１または２以上の電気機器と、前記リチウムイオン二次電池から前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部とを備えた、電力貯蔵システム。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、そのリチウムイオン二次電池から電力を供給される可動部とを備えた、電動工具。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池を備え、そのリチウムイオン二次電池から電力を供給される、電子機器。
【請求項１】
正極と、活物質を含む負極と、電解液とを備え、
前記活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は０．５≦ｘ≦１．８である、
リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
ＳｉおよびＯに対するＭ１の割合（Ｍ１／（Ｓｉ＋Ｏ））は５０原子％以下である、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
Ｍ１のうちの少なくとも一部はＳｉおよびＯのうちの少なくとも一方と結合している、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記被覆部はＳｉとＯとＭ１との化合物を含む、請求項３記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
Ｓｉのうちの少なくとも一部はＯのうちの少なくとも一部と化合物を形成していると共に、Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態（価数）は０価（Ｓｉ0+）、１価（Ｓｉ1+）、２価（Ｓｉ2+）、３価（Ｓｉ3+）および４価（Ｓｉ4+）を含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
Ｓｉ原子のＯ原子に対する結合状態の存在比（原子比）は、Ｓｉ4+＜Ｓｉ0+＋Ｓｉ1+＋Ｓｉ2+＋Ｓｉ3+、Ｓｉ4+＞Ｓｉ0+、Ｓｉ4+≧Ｓｉ1+およびＳｉ4+≧Ｓｉ2+の関係を満たすと共に、Ｓｉ1+の存在比は１０原子％未満である、請求項５記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記活物質は未充電状態でＬｉを構成元素として含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
前記活物質はＳｉとＬｉとＯとの化合物を含む、請求項７記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
前記活物質のメジアン径は０．３μｍ〜２０μｍである、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
前記負極は、前記活物質の表面のうちの少なくとも一部に設けられると共に前記活物質よりも電気抵抗が低い導電層を含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】
前記導電層は炭素材料を含む、請求項１０記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
前記負極は結着剤を含み、その結着剤はポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリマレイン酸、これらの共重合体、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムおよびポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種を含む、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１３】
活物質を含み、その活物質は、ＳｉおよびＯと、Ｌｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ、Ｔａ、ＮａおよびＫのうちの少なくとも１種の元素Ｍ１とを構成元素として含み、そのＳｉに対するＯの原子比ｘ（Ｏ／Ｓｉ）は０．５≦ｘ≦１．８である、
リチウムイオン二次電池用負極。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、そのリチウムイオン二次電池の使用状態を制御する制御部と、その制御部の指示に応じて前記リチウムイオン二次電池の使用状態を切り換えるスイッチ部とを備えた、電池パック。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、そのリチウムイオン二次電池から電力を供給された電力を駆動力に変換する変換部と、その駆動力に応じて駆動する駆動部と、前記リチウムイオン二次電池の使用状態を制御する制御部とを備えた、電動車両。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、１または２以上の電気機器と、前記リチウムイオン二次電池から前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部とを備えた、電力貯蔵システム。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池と、そのリチウムイオン二次電池から電力を供給される可動部とを備えた、電動工具。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１２に記載したリチウムイオン二次電池を備え、そのリチウムイオン二次電池から電力を供給される、電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８５８６（Ｐ２０１３−８５８６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１００４（Ｐ２０１１−１４１００４）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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