非水系リチウム二次電池
【課題】本発明は、高エネルギー密度を有し、かつ高出力のリチウム系二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇである負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【解決手段】正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇである負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えた非水系リチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全および省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システムなどが注目を集めている。
【０００３】
これらの蓄電システムにおける第一の要求事項は、用いられる電池のエネルギー密度が高いことである。この様な要求に対応すべく、リチウム電池電力貯蔵技術研究組合（ＬＩＢＥＳ）などにより、高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
【０００４】
第二の要求事項は、出力特性が安定していることである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ（例えば、ハイブリッド電気自動車）、あるいは燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ（例えば、燃料電池電気自動車）において、エンジンあるいは燃料電池が最大効率で運転するためには、一定出力での運転が必須であり、負荷側の出力変動あるいはエネルギー回生に対応するために、蓄電システムにおける高出力放電特性および／または高率充電受け入れ特性が要求されている。
【０００５】
現在、高出力蓄電デバイスとしては、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタがあり、２ｋＷ／ｌを超える出力特性を有する大型キャパシタが開発されている。しかしながら、そのエネルギー密度は、１〜５Ｗｈ／ｌ程度に過ぎないので、単独で上述の蓄電システムを構成することは難しい。
【０００６】
一方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、２ｋＷ／ｌ以上の高出力を実現し、かつ１６０Ｗｈ／ｌ程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度をより一層高めるとともに、高温での安定性をさらに改善させることにより、信頼性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
【０００７】
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、ＤＯＤ５０％において３ｋＷ／ｌを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されているが、そのエネルギー密度は、１００Ｗｈ／ｌ以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。
【０００８】
上記の様に高出力（２ｋＷ／ｌ以上）と高エネルギー密度（１８０Ｗｈ／ｌ）とを兼ね備えた電池の実用化が強く求められているが、現在のところ、この技術的要求を充足する電池は開発されていない。
【０００９】
リチウムイオン電池において高エネルギー密度と高出力とを同時に達成するためには、負極材料、正極材料、電解液などの各種の電池構成材料の特性を向上させる多面的なアプローチが必要である。現在、リチウムイオン電池を作製するに際し、負極材料として用いられている黒鉛系材料、炭素材料などを使用する場合には、例えば５分レベルの急速な放電（４０００ｍＡ／ｇの電流密度）において、その容量は１時間レベルの放電（３００ｍＡ／ｇの電流密度）時に比べて著しく低下する。従って、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えたリチウム系二次電池を開発するためには、大きなブレークスルーが必要である。
【００１０】
また、リチウムイオン電池用正極材料として用いられるＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２などに代表されるリチウム複合酸化物は、負極として用いられる黒鉛系材料と同様に、例えば５分レベルの急速な放電において、その容量は１Ｃ放電時に比べ著しく低下するので、リチウム系二次電池の性能向上のためには、やはり大きなブレークスルーが必要である。
【００１１】
一方、高出力用デバイスであるキャパシタに用いられる活性炭は、一般に比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上である。この様なキャパシタ用活性炭にリチウムイオンをドーピングする場合には、その効率が著しく低いこと、また、電極化時密度も低いことなどの理由により、この様な活性炭を高出力と高容量とを兼ね備えた電池に用いることは、難しかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明は、高エネルギー密度を有し、かつ高出力のリチウム系二次電池を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記の様な従来技術の問題点に留意しつつ、研究を進めた結果、特定の正極材料と負極材料とを使用することにより、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えた非水系リチウム二次電池を得ることに成功した。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記の非水系リチウム二次電池を提供する：
１．正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇである負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
２．工程（２）における負極材料が、気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより得られる、上記項１に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
３．気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気が、ピッチ又はコークスを熱処理して得られる、上記項２に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
４．工程（１）が、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを１００／０〜３０／７０（重量比）で混合した材料を電極に成形して正極を得る工程である上記項１〜３のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
５．工程（２）により得られる負極が、初期効率３０％以上、４０００ｍＡ／ｇの速度での放電で３００ｍＡｈ／ｇ以上の容量を有する上記項１〜４のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
６．工程（２）における炭素質材料が、アモルファス状材料である上記項１〜５のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
７．工程（２）において、活性炭を被覆する炭素質材料の量が、活性炭重量を基準として１０〜８０％である上記項１〜６のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
８．工程（２）が、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇの材料からなる負極材料と結着剤樹脂とを混合し、その後電極に成形する工程である上記項１〜７のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
９．正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）（ｉ）気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜８３０ｍ２／ｇである負極材料を得る工程、
（ｉｉ）前記負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高エネルギー密度を有し、かつ高出力を有する非水系リチウム二次電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
【００１７】
本発明のリチウム系二次電池における正極材料は、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料単独或いは比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出できる材料との混合物からなる。
【００１８】
正極材料として使用する多孔質炭素質材料としては、ＢＥＴ法による比表面積（以下、必要でない限り、単に「比表面積」という）が５００ｍ２／ｇ以上であれば、限定されないが、活性炭、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックなどが例示される。多孔質炭素質材料の比表面積は、５００ｍ２／ｇ以上であることを必須しており、より好ましくは１０００ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは１５００ｍ２／ｇ以上である。多孔質炭素材料の比表面積が低すぎる場合には、後述するアニオン種のドーピング量が少なくなり、高出力放電時に充分な容量が得られない。正極に用いる多孔質炭素質材料の比表面積は、充填率の観点からは、２５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
【００１９】
さらに、正極材料としては、多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを併用することが出来る（以下この様に併用される材料を単に「併用材料」ということがある）。この様な併用材料は、リチウムの電気化学的な吸蔵および放出が可能であれば、限定されないが、例えば、リチウム複合コバルト酸化物、リチウム複合ニッケル酸化物、リチウム複合マンガン酸化物、これら複合酸化物の混合物、これら複合酸化物或いは複合酸化物の混合物にさらに異種金属元素（コバルト系酸化物に対し、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｇなど；Ｎｉ系酸化物に対し、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｇなど；マンガン系酸化物に対し、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｇなど）の少なくとも１種を添加した複合酸化物などを用いることができる。異種金属元素の添加量は、併用材料に対する要求性能、複合酸化物を構成する金属の組み合わせなどに応じて、適宜選択することができる。例えば、リチウム含有Ｃｏ−Ｎｉ複合酸化物においては、Ｃｏ：Ｎｉ＝１：１とすることができる。また、マンガン、バナジウム、鉄などの金属の酸化物（異種金属を含んでいても良い）、ジスルフィド系化合物などを用いることも、可能である。なお、本発明における“リチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な併用材料”は、当然のことながら、上記の比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料を含まない。
【００２０】
本発明による電池の正極においては、電池の充電時には多孔質炭素質材料に電解質中のアニオンがドーピングされ、放電時にはこのアニオンが脱ドーピングされる。このドーピング／脱ドーピング反応は極めて速度が速く、例えば１０Ｃを超える電池の高出力放電に追従することが可能である。
【００２１】
本発明の二次電池において、高出力が必要とされる時間が比較的短くかつ持続時間が短い場合（すなわち、電池としてそれほど大きな容量が必要とされない場合）には、正極として多孔質炭素材料を単独で使用することができる。これに対し、高出力化と高容量化とを達成する必要がある場合には、多孔質炭素材料と併用材料とを併せて使用する。本発明における併用材料の容量は、その比重により異なるが、少なくとも１００ｍＡｈ／ｇ以上の比容量を利用できる材料が好ましい。
【００２２】
正極として、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料を単独で用いるか、或いは比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを併用する混合材料を用いるか、混合材料を使用する場合の混合比をどの様に定めるかなどは、目的とする電池の仕様により適宜決定される。例えば、電池をハイブリッド電気自動車などにおいて使用する場合には、高出力が必要とされる時間は比較的短く、１０秒程度持続すれば使用可能であるので、多孔質炭素質材料を使用することができる。また、高出力と高容量とを必要とする電池においては、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質と併用材料とを混合して用いることが望ましい。いずれの場合においても、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタを超える容量および出力特性が得られる。
【００２３】
比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料と併用材料とを混合して用いる場合には、併用材料の混合比は、両材料の合計重量を基準として、７０％以下とすることが好ましく、５０％以下とすることがより好ましい。併用材料の混合比が、７０％を上回る場合には、十分な出力が得られない。
【００２４】
本発明における負極は、ＢＥＴ法による比表面積が通常２０〜１０００ｍ２／ｇ、より好ましくは５０〜８００ｍ２／ｇ、さらに好ましくは１００〜６００ｍ２／ｇの炭素質材料からなる。比表面積が小さすぎる場合には、充分な出力が得られないのに対し、比表面積が大きすぎる場合には、リチウムイオンの初期充放電効率が著しく低下するとともに、該負極材料を用いた電極の密度が低下して、体積あたりの容量が減少する。また、該負極材料から電解質へのリチウムイオンの移動速度を高めるためには、電解質を活物質内部まで充分に進入させる必要があり、そのためには、特に細孔直径１００〜１０Å程度の細孔の量を適切に制御することが好ましい。
【００２５】
本発明によるリチウム二次電池の負極材料は、上記の特性乃至構造を有している限り、特に限定されるものではないが、活物質内でのリチウムイオンの移動を考慮すると、アモルファス状炭素材料であることがより好ましい。アモルファス状炭素材料は、黒鉛などの結晶性材料に比べて、その充放電曲線がなだらかであるため、結晶性材料に比して、リチウムをより高率で充放電することが可能である点においても、好適である。
【００２６】
本発明によるリチウム二次電池の負極材料の容量は、４００ｍＡｈ／ｇ以上であり、特に好ましくは５００ｍＡｈ／ｇ以上である。従来技術においては、リチウムイオン電池の負極活物質としては、２００〜３００ｍＡｈ／ｇ程度の材料を使用することが一般的である。しかしながら、高出力電池を得るためには、後述の様に電解液を保持する負極の気孔率（負極材料自体の気孔率と成形された負極中の負極材料粒子間隙に起因する気孔率との総和）を３５〜６０％程度となる様に設定することが好ましく、活物質容量が４００ｍＡｈ／ｇ未満の場合には、電池のエネルギー密度が低下する傾向がある。
【００２７】
上記の要件を満足する好ましいリチウム系二次電池用負極材料としては、アモルファス状炭素（ポリアセン系物質、非晶質炭素など）が挙げられる。より具体的には、核となる炭素粒子（核炭素粒子）の表面上にアモルファス状炭素質材料（ポリアセン系物質、非晶質炭素など）からなる被覆層を形成させることにより得られ、比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇ程度である炭素質材料（積層粒子材料）がより好ましい。
【００２８】
この様な積層粒子材料は、例えば、以下の様にして製造することができる。すなわち、平均粒子径１〜５００μｍ程度（より好ましくは１〜５０μｍ程度）で比表面積１００ｍ２／ｇ以上（より好ましくは６００ｍ２／ｇ以上）の核炭素粒子（活性炭、木炭、ポリアセン系物質など；以下「活性炭」をもって代表させる）を、フェノール樹脂、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、メソカーボンマイクロビーズ、ピッチ、ピッチ系繊維、コークスなどの共存下に熱処理を行うことによりその表面に被覆層を形成させるか；或いは熱処理により被覆層を形成しうる炭素前駆体（液状有機物質、或いは有機溶媒に溶解させたタール、ピッチ、合成樹脂などの固形有機物質）を予め活性炭表面にコーティングした後、熱処理することにより、被覆層を形成させるか；或いは気相での熱処理により被覆層を形成し得るキシレン、ベンゼンなどの炭化水素のガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理する；などの手法により、製造される。活性炭としては、得られる積層粒子材料が所望の特性を発揮する限り、その原料などには制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系などの各種の原料から得られた市販品を使用することが出来る。熱処理温度は、活性炭表面を非晶質炭素、ポリアセン系物質などのアモルファス系炭素質材料により被覆するために、５００〜１５００℃程度の温度で行うことが好ましく、特に５００〜７００℃程度の熱処理により、活性炭表面をポリアセン系物質で被覆することが望ましい。すなわち、ポリアセン系物質による被覆層を備えた積層粒子材料は、リチウムをドープした状態において、１５０℃程度の温度における電解液との反応による発熱が少ないので、安全性の観点から好適である。
【００２９】
活性炭を被覆する炭素質材料の量は、原料とする活性炭の構造乃至特性（細孔直径、気孔率など）に応じて適宜決定すれば良く、限定されないが、通常活性炭重量を基準として１０〜８０％程度である。
【００３０】
本発明における負極材料は、初期効率３０％以上（好ましくは５０％以上）であり、４０００ｍＡ／ｇの速度での放電での容量３００ｍＡｈ／ｇ以上（好ましくは３２０ｍＡｈ／ｇ以上、より好ましくは４００ｍＡｈ／ｇ以上）である。この値は、例えば、上述の方法で得られる本発明のリチウム系二次電池用負極材料を用いた電極により、測定可能である。ＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇの炭素質材料であっても、上記の初期効率および／または容量を有していない場合には、所望の高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えたリチウム系二次電池を得ることはできない。
【００３１】
本発明における負極材料には、あらかじめリチウムをドープしておくことが可能である。予めリチウムをドープしておくことにより、電池の初期効率、容量、出力特性などを制御することができる。本発明における負極材料へのプリドーピングは、本発明の負極材料を電極に成形した後、電気化学的に行うことが好ましい。具体的には、電池組立前に対極としてリチウム金属を用いた電気化学システムを組み立てた状態で、後述の非水系電解液中においてプリドーピングする方法、電解液を含浸した負極にリチウム金属を張り合わせる方法などが挙げられる。また、電池組立後にリチウムのプリドーピングを行う場合には、リチウム金属などのリチウム源を負極と張り合わせて、両者を電気的に接触させておいた状態で、電池内に電解液を注液することにより、行うことができる。
【００３２】
本発明の正極材料および負極材料を電極に成形する方法は、所望の非水系二次電池の形状、特性などに応じて、公知の手法から適宜選択することができる。例えば、正極材料（或いは負極材料）と結着剤樹脂と、必要に応じて導電剤とを混合した後、成形することにより、電極を得ることができる。結着剤樹脂の種類は、特に限定されるものではないないが、ポリフッ化ビニリデン、ポリ四フッ化エチレンなどのフッ素系樹脂類、フッ素ゴム、ＳＢＲ、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類などが例示される。
【００３３】
正極および負極における結着剤混合量は、特に限定されず、本発明の正極材料および負極材料の種類、粒径、形状、目的とする電極の厚み、強度などに応じて適宜決定すれば良い。例えば、通常本発明の正極材料或いは負極材料重量の１〜３０％程度の割合とすることが好ましい。
【００３４】
本発明において、負極を集電体上に形成する場合には、集電体の材質などは、特に限定されず、銅箔、ステンレス鋼箔、チタン箔などが使用できる。さらに、金属箔上あるいは金属の隙間に電極が形成可能である構造体、例えば、エキスパンドメタル、網材などを集電体として用いることもできる。
【００３５】
本発明電池における電解質としては、リチウム塩を含む非水系電解液、ポリマー電解質、ポリマーゲル電解質などの公知の非水系電解質を用いることが可能であり、正極材料の種類、負極材料の性状、充電電圧などの使用条件などにより、適宜決定される。高出力の電池を得るためには、電解質は、１×１０−３Ｓ／ｃｍ以上の伝導度を有していることが好ましく、３×１０−３Ｓ／ｃｍ以上の伝導度を有していることがより好ましい。リチウム塩を含む非水系電解液としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４などのリチウム塩をプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトン、酢酸メチル、蟻酸メチルなどの１種または２種以上からなる有機溶媒に溶解したものを用いることができる。また、電解液の濃度は、特に限定されるものではないが、一般に０．５〜２ｍｏｌ／ｌ程度が実用的である。当然のことながら、電解液中の水分含量ができるだけ低いことが望ましく、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書において、「非水系電解質」とは、非水系電解液および有機電解液のみならず、ゲル状および固体の電解質をも含む電解質を意味する。
【００３６】
本発明の非水系二次電池の形状、大きさなどは、特に限定されず、その用途に応じて、円筒型、角型、フィルム電池、箱型などなどの任意の形態を選択することができる。
【実施例】
【００３７】
以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをさらに明確にする。
【００３８】
実施例１
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）５ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、等方性ピッチ（軟化点：２７０℃）１０ｇを入れたセラミック製皿の上に置き、小型円筒炉（炉心管内径１００ｍｍ）内に配置して、加熱処理を行った。加熱処理は、窒素雰囲気下で行い、窒素流量は０．５ｌ／ｍｉｎとした。加熱処理は、上記ピッチを７００℃まで昇温し、同温度で４時間保持し、続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、炉から取り出した。
【００３９】
得られた加熱熱処理後の炭素質材料被覆活性炭は、原料ピッチ系活性炭に比して、重量が５０％増加しており、ＢＥＴ法による比表面積（測定機器：ユアサアイオニクス社製“ＮＯＶＡ１２００”）を測定したところ、５５０ｍ２／ｇであった。
【００４０】
次いで、上記で得た炭素質材料被覆活性炭１００重量部、アセチレンブラック１０重量部およびＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）１０重量部とＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）２００重量部と混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ１４μｍの銅箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ５０μｍの電極を得た。得られた電極の密度は、１．０１ｇ／ｃｃであった。
【００４１】
上記で得られた電極を作用極として使用し、金属リチウムを対極および参照極として使用し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度でＬｉＰＦ６を溶解させた溶液を電解液として使用して、アルゴンドライボックス中で電気化学セルを作成した。リチウムのドーピングは、まずリチウム電位に対して１ｍＶになるまで活物質重量に対して１００ｍＡ／ｇの速度で行い、さらにリチウム電位に対して１ｍＶの定電圧を２０時間印加して、ドーピングを終了した。次いで、活物質重量に対し１００ｍＡ／ｇの速度でリチウム電位に対して２Ｖまで脱ドーピングを行ったところ、放電容量６０５ｍＡｈ／ｇ、初期効率５６％の値を得た。
【００４２】
次に、充電速度および放電速度を変化させて、容量の測定を行った。すなわち、４０００ｍＡ／ｇの放電あるいは５分（リチウム電位に対して１ｍＶになるまで活物質重量に対して４０００ｍＡ／ｇの速度で行い、さらにリチウム電位に対して１ｍＶの定電圧を印加して、総充電時間を５分間とした）の充電において４００ｍＡｈ／ｇ以上の容量が得られた。
【００４３】
（２）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部と混合して、正極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１５０μｍの正極を得た。
【００４４】
（３）上記（１）および（２）で得られた負極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）と正極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）とをセパレータ（東燃タピルス製、多孔性ポリエチレン：５２ｍｍ×３２ｍｍ）を介して対向させ、電池を組み立てた。この時、負極として材料重量あたり１０００ｍＡｈ／ｇのリチウムを電気化学的にプリドーピングしたものを使用し、電解液としてエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬＩＰＦ６を溶解した溶液を使用した。
【００４５】
（４）作成した電池を２ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、２ｍＡの定電流で２．５Ｖまで放電した。放電容量は、６ｍＡｈであった。
【００４６】
続いて、２ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行っ後、５００ｍＡの電流で１０秒間放電し、４．２Ｖで１分間（最大電流１０００ｍＡ）充電する操作を１０回繰り返したが、８０Ｃを超える高レートでの電流取り出しが可能であった。
【００４７】
実施例２
（１）ＬｉＣｏＯ２（セイミケミカル製、品番Ｃ−０１２）５０重量部、市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）５０重量部およびＰＶｄＦ８重量部とＮＭＰ２００重量部とを混合して、正極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１５０μｍの正極を得た。
【００４８】
（２）（１）で得られた正極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）及び実施例１と同様の負極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）をセパレータ（東燃タピルス製、多孔性ポリエチレン：５２ｍｍ×３２ｍｍ）を介して対向させ、電池を組み立てた。この時、負極として材料重量あたり５００ｍＡｈ／ｇのリチウムを電気化学的にプリドーピングしたものを使用し、電解液としてエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬｉＰＦ６を溶解した溶液を使用した。
【００４９】
（３）上記のようにして作成した電池を５ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、５ｍＡの定電流で２．５Ｖまで放電した。放電容量は、２５ｍＡｈであった。
【００５０】
続いて、５ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った後、７５０ｍＡの電流で１０秒間放電し、４．２Ｖで１分間（最大電流７５０ｍＡ）充電する操作を１０回繰り返したが、３０Ｃを超える高レートでの電流取り出しが可能であった。
【００５１】
比較例１
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部とを混合して、電極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１００μｍの電極（下記（２）において、正極および負極として使用する）を得た。
【００５２】
（２）（１）で作成した電極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）を正極および負極とし、セパレータ（電解コンデンサ紙：５２ｍｍ×３２ｍｍ）を介して対向させて、電気二重層キャパシタを組立てた。電解液としては、プロピレンカーボネートに１．５ｍｏｌ／ｌの濃度にトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解した溶液を使用した。作成した電気二重層キャパシタを２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１ｍＡの定電流で１Ｖまで放電した。放電容量は、２．７ｍＡｈであった。
【００５３】
続いて、２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った後、５００ｍＡの電流で放電したところ、１０秒以内にキャパシタ電圧は１Ｖ以下となった。
【００５４】
実施例３
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）５０ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、等方性ピッチ（軟化点：２７０℃）１００ｇを入れたステンレススチール製バット（３００ｍｍ×２００ｍｍ：深さ５０ｍｍ）の中に置き、蓋をした後（籠がステンレススチールメッシュ製である為、隙間が少し開いている状態にある）、角型電気炉（炉内寸法４００ｍｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ）内に配置して、加熱処理を行った。加熱処理は、窒素雰囲気下で行い、窒素流量は５ｌ／ｍｉｎとした。加熱処理は、上記ピッチを７００℃まで昇温し、同温度で４時間保持し、続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、炉から取り出した。
【００５５】
得られた加熱熱処理後の炭素質材料被覆活性炭は、原料ピッチ系活性炭に比して、重量が２９％増加しており、ＢＥＴ法による比表面積（測定機器：ユアサアイオニクス社製“ＮＯＶＡ１２００”）を測定したところ、８３０ｍ２／ｇであった。
【００５６】
次いで、上記で得た炭素質材料被覆活性炭１００重量部、アセチレンブラック１０重量部およびＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）１０重量部とＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）２００重量部と混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ１４μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１５４μｍの電極Ａを得た。また、厚さ１４μｍの銅箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ８４μｍの電極Ｂをも得た。得られた両電極の密度は、いずれも０．８５ｇ／ｃｃであった。
【００５７】
上記で得られた片面電極Ｂを作用極として使用し、金属リチウムを対極および参照極として使用し、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度でＬｉＰＦ６を溶解した溶液を電解液として使用して、アルゴンドライボックス中で電気化学セルを作成した。リチウムのドーピングは、まずリチウム電位に対して１ｍＶになるまで活物質重量に対して１００ｍＡ／ｇの速度で行い、さらにリチウム電位に対して１ｍＶの定電圧を２０時間印加して、ドーピングを終了した。次いで、活物質重量に対し１００ｍＡ／ｇの速度でリチウム電位に対して２Ｖまで脱ドーピングを行ったところ、放電容量５６０ｍＡｈ／ｇ、初期効率５１％の値を得た。
【００５８】
次に、放電速度を変化させて、容量の測定を行った。４０００ｍＡ／ｇの放電において３２０ｍＡｈ／ｇの容量が得られた。
【００５９】
（２）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部と混合して、正極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ３２０μｍの正極を得た。得られた電極の密度は、０．６２ｇ／ｃｃであった。
【００６０】
（３）上記（１）および（２）で得られた負極（片面負極Ａ＝２枚、両面負極Ｂ＝３枚：１５ｍｍ×２１ｍｍ）と正極（両面正極＝４枚：１４ｍｍ×２０ｍｍ）とセパレータ（多孔性ポリエチレン：１６ｍｍ×２２ｍｍ）を、片面負極Ａ／セパレータ／両面正極／セパレータ／両面負極Ｂ／セパレータ／両面正極／セパレータ／両面負極Ｂ／セパレータ／両面正極／セパレータ／両面負極Ｂ／セパレータ／両面正極／セパレータ／片面負極Ａの順で積層し、正極・負極端子を溶接し、樹脂−アルミラミネートフィルム外装体に挿入した後、電解液を注入し、樹脂開口部を熱融着して、封口した。積層時には、各負極のすべての電極面には厚さ２０μｍのリチウム金属を圧着した。電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度でＬｉＰＦ６を溶解した溶液を使用した。作成した電池を１日間放置した後、測定を開始した。
【００６１】
（４）作成した電池を２ｍＡの電流で４．０Ｖまで充電し、その後４．０Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１３ｍＡの定電流で２．０Ｖまで放電した。放電容量は、１１．３ｍＡｈであった。
【００６２】
続いて、２ｍＡの電流で４．０Ｖまで充電し、その後４．０Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行なった後、１３０ｍＡの電流で定電流で２．０Ｖまで放電した。放電容量は、９．８ｍＡｈであった。更に同様にして充電を行った後、７８０ｍＡの電流で定電流で２．０Ｖまで放電した。放電容量は、７ｍＡｈであった。
【００６３】
実施例３および下記比較例２で得られた電池について、各条件下における放電カーブを図１に示す。
【００６４】
比較例２
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部とを混合して、電極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ３２０μｍの電極Ｃ（下記（２）において、正極および負極として使用する）を得た。また、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に、塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１７０μｍの電極Ｄ（下記（２）において、正極および負極として使用する）を得た。得られた両電極の密度は、いずれも０．６２ｇ／ｃｃであった。
【００６５】
（２）（１）で作成した電極（負極用片面電極Ｄ＝２枚、負極用両面電極Ｃ＝２枚、正極用両面電極Ｃ＝３枚、：各電極の面積＝１４ｍｍ×２０ｍｍ）とセパレータ（電解コンデンサ紙：１６ｍｍ×２２ｍｍ）を、片面電極Ｄ（負極）／セパレータ／両面電極Ｃ（正極）／セパレータ／両面電極Ｃ（負極）／セパレータ／両面電極Ｃ（正極）／セパレータ／両面電極Ｃ（負極）／セパレータ／両面電極Ｃ（正極）／セパレータ／片面電極Ｄ（負極）の順で積層し、正極・負極端子を溶接した後、樹脂−アルミラミネートフィルム外装体に挿入し、電解液を注入した後、樹脂開口部を熱融着して、封口した。電解液として溶媒（プロピレンカーボネート）に１．５ｍｏｌ／ｌの濃度でトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解した溶液を使用した。得られた電気二重層キャパシタの厚さは、実施例３と同じであった。
【００６６】
（３）作成した電池を２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１０ｍＡの定電流で０Ｖまで放電した。放電容量は、７．５ｍＡｈであった。
【００６７】
続いて、２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行なった後、１００ｍＡの電流で定電流で０Ｖまで放電した。放電容量は、６．８ｍＡｈであった。更に同様にして充電した後、６００ｍＡの電流で定電流で０Ｖまで放電した。放電容量は、５．５ｍＡｈであった。
【００６８】
図１に示す結果から明らかな様に、多孔質炭素質材料を負極に用いた本発明による非水系二次電池は、従来の電気二重層キャパシタに比して、高電圧かつ高容量であり、また出力特性にも優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明実施例３による非水系リチウム二次電池の特性と比較例２による電気二重層キャパシタの特性とを示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えた非水系リチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全および省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システムなどが注目を集めている。
【０００３】
これらの蓄電システムにおける第一の要求事項は、用いられる電池のエネルギー密度が高いことである。この様な要求に対応すべく、リチウム電池電力貯蔵技術研究組合（ＬＩＢＥＳ）などにより、高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
【０００４】
第二の要求事項は、出力特性が安定していることである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ（例えば、ハイブリッド電気自動車）、あるいは燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ（例えば、燃料電池電気自動車）において、エンジンあるいは燃料電池が最大効率で運転するためには、一定出力での運転が必須であり、負荷側の出力変動あるいはエネルギー回生に対応するために、蓄電システムにおける高出力放電特性および／または高率充電受け入れ特性が要求されている。
【０００５】
現在、高出力蓄電デバイスとしては、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタがあり、２ｋＷ／ｌを超える出力特性を有する大型キャパシタが開発されている。しかしながら、そのエネルギー密度は、１〜５Ｗｈ／ｌ程度に過ぎないので、単独で上述の蓄電システムを構成することは難しい。
【０００６】
一方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、２ｋＷ／ｌ以上の高出力を実現し、かつ１６０Ｗｈ／ｌ程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度をより一層高めるとともに、高温での安定性をさらに改善させることにより、信頼性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
【０００７】
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、ＤＯＤ５０％において３ｋＷ／ｌを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されているが、そのエネルギー密度は、１００Ｗｈ／ｌ以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。
【０００８】
上記の様に高出力（２ｋＷ／ｌ以上）と高エネルギー密度（１８０Ｗｈ／ｌ）とを兼ね備えた電池の実用化が強く求められているが、現在のところ、この技術的要求を充足する電池は開発されていない。
【０００９】
リチウムイオン電池において高エネルギー密度と高出力とを同時に達成するためには、負極材料、正極材料、電解液などの各種の電池構成材料の特性を向上させる多面的なアプローチが必要である。現在、リチウムイオン電池を作製するに際し、負極材料として用いられている黒鉛系材料、炭素材料などを使用する場合には、例えば５分レベルの急速な放電（４０００ｍＡ／ｇの電流密度）において、その容量は１時間レベルの放電（３００ｍＡ／ｇの電流密度）時に比べて著しく低下する。従って、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えたリチウム系二次電池を開発するためには、大きなブレークスルーが必要である。
【００１０】
また、リチウムイオン電池用正極材料として用いられるＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２などに代表されるリチウム複合酸化物は、負極として用いられる黒鉛系材料と同様に、例えば５分レベルの急速な放電において、その容量は１Ｃ放電時に比べ著しく低下するので、リチウム系二次電池の性能向上のためには、やはり大きなブレークスルーが必要である。
【００１１】
一方、高出力用デバイスであるキャパシタに用いられる活性炭は、一般に比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上である。この様なキャパシタ用活性炭にリチウムイオンをドーピングする場合には、その効率が著しく低いこと、また、電極化時密度も低いことなどの理由により、この様な活性炭を高出力と高容量とを兼ね備えた電池に用いることは、難しかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明は、高エネルギー密度を有し、かつ高出力のリチウム系二次電池を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記の様な従来技術の問題点に留意しつつ、研究を進めた結果、特定の正極材料と負極材料とを使用することにより、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えた非水系リチウム二次電池を得ることに成功した。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記の非水系リチウム二次電池を提供する：
１．正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇである負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
２．工程（２）における負極材料が、気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより得られる、上記項１に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
３．気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気が、ピッチ又はコークスを熱処理して得られる、上記項２に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
４．工程（１）が、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを１００／０〜３０／７０（重量比）で混合した材料を電極に成形して正極を得る工程である上記項１〜３のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
５．工程（２）により得られる負極が、初期効率３０％以上、４０００ｍＡ／ｇの速度での放電で３００ｍＡｈ／ｇ以上の容量を有する上記項１〜４のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
６．工程（２）における炭素質材料が、アモルファス状材料である上記項１〜５のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
７．工程（２）において、活性炭を被覆する炭素質材料の量が、活性炭重量を基準として１０〜８０％である上記項１〜６のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
８．工程（２）が、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇの材料からなる負極材料と結着剤樹脂とを混合し、その後電極に成形する工程である上記項１〜７のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
９．正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）（ｉ）気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜８３０ｍ２／ｇである負極材料を得る工程、
（ｉｉ）前記負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高エネルギー密度を有し、かつ高出力を有する非水系リチウム二次電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
【００１７】
本発明のリチウム系二次電池における正極材料は、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料単独或いは比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出できる材料との混合物からなる。
【００１８】
正極材料として使用する多孔質炭素質材料としては、ＢＥＴ法による比表面積（以下、必要でない限り、単に「比表面積」という）が５００ｍ２／ｇ以上であれば、限定されないが、活性炭、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックなどが例示される。多孔質炭素質材料の比表面積は、５００ｍ２／ｇ以上であることを必須しており、より好ましくは１０００ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは１５００ｍ２／ｇ以上である。多孔質炭素材料の比表面積が低すぎる場合には、後述するアニオン種のドーピング量が少なくなり、高出力放電時に充分な容量が得られない。正極に用いる多孔質炭素質材料の比表面積は、充填率の観点からは、２５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
【００１９】
さらに、正極材料としては、多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを併用することが出来る（以下この様に併用される材料を単に「併用材料」ということがある）。この様な併用材料は、リチウムの電気化学的な吸蔵および放出が可能であれば、限定されないが、例えば、リチウム複合コバルト酸化物、リチウム複合ニッケル酸化物、リチウム複合マンガン酸化物、これら複合酸化物の混合物、これら複合酸化物或いは複合酸化物の混合物にさらに異種金属元素（コバルト系酸化物に対し、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｇなど；Ｎｉ系酸化物に対し、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｇなど；マンガン系酸化物に対し、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｇなど）の少なくとも１種を添加した複合酸化物などを用いることができる。異種金属元素の添加量は、併用材料に対する要求性能、複合酸化物を構成する金属の組み合わせなどに応じて、適宜選択することができる。例えば、リチウム含有Ｃｏ−Ｎｉ複合酸化物においては、Ｃｏ：Ｎｉ＝１：１とすることができる。また、マンガン、バナジウム、鉄などの金属の酸化物（異種金属を含んでいても良い）、ジスルフィド系化合物などを用いることも、可能である。なお、本発明における“リチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な併用材料”は、当然のことながら、上記の比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料を含まない。
【００２０】
本発明による電池の正極においては、電池の充電時には多孔質炭素質材料に電解質中のアニオンがドーピングされ、放電時にはこのアニオンが脱ドーピングされる。このドーピング／脱ドーピング反応は極めて速度が速く、例えば１０Ｃを超える電池の高出力放電に追従することが可能である。
【００２１】
本発明の二次電池において、高出力が必要とされる時間が比較的短くかつ持続時間が短い場合（すなわち、電池としてそれほど大きな容量が必要とされない場合）には、正極として多孔質炭素材料を単独で使用することができる。これに対し、高出力化と高容量化とを達成する必要がある場合には、多孔質炭素材料と併用材料とを併せて使用する。本発明における併用材料の容量は、その比重により異なるが、少なくとも１００ｍＡｈ／ｇ以上の比容量を利用できる材料が好ましい。
【００２２】
正極として、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料を単独で用いるか、或いは比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを併用する混合材料を用いるか、混合材料を使用する場合の混合比をどの様に定めるかなどは、目的とする電池の仕様により適宜決定される。例えば、電池をハイブリッド電気自動車などにおいて使用する場合には、高出力が必要とされる時間は比較的短く、１０秒程度持続すれば使用可能であるので、多孔質炭素質材料を使用することができる。また、高出力と高容量とを必要とする電池においては、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質と併用材料とを混合して用いることが望ましい。いずれの場合においても、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタを超える容量および出力特性が得られる。
【００２３】
比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料と併用材料とを混合して用いる場合には、併用材料の混合比は、両材料の合計重量を基準として、７０％以下とすることが好ましく、５０％以下とすることがより好ましい。併用材料の混合比が、７０％を上回る場合には、十分な出力が得られない。
【００２４】
本発明における負極は、ＢＥＴ法による比表面積が通常２０〜１０００ｍ２／ｇ、より好ましくは５０〜８００ｍ２／ｇ、さらに好ましくは１００〜６００ｍ２／ｇの炭素質材料からなる。比表面積が小さすぎる場合には、充分な出力が得られないのに対し、比表面積が大きすぎる場合には、リチウムイオンの初期充放電効率が著しく低下するとともに、該負極材料を用いた電極の密度が低下して、体積あたりの容量が減少する。また、該負極材料から電解質へのリチウムイオンの移動速度を高めるためには、電解質を活物質内部まで充分に進入させる必要があり、そのためには、特に細孔直径１００〜１０Å程度の細孔の量を適切に制御することが好ましい。
【００２５】
本発明によるリチウム二次電池の負極材料は、上記の特性乃至構造を有している限り、特に限定されるものではないが、活物質内でのリチウムイオンの移動を考慮すると、アモルファス状炭素材料であることがより好ましい。アモルファス状炭素材料は、黒鉛などの結晶性材料に比べて、その充放電曲線がなだらかであるため、結晶性材料に比して、リチウムをより高率で充放電することが可能である点においても、好適である。
【００２６】
本発明によるリチウム二次電池の負極材料の容量は、４００ｍＡｈ／ｇ以上であり、特に好ましくは５００ｍＡｈ／ｇ以上である。従来技術においては、リチウムイオン電池の負極活物質としては、２００〜３００ｍＡｈ／ｇ程度の材料を使用することが一般的である。しかしながら、高出力電池を得るためには、後述の様に電解液を保持する負極の気孔率（負極材料自体の気孔率と成形された負極中の負極材料粒子間隙に起因する気孔率との総和）を３５〜６０％程度となる様に設定することが好ましく、活物質容量が４００ｍＡｈ／ｇ未満の場合には、電池のエネルギー密度が低下する傾向がある。
【００２７】
上記の要件を満足する好ましいリチウム系二次電池用負極材料としては、アモルファス状炭素（ポリアセン系物質、非晶質炭素など）が挙げられる。より具体的には、核となる炭素粒子（核炭素粒子）の表面上にアモルファス状炭素質材料（ポリアセン系物質、非晶質炭素など）からなる被覆層を形成させることにより得られ、比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇ程度である炭素質材料（積層粒子材料）がより好ましい。
【００２８】
この様な積層粒子材料は、例えば、以下の様にして製造することができる。すなわち、平均粒子径１〜５００μｍ程度（より好ましくは１〜５０μｍ程度）で比表面積１００ｍ２／ｇ以上（より好ましくは６００ｍ２／ｇ以上）の核炭素粒子（活性炭、木炭、ポリアセン系物質など；以下「活性炭」をもって代表させる）を、フェノール樹脂、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、メソカーボンマイクロビーズ、ピッチ、ピッチ系繊維、コークスなどの共存下に熱処理を行うことによりその表面に被覆層を形成させるか；或いは熱処理により被覆層を形成しうる炭素前駆体（液状有機物質、或いは有機溶媒に溶解させたタール、ピッチ、合成樹脂などの固形有機物質）を予め活性炭表面にコーティングした後、熱処理することにより、被覆層を形成させるか；或いは気相での熱処理により被覆層を形成し得るキシレン、ベンゼンなどの炭化水素のガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理する；などの手法により、製造される。活性炭としては、得られる積層粒子材料が所望の特性を発揮する限り、その原料などには制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系などの各種の原料から得られた市販品を使用することが出来る。熱処理温度は、活性炭表面を非晶質炭素、ポリアセン系物質などのアモルファス系炭素質材料により被覆するために、５００〜１５００℃程度の温度で行うことが好ましく、特に５００〜７００℃程度の熱処理により、活性炭表面をポリアセン系物質で被覆することが望ましい。すなわち、ポリアセン系物質による被覆層を備えた積層粒子材料は、リチウムをドープした状態において、１５０℃程度の温度における電解液との反応による発熱が少ないので、安全性の観点から好適である。
【００２９】
活性炭を被覆する炭素質材料の量は、原料とする活性炭の構造乃至特性（細孔直径、気孔率など）に応じて適宜決定すれば良く、限定されないが、通常活性炭重量を基準として１０〜８０％程度である。
【００３０】
本発明における負極材料は、初期効率３０％以上（好ましくは５０％以上）であり、４０００ｍＡ／ｇの速度での放電での容量３００ｍＡｈ／ｇ以上（好ましくは３２０ｍＡｈ／ｇ以上、より好ましくは４００ｍＡｈ／ｇ以上）である。この値は、例えば、上述の方法で得られる本発明のリチウム系二次電池用負極材料を用いた電極により、測定可能である。ＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇの炭素質材料であっても、上記の初期効率および／または容量を有していない場合には、所望の高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えたリチウム系二次電池を得ることはできない。
【００３１】
本発明における負極材料には、あらかじめリチウムをドープしておくことが可能である。予めリチウムをドープしておくことにより、電池の初期効率、容量、出力特性などを制御することができる。本発明における負極材料へのプリドーピングは、本発明の負極材料を電極に成形した後、電気化学的に行うことが好ましい。具体的には、電池組立前に対極としてリチウム金属を用いた電気化学システムを組み立てた状態で、後述の非水系電解液中においてプリドーピングする方法、電解液を含浸した負極にリチウム金属を張り合わせる方法などが挙げられる。また、電池組立後にリチウムのプリドーピングを行う場合には、リチウム金属などのリチウム源を負極と張り合わせて、両者を電気的に接触させておいた状態で、電池内に電解液を注液することにより、行うことができる。
【００３２】
本発明の正極材料および負極材料を電極に成形する方法は、所望の非水系二次電池の形状、特性などに応じて、公知の手法から適宜選択することができる。例えば、正極材料（或いは負極材料）と結着剤樹脂と、必要に応じて導電剤とを混合した後、成形することにより、電極を得ることができる。結着剤樹脂の種類は、特に限定されるものではないないが、ポリフッ化ビニリデン、ポリ四フッ化エチレンなどのフッ素系樹脂類、フッ素ゴム、ＳＢＲ、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類などが例示される。
【００３３】
正極および負極における結着剤混合量は、特に限定されず、本発明の正極材料および負極材料の種類、粒径、形状、目的とする電極の厚み、強度などに応じて適宜決定すれば良い。例えば、通常本発明の正極材料或いは負極材料重量の１〜３０％程度の割合とすることが好ましい。
【００３４】
本発明において、負極を集電体上に形成する場合には、集電体の材質などは、特に限定されず、銅箔、ステンレス鋼箔、チタン箔などが使用できる。さらに、金属箔上あるいは金属の隙間に電極が形成可能である構造体、例えば、エキスパンドメタル、網材などを集電体として用いることもできる。
【００３５】
本発明電池における電解質としては、リチウム塩を含む非水系電解液、ポリマー電解質、ポリマーゲル電解質などの公知の非水系電解質を用いることが可能であり、正極材料の種類、負極材料の性状、充電電圧などの使用条件などにより、適宜決定される。高出力の電池を得るためには、電解質は、１×１０−３Ｓ／ｃｍ以上の伝導度を有していることが好ましく、３×１０−３Ｓ／ｃｍ以上の伝導度を有していることがより好ましい。リチウム塩を含む非水系電解液としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４などのリチウム塩をプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトン、酢酸メチル、蟻酸メチルなどの１種または２種以上からなる有機溶媒に溶解したものを用いることができる。また、電解液の濃度は、特に限定されるものではないが、一般に０．５〜２ｍｏｌ／ｌ程度が実用的である。当然のことながら、電解液中の水分含量ができるだけ低いことが望ましく、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書において、「非水系電解質」とは、非水系電解液および有機電解液のみならず、ゲル状および固体の電解質をも含む電解質を意味する。
【００３６】
本発明の非水系二次電池の形状、大きさなどは、特に限定されず、その用途に応じて、円筒型、角型、フィルム電池、箱型などなどの任意の形態を選択することができる。
【実施例】
【００３７】
以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをさらに明確にする。
【００３８】
実施例１
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）５ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、等方性ピッチ（軟化点：２７０℃）１０ｇを入れたセラミック製皿の上に置き、小型円筒炉（炉心管内径１００ｍｍ）内に配置して、加熱処理を行った。加熱処理は、窒素雰囲気下で行い、窒素流量は０．５ｌ／ｍｉｎとした。加熱処理は、上記ピッチを７００℃まで昇温し、同温度で４時間保持し、続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、炉から取り出した。
【００３９】
得られた加熱熱処理後の炭素質材料被覆活性炭は、原料ピッチ系活性炭に比して、重量が５０％増加しており、ＢＥＴ法による比表面積（測定機器：ユアサアイオニクス社製“ＮＯＶＡ１２００”）を測定したところ、５５０ｍ２／ｇであった。
【００４０】
次いで、上記で得た炭素質材料被覆活性炭１００重量部、アセチレンブラック１０重量部およびＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）１０重量部とＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）２００重量部と混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ１４μｍの銅箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ５０μｍの電極を得た。得られた電極の密度は、１．０１ｇ／ｃｃであった。
【００４１】
上記で得られた電極を作用極として使用し、金属リチウムを対極および参照極として使用し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度でＬｉＰＦ６を溶解させた溶液を電解液として使用して、アルゴンドライボックス中で電気化学セルを作成した。リチウムのドーピングは、まずリチウム電位に対して１ｍＶになるまで活物質重量に対して１００ｍＡ／ｇの速度で行い、さらにリチウム電位に対して１ｍＶの定電圧を２０時間印加して、ドーピングを終了した。次いで、活物質重量に対し１００ｍＡ／ｇの速度でリチウム電位に対して２Ｖまで脱ドーピングを行ったところ、放電容量６０５ｍＡｈ／ｇ、初期効率５６％の値を得た。
【００４２】
次に、充電速度および放電速度を変化させて、容量の測定を行った。すなわち、４０００ｍＡ／ｇの放電あるいは５分（リチウム電位に対して１ｍＶになるまで活物質重量に対して４０００ｍＡ／ｇの速度で行い、さらにリチウム電位に対して１ｍＶの定電圧を印加して、総充電時間を５分間とした）の充電において４００ｍＡｈ／ｇ以上の容量が得られた。
【００４３】
（２）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部と混合して、正極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１５０μｍの正極を得た。
【００４４】
（３）上記（１）および（２）で得られた負極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）と正極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）とをセパレータ（東燃タピルス製、多孔性ポリエチレン：５２ｍｍ×３２ｍｍ）を介して対向させ、電池を組み立てた。この時、負極として材料重量あたり１０００ｍＡｈ／ｇのリチウムを電気化学的にプリドーピングしたものを使用し、電解液としてエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬＩＰＦ６を溶解した溶液を使用した。
【００４５】
（４）作成した電池を２ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、２ｍＡの定電流で２．５Ｖまで放電した。放電容量は、６ｍＡｈであった。
【００４６】
続いて、２ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行っ後、５００ｍＡの電流で１０秒間放電し、４．２Ｖで１分間（最大電流１０００ｍＡ）充電する操作を１０回繰り返したが、８０Ｃを超える高レートでの電流取り出しが可能であった。
【００４７】
実施例２
（１）ＬｉＣｏＯ２（セイミケミカル製、品番Ｃ−０１２）５０重量部、市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）５０重量部およびＰＶｄＦ８重量部とＮＭＰ２００重量部とを混合して、正極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１５０μｍの正極を得た。
【００４８】
（２）（１）で得られた正極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）及び実施例１と同様の負極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）をセパレータ（東燃タピルス製、多孔性ポリエチレン：５２ｍｍ×３２ｍｍ）を介して対向させ、電池を組み立てた。この時、負極として材料重量あたり５００ｍＡｈ／ｇのリチウムを電気化学的にプリドーピングしたものを使用し、電解液としてエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬｉＰＦ６を溶解した溶液を使用した。
【００４９】
（３）上記のようにして作成した電池を５ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、５ｍＡの定電流で２．５Ｖまで放電した。放電容量は、２５ｍＡｈであった。
【００５０】
続いて、５ｍＡの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った後、７５０ｍＡの電流で１０秒間放電し、４．２Ｖで１分間（最大電流７５０ｍＡ）充電する操作を１０回繰り返したが、３０Ｃを超える高レートでの電流取り出しが可能であった。
【００５１】
比較例１
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部とを混合して、電極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１００μｍの電極（下記（２）において、正極および負極として使用する）を得た。
【００５２】
（２）（１）で作成した電極（５０ｍｍ×３０ｍｍ）を正極および負極とし、セパレータ（電解コンデンサ紙：５２ｍｍ×３２ｍｍ）を介して対向させて、電気二重層キャパシタを組立てた。電解液としては、プロピレンカーボネートに１．５ｍｏｌ／ｌの濃度にトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解した溶液を使用した。作成した電気二重層キャパシタを２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１ｍＡの定電流で１Ｖまで放電した。放電容量は、２．７ｍＡｈであった。
【００５３】
続いて、２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った後、５００ｍＡの電流で放電したところ、１０秒以内にキャパシタ電圧は１Ｖ以下となった。
【００５４】
実施例３
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）５０ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、等方性ピッチ（軟化点：２７０℃）１００ｇを入れたステンレススチール製バット（３００ｍｍ×２００ｍｍ：深さ５０ｍｍ）の中に置き、蓋をした後（籠がステンレススチールメッシュ製である為、隙間が少し開いている状態にある）、角型電気炉（炉内寸法４００ｍｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ）内に配置して、加熱処理を行った。加熱処理は、窒素雰囲気下で行い、窒素流量は５ｌ／ｍｉｎとした。加熱処理は、上記ピッチを７００℃まで昇温し、同温度で４時間保持し、続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、炉から取り出した。
【００５５】
得られた加熱熱処理後の炭素質材料被覆活性炭は、原料ピッチ系活性炭に比して、重量が２９％増加しており、ＢＥＴ法による比表面積（測定機器：ユアサアイオニクス社製“ＮＯＶＡ１２００”）を測定したところ、８３０ｍ２／ｇであった。
【００５６】
次いで、上記で得た炭素質材料被覆活性炭１００重量部、アセチレンブラック１０重量部およびＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）１０重量部とＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）２００重量部と混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ１４μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１５４μｍの電極Ａを得た。また、厚さ１４μｍの銅箔の片面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ８４μｍの電極Ｂをも得た。得られた両電極の密度は、いずれも０．８５ｇ／ｃｃであった。
【００５７】
上記で得られた片面電極Ｂを作用極として使用し、金属リチウムを対極および参照極として使用し、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度でＬｉＰＦ６を溶解した溶液を電解液として使用して、アルゴンドライボックス中で電気化学セルを作成した。リチウムのドーピングは、まずリチウム電位に対して１ｍＶになるまで活物質重量に対して１００ｍＡ／ｇの速度で行い、さらにリチウム電位に対して１ｍＶの定電圧を２０時間印加して、ドーピングを終了した。次いで、活物質重量に対し１００ｍＡ／ｇの速度でリチウム電位に対して２Ｖまで脱ドーピングを行ったところ、放電容量５６０ｍＡｈ／ｇ、初期効率５１％の値を得た。
【００５８】
次に、放電速度を変化させて、容量の測定を行った。４０００ｍＡ／ｇの放電において３２０ｍＡｈ／ｇの容量が得られた。
【００５９】
（２）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部と混合して、正極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ３２０μｍの正極を得た。得られた電極の密度は、０．６２ｇ／ｃｃであった。
【００６０】
（３）上記（１）および（２）で得られた負極（片面負極Ａ＝２枚、両面負極Ｂ＝３枚：１５ｍｍ×２１ｍｍ）と正極（両面正極＝４枚：１４ｍｍ×２０ｍｍ）とセパレータ（多孔性ポリエチレン：１６ｍｍ×２２ｍｍ）を、片面負極Ａ／セパレータ／両面正極／セパレータ／両面負極Ｂ／セパレータ／両面正極／セパレータ／両面負極Ｂ／セパレータ／両面正極／セパレータ／両面負極Ｂ／セパレータ／両面正極／セパレータ／片面負極Ａの順で積層し、正極・負極端子を溶接し、樹脂−アルミラミネートフィルム外装体に挿入した後、電解液を注入し、樹脂開口部を熱融着して、封口した。積層時には、各負極のすべての電極面には厚さ２０μｍのリチウム金属を圧着した。電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを３：７重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度でＬｉＰＦ６を溶解した溶液を使用した。作成した電池を１日間放置した後、測定を開始した。
【００６１】
（４）作成した電池を２ｍＡの電流で４．０Ｖまで充電し、その後４．０Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１３ｍＡの定電流で２．０Ｖまで放電した。放電容量は、１１．３ｍＡｈであった。
【００６２】
続いて、２ｍＡの電流で４．０Ｖまで充電し、その後４．０Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行なった後、１３０ｍＡの電流で定電流で２．０Ｖまで放電した。放電容量は、９．８ｍＡｈであった。更に同様にして充電を行った後、７８０ｍＡの電流で定電流で２．０Ｖまで放電した。放電容量は、７ｍＡｈであった。
【００６３】
実施例３および下記比較例２で得られた電池について、各条件下における放電カーブを図１に示す。
【００６４】
比較例２
（１）市販のピッチ系活性炭（粒径１０μｍ；比表面積２０００ｍ２／ｇ）１００重量部、ケッチェンブラック５重量部およびＰＶｄＦ１０重量部とＮＭＰ２５０重量部とを混合して、電極合材スラリーを得た。このスラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ３２０μｍの電極Ｃ（下記（２）において、正極および負極として使用する）を得た。また、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に、塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ１７０μｍの電極Ｄ（下記（２）において、正極および負極として使用する）を得た。得られた両電極の密度は、いずれも０．６２ｇ／ｃｃであった。
【００６５】
（２）（１）で作成した電極（負極用片面電極Ｄ＝２枚、負極用両面電極Ｃ＝２枚、正極用両面電極Ｃ＝３枚、：各電極の面積＝１４ｍｍ×２０ｍｍ）とセパレータ（電解コンデンサ紙：１６ｍｍ×２２ｍｍ）を、片面電極Ｄ（負極）／セパレータ／両面電極Ｃ（正極）／セパレータ／両面電極Ｃ（負極）／セパレータ／両面電極Ｃ（正極）／セパレータ／両面電極Ｃ（負極）／セパレータ／両面電極Ｃ（正極）／セパレータ／片面電極Ｄ（負極）の順で積層し、正極・負極端子を溶接した後、樹脂−アルミラミネートフィルム外装体に挿入し、電解液を注入した後、樹脂開口部を熱融着して、封口した。電解液として溶媒（プロピレンカーボネート）に１．５ｍｏｌ／ｌの濃度でトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解した溶液を使用した。得られた電気二重層キャパシタの厚さは、実施例３と同じであった。
【００６６】
（３）作成した電池を２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１０ｍＡの定電流で０Ｖまで放電した。放電容量は、７．５ｍＡｈであった。
【００６７】
続いて、２ｍＡの電流で２．５Ｖまで充電し、その後２．５Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行なった後、１００ｍＡの電流で定電流で０Ｖまで放電した。放電容量は、６．８ｍＡｈであった。更に同様にして充電した後、６００ｍＡの電流で定電流で０Ｖまで放電した。放電容量は、５．５ｍＡｈであった。
【００６８】
図１に示す結果から明らかな様に、多孔質炭素質材料を負極に用いた本発明による非水系二次電池は、従来の電気二重層キャパシタに比して、高電圧かつ高容量であり、また出力特性にも優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明実施例３による非水系リチウム二次電池の特性と比較例２による電気二重層キャパシタの特性とを示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇである負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項２】
工程（２）における負極材料が、気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより得られる、請求項１に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項３】
気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気が、ピッチ又はコークスを熱処理して得られる、請求項２に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項４】
工程（１）が、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを１００／０〜３０／７０（重量比）で混合した材料を電極に成形して正極を得る工程である請求項１〜３のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項５】
工程（２）により得られる負極が、初期効率３０％以上、４０００ｍＡ／ｇの速度での放電で３００ｍＡｈ／ｇ以上の容量を有する請求項１〜４のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項６】
工程（２）における炭素質材料が、アモルファス状材料である請求項１〜５のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項７】
工程（２）において、活性炭を被覆する炭素質材料の量が、活性炭重量を基準として１０〜８０％である請求項１〜６のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項８】
工程（２）が、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇの材料からなる負極材料と結着剤樹脂とを混合し、その後電極に成形する工程である請求項１〜７のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項９】
正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）（ｉ）気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜８３０ｍ２／ｇである負極材料を得る工程、
（ｉｉ）前記負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項１】
正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇである負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項２】
工程（２）における負極材料が、気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより得られる、請求項１に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項３】
気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気が、ピッチ又はコークスを熱処理して得られる、請求項２に記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項４】
工程（１）が、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料とを１００／０〜３０／７０（重量比）で混合した材料を電極に成形して正極を得る工程である請求項１〜３のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項５】
工程（２）により得られる負極が、初期効率３０％以上、４０００ｍＡ／ｇの速度での放電で３００ｍＡｈ／ｇ以上の容量を有する請求項１〜４のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項６】
工程（２）における炭素質材料が、アモルファス状材料である請求項１〜５のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項７】
工程（２）において、活性炭を被覆する炭素質材料の量が、活性炭重量を基準として１０〜８０％である請求項１〜６のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項８】
工程（２）が、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜１０００ｍ２／ｇの材料からなる負極材料と結着剤樹脂とを混合し、その後電極に成形する工程である請求項１〜７のいずれかに記載の非水系リチウム二次電池の製造方法。
【請求項９】
正極、負極および非水系電解質を備えた非水系リチウム二次電池の製造方法であって、
（１）ＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料あるいはＢＥＴ法による比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭素質材料とリチウムを電気化学的に吸蔵および放出可能な材料との混合物からなる正極材料を電極に成形して正極を得る工程、
（２）（ｉ）気相での熱処理により被覆層を形成しうる炭化水素のガスを含む不活性雰囲気下中で活性炭を熱処理することにより、活性炭表面上に炭素質材料を被覆したＢＥＴ法による比表面積が２０〜８３０ｍ２／ｇである負極材料を得る工程、
（ｉｉ）前記負極材料を電極に成形して負極を得る工程、及び
（３）工程（２）で得られた負極にリチウムをドープし、あらかじめリチウムがドープされた負極を得る工程
を含む非水系リチウム二次電池の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１０５０５２（Ｐ２００９−１０５０５２Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９８７７７（Ｐ２００８−２９８７７７）
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【分割の表示】特願２００２−５４３７２０（Ｐ２００２−５４３７２０）の分割
【原出願日】平成１３年１１月７日（２００１．１１．７）
【出願人】（５９１１６７４３０）株式会社ＫＲＩ (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【分割の表示】特願２００２−５４３７２０（Ｐ２００２−５４３７２０）の分割
【原出願日】平成１３年１１月７日（２００１．１１．７）
【出願人】（５９１１６７４３０）株式会社ＫＲＩ (211)
【Ｆターム（参考）】
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