JP4150087B2

JP4150087B2 - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP4150087B2
Application number: JP11830997A
Authority: JP
Inventors: 篤雄小丸; 晃山口; 政幸永峰
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: JPH10308236A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水電解液二次電池に関し、特に非水電解液の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子技術のめざましい進歩は、電子機器の小型・軽量化を次々と実現させている。それに伴い、ポータブル用電源としての電池に対しても益々小型・軽量化且つ高エネルギー密度への要求が高まっている。
【０００３】
従来、一般用途の二次電池としては鉛電池、ニッケル・カドミウム電池等の水溶液系電池が主流である。しかし、これらの水溶液系の二次電池は、サイクル特性にはある程度満足できるが、電池重量やエネルギー密度の点では満足できる特性とは言えない。
【０００４】
一方、最近、リチウムあるいはリチウム合金を負極に用いた非水電解液二次電池の研究開発が盛んに行われている。この電池は、例えばＬｉＣｏＯ₂に代表されるようなＬｉ含有複合酸化物を正極材料に用いることで高エネルギー密度を有するものになり、また、自己放電も少なく、軽量という優れた特性を有する。
【０００５】
しかしながら、このようなリチウムあるいはリチウム合金を負極に用いた非水電解液二次電池は、充放電サイクルの進行に伴って、充電時にリチウムがデンドライト状に結晶成長し、正極に到達して内部ショートに至るといった可能性がある。また、デンドライトの生成が促進されてしまうために、実用的な急速充放電ができないといった問題がある。この理由から、このリチウムまたはリチウム合金を負極に用いる非水電解液二次電池の実用化は遠いものとなっている。
【０００６】
そこで、このような問題を解消するものとして、酸化物や炭素等の層状化合物にリチウムイオンを取り込んだものを負極材料に用いる、いわゆるロッキングチエアー型の非水電解液二次電池（リチウムイオン二次電池）が注目されている。
【０００７】
この非水電解液二次電池は、このような層状化合物の層間にリチウムがドープ・脱ドープされるのを負極反応に利用するものであり、充放電サイクルが進行しても、デンドライトの析出が認められず、良好な充放電サイクル特性を示す。
【０００８】
ところで、非水電解液二次電池の負極材料として使用し得る炭素材料は各種挙げられるが、初めに負極材料として実用化されたものはコークスやガラス状炭素等の難黒鉛化性炭素材料、すなわち有機材料を比較的低温で熱処理することによって得られる結晶性の低い炭素材料である。これら難黒鉛化性炭素材料で構成された負極と炭酸プロピレン（ＰＣ）を主溶媒とする電解液とを組み合わせた非水電解液二次電池が既に商品化されている。
【０００９】
さらに、最近では、結晶構造が発達した黒鉛類も負極材料として使用できるようになっている。黒鉛類の場合、主溶媒として用いられるＰＣを分解してしまうことから、このことが、負極材料とする上での障害となっていた。しかし、安定性の高い炭酸エチレン（ＥＣ）を主溶媒とすることでこのような問題も解消され、負極材料として使用できるようになっている。
【００１０】
黒鉛類は、鱗片状のものが比較的容易に入手でき、従来よりアルカリ電池用導電剤等として広く用いられている。この黒鉛類は、難黒鉛化性炭素材料に比べて結晶性が高く、真密度が高い。したがって、黒鉛類によって負極を構成すれば、高い電極充填性が得られ、電池のエネルギー密度が高められることになる。このことから、黒鉛類は負極材料として期待の大きな材料であると言える。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リチウムイオン二次電池では充電によって次のような電位状態になる。すなわち、上述の如くＬｉＣｏＯ₂に代表されるようなＬｉ含有複合酸化物を使用する正極では、充電時にＬｉイオンが引き抜かれ、４．２Ｖ程度の高い電位になる。一方、上述の如く炭素材料を使用する負極では、Ｌｉイオンがドープされ、Ｌｉ金属の電位に近づく。
【００１２】
そのため、このような電池では、充電時に、正極は非常に酸化され易く、負極は非常に還元され易い状態にある。このため、充電状態で電池を保存していると、この間に電極に何らかの不可逆反応が生じ、回復しない容量劣化が引き起こされた。
【００１３】
そこで、このような問題を解消する手段として、非水電解液に、特定濃度のメトキシベンゼン系化合物を添加することが提案されている。メトキシベンゼン系化合物を非水電解液に添加すると、充電状態での保存で起こる正極及び負極における不可逆反応が抑制され、これを原因とする容量劣化が改善される。
【００１４】
しかしながら、最近では、携帯電話やノートパソコン等の電子機器における動作時間の延長等に伴って、これら電子機器の電源となる上述した非水電解液二次電池においても、更なる容量及び保存性の向上が要求されている。
【００１５】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、充電状態で保存した際の容量劣化抑制効果をさらに向上させ、高容量かつ保存性に優れた非水電解液二次電池を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、これまでの非水電解液二次電池における不純物は、活物質の減量による容量低下のみならず、電池反応を阻害したり信頼性が低下する等の理由から、その量をできるだけ少なく抑えることが望まれていたが、メトキシベンゼン系化合物を含有する電解液においては、不純物濃度を規定することにより、上述した容量劣化抑制効果がさらに向上することを見いだした。
【００１７】
すなわち、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｓｉイオンを５〜７０００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｋイオンを５〜５００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｆｅイオンを１５〜７０ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｃａイオンを３０〜７０ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ａｌイオンを４５〜７０ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６０に記載の化合物を８〜１００００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６０】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６１に記載の化合物を１５０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６１】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６２に記載の化合物を１２０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする
【化６２】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６３に記載の化合物を２１０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６３】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６４に記載の化合物を８〜１００００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６４】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６５に記載の化合物を５８〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６５】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６６に記載の化合物を７７〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６６】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６７に記載の化合物を５〜８０００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする
【化６７】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６８に記載の化合物を４２〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６８】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６９に記載の化合物を３０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化６９】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７０に記載の化合物を６０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化７０】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７１に記載の化合物を４〜１００００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化７１】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７２に記載の化合物を６０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化７２】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７３に記載の化合物を３００〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【化７３】

また、本発明に係る非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７４に記載の化合物を１００〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする
【化７４】

【００１８】
本発明に係る非水電解液二次電池においては、非水電解液が、不純物としてＳｉ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、水及び化６０〜化７４で示される化合物を所定量含有することにより、メトキシベンゼン系化合物のみが添加された時よりも高い容量劣化抑制効果が発揮される。
【００１９】
メトキシベンゼン系化合物のみを添加した場合でも、充電状態に生じる電池内の厳しい酸化及び還元雰囲気における正極及び負極における不可逆反応が抑制され、活物質の失活を防ぐ効果を得ることができる。しかし、ここで、メトキシベンゼン系化合物と併せて不純物を添加した場合には、不純物が活物質と反応し、活物質表面に生成した反応物がメトキシベンゼン系化合物による劣化抑制反応を均一に行わせるものと考えられる。或いは、メトキシベンゼン系化合物による劣化抑制反応時において、不純物も同時に反応し、より高い抑制効果を発揮するものと考えられる。したがって、活物質の劣化が活物質表面から内部まで進行せず、より高い抑制効果が発揮され、充放電反応性と容量が維持される。
【００２０】
なお、上記不純物の含有量が５ｐｐｍ未満の場合には、上述した劣化抑制効果が十分得られない。また、不純物の含有量が７０００ｐｐｍを越える場合には、余分な副反応が生じ、逆に容量を劣化させることになるので好ましくない。
【００２１】
ところで、上記不純物としては、イオンや、水を規定することが好ましい。特に、上記イオンとしては、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｋ、Ｎａ、Ｆ、Ｏ、Ｐから選ばれてなる元素を少なくとも１以上含むイオンがより好ましい。
【００２２】
また、上記不純物しては、芳香族化合物、ベンゼンハロゲン化物、脂肪族炭化水素を規定することが好ましい。特に、上記脂肪族炭化水素化合物としては、カルボニル基、カルボキシル基、又はエーテル結合を有するものが好ましい。また、上記不純物としては、窒素、又は硫黄を有するものが好ましい。また、メトキシベンゼン系化合物が、不純物として、該メトキシベンゼン系化合物の異性体を含有していてもよい。
【００２３】
このように、不純物としては、液相中自由に移動可能なイオンや水等の無機物を規定することが好ましい。また、同じく、不純物としては、電解液用溶媒の合成過程で混入する反応溶媒や副生成物する有機物、若しくは電気化学的に又は酸化還元等によって電池内で反応性を有する有機物を規定することがより好ましい。
【００２４】
一方、非水電解液は、メトキシベンゼン系化合物を０．０５〜０．８Ｍなる濃度で含有することが好ましい。メトキシベンゼン系化合物の添加量が０．８Ｍより多い場合には、導電率が低下し、低温特性に悪影響を与える。０．００５Ｍより少ない場合には、十分な容量維持効果が得られない。
【００２５】
また、メトキシベンゼン系化合物としては、メトキシ以外の水素基の少なくとも１以上がハロゲン元素により置換されてなる化合物が好ましく、ハロゲン元素としては、Ｆがより好ましい。ハロゲン元素に置換することにより、電気化学的耐酸化還元性が向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的な実施の形態について説明する。
【００２７】
本発明が適用される非水電解液二次電池は、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有して構成される。
【００２８】
本発明では、このような非水電解液二次電池の非水電解液が、メトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、不純物を５〜７０００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする。
【００２９】
ここで、上記不純物としては、あらゆる無機化合物が適用可能であるが、イオンや、水を規定することが好ましい。特に、上記イオンとしては、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｋ、Ｎａ、Ｆ、Ｏ、Ｐから選ばれてなる元素を少なくとも１以上含むイオンがより好ましい。
【００３０】
また、上記不純物しては、電解液溶媒以外のあらゆる有機化合物について適用可能であるが、芳香族化合物、ベンゼンハロゲン化物、脂肪族炭化水素を規定することが好ましい。特に、上記脂肪族炭化水素化合物としては、カルボニル基、カルボキシル基、又はエーテル結合を有することが好ましい。また、上記不純物としては、窒素、又は硫黄を有することが好ましい。
【００３１】
また、メトキシベンゼン系化合物が、不純物として、該メトキシベンゼン系化合物の異性体を含有していてもよい。
【００３２】
具体的には、電解液用溶媒の合成過程で混入する反応溶媒、若しくは副生成物であるもの、例えば、炭酸エステル系溶媒の不純物として、エチレングリコールやメタノール等のアルコール類や、メトキシベンゼン系化合物を合成する際の副生成物であるメトキシベンゼン系化合物の異性体が挙げられる。その他、正極上で反応性の高い１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド等の硫黄原子を骨格に含む化合物、ケトン類等が挙げられる。また負極上で反応性の高いテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン類、金属リチウムと反応性をもつピリジン、アセトニトリル等の窒素原子を骨格に含む化合物等が挙げられる。
【００３３】
このように、不純物としては、液相中自由に移動可能なイオンや水を規定することが好ましい。また同じく、不純物としては、電解液用溶媒の合成過程で混入する反応溶媒や副生成物する有機物、若しくは電気化学的に又は酸化還元等によって電池内で反応性を有する有機物を規定することがより好ましい。
【００３４】
これまで、一般に、不純物はできるだけ少なく抑えることが望まれていたが、本発明においては、メトキシベンゼン系化合物を含有する非水電解液中に特定不純物を５〜７０００ｐｐｍ含有させることにより、充電状態に生じる電池内の厳しい酸化及び還元雰囲気における正極及び負極における不可逆な反応を抑制して活物質の失活を防止し、より高い容量劣化抑制効果が発揮されるものである。
【００３５】
なお、上記不純物の含有量が５ｐｐｍ未満の場合には、上述した容量劣化抑制効果を十分得ることができない。また、不純物の含有量が７０００ｐｐｍを越える場合には、余分な副反応が生じ、逆に容量を劣化させることになるので好ましくない。したがって、不純物の含有量は、５〜７０００ｐｐｍが好ましく、１０〜１０００ｐｐｍがより好ましく、さらに、１０〜５００ｐｐｍ以下がより好ましく、不純物の種類によって、適宜最適値を選択するとよい。
【００３６】
一方、非水電解液に添加されるメトキシベンゼン系化合物としては、如何なる構造のものも使用可能であり、メトキシ基を少なくとも１以上有することが望ましい。
【００３７】
さらに、メトキシベンゼン系化合物は、メトキシ基以外の水素基が少なくとも１以上のハロゲン元素で置換されていることが好ましい。ハロゲン元素としては、Ｆ、Ｂｒ、Ｃｌ等が挙げられ、この中ではＦが最も好ましい。ハロゲン元素で置換されているメトキシベンゼン化合物は、電気化学的耐酸化還元性が向上する。なお、ハロゲン元素が導入される位置は特に制限されない。
【００３８】
また、これらメトキシベンゼン系化合物は、１種類を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００３９】
なお、メトキシベンゼン系化合物としては、具体的には、化１〜化５８で示される化合物が挙げられる。但し、化１０〜化５８中、Ｘ¹，Ｘ²は、Ｆ，Ｂｒ，Ｃｌのいずれか１種を示す。
【００４０】
【化１】

【００４１】
【化２】

【００４２】
【化３】

【００４３】
【化４】

【００４４】
【化５】

【００４５】
【化６】

【００４６】
【化７】

【００４７】
【化８】

【００４８】
【化９】

【００４９】
【化１０】

【００５０】
【化１１】

【００５１】
【化１２】

【００５２】
【化１３】

【００５３】
【化１４】

【００５４】
【化１５】

【００５５】
【化１６】

【００５６】
【化１７】

【００５７】
【化１８】

【００５８】
【化１９】

【００５９】
【化２０】

【００６０】
【化２１】

【００６１】
【化２２】

【００６２】
【化２３】

【００６３】
【化２４】

【００６４】
【化２５】

【００６５】
【化２６】

【００６６】
【化２７】

【００６７】
【化２８】

【００６８】
【化２９】

【００６９】
【化３０】

【００７０】
【化３１】

【００７１】
【化３２】

【００７２】
【化３３】

【００７３】
【化３４】

【００７４】
【化３５】

【００７５】
【化３６】

【００７６】
【化３７】

【００７７】
【化３８】

【００７８】
【化３９】

【００７９】
【化４０】

【００８０】
【化４１】

【００８１】
【化４２】

【００８２】
【化４３】

【００８３】
【化４４】

【００８４】
【化４５】

【００８５】
【化４６】

【００８６】
【化４７】

【００８７】
【化４８】

【００８８】
【化４９】

【００８９】
【化５０】

【００９０】
【化５１】

【００９１】
【化５２】

【００９２】
【化５３】

【００９３】
【化５４】

【００９４】
【化５５】

【００９５】
【化５６】

【００９６】
【化５７】

【００９７】
【化５８】

【００９８】
上述したメトキシベンゼン系化合物の適正な添加量は、化合物の種類によっても異なるが０．００５〜０．８Ｍ、より好ましくは０．００５〜０．５Ｍである。添加量が少なすぎると容量劣化抑制効果が十分に得られない。また、添加量が多すぎる場合には、電解液の導電率が低くなり、特に低温特性が損なわれる。
【００９９】
本発明では、このように電解液にメトキシベンゼン系化合物と不純物とを添加するが、他の電解液の成分としては、この種の非水電解液二次電池で通常用いられているものがいずれも使用可能である。
【０１００】
まず、非水溶媒としては、エチレンカーボネート等の比較的誘電率の高いものを主溶媒に用い、さらに複数の低粘度溶媒を添加したものを使用するのが望ましい。
【０１０１】
高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）の他、プロピレンカーボネート（ＰＣ），ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、スルホラン酸、ブチロラクトン類、バレロラクトン類等が使用可能である。
【０１０２】
低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネート，ジメチルカーボネート等の対称の鎖状炭酸エステル、メチルエチルカーボネート，メチルプロピルカーボネート等の非対称の鎖状炭酸エステル、プロピオン酸メチル，プロピオン酸エチル等のカルボン酸エステル、さらにリン酸トリメチル，リン酸トリエチル等のリン酸エステル等が使用可能である。これらのうち１種類を用いてもよく、さらに２種類以上を組み合わせて用いても良好な結果が得られる。
【０１０３】
特に、負極に黒鉛材料を用いる場合には、他の高誘電率溶媒に比べて黒鉛による分解がされ難いことから、エチレンカーボネートを主溶媒として用いるのが望ましいが、エチレンカーボネートの水素原子をハロゲンで置換した化合物も好適である。
【０１０４】
また、プロピレンカーボネートのように黒鉛材料と反応性があるものであっても、エチレンカーボネートやエチレンカーボネートのハロゲン化物を主溶媒とし、これの一部を置き換える第２の成分溶媒として添加するのであれば使用しても差し支えない。特に、ここでは電解液にメトキシベンゼン系化合物が添加されており、これが黒鉛材料と溶媒の反応を抑制するように作用することから、プロピレンカーボネートの添加量を比較的多く設定することが可能である。
【０１０５】
第２の成分溶媒として用いられるものは、プロピレンカーボネートの他、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン等が挙げられる。このうち、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の炭酸エステル系溶媒を用いるのが好ましい。なお、これらの添加量は４０容量％以下、さらには２０容量％以下とするのが望ましい。
【０１０６】
非水溶媒に溶解する電解質塩としては、この主の電池に用いられるものがいずれも使用可能である。具体的にはＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＣＨ₃ＳＯ₃Ｌｉ、ＣＦ₃ＳＯ₃Ｌｉ，ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ等が挙げられる。これら電解質塩は１種類を単独で使用しても、複数種を組み合わせて使用しても構わない。なお、組み合わせて使用する場合、ＬｉＰＦ₆を主成分とするのが望ましい。
【０１０７】
一方、電池の負極，正極としては次のようなものが使用できる。
【０１０８】
まず、負極材料としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料や、結晶質あるいは非晶質の金属カルコゲン化物が用いられる。
【０１０９】
このうち、炭素材料としては、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、黒鉛材料が使用できる。
【０１１０】
難黒鉛化性炭素材料としては、（００２）面間隔が０．３７ｎｍ以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ³未満、空気中での示差熱分析（ＤＴＡ）において、７００℃以上に発熱ピークを有さないといった物性パラメータを有する材料が好適である。
【０１１１】
このような難黒鉛化性炭素材料は、有機材料を１０００℃程度の温度で熱処理することで得られる。
【０１１２】
出発原料の代表としては、フルフリルアルコールやフルフラールのホモポリマー，コポリマーあるいは他の樹脂と共重合したフラン樹脂等が挙げられる。
【０１１３】
さらに、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレン）等の共役系樹脂、セルロースおよびその誘導体、任意の有機高分子系化合物を使用することができる。
【０１１４】
また、特定のＨ／Ｃ原子比を有する石油ピッチに、酸素を含む官能基を導入（いわゆる酸素架橋）したものも、上記フラン樹脂と同様、炭素化の過程（４００℃以上）で溶融せず、固相状態で最終的に難黒鉛化性炭素材料になる。
【０１１５】
上記石油ピッチは、コールタール，エチレンボトム油，原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファルトなどより蒸留（真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留），熱重縮合，抽出，化学重縮合等の操作によって得られる。このとき、石油ピッチのＨ／Ｃ原子比が重要で、難黒鉛化性炭素とするためにはこのＨ／Ｃ原子比を０．６〜０．８とする必要がある。
【０１１６】
これらの石油ピッチに、酸素架橋を形成するための具体的な手段は限定されないが、例えば硝酸，混酸，硫酸，次亜塩素酸等の水溶液による湿式法、あるいは酸化性ガス（空気、酸素）による乾式法、さらに硫黄，硝酸アンモニウム，過硫酸アンモニア，塩化第二鉄等の固体試薬による反応などが用いられる。
【０１１７】
この酸素含有率は、特に限定されないが、特開平３−２５２０５３号公報に記載されるように、好ましくは３％以上、さらに好ましくは５％以上である。この酸素含有率は、最終的に製造される炭素材料の結晶構造に影響を与え、酸素含有率をこの範囲としたときに、上述したような（００２）面間隔を０．３７ｎｍ以上、空気気流中での示差熱分析（ＤＴＡ）において７００℃以上に発熱ピークを有さないといった物性パラメータを有するものになり、負極容量が向上する。。
【０１１８】
なお、出発原料はこれらに限定されず、他のあらゆる有機材料、すなわち酸素架橋処理等によって固相炭素化過程を経て難黒鉛化炭素材料となるものであればいずれも使用可能である。
【０１１９】
また、以上のような有機材料を出発原料とする難黒鉛化性炭素材料の他、特開平３−１３７０１０号公報に記載されるリン、酸素、炭素を主成分とする化合物も難黒鉛化性炭素材料と同様の物性パラメータを示し、負極の材料として好ましい。
【０１２０】
難黒鉛化性炭素材料は、以上のような有機材料を焼成等によって炭素化することによって得られるが、この焼成は次のようなプロセスで行うのが望ましい。
【０１２１】
すなわち、難黒鉛化性炭素材料を合成するには、有機材料を温度３００〜７００℃で炭化した後、昇温速度毎分１〜１００℃、到達温度９００〜１３００℃、到達温度での保持時間０〜３０時間程度の条件で焼成を行う。なお、場合によっては炭化操作は省略しても良い。そして、このようにして得られた焼結体は、この後、粉砕・分級して負極に供されるが、この粉砕は炭化、仮焼、高温熱処理の前後で行っても昇温過程の間で行っても構わない。
【０１２２】
次に、黒鉛材料としては、真密度が２．１ｇ／ｃｍ³以上であるのが好ましく、２．１８ｇ／ｃｍ³以上であるのがより好ましい。そのような真密度を得るには、Ｘ線回折法で測定される（００２）面間隔が好ましくは０．３４０ｎｍ未満、さらに好ましくは０．３３５ｎｍ以上、０．３３７ｎｍ以下であり、（００２）面のＣ軸結晶子厚みが１４．０ｎｍ以上であることが必要である。
【０１２３】
また、黒鉛材料では、以上のような真密度や結晶構造パラメータの他、嵩密度、平均形状パラメータｘ_ave，比表面積，粒度分布，粒子破壊強度といった特性も重要になる。次に、これらの特性について説明する。
【０１２４】
まず、嵩密度は、ＪＩＳＫ−１４６９に記載される方法に準じて測定される。この測定方法を以下に示す。
【０１２５】
＜嵩密度測定方法＞
予め質量を測定しておいた容量１００ｃｍ³のメスシリンダーを斜めにし、これに試料粉末１００ｃｍ³を、さじを用いて徐々に投入する。そして、全体の質量を最小目盛り０．１ｇで測り、その質量からメスシリンダーの質量を差し引くことで試料粉末の質量Ｍを求める。
【０１２６】
次に、試料粉末が投入されたメスシリンダーにコルク栓をし、その状態のメスシリンダーを、ゴム板に対して約５センチメートルの高さから５０回落下させる。その結果、メスシリンダー中の試料粉末は圧縮されるので、その圧縮された試料粉末の容積Ｖを読み取る。そして、下記の式１により嵩比重（ｇ／ｃｍ³）を算出する。
【０１２７】
Ｄ＝Ｍ／Ｖ・・・式１
Ｄ：嵩比重（ｇ／ｃｍ³）
Ｍ：メスシリンダー中の試料粉末の質量（ｇ）
Ｖ：５０回落下後のメスシリンダー中の試料粉末の容積（ｃｍ³）
黒鉛材料としては、この嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ³以上のものを用いるのが望ましい。黒鉛材料は形状が鱗片状であることから電極から剥がれ落ち易く、このことがサイクル寿命を短くする原因になる。但し、このように嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ³以上の黒鉛材料であれば、剥がれ落ちが抑えられ、サイクル寿命が向上する。なお、嵩密度のより好ましい範囲は、０．５ｇ／ｃｍ³以上、さらには０．６ｇ／ｃｍ³以上である。
【０１２８】
次に、平均形状パラメータｘ_aveは以下のようにして求められるものである。
【０１２９】
＜平均形状パラメータｘ_ave：ＳＥＭ法＞
すなわち、黒鉛材料の代表的な粒子形状は、図１あるいは図２の模式図で示すように偏平な円柱状あるいは直方体状である。この黒鉛粒子の最も厚さの薄い部分の厚さをＴ、最も長さの長い長軸方向の長さをＬ、奥行きに相当する長軸と直交する方向の長さをＷとしたときに、ＬとＷそれぞれをＴで除した値の積が上記形状パラメータｘである。この形状パラメータｘが小さいもの程、底面積に対する高さが高く偏平度が小さいことを意味する。
【０１３０】
ｘ＝（Ｌ／Ｔ）×（Ｗ／Ｔ）・・・式２
ｘ：形状パラメータ
Ｔ：粉末の最も厚さの薄い部分の厚さ
Ｌ：粉末の長軸方向の長さ
Ｗ：粉末の長軸と直交する方向の長さ
このような形状パラメータｘを、実際の黒鉛粉末について測定するには、黒鉛粉末の形状をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、最も長さの長い部分の長さが平均粒径の±３０％であるような粉末を１０個選択する。そして、選択した１０個の粉末それぞれについて式２により形状パラメータを計算し、その平均を算出する。この算出された平均値が平均形状パラメータｘ_aveである。
【０１３１】
この平均形状パラメータｘ_aveは１２５以下であるのが望ましい。嵩密度が上述の範囲内であって、且つこのようにして求められる平均形状パラメータｘ_aveが１２５以下であるような偏平度の低い黒鉛粉末を用いると、電極の構造がさらに改善され、黒鉛粉末が剥がれ落ち難くなる。これにより、サイクル寿命がより一層向上することになる。なお、平均形状パラメータｘ_ave のより好ましい範囲は、２以上１１５以下、さらには２以上１００以下である。
【０１３２】
続いて、黒鉛粉末の比表面積であるが、これは窒素吸着ＢＥＴ法によって求められ、９ｍ²／ｇ以下であるのが望ましい。嵩密度、平均形状パラメータｘ_aveが上記条件を満たすとともに、この比表面積が９ｍ²／ｇ以下の黒鉛粉末を用いることによって、電池のサイクル寿命がさらに改善される。
【０１３３】
なお、比表面積の規制が電池のサイクル寿命に効果を示すのは、この比表面積が、黒鉛粉末への微粒子の付着を反映するからである。
【０１３４】
すなわち、黒鉛粉末にはサブミクロン程度の微粒子が付着している場合が多く、微粒子の付着が黒鉛材料の嵩密度を低くしているものと考えられる。したがって、黒鉛粉末への微粒子の付着はできるだけ少ない方が望ましい。
【０１３５】
一方、黒鉛粉末の比表面積は、同じ粒度であれば、微粒子の付着が多い程大きくなり、逆に微粒子の付着が少ない程小さくなる。つまり、比表面積が９ｍ²／ｇ以下に抑えれているということは、この微粒子の付着が非常に少ないことを意味しており、したがって高い嵩密度が得られ長サイクル寿命が得られる。なお、この比表面積は、より好ましくは７ｍ²／ｇ以下、さらに好ましくは５ｍ²／ｇ以下である。
【０１３６】
黒鉛粉末の粒度は、粒度分布図（横軸：粒径、縦軸：粒子個数）から求められる累積１０％粒径、累積５０％粒径、累積９０％粒径によって最適化される。この累積１０％粒径、累積５０％粒径、累積９０％粒径とは、粒度分布図において、それぞれ０μｍから積分した面積が全面積の１０％，５０％，９０％となったときの粒径のことである。
【０１３７】
このうち、累積１０％粒径は３μｍ以上、累積５０％粒径は１０μｍ以上、累積９０％粒径は７０μｍ以下であるのが望ましい。これは以下の理由からである。
【０１３８】
すなわち、電極充填性を考えた場合、黒鉛粉末の粒度分布は、横軸（粒径）にある程度幅をもった分布であり、特に正規分布となっていると高い充填効率が得られ、望ましい。
【０１３９】
但し、過充電等の異常事態になった場合、電池に発熱が生じる可能性があり、このような場合に、小粒径の黒鉛粉末の分布数が多いと、発熱温度が高くなる傾向がある。
【０１４０】
一方、電池の充電時には、黒鉛層間へリチウムイオンが挿入されるため結晶子が約１０％膨張する。そして、この膨張によって正極やセパレータが圧迫され、初充電時に内部ショート等の初期不良が起こり易い状態になる。このような膨張による不良は、大粒径の黒鉛粉末の分布数が多い程顕著になる。
【０１４１】
つまり、黒鉛粉末は、小粒径のものが多すぎても、大粒径のものが多すぎても不具合があり、粒径の大きい粒子から小さい粒子までバランス良く配合されているのが望ましい。
【０１４２】
上述の累積１０％粒径、累積５０％粒径、累積９０％粒径の範囲はこれらの点に着目して設定されたものであり、これを満たす黒鉛材料は粒径の大きい粒子から小さい粒子までバランス良く配合されている。したがって、過充電時等において電池の発熱が抑えられるとともに初期不良が低減し、高い信頼性が得られる。なお、これら累積粒径のうち、特に累積９０％粒径は、初期不良を防止する点から６０μｍ以下であるのが望ましい。
【０１４３】
なお、粒子の粒径及び粒子個数は、例えばマイクロトラック粒度分析計を用い、レーザー光の散乱によって測定することができる。
【０１４４】
次に、黒鉛粉末の破壊強度は次のようにして測定される、
＜平均粒子破壊強度の測定方法＞
破壊強度の測定は、島津微小圧縮試験機（島津製作所社製商品名ＭＣＴＭ−５００）を用いて行う。
【０１４５】
まず、付属の光学顕微鏡によって黒鉛粉末を観察し、最も長さの長い部分の長さが平均粒径の±１０％であるような粉末を１０個選択する。そして、選択した１０個の粉末それぞれについて、荷重を掛けて破壊強度を測定し、その平均値を算出する。この算出された平均値が黒鉛粉末の平均粒子破壊強度である。
【０１４６】
実用電池として十分な重負荷特性を得るには、黒鉛粉末の平均粒子破壊強度が６．０ｋｇｆ／ｍｍ²以上であるのが望ましい。なお、この破壊強度と負荷特性には次のような関係がある。
【０１４７】
まず、負荷特性には放電時のイオンの動き易さが影響する。
【０１４８】
ここで、電極材料に空孔が多く存在する場合には、電極中に電解液が含浸され易いため、イオンが移動し易く、良好な負荷特性が得られる。電極材料に空孔が少ないと、イオンが移動し難いため、負荷特性の点で劣ってしまう。
【０１４９】
一方、結晶性の高い黒鉛材料は、ａ軸結晶方向に黒鉛六角網面が発達しており、その積み重なりによってｃ軸の結晶子が成り立っている。この炭素六角網面同士の結合はファンデルワールス力という弱い結合であり、応力に対して変形しやすい。このため、黒鉛材料は、通常、圧縮成型によって電極に充填する際に潰れ易く、空孔を確保しておくのが難しい。
【０１５０】
上述したような破壊強度は、このような空孔の潰れ難さの指標となるものである。黒鉛材料であっても、破壊強度が６．０ｋｇ／ｍｍ²以上のものを選択して用いれば、空孔が確保され、良好な負荷特性が得られるようになる。
【０１５１】
黒鉛材料としては以上のような物性を有するものが選択して用いられるが、この黒鉛材料は、天然黒鉛であっても、有機材料を炭素化し、さらに高温処理することで得られる人造黒鉛であっても良い。
【０１５２】
人造黒鉛を生成するに際して、出発原料となる有機材料としては石炭やピッチが代表的である。
【０１５３】
ピッチとしては、コールタール、エチレンボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファルトなどより蒸留（真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留）、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得られるものや、その他木材乾留時に生成するピッチ等もある。
【０１５４】
さらにピッチとなる出発原料としてはポリ塩化ビニル樹脂，ポリビニルアセテート，ポリビニルブチラート，３，５−ジメチルフェノール樹脂等がある。
【０１５５】
これら石炭，ピッチは、炭素化の途中、最高４００℃程度で液状で存在し、その温度で保持することで芳香環同士が縮合、多環化し積層配向した状態となり、その後５００℃程度以上の温度になると固体の炭素前駆体，すなわちセミコークスを形成する。このような過程を液相炭素化過程と呼び、易黒鉛化炭素の典型的な生成過程である。
【０１５６】
その他、ナフタレン，フェナントレン，アントラセン，トリフェニレン，ピレン，ペリレン，ペンタフェン，ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物、その他誘導体（例えばこれらのカルボン酸，カルボン酸無水物，カルボン酸イミド等）あるいは混合物、アセナフチレン，インドール，イソインドール，キノリン，イソキノリン，キノキサリン，フタラジン，カルバゾール，アクリジン，フェナジン，フェナントリジン等の縮合複素環化合物、さらにはその誘導体も原料として使用可能である。
【０１５７】
以上の有機材料を出発原料として人造黒鉛を生成するには、例えば、上記有機材料を窒素等の不活性ガス気流中、温度３００〜７００℃で炭化した後、不活性ガス気流中、昇温速度毎分１〜１００℃、到達温度９００〜１５００℃、到達温度での保持時間０〜３０時間程度の条件で仮焼し、さらに温度２０００℃以上、好ましくは２５００℃以上で熱処理する。勿論、場合によっては炭化や仮焼操作は省略しても良い。
【０１５８】
生成された黒鉛材料は分級あるいは粉砕・分級して負極材料に供されるが、粉砕は、炭化、仮焼の前後、あるいは、黒鉛化前の昇温過程の間のいずれで行っても良い。これらの場合には、最終的に粉末状態で黒鉛化のための熱処理が行われる。
【０１５９】
但し、嵩密度や破壊強度の高い黒鉛粉末を得るには、原料を成型体としたかたちで熱処理を行い、得られた黒鉛化成型体を粉砕、分級するのが望ましい。
【０１６０】
すなわち、黒鉛化成型体を作製するには、フィラーとなるコークスと、成型剤あるいは焼結剤となるバインダーピッチを混合して成型する。そして、この成型体を１０００℃以下の低温で熱処理した後、溶融させたバインダーピッチを含浸させるといったピッチ含浸／焼成工程を数回繰り返した後、高温で熱処理する。含浸させたバインダーピッチは、以上の熱処理過程で炭素化し、黒鉛化される。そして、得られた黒鉛化成型体を粉砕して黒鉛粉末とする。
【０１６１】
このようにして得られた黒鉛化成型体の粉砕粉は、嵩密度や破壊強度が高く、性能に優れた電極が得られる。
【０１６２】
また、フィラー（コークス）とバインダーピッチを原料にしているため、多結晶体として黒鉛化し、また原料に含まれる硫黄や窒素が熱処理時にガスとなって発生するため、その通り路にミクロな空孔が形成される。空孔が形成されていると、負極の反応、すなわちリチウムのドープ・脱ドープ反応が進行し易くなる。また、空孔が空いていると、工業的に処理効率が高いという利点もある。
【０１６３】
なお、成型体の原料としては、それ自身に成型性、焼結性を有するフィラーを用いても良い。この場合には、バインダーピッチの使用は不要である。
【０１６４】
負極材料としては、炭素材料の他、リチウムイオンのドープ・脱ドープ可能な金属酸化物も使用可能である。
【０１６５】
金属酸化物としては、遷移金属を含有する酸化物が好適であり、具体的には酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ、酸化珪素等を主体とする結晶化合物あるいは非結晶化合物が挙げられる。なお、このうち充放電電位が比較的金属Ｌｉに近いものを用いるのが望ましい。
【０１６６】
次に、正極の材料について説明する。
【０１６７】
正極材料は、十分な量のＬｉを含んでいることが好ましく、例えば一般式ＬｉＭＯ₂（但し、ＭはＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｖ，Ｔｉの少なくとも１種を表す）で表されるリチウムと遷移金属からなる複合金属酸化物やＬｉを含んだ層間化合物等が好適である。
【０１６８】
特に、高容量を達成するためには、正極は、定常状態（例えば５回程度充放電を繰り返した後）で、炭素材料１ｇ当たり２５０ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のＬｉをふくむことが必要であり、３００ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のＬｉを含むことがより好ましい。
【０１６９】
なお、Ｌｉは必ずしも正極からすべて供給される必要はなく、要は電池系内に炭素質材料１ｇ当たり２５０ｍＡｈ以上の充放電容量相当分のＬｉが存在すれば良い。なお、この電池系内のＬｉ量は、電池の放電容量を測定することによって判断することとする。
【０１７０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について実験結果に基づいて説明する。
【０１７１】
実験例１
まず、負極活物質を次のようにして合成した。
【０１７２】
フィラーとなる石炭系コークス１００重量部に対し、バインダーとなるコールタール系ピッチを３０重量部加え、温度約１００℃で混合した後、プレスにて圧縮成型し、炭素成型体の前駆体を得た。
【０１７３】
次いで、この前駆体を１０００℃以下の温度で熱処理して炭素材料成型体を作製した。そして、この炭素材料成型体に、２００℃以下の温度で溶融させたバインダーピッチを含浸し、１０００℃以下の温度で熱処理するというピッチ含浸／焼成工程を繰り返し行った。
【０１７４】
その後、この炭素成型体を、不活性雰囲気下、温度２７００℃で熱処理することによって黒鉛化成型体とし、粉砕，分級することによって黒鉛試料粉末を作製した。
【０１７５】
このとき得られた黒鉛材料の物性値を以下に示す。
【０１７６】
（００２）面の面間隔：０．３３７ｎｍ
（００２）面のＣ軸結晶子厚み：５０．０ｎｍ
真密度：２．２３ｇ／ｃｍ³
嵩密度：０．８３ｇ／ｃｍ³
平均形状パラメータＸ_ave:１０
比表面積：４．４ｍ²／ｇ
粒度：
平均粒径；３１．２μｍ
累積１０％粒径；１２．３μｍ
累積５０％粒径；２９．５μｍ
累積９０％粒径；５３．７μｍ
粒子の破壊強度の平均値；７．１ｋｇｆ／ｍｍ²
なお、（００２）面の面間隔及び（００２）面のＣ軸結晶子厚みはＸ線回折測定、真密度はピクノメータ法、比表面積はＢＥＴ法、粒度はレーザ回折法による粒度分布からそれぞれ測定した。
【０１７７】
そして、以上のようにして得た黒鉛試料粉末を負極活物質として図３に示される負極１を作製した。
【０１７８】
まず、黒鉛試料粉末を９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部を混合して負極合剤を調製し、溶剤となるＮ−メチルピロリドンに分散させることで負極合剤スラリー（ペースト状）とした。
【０１７９】
次いで、負極集電体１０として厚さ１０μｍの帯状銅箔を用意し、この負極集電体１０の両面に上記負極合剤スラリーを均一に塗布、乾燥させた後、一定圧力で圧縮成型することによって帯状負極１を作製した。
【０１８０】
一方、正極活物質は次のようにして生成した。
【０１８１】
炭酸リチウム０．５モルと炭酸コバルト１モルを混合し、この混合物を、空気中、温度９００℃で５時間焼成した。得られた材料についてＸ線回折測定を行った結果、ＪＣＰＤＳファイルに登録されたＬｉＣｏＯ₂のピークと良く一致していた。
【０１８２】
このＬｉＣｏＯ₂を粉砕し、レーザ回折法で得られる累積５０％粒径が１５μｍのＬｉＣｏＯ₂粉末を得た。
【０１８３】
そして、このＬｉＣｏＯ₂粉末９５重量部と炭酸リチウム粉末５重量部を混合し、この混合物のうち９１重量部を、導電剤として燐片状黒鉛６重量部と結着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部と混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させることで正極合剤スラリー（ペースト状）とした。
【０１８４】
次いで、正極集電体１１として厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔を用意し、この正極集電体１１の両面に上記正極合剤スラリーを均一に塗布、乾燥させた後、圧縮成型することで帯状正極２を作製した。
【０１８５】
以上のようにして作製された帯状負極１、帯状正極２を、図３に示すように厚さ２５μｍの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを介して、負極１、セパレータ３、正極２、セパレータ３の順に積層してから多数回巻回し、外径１８ｍｍの渦巻型電極体を作製した。
【０１８６】
このようにして作製した渦巻型電極体を、上下両面に絶縁板４を載置した状態でニッケルめっきを施した鉄製電池缶５に収納した。
【０１８７】
そして、アルミニウム製正極リード１３を正極集電体１１から導出して電流遮断用薄板８に、ニッケル製負極リード１２を負極集電体１０から導出して電池缶５に溶接した。
【０１８８】
そして、この電池缶５の中に非水電解液を注入した。この非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化５９で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．０５Ｍなる濃度で添加し、不純物として、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、Ｋ、Ｓｉ、Ｈ₂Ｏ、及び化６０〜７４で示される有機物を所定量添加したものを用いた。
【０１８９】
【化５９】

【０１９０】
【化６０】

【０１９１】
【化６１】

【０１９２】
【化６２】

【０１９３】
【化６３】

【０１９４】
【化６４】

【０１９５】
【化６５】

【０１９６】
【化６６】

【０１９７】
【化６７】

【０１９８】
【化６８】

【０１９９】
【化６９】

【０２００】
【化７０】

【０２０１】
【化７１】

【０２０２】
【化７２】

【０２０３】
【化７３】

【０２０４】
【化７４】

【０２０５】
次いで、アスファルトで表面を塗布した絶縁封口ガスケット６を介して電池缶５をかしめることで、電流遮断機構を有する安全弁装置８、ＰＴＣ素子９並びに電池蓋７を固定し、電池内の気密性を保持させ、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池（実験例１−１〜実験例１−２１）を作製した。
【０２０６】
実験例２
非水電解液に、メトキシベンゼン系化合物と不純物を添加しないこと以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例２）を作製した。
【０２０７】
実験例３
非水電解液に不純物を添加しないこと以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例３）を作製した。
【０２０８】
実験例４
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．０５Ｍなる濃度で添加し、不純物として、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、Ｋ、Ｓｉ、Ｈ₂Ｏ、及び化６０〜７４で示される有機物を所定量添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例４−１〜実験例４−２１）を作製した。
【０２０９】
【化７５】

【０２１０】
実験例５
非水電解液に不純物を添加しないこと以外は、実験例４と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例５）を作製した。
【０２１１】
実験例６
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７６で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．０２Ｍなる濃度で添加し、不純物として、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、Ｋ、Ｓｉ、Ｈ₂Ｏ、化６０〜７４で示される有機物を所定量添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例６−１〜実験例６−２１）を作製した。
【０２１２】
【化７６】

【０２１３】
実験例７
非水電解液に不純物を添加しないこと以外は、実験例６と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例７）を作製した。
【０２１４】
実験例８
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、メトキシベンゼン系化合物を添加せずに、不純物として、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、Ｋ、Ｓｉ、Ｈ₂Ｏ、及び化６０〜７４で示される有機物を所定量添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例８−１〜実験例８−２１）を作製した。
【０２１５】
実験例９
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、Ｋを３〜３０００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例９−１〜実験例９−７）を作製した。
【０２１６】
実験例１０
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、Ｓｉを２〜１００００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１０−１〜実験例１０−１０）を作製した。
【０２１７】
実験例１１
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、Ｈ₂Ｏを４〜３０００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１１−１〜実験例１１−７）を作製した。
【０２１８】
実験例１２
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、化６０で示される有機物を８〜１００００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１２−１〜実験例１２−８）を作製した。
【０２１９】
実験例１３
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、化６４で示される有機物を８〜１００００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１３−１〜実験例１３−７）を作製した。
【０２２０】
実験例１４
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、化６７で示される有機物を５〜８０００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１４−１〜実験例１４−６）を作製した。
【０２２１】
実験例１５
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌなる濃度で溶解し、さらに、下記の化７５で示されるメトキシベンゼン系化合物を０．１Ｍなる濃度で添加し、不純物として、化７１で示される有機物を４〜１００００ｐｐｍなる濃度で添加した非水電解液を用いた。これ以外は、実験例１と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１５−１〜実験例１５−７）を作製した。
【０２２２】
実験例１６
非水電解液に不純物を添加しない以外は、実験例９と同様にして円筒型非水電解液二次電池（実験例１６）を作製した。
【０２２３】
評価
以上のように作製された非水電解液二次電池について、充放電を行い、容量及び充放電効率を測定した。充電は、定電流０．４Ａ、最大電圧４．２Ｖ、７時間の定電流定電圧条件とし、放電は、定電流０．４Ａで終止電圧２．７５Ｖまで行った。そして、下記の式３を用いて充放電効率を算出した。
【０２２４】
充放電効率［％］＝（放電容量／充電容量）×１００・・・式３
その後、同電池を同様の条件で充電し、温度２３℃にて１カ月保存した後、前記条件で放電し、下記の式４を用いて容量維持率を算出した。
【０２２５】
容量維持率［％］＝（保存後容量／保存前容量）×１００・・・式４
その結果をメトキシベンゼン系化合物の種類並びに添加量、及び不純物の種類並びに添加量と併せて表１〜表１３に示す。また、実験例９〜実験例１６における不純物濃度と容量との関係を図４及び図５に示す。
【０２２６】
【表１】

【０２２７】
【表２】

【０２２８】
【表３】

【０２２９】
【表４】

【０２３０】
【表５】

【０２３１】
【表６】

【０２３２】
【表７】

【０２３３】
【表８】

【０２３４】
【表９】

【０２３５】
【表１０】

【０２３６】
【表１１】

【０２３７】
【表１２】

【０２３８】
【表１３】

【０２３９】
これら実験例の結果から、メトキシベンゼン系化合物を含有する非水電解液中の不純物の濃度を規定することにより、メトキシベンゼン系のみが添加された時よりも、容量が大きく、且つ保存性（容量劣化抑制効果）に優れる非水電解液二次電池を得られることがわかる。また、不純物の濃度が小さすぎる場合には、不純物を添加した効果がなく、不純物の濃度が大きすぎる場合には、かえって容量の低下につながるため好ましくないことがわかる。
【０２４０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、非水電解液が、メトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、不純物としてＳｉ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、水及び化６０〜化７４で示される化合物を所定量含有してなることから、充電状態で生じる正極及び負極における不可逆反応が抑制され、容量の劣化が抑制される。その結果、容量が大きく、かつ保存性に優れた非水電解液二次電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒鉛の粒子形状の一例を示す模式図である。
【図２】黒鉛の粒子形状の他の例を示す模式図である。
【図３】本発明を適用した非水電解液二次電池の一構成例を示す縦断面図である。
【図４】実験例９〜実験例１１における不純物濃度と容量との関係を示す特性図である。
【図５】実験例１２〜実験例１５における不純物濃度と容量との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１負極、２正極、３セパレータ、４絶縁板、５電池缶、６絶縁封口ガスケット、７電池蓋

Claims

リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｓｉイオンを５〜７０００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｋイオンを５〜５００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｆｅイオンを１５〜７０ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ｃａイオンを３０〜７０ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、Ａｌイオンを４５〜７０ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６０に記載の化合物を８〜１００００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６１に記載の化合物を１５０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６２に記載の化合物を１２０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６３に記載の化合物を２１０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６４に記載の化合物を８〜１００００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６５に記載の化合物を５８〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６６に記載の化合物を７７〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６７に記載の化合物を５〜８０００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６８に記載の化合物を４２〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化６９に記載の化合物を３０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７０に記載の化合物を６０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７１に記載の化合物を４〜１００００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７２に記載の化合物を６０〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７３に記載の化合物を３００〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料と結着剤からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤と結着剤からなる正極、及び非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
上記非水電解液は、１種以上のメトキシベンゼン系化合物を含有すると共に、下記の化７４に記載の化合物を１００〜６００ｐｐｍなる濃度で含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
上記非水電解液は、メトキシベンゼン系化合物を０．００５〜０．８Ｍなる濃度で含有することを特徴とする請求項１乃至請求項２０の何れか１項記載の非水電解液二次電池。