JP2006004811A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】放電容量を損なうことなく高温での急速充放電サイクル特性が向上された非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素含有のリチウム複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極３と、負極４と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、放電状態における前記正極の表面のＸ線光電子分光法による元素存在比ｘが下記（１）式を満足し、かつ前記放電状態における前記非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％未満（０重量％を含む）であることを特徴とする。 ５≦ｘ≦１００ （１）
但し、前記元素存在比ｘは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素の原子数を１００原子数％とした際の硫黄の原子数％である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。

近年、移動体通信機、ノートブック型パソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメラ、ポータブルＣＤ（ＭＤ）プレーヤー、コードレス電話等の電子機器の小形化、軽量化を図る上で、これらの電子機器の電源として、特に小型で大容量の電池が求められている。

これら電子機器の電源として普及している電池としては、アルカリマンガン電池のような一次電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の二次電池が挙げられる。その中でも、正極にリチウム複合酸化物を用い、かつ負極にリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素質材料や黒鉛質材料を用いた非水電解質二次電池が、小型軽量で単電池電圧が高く、高エネルギー密度を得られることから注目されている。

非水電解質としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）のような環状カーボネートを主溶媒とする非水電解質が知られており、このような非水電解質は、広い温度範囲に亘って正極や負極の充放電効率を高く保つことができるため、電池の放電容量を高くすることができる。

また、負極においては、炭素質材料や黒鉛質材料の代わりに、リチウムやリチウム合金を用いることも可能である。しかしながら、その場合には、二次電池の充放電操作を繰り返すことによって、リチウムの溶解・析出が繰り返され、やがて針状に成長したいわゆるデンドライトが形成される恐れがある。一方、炭素質材料や黒鉛質材料を含む負極は、リチウムあるいはリチウム合金を含む負極と比較して、デンドライトの形成を抑えることができる。

ところで、特許文献１には、高密度な負極を使用した際に優れたサイクル特性を得るために、電解質中に−ＯＳ（＝Ｏ）₂−結合を有するスルトン化合物またはその誘導体を含有させると共に、電池を化成、エージングし、標準使用条件で放電した後の電解質中のスルトン化合物及びその誘導体の含有量を０．０５〜８重量％の範囲にすることが記載されている。

しかしながら、特許文献１のように、通常使用状態において非水電解質中にスルトン類化合物もしくはスルホニル基を有する化合物が多量に存在していると、通常使用状態での負極抵抗が上昇し、放電容量が低下するという問題点がある。

また、特許文献２には、非水電解液中に不飽和スルトンを添加することにより、負極表面に電解液の還元分解を防ぐ不動態皮膜を形成し、非水電解液二次電池の自己放電を抑制することが記載されている。

しかしながら、特許文献２のように負極表面に不動態皮膜が形成されていても、高レート（例えば１Ｃ程度）での充放電サイクルを高温環境下（例えば３５℃以上）で行った場合、高レートであるがゆえに正極電位が上昇しやすく、そのうえ高温環境下にあるため、正極活物質と非水電解質との反応が進み、充放電サイクル寿命が短くなるという問題点がある。また、負極表面の不動態被膜は自己放電を抑制するために有効であるが、不動態被膜が厚くなりすぎると負極の抵抗が増加して放電容量が低下する恐れがある。

一方、特許文献３には、フッ素原子置換芳香族化合物と１，３−プロペンスルトンのようなスルホニル基を有する化合物を電解液中に添加することにより、過充電時の非水電解液の分解によるガス発生量を多くし、それにより電流遮断機構を速やかに作動させて過充電時の安全性を高くすることが記載されている。また、特許文献４には、特許文献３で説明したのと同様に過充電時の安全性を向上させるために、フッ素原子置換芳香族化合物と、炭素原子及び水素原子のみからなる芳香族炭化水素化合物と、スルトン類化合物とを電解液中に添加することが記載されている。

特許文献３，４のようにスルトン類化合物あるいはスルホニル基を有する化合物を非水電解液中に添加するだけでも、フッ素原子置換芳香族化合物の添加によって起こるかもしれない高温条件下における電池特性の劣化抑制には有効であるが、充放電サイクル特性の改善には有効でなかった。

一方、特許文献５には、少なくとも電解液と接触する正極表面に硫黄原子が存在し、かつ正極とした時に２０〜３５０μｍｏｌ／ｇの範囲で硫黄原子を含む非水系電解液二次電池用正極が開示されている。この正極の作製方法として、特許文献５には、（１）正極活物質と硫黄と酸素との二重結合を有する化合物（硫黄化合物）とを混合、成形後に、熱処理し正極を作製する方法、（２）成形した正極を硫黄化合物もしくはその溶液に浸漬または正極にこの溶液を噴霧した後、熱処理を行う方法、（３）電解液中に初期充電時に酸化分解しやすい有機硫黄化合物を含有させて、初期充電時に置換する方法が挙げられている。

このうち（３）の初期充電によると、急速充電時の容量維持率が充分でなく、急速充電時の容量維持率向上のためには（１）または（２）の熱処理方法が望ましいことが特許文献５に示されている。しかしながら、（１）の機械的混合・熱処理方法によると、硫黄化合物を正極活物質と機械的に混合するため、硫黄化合物を正極表面に均一に分布させることができず、硫黄化合物が活物質粒子間や導電剤粒子間の隙間に溜まりやすい。一方、（２）の含浸・熱処理方法によっても、硫黄化合物が熱分解したものが浸透により正極に保持されているため、硫黄元素が正極表面よりは寧ろ活物質粒子間や導電剤粒子間の隙間に溜まりやすく、正極表面に存在する活物質への硫黄分布が不均一になる。そのうえ、（１）及び（２）のいずれの方法においても、熱処理の際に８０℃以上にすることから、例えば導電剤や結着剤などの正極構成材料に熱劣化を生じ易い。従って、引用文献５に記載の正極では、十分な急速充放電特性を得られない。
特開２０００−１２３８６８号公報 特開２００２−３２９５２８号公報 特開２００３−２０３６７３号公報 特開２００３−２５７４７９号公報 特開２００２−１７０５６４号公報

本発明は、放電容量を損なうことなく高温での急速充放電サイクル特性が向上された非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

本発明に係る非水電解質二次電池は、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素含有のリチウム複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
放電状態における前記正極の表面のＸ線光電子分光法による元素存在比ｘが下記（１）式を満足し、かつ前記放電状態における前記非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％未満（０重量％を含む）であることを特徴とする。

５≦ｘ≦１００ （１）
但し、前記元素存在比ｘは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素の原子数を１００原子数％とした際の硫黄の原子数％である。

本発明によれば、放電容量を損なうことなく高温での急速充放電サイクル特性が向上された非水電解質二次電池を提供することができる。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、高温での急速充放電サイクル寿命を向上させるためには、放電状態での正極表面の硫黄原子存在比と、同じく放電状態での非水電解質中の硫黄濃度との関係が重要であることを見出し、本発明に至ったのである。

３−ヒドロキシ−１−プロペンスルホン酸−γ−スルトンのようなスルホン化合物を非水電解質に添加し、この非水電解質を用いて三極式セルを構成し、サイクリックボルタンメトリーで電位を貴の方向に掃引した場合と、卑の方向に掃引した場合とを比較する。卑の方向に掃引すると対Li電位で１．０Ｖ前後に大きな還元ピークが現れるのに対し、貴の方向に掃引した際には３．０〜５．０Ｖくらいまで電位を上げても明確な酸化ピークが現れない。このことから、３−ヒドロキシ−１−プロペンスルホン酸−γ−スルトンのようなスルホン化合物は酸化反応よりも還元反応の方が生じ易く、実際のセルにおける初充電の際、被膜形成反応はもっぱら負極で生じていると考えられる。

しかしながら、負極表面にのみ保護被膜が形成されていても、充放電サイクルを行うと、正極活物質と非水電解質との反応により正極劣化が進み、充分な充放電サイクル寿命を得られない。この正極の劣化は、高レート（例えば１Ｃ）であるほど、高レートであるがゆえに正極電位が上昇しやすく、また高温環境下（例えば３５℃以上）であるほど、正極活物質と非水電解質との反応が進みやすいため、正極の劣化が顕著になる。そこで、本発明者らは、正極活物質の組成並びに結晶性、初充電前の放置条件、初充電条件、及び初充電後に行うエージング条件、非水電解質に添加する含硫黄化合物の種類等を検討することにより、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素含有のリチウム複合酸化物を含む正極において、その表面に露出する複合酸化物に硫黄が均一に分布するように保護被膜を形成し、放電状態においてＸ線光電子分光法により測定した正極表面の元素存在比ｘを５原子数％以上、１００原子数％以下とし、かつ前記放電状態における非水電解質中の硫黄濃度を０．０５重量％未満（０重量％を含む）にすることによって、高温かつ高レートでの充放電サイクル寿命を向上させたのである。

正極表面に存在する硫黄の量を定量的に測定するためには、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）が有効である。但し、ＸＰＳで正極表面に存在する元素の比を測定する際に、充電状態の電池から取出した正極を用いて測定すると、操作中に正極表面に付着する不純物等の影響によって誤差を生じやすい。このため発明者らは、全く同一の構成からなる非水電解質二次電池を２個作製し、一方の非水電解質二次電池を放電状態とした後に正極を取出してＸＰＳ測定を行うと共に、もう一方の非水電解質二次電池を用いて放電容量およびサイクル特性を評価することによって、放電状態の正極表面の状態並びに非水電解質の硫黄濃度と放電容量およびサイクル特性との関係を求めるという方法を採用した。

ＸＰＳで測定した正極表面の遷移金属元素（Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類）の原子数の大部分は、正極活物質に由来するものと考えられる。この遷移金属元素の原子数を１００原子数％とした際の硫黄原子数比ｘを５原子数％未満にすると、正極表面に存在する活物質への硫黄分布が不均一になり、高温環境下での急速充電（高レート充電）により正極電位が上昇した際に正極活物質と非水電解質との反応が進行するため、高温環境下での急速充放電サイクル特性が低下する。硫黄原子数比ｘを５原子数％以上にすることによって、正極活物質の表面に形成された硫黄を含む保護被膜の機能を充分なものにすることができるため、正極電位が上昇した際に正極活物質と非水電解質との反応を抑制することができ、大きなレートで充放電を繰り返した際の正極劣化を抑えることができる。但し、この正極活物質表面を覆う硫黄を含む保護被膜は、リチウムイオンの透過性が必ずしも高くないため、正極表面に存在する硫黄の量が増えて上記ｘの値が１００を超えるような場合には、リチウムイオンの透過性が低下して電池の放電容量が低下する。硫黄原子数比ｘのさらに好ましい範囲は、８原子数％以上、５０原子数％以下である。

但し、硫黄原子数比ｘが５原子数％以上、１００原子数％以下であっても、放電状態における非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％を超えるものは、高レートかつ高温での充放電サイクル中に非水電解質の分解反応が進行するため、長い充放電サイクル寿命を得られない。放電状態における非水電解質中の硫黄濃度のより好ましい範囲は、０．０２重量％以下である。

負極については、放電状態の負極におけるＸＰＳで測定した表面の炭素原子数を１００原子数％とした際に、硫黄原子数比が５原子数％以上、１００原子数％以下であることが望ましい。これにより、負極表面での非水電解質の分解反応を抑制し、かつ負極の抵抗の増加による放電容量の低下を最小限にすることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる正極、負極及び非水電解質について説明する。

１）正極
この正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質を含む正極層とを含む。

正極層は、正極活物質、結着剤及び導電剤を含む。

正極活物質は、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素Ｍを含有するリチウム複合酸化物を含む。

リチウム複合酸化物は、例えば、各構成元素の化合物（例えば、酸化物、水酸化物）を混合した後、空気中または酸素雰囲気下において焼成することにより合成される。

リチウム複合酸化物が、ＬｉＣｏＯ₂やＬｉＮｉＯ₂などの層状岩塩構造を有する酸化物やＬｉＭｎＯ₂などのジグザグ層状構造を有する酸化物のとき、リチウム（Ｘ_Li）と元素Ｍ（Ｘ_M）のモル比（Ｘ_Li／Ｘ_M）は０．９５〜１．１の範囲にあることが好ましい。モル比（Ｘ_Li／Ｘ_M）を０．９５未満にすると、結晶性が低下するため、正極活物質のリチウムの吸蔵・放出能が低くなる恐れがある。一方、モル比（Ｘ_Li／Ｘ_M）が１．１より大きいと、正極活物質焼成時にアルカリ溶融が完全に進行せずＬｉが残存している可能性が高くなる。この残存アルカリ分が多いと、バインダーのゲル化を引き起こし、塗工時のトラブルの原因となる。モル比（Ｘ_Li／Ｘ_M）のさらに好ましい範囲は、０．９７〜１．０８である。

一方、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄やＬｉＣｏ_yＭｎ_2-yＯ₄（０＜ｙ＜２）などのスピネル構造を有する酸化物のとき、充放電サイクルや高温保存を行ったときの正極活物質の結晶構造変化による劣化を少なくするためには、リチウム（Ｘ_Li）と元素Ｍ（Ｘ_M）のモル比（Ｘ_Li／Ｘ_M）は０．５〜０．５５の範囲にあることが好ましい。

リチウム複合酸化物は、リチウムと元素Ｍ以外の元素を含んでいても良い。かかる元素としては、例えばＡｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂ等を挙げることができる。添加元素の種類は、１種類でも、２種類以上でも良い。

Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素Ｍを含有するリチウム複合酸化物としては、例えば、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有マンガン酸化物、リチウム含有コバルトマンガン酸化物、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン酸化物等が使用可能である。

中でも、下記（Ａ）式、（Ｂ）式または（Ｃ）式で表わされる組成が好ましい。

Ｌｉ_aＣｏ_ｂＭ1_ｃＯ₂ （Ａ）
但し、前記Ｍ1は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ及びＳｎよりなる群から選択される１種類以上の元素であり、前記モル比ａ、ｂ、ｃは、それぞれ、０．９５≦ａ≦１．０５、０．９５≦ｂ≦１．０５、０≦ｃ≦０．０５、０．９５≦ｂ＋ｃ≦１．０５を示す。モル比ａ，ｂ，ｃのさらに好ましい範囲は、それぞれ、０．９７≦ａ≦１．０３、０．９７≦ｂ≦１．０３、０≦ｃ≦０．０３である。

Ｌｉ_xＮｉ_yＣｏ_zＭ2_wＯ₂ （Ｂ）
但し、前記Ｍ2は、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ及びＳｎよりなる群から選択される１種類以上の元素であり、前記モル比ｘ、ｙ、ｚ、ｗは、それぞれ、０．９５≦ｘ≦１．０５、０．７≦ｙ≦０．９５、０．０５≦ｚ≦０．３、０≦ｗ≦０．１、０．９５≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦１．０５を示す。モル比ｘ，ｙ，ｚのさらに好ましい範囲は、０．９７≦ｘ≦１．０３、０．７５≦ｙ≦０．９、０．１≦ｚ≦０．２５である。モル比ｗのより好ましい範囲は０≦ｗ≦０．０７で、さらに好ましい範囲は０≦ｗ≦０．０５で、最も好ましい範囲は０≦ｗ≦０．０３である。元素Ｍ2の添加効果を十分に得るために、モル比ｗの下限値は０．００１にすることが好ましい。

Ｌｉ_ｋＭｎ_ｌＭ3_mＯ₄ （Ｃ）
但し、前記Ｍ3は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、ＭｇおよびＢよりなる群から選択される１種類以上の元素であり、前記モル比ｋ、ｌ、ｍは、それぞれ、１≦ｋ≦１．１、１．８≦ｌ≦２．１、０≦ｍ≦０．３、１．９≦ｌ＋ｍ≦２．１を示す。モル比ｋ，ｌ，ｍのさらに好ましい範囲は、１≦ｋ≦１．０３、１．９≦ｌ≦２、０≦ｍ≦０．２である。

Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素Ｍを含有するリチウム複合酸化物を含む正極活物質が上記（Ａ）式または（Ｂ）式で表わされる組成のとき、粉末Ｘ線回折における（００３）面の回折ピーク強度Ｉ₀₀₃と、（１０４）面の回折ピーク強度Ｉ₁₀₄との強度比（Ｉ₀₀₃／Ｉ₁₀₄）は、２以上、５０以下の範囲にあることが望ましい。ピーク強度比（Ｉ₀₀₃／Ｉ₁₀₄）が５０を超えるものは、結晶性に優れるものの、粒成長が進むために板状性を示す（結晶配向性の高い）単粒子の比率が高くなるため、リチウムの吸蔵・放出に伴う膨張・収縮が大きく、また、各一次粒子を被覆する保護被膜が孤立し、ネットワーク構造を得られなくなる。その結果、充放電サイクルの繰り返しにより保護被膜が剥離しやすくなるため、長い充放電サイクル寿命を得られない恐れがある。ピーク強度比（Ｉ₀₀₃／Ｉ₁₀₄）を２以上、かつ５０以下にすることによって、二次凝集粒の比率を高くすることができると共に、リチウムの吸蔵・放出に伴う膨張・収縮率を小さくすることができる。ピーク強度比（Ｉ₀₀₃／Ｉ₁₀₄）のより好ましい範囲は、２〜４０である。

Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素Ｍを含有するリチウム複合酸化物を含む正極活物質が上記（Ｃ）式で表わされる組成のとき、粉末Ｘ線回折における（４００）面の回折ピークの半値幅と、（４４０）面の回折ピークの半値幅は、ともに０．１６度以下であることが望ましい。回折ピークの半値幅が０．１６度を超えるものは、結晶性が低く、結晶内の格子欠陥等による歪みが大きいため、特に高温環境下での長い充放電サイクル寿命を得られない恐れがある。回折ピークの半値幅のより好ましい範囲は、０．１４度以下であり、更に好ましい範囲は、０．１２度以下である。

また、（４００）面の回折ピーク強度Ｉ₄₀₀と、（３１１）面の回折ピーク強度Ｉ₃₁₁との強度比（Ｉ₄₀₀／Ｉ₃₁₁）は、１．０〜１．２の範囲にあることが望ましい。このようなリチウム複合酸化物を含む正極活物質を用いることによって、結晶格子欠陥が少なくなり、高レートでの充放電サイクルにおける寿命を長くすることができる。ピーク強度比（Ｉ₄₀₀／Ｉ₃₁₁）のより好ましい範囲は、１．０５〜１．１５である。

Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素Ｍを含有するリチウム複合酸化物は正極活物質の５０％以上を占めていることが望ましい。

導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。

結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエーテルサルフォン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を用いることができる。

正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜１８重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。

集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。

正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。

２）負極
負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持される負極層とを含む。

負極層は、リチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質及び結着剤を含む。

負極活物質としては、例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料； 熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ系炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソフェーズ小球体など（特に、メソフェーズピッチ系炭素繊維が容量や充放電サイクル特性が高くなり好ましい）に５００〜３０００℃で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材料； 二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブ等のカルコゲン化合物； アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金等の軽金属； 等を挙げることができる。中でも、（００２）面の面間隔ｄ₀₀₂が０．３４ｎｍ以下である黒鉛結晶を有する黒鉛質材料を用いるのが好ましい。このような黒鉛質材料を負極活物質として含む負極を備えた非水電解質二次電池は、電池容量および大電流放電特性を大幅に向上することができる。前記面間隔ｄ₀₀₂ は、０．３３７ｎｍ以下であることが更に好ましい。

また、負極活物質として黒鉛質材料を用いた場合、非水溶媒中に含有されるプロピレンカーボネート（ＰＣ）は、黒鉛質材料の表面で還元分解されやすいため、黒鉛質材料の表面を非結晶性炭素、低結晶性炭素、有機高分子化合物、無機化合物等で被覆し、ＰＣの還元分解を抑制することも可能である。

結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。

負極活物質及び結着剤の配合割合は、炭素質物９０〜９８重量％、結着剤２〜１０重量％の範囲であることが好ましい。

集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。

負極は、例えば、負極活物質と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で１回プレスもしくは２〜５回多段階プレスすることにより作製される。

上記正極と負極は、間にセパレータを介在させて電極群を形成する。このセパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。中でも、微多孔性の膜は、過充電等による発熱で電極群の温度が異常に上昇すると、セパレータを構成する樹脂が塑性変形し微細な孔が塞がる、いわゆるシャットダウン現象を生じ、リチウムイオンの流れが遮断され、過充電状態を安全に終了させることができるので好ましい。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。セパレータの形成材料としては、前述した種類の中から選ばれる１種類または２種類以上を用いることができる。

この電極群は、例えば、（ｉ）正極及び負極をその間にセパレータを介在させて偏平形状または渦巻き状に捲回するか、（ii）正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回した後、径方向に圧縮するか、（iii）正極及び負極をその間にセパレータを介在させて１回以上折り曲げるか、あるいは（iv）正極と負極とをその間にセパレータを介在させながら積層する方法により作製される。

電極群には、プレスを施さなくても良いが、正極、負極及びセパレータの一体化強度を高めるためにプレスを施しても良い。また、プレス時に加熱を施すことも可能である。

電極群には、正極、負極及びセパレータの一体化強度を高めるために、接着性高分子を含有させることができる。前記接着性を有する高分子は、非水電解液を保持した状態で高い接着性を維持できるものであることが望ましい。さらに、かかる高分子は、リチウムイオン伝導性が高いとなお好ましい。具体的には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、またはポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることができる。

３）非水電解質
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質（例えば、リチウム塩）とを含むものである。この非水電解質の形態は、液体状（非水電解液）やゲル状にすることができる。非水電解質を構成する各物質について説明する。

ａ．非水溶媒
非水溶媒は、イオン伝導性、酸化還元安定性の面から環状カーボネート、鎖状カーボネート、γ―ブチロラクトン（ＧＢＬ）などを用いることができる。

環状カーボネートは、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）が好ましく用いられる。

鎖状カーボネートは、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）が好ましく用いられる。

これらの非水溶媒成分は、２種以上の混合で用いることが望ましい。

特に、高温保存時の容量維持率の向上の面からは、環状カーボネートと鎖状カーボネートの組み合わせ、２種類以上の環状カーボネートの組み合わせが好ましい。また高温保存時のガス発生抑制の面からは環状カーボネートとＧＢＬの組み合わせ、２種類以上の環状カーボネートの組み合わせが好ましい。

高温保存特性と安全性の両立の面からは、２種類以上の環状カーボネートの組み合わせが好ましい。中でもＰＣは、安価でかつ低温状態でもイオン伝導度が高いという利点を有するが、前記の通り負極に黒鉛質材料を用いた場合に、黒鉛質材料の表面で還元分解されやすいという欠点も有する。ＰＣにＥＣを混合することによって、ＰＣの還元分解を低減することが可能となる。

上記の好ましい組成において、ＰＣの非水溶媒全重量に対する比率は、３０〜８０重量％の範囲にすることが望ましい。ＰＣの非水溶媒全体に対する比率を３０％未満にすると、低温状態でのイオン伝導度が低くなり放電容量が低下するなどの問題が起こる。またＰＣの比率が８０重量％を超えると、ＥＣを混合していてもＰＣの還元分解を抑えられなくなる恐れがある上、電解液の粘度が上昇することによる放電容量の低下が生じる。ＰＣの非水溶媒全重量に対する比率の更に好ましい範囲は、３５〜７０重量％である。

ｂ．電解質
非水溶媒に溶解される電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆ ）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆ ）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ ）、ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂）などのリチウム塩を挙げることができる。使用する電解質の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。中でも、ＬｉＰＦ₆ は非水電解質中に溶解したときの伝導度が高く、放電容量が向上できるので、電解質としては主としてＬｉＰＦ₆ を用いるのが望ましい。ここで、「主としてＬｉＰＦ₆ 」というのは、電解質の総重量に占めるＬｉＰＦ₆ の重量の割合が、概ね７０％以上であることを意味する。

電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２．５モル／Ｌとすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、０．７〜２モル／Ｌである。

ｃ．副成分
非水電解質中には、上記非水溶媒、および上記電解質以外の他の物質を、副成分として含有させることができる。

副成分としては、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、γ−バレロラクトン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酢酸エチル、アセトニトリル、２―メチルフラン、フラン、カテコールカーボネート、１２−クラウン−４、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、無水コハク酸、無水ジグリコール酸、トリス（トリオクチル）ホスフェート、ジブチルカーボネート、ベンゼン誘導体、ハロゲン化ベンゼン、ハロゲン化ベンゼン誘導体、ナフタレン誘導体、ハロゲン化ナフタレン、ハロゲン化ナフタレン誘導体等を挙げることができる。

中でも、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水ジグリコール酸等を含む副成分は、負極表面に緻密な保護皮膜を生成するため、負極と非水電解液との反応性をさらに低くすることが可能になり、ＰＣの還元分解を抑制したり、高温保存時の安定性を改善することができる。また、トリス（トリオクチル）ホスフェートやジノルマルブチルカーボネート等を含む副成分は、非水電解質の正極、負極やセパレータへの浸透性を向上させることができる。

ベンゼン誘導体、ハロゲン化ベンゼン、ハロゲン化ベンゼン誘導体、ナフタレン誘導体、ハロゲン化ナフタレン、ハロゲン化ナフタレン誘導体等を含む副成分は、過充電等で正極の電位が異常に上昇したときに、正極活物質表面で酸化重合し、正極活物質の抵抗を上げることによって過充電状態を安全に終了させることができる。

非水溶媒中の副成分合計量の重量比率は、１０重量％以下の範囲内にすることが望ましい。これは、副成分の重量比率を１０重量％よりも多くすると、負極表面の保護皮膜のリチウムイオン透過性が低下して低温放電特性が大幅に損なわれる可能性があるからである。副成分の重量比率のより好ましい範囲は０．０１〜５重量％であり、更に好ましい範囲は０．１〜３重量％である。

非水電解質の量は、電池単位容量１Ａｈ当たり２〜６ｇにすることが好ましい。非水電解質量のより好ましい範囲は、２．５〜５．５ｇ／１Ａｈである。

本発明に係る非水電解質二次電池を得る方法は特に限定されるものではないが、例えば、非水電解質に含硫黄化合物を添加し、この含硫黄化合物を特定条件で酸化分解することにより得ることができる。含硫黄化合物の分解条件は、正極活物質組成と粒子形態、組立て後から初充電までの放置時間、初充電条件及び初充電後のエージング条件により設定することが可能である。

組成が前述した（Ａ）、（Ｂ）または（Ｃ）で表わされるリチウム複合酸化物を含む正極活物質は、含硫黄化合物との反応性を高くすることができる。この正極活物質を使用すると共に、組立て後から初充電までの放置時間を１２〜７２時間とすることにより、非水電解質と正極活物質とのなじみを良くすることができる。その後、正極電位が対リチウムの電位で３．８〜４．４Ｖまで１Ｃ以下の電流での初充電を０℃以上５０℃以下の温度で施した後、温度３０〜６０℃の雰囲気中で１時間以上放置（エージング）を行うことによって、初充電においては含硫黄化合物の還元重合がもっぱら生じるが、反応性の高い正極活物質に非水電解質が均一に分散しているため、エージングにて未反応の含硫黄化合物を高電位な正極と過不足なく均一に反応させることができる。この被膜形成反応は、正極活物質と含硫黄化合物との間の電気化学反応に基づいていることから、正極表面の活物質に対して均一に生じさせることで正極表面の活物質に選択的に硫黄を吸着させることが可能になる。その結果、正極表面の活物質に硫黄を均一に存在させることができるようになったため、放電状態における正極表面の元素存在比ｘが前述した（１）式の条件を満たし、かつ非水電解質中の残存硫黄濃度が０．０５重量％未満（０重量％を含む）である非水電解質二次電池を得ることができる。なお、１Ｃとは公称容量（Ａｈ）を１時間で放電するために必要な電流値である。

含硫黄化合物として、例えば、スルホン化合物、スルホン酸、スルホン酸のエステルなどを挙げることができる。添加する含硫黄化合物の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。これら含硫黄化合物を使用することによって、正極表面に強固な保護被膜を形成することができ、サイクル性を向上させることができる。

スルホン化合物としては、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホンなどの飽和炭化水素基を有するスルホン化合物、ジビニルスルホン、メチルビニルスルホン、エチルビニルスルホン、ジフェニルスルホン、フェニルビニルスルホンなどの不飽和炭化水素基を有するスルホン化合物、スルホランなどの環状スルホン化合物などが挙げられる。

スルホン酸およびそのエステルとしては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸などの直鎖状飽和炭化水素基を有するスルホン酸、メタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸メチルなどの直鎖状飽和炭化水素基を有するスルホン酸エステル、ビニルスルホン酸などの直鎖状不飽和炭化水素基を有するスルホン酸、ビニルスルホン酸メチル、ビニルスルホン酸エチルなどの直鎖状不飽和炭化水素基を有するスルホン酸エステル、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、スルホ安息香酸、無水スルホ安息香酸などの芳香族スルホン酸、ベンゼンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸エチルなどの芳香族スルホン酸エステル、エタンスルトン、１，５−ペンタンスルトンなどの飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステル、エチレンスルトン、３−ヒドロキシ−１−プロペンスルホン酸−γ−スルトン、４−ヒドロキシ−１−ブチレンスルホン酸−γ−スルトン、５−ヒドロキシ−１−ペンテンスルホン酸−γ−スルトンなどの不飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルなどが挙げられる。

中でも、ジビニルスルホン、３−ヒドロキシ−１−プロペンスルホン酸−γ−スルトン、４−ヒドロキシ−１−ブチレンスルホン酸−γ−スルトン等の不飽和炭化水素基を有するスルホン化合物、スルホン酸、スルホン酸のエステルは、非水電解質二次電池を充電したときに、正極表面で酸化重合するだけでなく、負極表面での還元反応により負極表面に緻密な保護皮膜を生成するため、負極上でのＰＣの還元分解を抑制することができる。

組立て後の二次電池の非水電解質に含有される含硫黄化合物の濃度は、非水電解質の総重量に対して０．１〜１０重量％の範囲内にすることが望ましい。これは、含硫黄化合物の濃度を１０重量％よりも多くすると、正極および負極表面の保護皮膜のリチウムイオン透過性が低下して放電容量が低下する可能性があるからである。含硫黄化合物の重量比率のより好ましい範囲は０．１〜８重量％であり、更に好ましい範囲は０．５〜５重量％である。

本発明は、薄型、角形、円筒形あるいはコイン型等の様々な形態の非水電解質二次電池に適用可能である。このうちの薄型非水電解質二次電池の一例を図１〜図２を参照して説明する。

図１に示すように、矩形のカップ状をなす容器本体１内には、電極群２が収納されている。電極群２は、正極３と、負極４と、正極３と負極４の間に配置されるセパレータ５を含む積層物が偏平形状に捲回された構造を有する。非水電解質は、電極群２に保持されている。蓋体６は、容器本体１に一体化されている。容器本体１と蓋板６は、それぞれ、ラミネートフィルムから構成される。このラミネートフィルムは、樹脂層７と、熱可塑性樹脂層８と、樹脂層７と熱可塑性樹脂層８の間に配置される金属層９とを含む。容器本体１には蓋体６が熱可塑性樹脂層８を用いてヒートシールによって固定され、それにより容器内に電極群２が密封される。正極３には正極タブ１０が接続され、負極４には負極タブ１１が接続され、それぞれ容器の外部に引き出されて、正極端子及び負極端子の役割を果たす。

［実施例］
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、リチウム複合酸化物におけるリチウム（Ｘ_Li）とコバルト（Ｘ_Co）のモル比（Ｘ_Li／Ｘ_Co）が１．００であるリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）の二次凝集粒子を用意した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）によりこの粒子のピーク強度比（Ｉ₀₀₃／Ｉ₁₀₄）を測定したところ、３．４であった。なお、Ｘ線回折測定は、理学電気（株）製のＲＩＮＴ２０００を用い、Ｘ線線源にＣｕＫα１（波長１．５４０５Å）を用いて、２θが４５．２±０．１度に現れるピークを（１０４）面のピークとし、２θが１８．８±０．１度に現れるピークを（００３）面のピークとした。また、ピーク強度（ｃｐｓ）は、２θ軸で表記した回折模様の測定値からバックグラウンドを引いたものとした。

上記リチウムコバルト酸化物粉末９０重量％に、アセチレンブラック５重量％と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを加えて混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、正極層が集電体の両面に担持された構造の正極を作製した。なお、正極層の厚さは、片面当り６０μｍであった。

＜負極の作製＞
天然黒鉛を粉砕し、ベンゼン／Ｎ₂気流下１０００℃で化学蒸着処理により表面を非晶質炭素で被覆した黒鉛質材料の粉末を９５重量％と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％のジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）溶液とを混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが１２μｍの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。なお、負極層の厚さは、片面当り５５μｍであった。

なお、上記黒鉛質材料の（００２）面の面間隔ｄ₀₀₂は、上記と同じ条件で測定したＸ線回折（ＸＲＤ）により半値幅中点法で求めたところ、０．３３５６ｎｍであった。この測定の際、ローレンツ散乱等の散乱補正は行わなかった。

＜セパレータ＞
厚さが２５μｍ、多孔度４５％の微多孔性ポリエチレン膜からなるセパレータを用意した。

＜電極群の作製＞
正極の集電体に帯状アルミニウム箔（厚さ１００μｍ）からなる正極リードを超音波溶接し、負極の集電体に帯状ニッケル箔（厚さ１００μｍ）からなる負極リードを超音波溶接した後、正極及び負極をその間にセパレータを介して渦巻き状に捲回し、電極群を作製した。この電極群を加熱しながらプレス機で加圧することにより、偏平状に成形した。

アルミニウム箔の両面をポリエチレンで覆った厚さ１００μｍのラミネートフィルムを、プレス機により矩形のカップ状に成形し、得られた容器内に電極群を収納した。

次いで、容器内の電極群に８０℃で真空乾燥を１２時間施すことにより電極群及びラミネートフィルムに含まれる水分を除去した。

＜液状非水電解質の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、３−ヒドロキシ−１−プロペンスルホン酸−γ−スルトン（ＰＲＳ）、およびトリス（トリオクチル）フォスフェート（ＴＯＰ）を、重量比率（ＥＣ：ＰＣ：ＰＲＳ：ＴＯＰ）が５０：４７．５：２：０．５になるように混合して非水溶媒を調製した。得られた非水溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６ ）をその濃度が１．０モル／Ｌになるように溶解させて、液状非水電解質（非水電解液）を調製した。

容器内の電極群に非水電解液を電池容量１Ａｈ当たりの量が４．５ｇとなるように注入し、ヒートシールにより封止し、前述した図１、２に示す構造を有し、厚さが３．６ｍｍ、幅が３５ｍｍ、高さが６２ｍｍで、公称容量が０．７Ａｈの非水電解質二次電池を組み立てた。

この非水電解質二次電池に対し、２４時間放置処理を行なった後、初充電として室温（２０℃）で０．２Ｃで４．２Ｖまで定電流・定電圧充電を１５時間行った。ひきつづき、充電状態のまま４５℃で４時間エージング処理を施した後、室温で０．２Ｃで３．０Ｖまで放電した。

最初の放電が済んだ非水電解質二次電池について、放電状態の正極表面の元素存在比をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定したとき、コバルトに対する硫黄の存在比（原子数％）は下記表３に示す通りであった。

ここで、元素存在比を測定する具体的な方法は以下の通りである。先ず、非水電解質二次電池を室温で０．２Ｃで３．０Ｖまで放電した状態で、露点約−７０℃のアルゴングローブボックス中に入れ、非水電解質二次電池を解体して正極の一部（１ｃｍ角程度）を取出す。取出した正極をエチルメチルカーボネートで洗浄し、減圧乾燥することによって、付着している非水電解質（非水溶媒、副成分、電解質）を除去する。この正極をアルゴン雰囲気に封入したまま、ＸＰＳ測定装置（ＳＣＩＥＮＴＡ製ＥＳＣＡ３００）に入れ、単色化ＡｌＫα線を線源とするＸ線により、光電子検出角９０度でＸ線光電子スペクトルを得た。硫黄とコバルトの存在比は、このＸ線光電子スペクトルにおいて、束縛エネルギー１７０ｅＶ付近に現れるＳ_２ｐに帰属するピークと、束縛エネルギー７８０ｅＶ付近に現れるＣｏ_２ｐに帰属するピーク面積の比から求めた。なお、ピーク面積比から各元素の存在比を求める際、各ピークの相対感度係数の補正を行い、元素による検出深度の違いは考慮していない。

さらに、正極のＸＰＳ測定を行うために解体した二次電池から負極の一部（１ｃｍ角程度）を取り出し、取出した負極をエチルメチルカーボネートで洗浄し、減圧乾燥することによって、付着している非水電解質（非水溶媒、副成分、電解質）を除去した。この負極をアルゴン雰囲気に封入したまま、ＸＰＳ測定装置（ＳＣＩＥＮＴＡ製ＥＳＣＡ３００）に入れ、単色化ＡｌＫα線を線源とするＸ線により、光電子検出角９０度でＸ線光電子スペクトルを得た。硫黄と炭素の存在比は、このＸ線光電子スペクトルにおいて、束縛エネルギー１７０ｅＶ付近に現れるＳ_２ｐに帰属するピークの面積と、束縛エネルギー２８５ｅＶ付近に現れるＣ_１ｓに帰属するピークの面積の比から求めた。なお、ピーク面積比から各元素の存在比を求める際、各ピークの相対感度係数の補正を行い、元素による検出深度の違いは考慮していない。

このようにして求めた放電状態の負極表面の炭素に対する硫黄の存在比（原子数％）を下記表３に示す。

また、ＸＰＳの測定に使用した非水電解質二次電池の、ＸＰＳ測定のために取り出した部分以外の全てを、同じアルゴングローブボックス内で遠心分離機用の遠沈管に入れて密封し、遠心分離（回転数１００００ｒｐｍ）によって非水電解質を抽出した。抽出した非水電解質を濾過して電極の破片等の固形物を取り除いた後、１規定の塩酸で体積比２０倍に希釈して誘導結合プラズマ分光分析装置（ＩＣＰ）で分析した。このＩＣＰ分析は、セイコー電子製ＳＰＳ１５００ＶＲを用い、測定波長は１８０．７３ｎｍである。この測定を行った結果、非水電解質中の硫黄の量は検出限界（０．０１重量％）以下であった。

（実施例２〜１３及び比較例１〜３，６）
正極活物質に含まれるリチウム複合酸化物の組成およびピーク強度比、非水電解質の組成、組立て後・初充電前の放置時間、初充電工程の温度、電圧および電流値、エージング工程の温度・時間を下記表１に示すように設定すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして非水電解質二次電池を製造した。なお、下記表１中、ＢＴＳは、４−ヒドロキシ−１−ブチレンスルホン酸−γ−スルトン、ＰＳは、プロパンスルトン、ＤＶＳＵは、ジビニルスルホンである。

（比較例４）
組立て後、初充電前の放置時間を３時間に短縮すると共に、エージング工程を行わないこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして非水電解質二次電池を製造した。

（比較例５）
組立て後、初充電前の放置時間を３時間に短縮すると共に、エージング工程を４５℃で７日間とすること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして非水電解質二次電池を製造した。

得られた実施例２〜１３及び比較例１〜６の非水電解質二次電池について、放電状態における正極表面の元素存在比と非水電解質中の硫黄残存量と負極表面の元素存在比の測定を前述した実施例１で説明したのと同様な方法で行い、その結果を下記表３に示す。なお、正極活物質にＣｏとＮｉが共に含まれる場合は、硫黄の存在比を、ＣｏとＮｉの存在比の和に対する割合（原子数％）として表した。また、実施例１４の場合には、ＮｉとＣｏとＭｎの存在比の和に対する硫黄の存在比が求める元素存在比である。

また、得られた実施例１〜１３及び比較例１〜６の非水電解質二次電池について、０．２Ｃ放電容量と高温における急速充放電サイクル特性の評価を行った。０．２Ｃ放電容量は、室温で充電電流１Ｃで４．２Ｖまで定電流・定電圧充電を３時間行い、その後、室温で０．２Ｃで３．０Ｖまで放電したときの放電容量である。また、高温における急速充放電サイクル特性として、充電電流１Ｃで４．２Ｖまで定電流・定電圧充電を３時間行い、その後、放電電流１Ｃで３．０Ｖまで放電するという充放電サイクルを３５℃において４００回繰り返した後の放電容量維持率（１回目の放電の容量を１００％とする）を求めた。

表１〜３から明らかなように、放電状態の正極表面のＸＰＳによる元素存在比ｘが５原子数％以上、１００原子数％以下で、かつ非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％未満である実施例１〜１３の二次電池は、全て０．２Ｃ放電容量が０．７Ａｈ以上であり、しかも４００サイクル後の放電容量維持率が７０％以上であり、放電容量が高く、かつ良好なサイクル性を有する非水電解質二次電池であることが分かる。

これに対し、非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％未満であるものの、元素存在比ｘが５原子数％より小さい比較例１，２の二次電池は、４００サイクル後の放電容量維持率が６０％を下回っていた。また、比較例４のように元素存在比ｘが５原子数％より小さく、非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％よりも多いと、４００サイクル後の放電容量維持率だけでなく０．２Ｃ放電容量も低かった。これは、比較例４では組立て後、初充電前の放置時間が短いうえに初充電後のエージングを行っておらず、正極の被膜形成反応がほとんど生じなかったためであると考えられる。元素存在比ｘが１００より大きい比較例３の二次電池は、０．２Ｃ放電容量が０．６Ａｈを下回っていた。

一方、元素存在比ｘが５原子数％以上、１００原子数％以下であるものの、非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％を超える比較例５の二次電池によると、０．２Ｃ放電容量も４００サイクル後の放電容量維持率も低かった。これは、組立て後、初充電前の放置時間が短いと、初充電後のエージング時間を充分に長くしても、正極の被膜形成反応が不十分になり、それにより正極の被膜が不均一に形成されると共に非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％よりも多くなったためである。このことから、前述した特許文献３，４によると高温での急速充放電サイクル特性が劣るのは、特許文献３，４では組立て後、初充電前の放置を行っておらず、正極において被膜形成反応がほとんど生じていないためであると推測される。

さらに、比較例６に示すように、含硫黄化合物として１，３−プロパンスルトンを使用すると、実施例１と同じ製造条件にしても元素存在比ｘが５原子数％未満になった。

なお、実施例１〜１３の二次電池について、最初の放電後、２〜３サイクル充放電を行なった後、正極表面及び負極表面のＸＰＳによる元素存在比と非水電解質中の硫黄濃度の測定とを前述した実施例１で説明したのと同様にして行なったところ、前述した表３で示したのと同様な結果が得られた。

また、前述した実施例では、組み立て後、初充電前の放置時間、初充電条件及び初充電後のエージング条件を前述した表１に示すように設定したが、この設定条件にすれば常に本願発明の二次電池が得られるというものではなく、最適な製造条件は非水電解質の組成や正極組成あるいは負極組成等により変動し得るものである。例えば、非水電解質として、ＥＣ、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ＰＲＳおよびＴＯＰからなる非水溶媒にＬｉＰＦ_６を溶解させたものを使用した場合には、最適放置時間は前述した表１に示す値よりも短くなる。

本発明は、上記の実施例に止まるものではなく、他の種類の正極・負極・セパレータ・容器の組合わせにおいても同様に適用可能である。また、上記の実施例のようなラミネートフィルムから容器を形成した非水電解質二次電池以外にも、円筒形や角形の容器を有する二次電池においても本発明は適用可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係わる非水電解質二次電池は、例えば、移動体通信機、ノートブック型パソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメラ、ポータブルＣＤ（ＭＤ）プレーヤー、コードレス電話等の電子機器の、安全に使用可能な電源として利用できる。

本発明に係わる非水電解質二次電池の一実施形態である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図。 図１の薄型非水電解質二次電池をII−II線に沿って切断した部分断面図。

符号の説明

１…容器本体、２…電極群、３…正極、４…負極、５…セパレータ、６…蓋板、７…外部保護層、８…内部保護層、９…金属層、１０…正極端子、１１…負極端子。

Claims (3)

1. Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素含有のリチウム複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
   放電状態における前記正極の表面のＸ線光電子分光法による元素存在比ｘが下記（１）式を満足し、かつ前記放電状態における前記非水電解質中の硫黄濃度が０．０５重量％未満（０重量％を含む）であることを特徴とする非水電解質二次電池。
   ５≦ｘ≦１００ （１）
   但し、前記元素存在比ｘは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種類の遷移金属元素の原子数を１００原子数％とした際の硫黄の原子数％である。
2. 前記負極が黒鉛質材料含有の負極活物質を含み、前記放電状態における前記負極の表面のＸ線光電子分光法による炭素原子数を１００原子数％とした際の硫黄原子数比が５原子数％以上、１００原子数％以下であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
3. 前記非水電解質は、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートを含むことを特徴とする請求項１または２記載の非水電解質二次電池。

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