JP7444273B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。
近年、負極バインダとしてアクリロニトリル－ブタジエン－スチレンゴムやスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いた非水電解質二次電池が検討されている。
例えば、特許文献１には、水分散型バインダとしてアクリロニトリル－ブタジエン－スチレンゴムを含む負極と、フルオロエチレンカーボネート(ＦＥＣ)とプロピオン酸エチルを含む電解液とを備え、全電解液に対するフルオロエチレンカーボネート(ＦＥＣ)の含有量が１０～１５重量％であるリチウムイオン二次電池が開示されている。
また、特許文献２には、バインダとしてスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を含む負極と、プロピオン酸エチルを含む電解液とを備える非水電解液二次電池が開示されている。
特表２０１２－５３１０２５号公報 特開２００４－９５５３８号公報
しかしながら、特許文献１、２に開示された二次電池では、負荷特性とサイクル特性を両立することは困難である。
本発明の目的は、負荷特性とサイクル特性を両立することができる非水電解質二次電池を提供することにある。
上述の課題を解決するために、本発明は、
正極と、負極と、非水電解液とを備え、
負極は、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムを含む負極活物質層を備え、
非水電解液は、プロピオン酸エステルと、ハロゲン化環状炭酸エステルと、下記の式（１）および式（２）で表される環状硫酸無水物の少なくとも一方とを含み、
負極活物質層中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が、０．５質量％以上２．０質量％以下である非水電解質二次電池である。
Figure 0007444273000001
 （但し、式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であって、Ｒ１、Ｒ２は結合されている。）
Figure 0007444273000002
 （但し、式（２）中、Ｒ３、Ｒ５は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ４は、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ３、Ｒ５は結合されている。）
本発明によれば、負荷特性とサイクル特性を両立することができる。
本発明の第１の実施形態に係る非水電解質二次電池の構成の一例を示す分解斜視図である。 図１のII－II線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。
本発明の実施形態について以下の順序で説明する。
１ 第１の実施形態（ラミネート型電池の例）
２ 第２の実施形態（電子機器の例）
＜１ 第１の実施形態＞
［電池の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非水電解質二次電池（以下単に「電池」という。）の構成の一例を示す。電池は、いわゆるラミネート型電池であり、正極リード１１および負極リード１２が取り付けられた電極体２０をフィルム状の外装材１０の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。
正極リード１１および負極リード１２は、それぞれ、外装材１０の内部から外部に向かい、例えば同一方向に導出されている。正極リード１１および負極リード１２は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉまたはステンレス鋼等の金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
外装材１０は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装材１０は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電極体２０とが対向するように構成されており、各外縁部が融着または接着剤により互いに密着されている。外装材１０と正極リード１１および負極リード１２との間には、外気の侵入を抑制するための密着フィルム１３が挿入されている。密着フィルム１３は、正極リード１１および負極リード１２に対して密着性を有する材料、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等のポリオレフィン樹脂により構成されている。
なお、外装材１０は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレン等の高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成されていてもよい。あるいは、アルミニウム製フィルムを心材として、その片面または両面に高分子フィルムを積層したラミネートフィルムにより構成されていてもよい。
図２は、図１に示した電極体２０のII－II線に沿った断面図である。電極体２０は、巻回型のものであり、長尺状を有する正極２１と負極２２とを長尺状を有するセパレータ２３を介して積層し、扁平状かつ渦巻状に巻回した構成を有しており、最外周部は保護テープ２４により保護されている。外装材１０の内部には、電解質としての電解液が注入され、正極２１、負極２２およびセパレータ２３に含浸されている。
以下、電池を構成する正極２１、負極２２、セパレータ２３および電解液について順次説明する。
（正極）
正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａと、正極集電体２１Ａの両面に設けられた正極活物質層２１Ｂとを備える。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。正極集電体２１Ａが、板状または網目状を有していてもよい。正極集電体２１Ａの周縁の一部を延設することにより正極リード１１を構成するようにしてもよい。正極活物質層２１Ｂは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な１種または２種以上の正極活物質を含む。正極活物質層２１Ｂは、必要に応じてバインダおよび導電助剤からなる群より選ばれた少なくとも１種をさらに含んでいてもよい。
（正極活物質）
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ａ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｂ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ｃ）、式（Ｄ）もしくは式（Ｅ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｆ）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式（Ｇ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ０．５０Ｃｏ０．２０Ｍｎ０．３０Ｏ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉａＣｏ１－ａＯ２（０＜ａ＜１）、ＬｉＭｎ２Ｏ４またはＬｉＦｅＰＯ４等がある。
ＬｉｐＮｉ（１－ｑ－ｒ）ＭｎｑＭ１ｒＯ（２－ｙ）Ｘｚ ・・・（Ａ）
（但し、式（Ａ）中、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｍｎを除く２族～１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素以外の１６族元素および１７族元素からなる群より選ばれた少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、－０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
ＬｉａＭ２ｂＰＯ４ ・・・（Ｂ）
（但し、式（Ｂ）中、Ｍ２は、２族～１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
ＬｉｆＭｎ(１－ｇ－ｈ)ＮｉｇＭ３ｈＯ(２－ｊ)Ｆｋ ・・・（Ｃ）
（但し、式（Ｃ）中、Ｍ３は、Ｃｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれた少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、－０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉｍＮｉ(１－ｎ)Ｍ４ｎＯ(２－ｐ)Ｆｑ ・・・（Ｄ）
（但し、式（Ｄ）中、Ｍ４は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれた少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、－０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉｒＣｏ(１－ｓ)Ｍ５ｓＯ(２－ｔ)Ｆｕ ・・・（Ｅ）
（但し、式（Ｅ）中、Ｍ５は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれた少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、－０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉｖＭｎ２－ｗＭ６ｗＯｘＦｙ ・・・（Ｆ）
（但し、式（Ｆ）中、Ｍ６は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれた少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉｚＭ７ＰＯ４ ・・・（Ｇ）
（但し、式（Ｇ）中、Ｍ７は、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｓｒ、ＷおよびＺｒからなる群より選ばれた少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、これらの他にも、ＭｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＮｉＳ、ＭｏＳ等のリチウムを含まない無機化合物を用いることもできる。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
（バインダ）
バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセルロース等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等からなる群より選ばれた少なくとも１種が用いられる。
（導電助剤）
導電助剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブおよびグラフェン等からなる群より選ばれた少なくとも１種の炭素材料を用いることができる。なお、導電助剤は導電性を有する材料であればよく、炭素材料に限定されるものではない。例えば、導電助剤として金属材料または導電性高分子材料等を用いるようにしてもよい。また、導電助剤の形状としては、例えば粒状、鱗片状、中空状、針状または筒状等が挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。
（負極）
負極２２は、例えば、負極集電体２２Ａと、負極集電体２２Ａの両面に設けられた負極活物質層２２Ｂとを備える。負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。負極集電体２２Ａが、板状または網目状を有していてもよい。負極集電体２２Ａの周縁の一部を延設することにより負極リード１２を構成するようにしてもよい。負極活物質層２２Ｂは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な１種または２種以上の負極活物質と、バインダとを含む。負極活物質層２２Ｂは、必要に応じて増粘剤および導電助剤からなる群より選ばれた少なくとも１種をさらに含んでいてもよい。
なお、この電池では、負極２２または負極活物質の電気化学当量が、正極２１の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極２２にリチウム金属が析出しないようになっていることが好ましい。
（負極活物質）
負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維または活性炭等の炭素材料が挙げられる。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等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。さらにまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
また、高容量化が可能な他の負極活物質としては、金属元素および半金属元素からなる群より選ばれた少なくとも１種を構成元素（例えば、合金、化合物または混合物）として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物またはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
このような負極活物質としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、Ｍｇ、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、ＰｄまたはＰｔが挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
負極活物質としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素または半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、より好ましいのはＳｉおよびＳｎの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ＳｉおよびＳｎは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。このような負極活物質としては、例えば、Ｓｉの単体、合金または化合物や、Ｓｎの単体、合金または化合物や、それらの１種または２種以上を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
Ｓｉの合金としては、例えば、Ｓｉ以外の第２の構成元素として、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐ、ＧａおよびＣｒからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むものが挙げられる。Ｓｎの合金としては、例えば、Ｓｎ以外の第２の構成元素として、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐ、ＧａおよびＣｒからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むものが挙げられる。
Ｓｎの化合物またはＳｉの化合物としては、例えば、ＯまたはＣを構成元素として含むものが挙げられる。これらの化合物は、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
中でも、Ｓｎ系の負極活物質としては、Ｃｏと、Ｓｎと、Ｃとを構成元素として含み、結晶性の低いまたは非晶質な構造を有しているものが好ましい。
その他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物等も挙げられる。金属酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等のＬｉとＴｉとを含むリチウムチタン酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデン等が挙げられる。高分子化合物としては、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等が挙げられる。
（バインダ）
バインダとしては、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムが用いられる。アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムは、通常のＳＢＲ等のバインダよりも高い結着力を有している。したがって、負極活物質層２２Ｂ中におけるバインダの含有量を低減することができる。
負極活物質層２２Ｂ中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量は、好ましくは０．５質量％以上２．０質量％以下である。アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が０．５質量％以上であると、高いサイクル特性を得ることができる。一方、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が２．０質量％以下であると、高い負荷特性を得ることができる。
上記のアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量は、次のようにして測定される。まず、電池から負極２２を取り出し、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）で洗浄、乾燥させる。次に、数～数十ｍｇのサンプルを示差熱天秤装置(ＴＧ－ＤＴＡ 株式会社リガク製Rigaku Thermo plus TG8120)を用い、１～５℃／ｍｉｎの昇温速度で、空気雰囲気下にて６００℃まで加熱し、その際の重量減少量から、負極活物質層２２Ｂ中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量を求める。
（増粘剤）
増粘剤は、電極スラリーの粘度を調整等するためのものである。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のセセルロース系高分子が挙げられる。
（導電助剤）
導電助剤としては、例えば、正極活物質層２１Ｂと同様のものを用いることができる。
（セパレータ）
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオレフィン樹脂（ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）等）、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂もしくはナイロン樹脂、または、これらの樹脂をブレンドした樹脂からなる多孔質膜によって構成されており、これらの２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は、短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ２３を構成する材料として好ましい。その中でも、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンまたは線状ポリエチレンは、溶融温度が適当であり、入手が容易なので好適に用いられる。他にも、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンまたはポリプロピレンと共重合またはブレンド化した材料を用いることができる。あるいは、多孔質膜は、ポリプロピレン層と、ポリエチレン層と、ポリプロピレン層を順次に積層した３層以上の構造を有していてもよい。例えば、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの三層構造とし、ＰＰとＰＥの質量比［質量％］が、ＰＰ：ＰＥ＝６０：４０～７５：２５とすることが望ましい。あるいは、コストの観点から、ＰＰが１００質量％またはＰＥが１００質量％の単層基材とすることもできる。セパレータ２３の作製方法としては、湿式、乾式を問わない。
セパレータ２３としては、不織布を用いてもよい。不織布を構成する繊維としては、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維およびナイロン繊維等からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。
セパレータ２３は、基材と、基材の片面または両面に設けられた表面層を備える構成を有していてもよい。表面層は、絶縁性を有する無機粒子と、無機粒子を基材の表面に結着すると共に、無機粒子同士を結着する樹脂材料とを含む。この樹脂材料は、例えば、フィブリル化し、複数のフィブリルが繋がった三次元的なネットワーク構造を有していてもよい。この場合、無機粒子は、この三次元的なネットワーク構造を有する樹脂材料に担持されていてもよい。また、樹脂材料は、フィブリル化せずに基材の表面や無機粒子同士を結着してもよい。この場合、より高い結着性を得ることができる。上述のように基材の片面または両面に表面層を設けることで、セパレータ２３の耐酸化性、耐熱性および機械強度等を高めることができる。
（電解液）
電解液は、いわゆる非水電解液であり、非水溶媒と、電解質塩と、環状硫酸無水物と、ハロゲン化環状炭酸エステルとを含む。なお、電池が、電解液に代えて、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含む電解質層を備えるようにしてもよい。この場合、電解質層は、ゲル状となっていてもよい。
（非水溶媒）
非水溶媒は、少なくとも１種のプロピオン酸エステルを含む。電解液のイオン導電率とアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの膨潤性の観点から、プロピオン酸エステルの炭素数は、好ましくは４以上７以下である。プロピオン酸エステルとしては、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチルからなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましい。
非水溶媒が、サイクル特性の向上の観点から、少なくとも１種の環状の炭酸エステルをさらに含んでいることが好ましい。環状の炭酸エステルとしては、炭酸エチレン（ＥＣ）および炭酸プロピレン（ＰＣ）等からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましく、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンの両方を含むことが特に好ましい。
非水溶媒が、イオン伝導性の向上の観点から、少なくとも１種の鎖状の炭酸エステルをさらに含んでいることが好ましい。鎖状の炭酸エステルとしては、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルおよび炭酸メチルプロピル等からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましい。
非水溶媒は、２，４－ジフルオロアニソールおよび炭酸ビニレン等からなる群より選ばれた少なくとも１種を含んでいてもよい。２，４－ジフルオロアニソールは放電容量をさらに向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性をさらに向上させることができるからである。
これらの他にも、非水溶媒は、炭酸ブチレン、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、１，３－ジオキソラン、４－メチル－１，３－ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、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－メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ－ジメチルフォルムアミド、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、ジメチルスルフォキシドおよびリン酸トリメチル等からなる群より選ばれた少なくとも１種を含んでいてもよい。
（電解質塩）
電解質塩としては、例えば、少なくとも１種のリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＣＨ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６、ＬｉＣｌ、ジフルオロ［オキソラト－Ｏ，Ｏ'］ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレートおよびＬｉＢｒ等からなる群より選ばれた少なくとも１種が挙げられる。中でも、ＬｉＰＦ６は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性をさらに向上させることができるので好ましい。
（環状硫酸無水物）
環状硫酸無水物としては、下記の式（１）および式（２）で表される環状硫酸無水物の少なくとも一方が用いられる。以下、式（１）で表される環状硫酸無水物を環状硫酸無水物（１）といい、式（２）で表される環状硫酸無水物を環状硫酸無水物（２）という。また、環状硫酸無水物（１）および環状硫酸無水物（２）を区別せずに総称する場合には、単に環状硫酸無水物という。
Figure 0007444273000003
 （但し、式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であって、Ｒ１、Ｒ２は結合されている。）
Figure 0007444273000004
 （但し、式（２）中、Ｒ３、Ｒ５は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ４は、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ３、Ｒ５は結合されている。）
環状硫酸無水物（１）は、下記の式（１Ａ）で表される環状硫酸無水物であることが好ましい。
Figure 0007444273000005
 （但し、式（１）中、ｍは０以上３以下の整数、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭化水素基、ハロゲン基または水素基である。）
環状硫酸無水物（２）は、下記の式（２Ａ）で表される環状硫酸無水物であることが好ましい。
Figure 0007444273000006
 （但し、式（１）中、ｎは０以上１以下の整数、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭化水素基、ハロゲン基または水素基である。）
式（１）、式（２）、式（１Ａ）および式（２Ａ）において、炭化水素基は、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）により構成される基の総称であり、飽和炭化水素基であってもよいし、不飽和炭化水素基であってもよい。ここで、飽和炭化水素基は、炭素間多重結合を有しない脂肪族炭化水素基であり、不飽和炭化水素基は、炭素間多重結合（炭素間二重結合または炭素間三重結合）を有する脂肪族炭化水素基である。また、炭化水素基は、直鎖状でもよいし、１または２以上の側鎖等を有する分岐状でも、１個または２個以上の環を有する環状でもよいが、炭化水素基がと電解液の化学的安定性がより向上するため、直鎖状であることが好ましい。
炭化水素基が有しいてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン基またはハロゲン基を有するアルキル基等が挙げられる。
式（１Ａ）および式（２Ａ）が炭化水素基を含む場合、その炭化水素基に含まれる炭素数は、好ましくは１以上５以下、より好ましくは１以上３以下である。
式（１）、式（２）、式（１Ａ）および式（２Ａ）がハロゲン基を含む場合、そのハロゲン基は、例えば、フッ素基（－Ｆ）、塩素基（－Ｃｌ）、臭素基（－Ｂｒ）またはヨウ素基（－Ｉ）、好ましくは、フッ素基（－Ｆ）である。
電解液の化学的安定性の観点からすると、式（１Ａ）においてＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４が全て水素基であることが好ましい。同様に電解液の化学的安定性の観点からすると、式（２Ａ）においてＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４が全て水素基であることが好ましい。
式（１Ａ）で表される環状硫酸無水物としては、具体的には例えば、下記の式（１－１）～（１－９）からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。
Figure 0007444273000007
式（２Ａ）で表される環状硫酸無水物としては、具体的には例えば、下記の式（２－１）～（２－６）からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。
Figure 0007444273000008
非水電解液中における環状硫酸無水物の含有量は、負荷特性およびサイクル特性の両特性の向上の観点からすると、好ましくは０．１質量％以上１．０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以上１．０質量％以下である。
上記の環状硫酸無水物の含有量は、電池からＤＭＣや重溶媒等を用いて電解液成分を抽出したのち、得られた抽出液にＧＣ－ＭＳ（Gas Chromatograph-Mass Spectrometry）測定およびＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）測定を実施することにより求められる。
（ハロゲン化環状炭酸エステル）
ハロゲン化炭酸エステルは、１または２以上のハロゲンを構成元素として含む環状の炭酸エステルである。ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、例えば、下記の式（３）で表されるハロゲン化炭酸エステルの少なくとも１種が用いられる。
Figure 0007444273000009
 （式（３）中、Ｒ３１～Ｒ３４は、それぞれ独立して、水素基、ハロゲン基、１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ３１～Ｒ３４のうちの少なくとも１つはハロゲン基または１価のハロゲン化炭化水素基である。）
１価の炭化水素基としては、例えば、アルキル基等が挙げられる。１価のハロゲン化炭化水素基としては、例えば、ハロゲンアルキル基等が挙げられる。ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）または臭素（Ｂｒ）が好ましく、フッ素がより好ましい。
式（３）で表されるハロゲン化環状炭酸エステルとしては、具体的には例えば、４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＦＥＣ）、４－クロロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，５－ジフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、テトラフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－クロロ－５－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，５－ジクロロ－１，３－オキソラン－２－オン、テトラクロロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，５－ビストリフルオロメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－トリフルオロメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，５－ジフルオロ－４，５－ジメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，４－ジフルオロ－５－メチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－エチル－５，５－ジフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－フルオロ－５－トリフルオロメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－メチル－５－トリフルオロメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－フルオロ－４，５－ジメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、５－（１，１－ジフルオロエチル）－４，４－ジフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，５－ジクロロ－４，５－ジメチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－エチル－５－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－エチル－４，５－ジフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４－エチル－４，５，５－トリフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オンおよび４－フルオロ－４－メチル－１，３－ジオキソラン－２－オン等からなる群より選ばれた少なくとも１種が挙げられる。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。例えば、４，５－ジフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オンでは、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手できると共に、高い効果が得られるからである。
非水電解液中におけるハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、負荷特性およびサイクル特性の両特性を向上し、かつ高温保存特性を向上する観点からすると、好ましくは２．０質量％以上６．０質量％以下である。
上記のハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、上記の環状硫酸無水物の含有量の測定方法と同様にして求められる。
［電池の動作］
上述の構成を有する電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層２１Ｂからリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層２２Ｂに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層２２Ｂからリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層２１Ｂに吸蔵される。
［電池の製造方法］
次に、本発明の第１の実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。
（正極の作製工程）
正極２１を次のようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、バインダと、導電助剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を得る。
（負極の作製工程）
負極２２を次のようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、バインダとを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ－メチル－２－ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層２２Ｂを形成し、負極２２を得る。
（電極体の作製工程）
巻回型の電極体２０を次のようにして作製する。まず、正極集電体２１Ａの一方の端部に正極リード１１を溶接により取り付けると共に、負極集電体２２Ａの一方の端部に負極リード１２を溶接により取り付ける。次に、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して扁平状の巻芯の周囲に巻き付けて、長手方向に多数回巻回したのち、最外周部に保護テープ２４を接着して電極体２０を得る。
（封止工程）
外装材１０により電極体２０を次のようにして封止する。まず、電極体２０を外装材１０に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装材１０の内部に収納する。その際、正極リード１１および負極リード１２と外装材１０との間に密着フィルム１３を挿入する。なお、正極リード１１、負極リード１２にそれぞれ密着フィルム１３を予め取り付けておいてもよい。次に、未融着の一辺から電解液を外装材１０の内部に注入したのち、未融着の一辺を真空雰囲気下で熱融着して密封する。以上により、図１、図２に示した電池が得られる。
［作用効果］
アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムは、通常のＳＢＲより少ない含有量で高い結着力を得ることができる。このため、バインダとしてアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムを用いると、バインダの含有量を低減することができるので、バインダの活物質被覆による抵抗増加を抑制し、高い負荷特性を得ることができる。しかしながら、非水電解液の非水溶媒としてプロピオン酸エステルを用いる場合には、負極表面に保護機能を付与し、プロピオン酸エステルの負極上での還元分解を抑制することが必要となるため、バインダとしてのアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの添加量を低減することは困難である。
上記問題点を解決する方法として、負極ＳＥＩ（Solid Electrolyte Interphase）形成材としてＦＥＣ等のハロゲン化環状炭酸エステルを非水電解液に含有させることが考えられる。しかしながら、この場合、ハロゲン化環状炭酸エステルを多量に非水電解液に含有させる必要がある。このようにハロゲン化環状炭酸エステルを多量に非水電解液に含有させると、ハロゲン化環状炭酸エステルに由来するＳＥＩの形成量が多くなり、抵抗上昇や、高温保存時のガス発生の原因となる。
本発明の第１の実施形態に係る電池では、（１）負極活物質層２２Ｂがアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムを０．５質量％以上２．０質量％以下含み、（２）非水電解液がプロピオン酸エステルを含み、（３）非水電解液がハロゲン化環状炭酸エステルと環状硫酸無水物（１）および環状硫酸無水物（２）の少なくとも一方とをさらに含む。これらの（１）から（３）の組み合わせにより、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムとハロゲン化環状炭酸エステルの含有量を低減しつつ、負荷特性とサイクル特性を両立することができる。そのメカニズムは、環状硫酸無水物がアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムに含まれるアクリロニトリルと複合的な被膜を、ＦＥＣ等のハロゲン化環状炭酸エステルより負極２２が貴な電位で形成する点にある。これにより、初回充電時のハロゲン化環状炭酸エステルの消費量を低減できるとともに、ハロゲン化環状炭酸エステルの含有量を低減しても、高い負極保護機能を発現させることができる。また、ハロゲン化環状炭酸エステルの消費量が低減するため、本来はサイクル充放電中に徐々に消費されていくハロゲン化環状炭酸エステルの添加量を低減したまま高いサイクル特性を得ることができ、ハロゲン化環状炭酸エステルの課題である高温保存特性の低下を抑制することができる。また、環状硫酸無水物のＳＥＩ形成により負極保護機能に寄与するハロゲン化環状炭酸エステル量を低減し、負極２２の抵抗を下げることができると共に、プロピオン酸エステルの還元分解物による抵抗上昇を抑制することができるので、高い負荷特性を得ることができる。
＜２ 第２の実施形態＞
第２の実施形態では、上述の第１の実施形態に係る電池を備える電子機器について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電子機器４００の構成の一例を示す。電子機器４００は、電子機器本体の電子回路４０１と、電池パック３００とを備える。電池パック３００は、正極端子３３１ａおよび負極端子３３１ｂを介して電子回路４０１に対して電気的に接続されている。電子機器４００は、電池パック３００を着脱自在な構成を有していてもよい。
電子機器４００としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話（例えばスマートフォン等）、携帯情報端末（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）、表示装置（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、電子ペーパ等）、撮像装置（例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等）、オーディオ機器（例えばポータブルオーディオプレイヤー）、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器またはロボット等が挙げられるが、これに限定されるものでなない。
（電子回路）
電子回路４０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部等を備え、電子機器４００の全体を制御する。
（電池パック）
電池パック３００は、組電池３０１と、充放電回路３０２とを備える。電池パック３００が、必用に応じて組電池３０１および充放電回路３０２を収容する外装材（図示せず）をさらに備えるようにしてもよい。
組電池３０１は、複数の二次電池３０１ａを直列および／または並列に接続して構成されている。複数の二次電池３０１ａは、例えばｎ並列ｍ直列（ｎ、ｍは正の整数）に接続される。なお、図３では、６つの二次電池３０１ａが２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された例が示されている。二次電池３０１ａとしては、上述の第１の実施形態に係る電池が用いられる。
ここでは、電池パック３００が、複数の二次電池３０１ａにより構成される組電池３０１を備える場合について説明するが、電池パック３００が、組電池３０１に代えて１つの二次電池３０１ａを備える構成を採用してもよい。
充放電回路３０２は、組電池３０１の充放電を制御する制御部である。具体的には、充電時には、充放電回路３０２は、組電池３０１に対する充電を制御する。一方、放電時（すなわち電子機器４００の使用時）には、充放電回路３０２は、電子機器４００に対する放電を制御する。
外装材としては、例えば、金属、高分子樹脂またはこれらの複合材料等より構成されるケースを用いることができる。複合材料としては、例えば、金属層と高分子樹脂層とが積層された積層体が挙げられる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下の実施例および比較例において、完成電池の正極活物質層中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量、完成電池の電解液中における環状硫酸無水物の含有量、および完成電池の電解液中におけるフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）の含有量は、第１の実施形態にて説明した測定方法により求められたものである。
［実施例１～４、比較例１、２］
（正極の作製工程）
正極を次のようにして作製した。正極活物質と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ（フッ化ビニリデンのホモポリマー））と、導電助剤としてカーボンブラックとを混合することにより正極合剤としたのち、この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（アルミニウム箔）に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて、正極活物質層を形成した。最後に、プレス機を用いて正極活物質層を所定の合材密度になるまで圧縮成型した。
（負極の作製工程）
負極を次のようにして作製した。まず、負極活物質として人造黒鉛粉末と、バインダとしてアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムと、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを混合することにより負極合剤としたのち、この負極合剤を有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーとした。この際、完成電池の負極活物質層中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が表１に示す値となるように、人造黒鉛粉末とアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの混合比を実施例１～４、比較例１、２ごとに変化させた。なお、カルボキシメチルセルロースの混合比は、実施例１～４、比較例１、２に依らず一定とした。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体（銅箔）に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。最後に、プレス機を用いて負極活物質層を圧縮成型した。
（電解液の調製工程）
電解液を次のようにして調製した。まず、炭酸エチレン（ＥＣ）と、炭酸プロピレン（ＰＣ）と、プロピオン酸エチルとを所定の体積比となるようにして混合して混合溶媒を調製した。続いて、式（１－１）で表される環状硫酸無水物とフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）を溶解し、この混合溶媒に、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／ｌとなるように溶解させて電解液を調製した。この際、完成電池の電解液中における環状硫酸無水物の含有量が０．５質量％、完成電池の電解液中におけるＦＥＣの含有量が４．０％となるように、環状硫酸無水物およびＦＥＣの配合量を調整した。
（ラミネート型電池の作製工程）
ラミネート型電池を次のようにして作製した。まず、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを溶接すると共に、負極集電体に銅製の負極リードを溶接した。続いて、正極および負極を、微多孔性のポリエチレンフィルムを介して密着させたのち、長手方向に巻回して、最外周部に保護テープを貼り付けることにより、扁平形状の巻回電極体を作製した。次に、この巻回電極体を外装材の間に装填し、外装材の３辺を熱融着し、一辺は熱融着せずに開口を有するようにした。外装材としては、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンフィルムと、４０μｍ厚のアルミニウム箔と、３０μｍ厚のポリプロピレンフィルムとが積層された防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。その後、電解液を外装材の開口から注入し、外装材の残りの１辺を減圧下において熱融着し、巻回電極体を密封した。これにより、目的とするラミネート型電池が得られた。
［比較例３～６］
負極の作製工程において、バインダとしてスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いたこと以外は実施例１、２、４、比較例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［比較例７］
電解液の調製工程において、プロピオン酸エステルに代えて炭酸ジエチル（ＤＥＣ）を用いたこと以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［比較例８］
電解液の調製工程において、ＦＥＣを混合溶媒に配合しないこと以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［比較例９］
電解液の調製工程において、環状硫酸無水物を混合溶媒に配合しないこと以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［実施例５～８］
完成電池の電解液中における環状硫酸無水物の含有量が表２に示す値となるように、電解液の調製工程において、混合溶媒に対する環状硫酸無水物の配合量を実施例５～８ごとに変化させたこと以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［実施例９～１２］
完成電池の電解液中におけるＦＥＣの含有量が表３に示す値となるように、電解液の調製工程において、混合溶媒に対する環状硫酸無水物の配合量を実施例９～１２ごとに変化させたこと以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［実施例１３～２６］
電解液の調製工程において、表４に示すように、式（１－２）～（１－９）、式（２－１）～（２－６）で表される環状硫酸無水物を用いること以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［実施例２７～３８、比較例１０～１２］
電解液の調製工程において、プロピオン酸エチルに代えて表５に示す非水溶媒を添加すること以外は実施例２と同様にしてラミネート型電池を得た。
［電池の特性評価］
上述のようにして得られた実施例１～３８、比較例１～１２のラミネート型電池について、以下のようにして負荷特性およびサイクル負荷特を評価した。また、実施例２、９～１２、２７～３８、比較例１０～１２のラミネート型電池については、以下のようにして高温保存特性も評価した。
（負荷特性）
負荷特性を以下のようにして評価した。最初に、常温環境中（温度＝２３℃）において電池を充放電することにより、放電容量（負荷放電前の放電容量）を測定した。充電時には、０．１Ｃの電流で電圧が４．２Ｖに到達するまで定電流充電したのち、４．４Ｖの電圧で電流が０．０５Ｃに到達するまで定電圧充電した。放電時には、０．１Ｃの電流で電圧が３．０Ｖに到達するまで定電流放電した。続いて、放電電流を１．０Ｃに変更したことを除いて同様の充放電条件において電池を充放電させることにより、放電容量（負荷放電後の放電容量）を再び測定した。最後に、以下の式により負荷特性を求めた。
負荷特性［％］＝（負荷放電後の放電容量／負荷放電前の放電容量）×１００
なお、０．１Ｃとは、電池容量（理論容量）を１０時間で放電しきる電流値であり、０．０５Ｃとは、電池容量（理論容量）を２０時間で放電しきる電流値であり、１．０Ｃとは、電池容量（理論容量）を１時間で放電しきる電流値である。
（サイクル特性）
サイクル特性を以下のようにして評価した。最初に、常温環境中（温度＝２３℃）において電池を充放電することにより、放電容量（サイクル前の放電容量）を測定した。充放電条件は、負荷特性を調べた場合（１サイクル目の充放電条件）と同様の条件とした。続いて、サイクル数の合計が５００サイクルに到達するまで電池を繰り返して充放電することにより、放電容量（サイクル後の放電容量）を再び測定した。充放電条件は、１サイクル目の充放電条件と同様の充放電条件とした。最後に、以下の式によりサイクル特性を求めた。
サイクル特性［％］＝（サイクル後の放電容量／サイクル前の放電容量）×１００
（高温保存特性）
高温保存特性を以下のようにして評価した。最初に、常温環境中（温度＝２３℃）において電池の厚さ（保存前の厚さ）を測定した。続いて、電池を充電したのち、恒温槽（温度＝６０℃）中において充電状態の電池を保存した（保存時間＝１４日間）。充電条件は、負荷特性の評価方法と同様の条件とした。続いて、恒温槽中において電池の厚さ（保存後の厚さ）を再び測定した。最後に、以下の式より、高温保存特性を求めた。
高温保存特性［％］＝（保存前後の厚さの差／保存前の厚さ）×１００
表１は、実施例１～４、比較例１～９の電池の構成および評価結果を示す。
Figure 0007444273000010
表２は、実施例２、５～８、比較例９の電池の構成および評価結果を示す。
Figure 0007444273000011
表３は、実施例２、９～１２、比較例８の電池の構成および評価結果を示す。
Figure 0007444273000012
表４は、実施例２、１３～２６、比較例９の電池の構成および評価結果を示す。
Figure 0007444273000013
表５は、実施例２、２７～３８、比較例１０～１２の電池の構成および評価結果を示す。
Figure 0007444273000014
表１から以下のことがわかる。
実施例１～実施例４のように、（１）負極活物質層が０．５質量％以上２．０質量％以下のアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムを含み、（２）非水電解液がプロピオン酸エステルを含み、（３）非水電解液がハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）と環状硫酸無水物とをさらに含むことで、高い負荷特性とサイクル特性を得ることができる。
比較例１のように、負極活物質層中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が０．５質量％未満であると、サイクル特性が低下する。この特性低下は以下の理由による。すなわち、負極活物質層中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が不足することで、充放電サイクル時の黒鉛の膨張収縮に負極活物質層が堪えられず、負極活物質層が崩壊する。これに伴い、環状硫酸無水物に由来するＳＥＩが崩壊し、ＳＥＩから露出した黒鉛表面でハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）とプロピオン酸エステルの消費が加速し、枯渇する。
比較例２のように、負極活物質層中におけるアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムが２．０質量％を超えると、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの被覆による抵抗増加が大きくなり、負荷特性が低下する。
比較例３～６のように、バインダとしてアクリロニトリルを含まないスチレン－ブタジエンゴムを用いると、ハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）の消費量が多くなり、サイクル特性が低下する。また、バインダの結着力が低下するため、集電体間や負極活物質層内の活物質粒子間の電子移動抵抗が大きくなり、負荷特性が低下する。
比較例７のように、非水溶媒としてプロピオン酸エステルに代えて炭酸ジエチル（ＤＥＣ）を用いると、負荷特性とサイクル特性が低下する。ＤＥＣは、実施例１～４で用いられているプロピオン酸エチルよりも負極上での還元分解に対しては有利な材料であるが、電解液のイオン導電率が大幅に低下するため、非水溶媒としてＤＥＣを用いると、上記のように負荷特性とサイクル特性が低下する。
比較例８のように、非水電解液がハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）を含まないと、充放電サイクル時におけるプロピオン酸エステルの還元分解に対する反応抑制機能がアクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムだけでは不足するため、サイクル特性が低下する。
比較例９のように、非水電解液が環状硫酸無水物を含まないと、環状硫酸無水物に由来する低抵抗な被膜が負極に形成されないため、負荷特性が低下する。また、環状硫酸無水物に由来する被膜はハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）の消費量制御の機能も有しているため、当該被膜が負極に形成されていないと、サイクル特性も低下する。
表２から以下のことがわかる。
非水電解液が環状硫酸無水物を含む実施例２、５～８では、非水電解液が環状硫酸無水物を含まない比較例９に比べて、負荷特性およびサイクル特性が向上する。負荷特性およびサイクル特性の両特性を向上する観点からすると、非水電解液中における環状硫酸無水物の含有量は、好ましくは０．１質量％以上１．０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以上１．０質量％以下である。
表３から以下のことがわかる。
非水電解液がハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）を含む実施例２、９～１２では、非水電解液がハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）を含まない比較例８に比べて、負荷特性およびサイクル特性が向上する。負荷特性およびサイクル特性の両特性を向上し、かつ高温保存特性を向上する観点からすると、非水電解液中におけるハロゲン化環状炭酸エステル（ＦＥＣ）の含有量は、好ましくは２．０質量％以上６．０質量％以下である。
表４から以下のことがわかる。
非水電解液が式（１－１）～（１－９）、式（２－１）～（２－６）で表される環状硫酸無水物を含む実施例２、１３～２６では、環状硫酸無水物を含まない比較例９に比べて、負荷特性およびサイクル特性を向上することができる。したがって、環状硫酸無水物（１）および環状硫酸無水物（２）の少なくとも一方を用いることで、負荷特性およびサイクル特性を向上することができる。
表５から以下のことがわかる。
非水電解液が非水溶媒として炭素数が異なる種々のプロピオン酸エステルを含む実施例２、２７～２９では、非水電解液が添加剤として鎖状の炭酸エステルを含む比較例１０～１２に比べて、負荷特性およびサイクル特性を向上することができる。これは、負極上での還元耐性の点では、鎖状の炭酸エステルがプロピオン酸エステルに比べて優れるが、非水電解液のイオン導電率の点では、プロピオン酸エステルを含む非水電解液が、鎖状の炭酸エステルを含む非水電解液に比べて優れているためである。
炭酸エステルは分解してＣＯ２が脱離するため、非水電解液が鎖状の炭酸エステルを含む比較例１０～１２では、非水電解液がプロピオン酸エステルを含む実施例２、２７～２９に比べて悪化する。
炭素数が異なる複数種類のプロピオン酸エステルを含む実施例３０～３８では、複数種類のプロピオン酸エステルの配合比によらず、非水電解液の添加剤としてプロピオン酸エステル以外のものを含む比較例１０～１２に比べて、負荷特性およびサイクル特性を向上することができる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。
上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
上述の実施形態で段階的に記載された数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値または下限値は、他の段階の数値範囲の上限値または下限値に置き換えてもよい。
上述の実施形態に例示した材料は、特に断らない限り、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
１０ 外装材
１１ 正極リード
１２ 負極リード
１３ 密着フィルム
２０ 電極体
２１ 正極
２１Ａ 正極集電体
２１Ｂ 正極活物質層
２２ 負極
２２Ａ 負極集電体
２２Ｂ 負極活物質層
２３ セパレータ
２４ 保護テープ
３００ 電池パック
４００ 電子機器

Claims (4)

  1. 正極と、負極と、非水電解液とを備え、
    前記負極は、アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムを含む負極活物質層を備え、
    前記非水電解液は、プロピオン酸エステルと、ハロゲン化環状炭酸エステルと、下記の式（１）および式（２）で表される環状硫酸無水物の少なくとも一方とを含み、
    前記負極活物質層中における前記アクリロニトリル－スチレン－ブタジエンゴムの含有量が、０．５質量％以上２．０質量％以下である非水電解質二次電池。
    Figure 0007444273000015
     （但し、式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であって、Ｒ１、Ｒ２は結合されている。）
    Figure 0007444273000016
     （但し、式（２）中、Ｒ３、Ｒ５は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ４は、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基または２価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ３、Ｒ５は結合されている。）
  2. 前記非水電解液中における前記環状硫酸無水物の含有量は、０．１質量％以上１．０質量％以下である請求項１に記載の非水電解質二次電池。
  3. 前記非水電解液中におけるハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、２．０質量％以上６．０質量％以下である請求項１または２に記載の非水電解質二次電池。
  4. 前記プロピオン酸エステルの炭素数は、４以上７以下である請求項１から３のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022336A (ja) 2002-06-17 2004-01-22 Nec Corp 二次電池用電解液およびそれを用いた二次電池
JP2008140760A (ja) 2006-06-14 2008-06-19 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池用非水電解液及びこれを用いた非水電解液二次電池
JP2010165542A (ja) 2009-01-15 2010-07-29 Sony Corp 電解質および二次電池
JP2012531025A (ja) 2009-07-17 2012-12-06 エルジー ケム． エルティーディ． 水分散型バインダー、導電材、およびフルオロエチレンカーボネートを含むリチウム二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022336A (ja) 2002-06-17 2004-01-22 Nec Corp 二次電池用電解液およびそれを用いた二次電池
JP2008140760A (ja) 2006-06-14 2008-06-19 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池用非水電解液及びこれを用いた非水電解液二次電池
JP2010165542A (ja) 2009-01-15 2010-07-29 Sony Corp 電解質および二次電池
JP2012531025A (ja) 2009-07-17 2012-12-06 エルジー ケム． エルティーディ． 水分散型バインダー、導電材、およびフルオロエチレンカーボネートを含むリチウム二次電池

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