特開 2017-162592 非水系二次電池並びにこれに用いられるガス発生抑制剤及び非水系電解液

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-162592(P2017-162592A)

(43)【公開日】2017年9月14日

(54)【発明の名称】非水系二次電池並びにこれに用いられるガス発生抑制剤及び非水系電解液

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0567 20100101AFI20170818BHJP

   H01M 10/0568 20100101ALI20170818BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20170818BHJP

   H01M 4/38 20060101ALI20170818BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/0567

   H01M10/0568

   H01M10/052

   H01M4/38 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-44231(P2016-44231)

(22)【出願日】2016年3月8日

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】591180358

【氏名又は名称】東ソ−・エフテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】特許業務法人 共立

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 裕介

(72)【発明者】

【氏名】島 晃子

(72)【発明者】

【氏名】大島 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】毛利 敬史

(72)【発明者】

【氏名】青木 雅裕

(72)【発明者】

【氏名】三村 英之

(72)【発明者】

【氏名】平山 大輔

【テーマコード（参考）】

5H029

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H029AJ04

5H029AJ07

5H029AK01

5H029AK02

5H029AK03

5H029AK05

5H029AK15

5H029AK16

5H029AK18

5H029AL02

5H029AL07

5H029AL11

5H029AL18

5H029AM02

5H029AM03

5H029AM05

5H029AM07

5H029DJ12

5H029DJ17

5H029HJ02

5H050AA10

5H050AA13

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA01

5H050CA02

5H050CA07

5H050CA08

5H050CA09

5H050CA11

5H050CA20

5H050CA21

5H050CA24

5H050CA25

5H050CA29

5H050CB02

5H050CB08

5H050CB11

5H050CB29

5H050FA12

5H050FA19

5H050HA02

(57)【要約】

【課題】 高温保存時のガス発生を抑制することができる非水系二次電池並びにこれに用いられるガス発生抑制剤及び非水系電解液を提供する。
【解決手段】 本発明の非水系二次電池は、正極と、Ｓｉ系負極と、ハロゲン含有リチウム塩を有する非水系電解液とを具備する。非水系電解液は、下記の一般式（１）で表される化合物を有するガス発生抑制剤を含む。
Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極と、Ｓｉ系負極と、ハロゲン含有リチウム塩を有する非水系電解液とを具備する非水系二次電池であって、
前記非水系電解液は、下記の一般式（１）で表される化合物を有するガス発生抑制剤を含む非水系二次電池。
Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【請求項2】

前記一般式（１）において、ａ及びｂは０であり、ｃ及びｄは１である請求項１に記載の非水系二次電池。

【請求項3】

前記一般式（１）において、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、前記炭化水素基である請求項１又は２に記載の非水系二次電池。

【請求項4】

前記炭化水素基は、アルキル基である請求項３に記載の非水系二次電池。

【請求項5】

前記炭化水素基の炭素数は、１以上４以下である請求項４に記載の非水系二次電池。

【請求項6】

前記一般式（１）において、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素の少なくとも一部がハロゲンで置換された前記炭化水素基である請求項１〜５のいずれかに記載の非水系二次電池。

【請求項7】

前記化合物は、下記の一般式（２）で表される請求項１〜６のいずれかに記載の非水系二次電池。

【化1】

（式中、Ｒ^６、Ｒ^７は、それぞれ独立に、置換基で置換されていてもよいアルキル基である。Ｒ^８、Ｒ^９は、それぞれ独立に、水素の少なくとも一部がフッ素で置換されたアルキル基である。）

【請求項8】

前記非水系電解液は、フッ素含有環状カーボネートを更に含む請求項１〜７のいずれかに記載の非水系二次電池。

【請求項9】

前記負極は、複数の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料を有する請求項１〜８のいずれかに記載の非水系二次電池。

【請求項10】

下記の一般式（１）で表される化合物を有する、Ｓｉ系負極を備えた非水系二次電池用のガス発生抑制剤。
Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【請求項11】

下記の一般式（１）で表される化合物を有するガス発生抑制剤とハロゲン含有リチウム塩とを有する、Ｓｉ系負極を備えた非水系二次電池用の非水系電解液。
Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非水系二次電池並びにこれに用いられるガス発生抑制剤及び非水系電解液に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池などの非水系二次電池は、携帯電話、ノート型パソコン、及び車両用駆動源といった幅広い分野で用いられている。リチウムイオン二次電池の負極活物質としては、例えば、理論容量の大きい珪素系材料が用いられ、正極活物質としては、リチウム金属複合酸化物が用いられている（特許文献１）。

【0003】

しかしながら、リチウム金属複合酸化物を有する正極活物質について充電状態で高温に保存すると、正極活物質が劣化して電解液成分を酸化させてガスを発生させるという問題があった。また、珪素系材料を有するＳｉ系負極は、電池の高容量化に適しているものの、高温保存時に電池からガスを発生させたり、電池のサイクル特性を低下させたりするという問題があった。

【0004】

そこで、特許文献２には、電解液にフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）を添加することで、サイクル特性を向上させることが提案されている。しかし、ＦＥＣは高温安定性が低く、ＦＥＣを含む電解液を有する二次電池を高温で保存すると、ＦＥＣの分解によってガスが発生するおそれがある。

【0005】

また、特許文献３、４には、電解液に珪素化合物を添加することで、電池特性を向上させることが提案されている。また、特許文献５には、ハロゲン含有リン酸エステル化合物を添加することで、高温保存時のガス発生を抑制することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−１６５５８３号公報

【特許文献2】特開２０１３−１８２８０７号公報

【特許文献3】特開２０１５−１１８８５９号公報

【特許文献4】特開２０１５−１８８０２号公報

【特許文献5】特開２０１１−９６４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者は、Ｓｉ系負極を用いた非水系二次電池について、従来とは異なる手法により、高温保存時のガス発生を抑制する技術について鋭意探求した。

【0008】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高温保存時のガス発生を抑制することができる非水系二次電池並びにこれに用いられるガス発生抑制剤及び非水系電解液を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、正極と、Ｓｉ系負極と、ハロゲン含有リチウム塩を有する非水系電解液とを具備する非水系二次電池であって、
前記非水系電解液は、下記の一般式（１）で表される化合物を有するガス発生抑制剤を含む非水系二次電池である。

【0010】

Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）

【0011】

（Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【0012】

本発明は、下記の一般式（１）で表される化合物を有する、Ｓｉ系負極を備えた非水系二次電池用のガス発生抑制剤である。

【0013】

Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）

【0014】

（Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【0015】

本発明は、下記の一般式（１）で表される化合物を有するガス発生抑制剤とハロゲン含有リチウム塩とを有する、Ｓｉ系負極を備えた非水系二次電池用の非水系電解液である。

【0016】

Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）

【0017】

（Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【発明の効果】

【0018】

上記構成によれば、高温保存時のガス発生を抑制することができる非水系二次電池並びにこれに用いられるガス発生抑制剤及び非水系電解液を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】電池Ｅ1、Ｃ1の高温保存試験の保存日数と電池から発生したガス量の関係を示す図である。

【図2】電池Ｅ１、Ｃ１の高温保存試験の保存日数と容量維持率の関係を示す図である。

【図3】電池Ｅ２、Ｃ１の高温保存試験の保存日数と電池から発生したガス量の関係を示す図である。

【図4】電池Ｅ２、Ｃ１の高温保存試験の保存日数と容量維持率の関係を示す図である。

【図5】電池Ｃ２，Ｅ３〜Ｅ６のガス量及び容量維持率を示す図である。

【図6】電池Ｅ２、Ｃ１の正極についての、結合エネルギーが２７８〜２９８ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示す。

【図7】電池Ｅ２、Ｃ１の正極についての、結合エネルギーが３９０〜４１０ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示す。

【図8】電池Ｅ２、Ｃ１の負極についての、結合エネルギーが２７８〜２９８ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示す。

【図9】電池Ｅ２、Ｃ１の負極についての、結合エネルギーが３９０〜４１０ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態に係るガス発生抑制剤、非水系電解液及び非水系二次電池について詳細に説明する。

【0021】

（ガス発生抑制剤）
本実施形態のガス発生抑制剤は、下記の一般式（１）で表される化合物を有する。

【0022】

Ｐ＝Ｏ（ＮＲ^１_２）（ＮＲ^２_２）_ａ（ＮＲ^３_２）_ｂ（ＯＲ^４）_ｃ（ＯＲ^５）_ｄ・・・・（１）

【0023】

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。）

【0024】

本実施形態のガス発生抑制剤は、非水系二次電池の電解液に含めて用いられる。ガス発生抑制剤を電解液に含む非水系二次電池を高温で保存した時に、非水系二次電池からのガス発生を抑えることができる。その理由は以下のように考えられる。一般に、非水系二次電池を作製し高温で保存した場合、電解液中のハロゲン含有リチウム塩（例えば、フッ素含有リチウム塩）などのフッ素含有物質が分解してＨＦ（フッ酸）が発生する。ＨＦは、正極活物質を劣化させて電池特性の低下を引き起こす。同時に、正極活物質から酸素を発生させ、電解液の有機物を酸化してＣＯ_２を発生させる。また、電解液中のハロゲン含有リチウム塩の分解物が電解液と反応し、ＣＯ_２を発生させる。高温高電圧保存時にＳｉを有する負極活物質を用いると、充電時に皮膜が割れて新生面が現れ、そこでフッ素含有環状カーボネート等の電解液が反応して、ＣＯ_２などのガス成分を発生させる。

【0025】

本実施形態のガス発生抑制剤は、一般式（１）で表される化合物を有する。一般式（１）で表される化合物は、Ｐ−Ｎ結合を有する。本実施形態のガス発生抑制剤をハロゲン含有リチウムとともに電解液に含めて非水系二次電池に用いた場合には、発生したＨＦにより化合物のＰ−Ｎ結合が切れ、切れたＰ−、Ｎ−部分にＨＦが捕獲され、電解液中のＨＦが減少する。また、正極活物質表面は、化合物由来の成分を含む安定な皮膜で被覆される。ゆえに、正極活物質の劣化が抑えられ正極活物質からの酸素の放出が抑えられ、ＣＯ_２ガスの発生が抑えられる。同時に、ハロゲン含有リチウム塩の分解を抑制し、電解液と反応して生成するＣＯ_２の発生を抑制する。また、Ｓｉを有する負極活物質の表面は、化合物由来の成分を含む安定な被膜で被覆されるため、充電時の新生面の生成が抑えられ、電解液等との接触が抑えられ、電解液からのＣＯ_２等のガス発生が抑えられる。

【0026】

一般式（１）において、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素基、又は置換基で置換されていてもよい炭化水素基から選択される。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、置換基で置換されていてもよい炭化水素基であることがよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５は、互いに結合していても良い。

【0027】

置換基で置換されていてもよい炭化水素基としては、例えば、置換基で置換されていても良いアルキル基、置換基で置換されていても良いシクロアルキル基、置換基で置換されていても良い不飽和アルキル基、及び置換基で置換されていても良い不飽和シクロアルキル基、置換基で置換されていても良い芳香族基の群から選ばれる１種以上が挙げられる。この中、置換基で置換されていてもよい炭化水素基は、置換基で置換されていても良いアルキル基であることが好ましい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５の炭化水素基としてのアルキル基の炭素数は、１以上１０以下がよく、更に、１以上６以下が好ましく、１以上４以下が望ましい。

【0028】

更に、一般式（１）において、（ＮＲ^１_２）、（ＮＲ^２_２）、（ＮＲ^３_２）の中のそれぞれ２つのＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。

【0029】

一般式（１）において、Ｒ^４、Ｒ^５は、それぞれ独立に、水素の少なくとも一部がハロゲンで置換された炭化水素基であることが好ましい。ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、又はヨウ素であることがよく、中でもフッ素が好ましい。

【0030】

一般式（１）において、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ独立に０又は１から選択され、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２を満たす。一般式（１）において、ａ及びｂは０であり、且つｃ及びｄは１であることが好ましい。

【0031】

一般式（１）で表される化合物は、具体的には、式（２）で表された化合物であるとよい。

【0032】

【化1】

【0033】

（式中、Ｒ^６、Ｒ^７は、それぞれ独立に、置換基で置換されていてもよいアルキル基である。Ｒ^８、Ｒ^９は、それぞれ独立に、水素の少なくとも一部がフッ素で置換されたアルキル基である。）

【0034】

式（２）において、ＮＲ^６Ｒ^７は、式（１）の（ＮＲ^１_２）に相当する。ＮＲ^６Ｒ^７の中のＲ^６、Ｒ^７は、それぞれ独立に、置換基で置換されていてもよいアルキル基であり、かつ更に１以上１０以下の炭素を有するアルキル基であることが好ましい。Ｒ^６、Ｒ^７は、それぞれ独立に、ＣＨ_３、Ｃ_２Ｈ_５、Ｃ_３Ｈ_７、Ｃ_４Ｈ_９であることが好ましい。

【0035】

ＮＲ^６Ｒ^７は、Ｎ（ＣＨ_３）（ＣＨ_３）、Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５）、Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）（Ｃ_２Ｈ_５）、Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_３Ｈ_７）、Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）（Ｃ_３Ｈ_７）、又はＮ（Ｃ_３Ｈ_７）（Ｃ_３Ｈ_７）であることが好ましい。

【0036】

式（２）において、Ｐにそれぞれ結合している（ＯＲ^８）、（ＯＲ^９）は、水素の少なくとも一部がフッ素で置換されたアルコキシ基であり、式（１）の（ＯＲ^４）（ＯＲ^５）に相当する。アルコキシ基において、フッ素の結合位置及びフッ素の結合数は問わない。式（２）の（ＯＲ^８）（ＯＲ^９）は、互いに同じ基であってもよく、異なる基であってもよい。

【0037】

式（２）の具体例として、下記の式（３）で表される化合物（以下、「ＰＮ化合物」と称する。）が挙げられる。下記の式（３）で表される化合物は、式（２）のＲ^６、Ｒ^７がＣＨ_３基であり、Ｒ^８、Ｒ^９はＣＨ_２ＣＦ_３基である。

【0038】

【化2】

【0039】

（非水系二次電池用電解液）
本実施形態の電解液は、Ｓｉ系負極を備えた非水系二次電池用の非水系電解液である。電解液は、上記の一般式（１）で表される化合物を有するガス発生抑制剤とハロゲン含有リチウム塩と、これらを溶解させる非水系溶媒とを有する。

【0040】

本実施形態の電解液中の上記化合物の濃度は、０．１〜１体積%であることが好ましく、更に、０．２〜０．８体積%であることがより好ましい。この場合には、非水系二次電池の高温保存時のガス発生を更に抑制することができる。

【0041】

本実施形態の電解液は、フッ素含有環状カーボネートを更に含むことが好ましい。フッ素含有環状カーボネートを含む電解液を備えた非水系二次電池を室温にて充放電させると、フッ素含有環状カーボネートの還元分解により、負極活物質及び正極活物質の表面にＳＥＩ膜が形成される。室温においては、安定したＳＥＩ膜が形成され、優れたサイクル特性が維持される。一方、フッ素含有環状カーボネートを有する電解液を備えた二次電池を高温で充放電させると、高温安定性に乏しいフッ素含有環状カーボネートからフッ化水素（ＨＦ）が発生しやすい。ＨＦは無機酸化物などを劣化させて酸素を発生させ、酸素と電解液の有機成分とからＣＯ_２ガスが生成しやすい。

【0042】

そこで、本実施形態の電解液は、フッ素含有環状カーボネートに加え、更に上記一般式（１）で表される化合物を有している。上記一般式（１）で表される化合物において、生成したＨＦは該化合物中のＰ−Ｎ結合に捕獲される。これにより、電解液中のＨＦが減少する。ゆえに、正極活物質の劣化が更に抑制され、正極活物質からの酸素放出が更に抑えられ、電解液と酸素によるＣＯ_２ガス発生が更に抑制される。同時に、ハロゲン含有リチウム塩の分解を抑制し、電解液と反応して生成するＣＯ_２の発生を抑制する。

【0043】

ここで、フッ素含有環状カーボネートは、少なくとも１つのフッ素を含有すればよく他のハロゲンを含有してもよい。フッ素含有環状カーボネートは、下記の式（４）で表されるものが好ましい。

【0044】

【化3】

【0045】

（式（４）において、Ｒ^１３は、それぞれ独立して、水素、フッ素、アルキル基あるいはフッ化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも１つはフッ素またはフッ化アルキル基を表す。）

【0046】

式（４）において、Ｒ^１３がアルキル基またはフッ化アルキル基である場合、それらの炭素数は１または２であるのが好ましい。特に好ましくは、下記の式（４−１）〜（４−３）で表されるような、環状構造を構成する１以上の炭素に少なくとも１つのフッ素が結合した構造を有するフッ素含有環状カーボネートである。

【0047】

【化4】

【0048】

なかでも、耐酸化性の観点から、式（４−１）で表される４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（フルオロエチレンカーボネート：ＦＥＣ）が好ましい。

【0049】

本実施形態の電解液における非水系溶媒は、フッ素含有環状カーボネートを含む環状カーボネートと、鎖状カーボネートとを併用することが好ましい。環状カーボネートは誘電率が高く、鎖状カーボネートは粘性が低い。このため、電解液が環状カーボネートと鎖状カーボネートとの双方を含むことにより、電解質イオンの移動を妨げず、電池容量を向上させることができる。

【0050】

電解液における非水系溶媒全体を１００体積％としたとき、フッ素含有環状カーボネートを含む環状カーボネートは２０〜４０体積％さらには２５〜３５体積％であり、かつ鎖状カーボネートは６０〜８０体積％さらには６５〜７５体積％であるとよい。環状カーボネートは、電解液の誘電率を高くする一方、粘性が高い。誘電率が上がると電解液の導電性が良くなる。粘性が高いと電解質イオンの移動が妨げられ導電性が悪くなる。鎖状カーボネートは、低い誘電率であるが、粘性は低い。両者を上記の配合比の範囲でバランスよく配合することで、非水系溶媒の誘電率をある程度高く、また粘性も低くして、導電性のよい溶媒を調整でき、電池容量を向上させることができる。

【0051】

フッ素含有環状カーボネートは、電解液の非水系溶媒全体を１００体積％としたときに、１〜４０体積％さらには２〜２０体積％であることが好ましい。この場合には、充放電のサイクル特性を効果的に向上させることができる。また、電解液の粘性も低く抑えて電解質イオンを移動させやすくして電池容量を更に向上させることができる。

【0052】

環状カーボネートは、フッ素含有環状カーボネートのほか、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ビニレンカーボネート、２−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトンおよびガンマバレロラクトンの群から選ばれる１種以上を含んでもよい。

【0053】

鎖状カーボネートは、鎖状である限り特に限定はない。たとえば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルから選ばれる一種以上を用いることができる。

【0054】

電解液に含まれるハロゲン含有リチウム塩は、電解質として機能する。ハロゲン含有リチウム塩は、フッ素含有リチウム塩であることがよい。フッ素含有リチウム塩としては、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等を用いることができる。ハロゲン含有リチウム塩としては、フッ素含有リチウム塩のほかに、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｌＣｌ_４、などの塩素含有リチウム塩を用いても良い。電解液中のハロゲン含有リチウム塩の濃度は、０．５ｍｏｌ／Ｌ〜１．７ｍｏｌ／Ｌであることがよい。

【0055】

（非水系二次電池）
本実施形態の非水系二次電池は、上記の非水系二次電池用電解液と、正極と、Ｓｉ系負極とを有する。

【0056】

正極は、集電体と、集電体の表面を被覆している正極活物質層とを有する。

【0057】

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。

【0058】

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。

【0059】

正極活物質層は正極活物質、並びに必要に応じて導電助剤及び／又は結着剤を含む。

【0060】

正極活物質としては、リチウム金属複合酸化物を用いるとよい。リチウム金属複合酸化物は、層状化合物のＬｉ_ａＮｉ_ｂＣｏ_ｃＭｎ_ｄＤ_ｅＯ_ｆ(０．２≦ａ≦２、ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｅ＜１、ＤはＬｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｌａから選ばれる少なくとも１の元素、１．７≦ｆ≦３)、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３を挙げることができる。また、正極活物質のリチウム金属複合酸化物として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のスピネル、及びスピネルと層状化合物の混合物で構成される固溶体、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＶＯ_４又はＬｉ_２ＭＳｉＯ_４（式中のＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅのうちの少なくとも一種から選択される）などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質のリチウム金属複合酸化物として、ＬｉＦｅＰＯ_４ＦなどのＬｉＭＰＯ_４Ｆ（Ｍは遷移金属）で表されるタボライト系化合物、ＬｉＦｅＢＯ_３などのＬｉＭＢＯ_３（Ｍは遷移金属）で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれのリチウム金属複合酸化物も上記の各組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも正極活物質として使用可能である。また、正極活物質として、充放電に寄与するリチウムイオンを含まない正極活物質材料、たとえば、硫黄単体、硫黄と炭素を複合化した化合物、ＴｉＳ_２などの金属硫化物、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２などの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウムを含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極および／または負極に、公知の方法により、予めイオンを添加させておく必要がある。ここで、当該イオンを添加するためには、金属または当該イオンを含む化合物を用いればよい。

【0061】

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、気相法炭素繊維（Vapor Grown Carbon Fiber：ＶＧＣＦ）、および各種金属粒子などが例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。

【0062】

活物質層中の導電助剤の配合割合は、質量比で、活物質：導電助剤＝１：０．００５〜１：０．５であるのが好ましく、１：０．０１〜１：０．２であるのがより好ましく、１：０．０３〜１：０．１であるのがさらに好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。

【0063】

結着剤は、活物質や導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸等のアクリル系樹脂、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を例示することができる。これらの結着剤を単独で又は複数で採用すれば良い。

【0064】

活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、活物質：結着剤＝１：０．００１〜１：０．３であるのが好ましく、１：０．００５〜１：０．２であるのがより好ましく、１：０．０１〜１：０．１５であるのがさらに好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下するおそれがある。また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるおそれがある。

【0065】

Ｓｉ系負極は、負極活物質としてのＳｉを有する負極をいう。Ｓｉは、高い容量を有するため、非水系二次電池の負極活物質として優れている。一般に、Ｓｉ系負極を用いた非水系二次電池を高温で保存すると、ガスが発生する。しかし、本実施形態では、電解液が上記一般式（１）で表される化合物を有している。化合物は充放電により分解して、Ｓｉを有する負極活物質表面に化合物由来の成分を含む安定な被膜が形成される。このため、負極活物質からのガス発生を抑制することができる。

【0066】

負極は、集電体と、集電体の表面を被覆している負極活物質層を有する。集電体については、正極で説明したものを適宜適切に採用すれば良い。負極活物質層はＳｉを有する負極活物質、並びに必要に応じて導電助剤及び／又は結着剤を含む。

【0067】

Ｓｉは負極活物質として機能する。Ｓｉは、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であってリチウムと合金化可能な元素である。Ｓｉを有する負極活物質は、単体、又はＳｉと他の元素を有する珪素化合物であっても良い。

【0068】

Ｓｉを有する負極活物質としては、シリコン材料を用いることがよく、シリコン材料のみを採用してもよいし、シリコン材料と公知の負極活物質を併用してもよい。

【0069】

シリコン材料は、複数の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有することが好ましい。この構造は、走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。シリコン材料をリチウムイオン二次電池の活物質として使用することを考慮すると、リチウムイオンの効率的な挿入及び脱離反応のためには、板状シリコン体は厚さが１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内のものが好ましく、２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内のものがより好ましい。また、板状シリコン体の長軸方向の長さは、０．１μｍ〜５０μｍの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、（長軸方向の長さ）／（厚さ）が２〜１０００の範囲内であるのが好ましい。

【0070】

シリコン材料は、粉砕や分級を経て、一定の粒度分布の粒子としてもよい。シリコン材料の好ましい粒度としては、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合に、Ｄ５０が１〜３０μｍの範囲内を例示できる。シリコン材料を炭素で被覆して用いるのが好ましい。

【0071】

シリコン材料のシリコン結晶子のサイズとしては、ナノサイズのものが好ましい。具体的には、シリコン結晶子サイズは、０．５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内が好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内がより好ましく、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内がさらに好ましく、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内が特に好ましい。シリコン結晶子サイズは、シリコン材料に対してＸ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い、得られたＸＲＤチャートのＳｉ（１１１）面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。なお、ここで述べたシリコン結晶子は、ＸＲＤチャートにブロードなピークとして観察されるものを意味しており、既述した結晶性シリコンとはピーク形状において区別できる。

【0072】

シリコン材料の製造方法は、精製を経たＣａＳｉ_２と酸とを反応させる反応工程、を含む。

【0073】

酸としては、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、硫酸、硝酸、リン酸、蟻酸、酢酸、メタンスルホン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロヒ素酸、フルオロアンチモン酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロゲルマン酸、ヘキサフルオロスズ(IV)酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロチタン酸、ヘキサフルオロジルコニウム酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸が例示される。これらの酸を単独又は併用して使用すれば良い。

【0074】

また、酸は水溶液として用いられるのが、作業の簡便性及び安全性の観点、並びに、副生物の除去の観点から好ましい。

【0075】

反応工程に用いる酸は、ＣａＳｉ_２に対して２当量以上のプロトンを供給できる量で用いればよい。したがって、１価の酸であれば、ＣａＳｉ_２１モルに対して２モル以上で用いればよい。

【0076】

反応工程の反応条件は、真空などの減圧条件又は不活性ガス雰囲気下とすることが好ましく、また、氷浴などの室温以下の温度条件とするのが好ましい。同工程の反応時間は適宜設定すれば良い。

【0077】

さて、反応工程において、酸として塩化水素を用いた場合の反応式で示すと、以下のとおりとなる。

【0078】

３ＣａＳｉ_２＋６ＨＣｌ→Ｓｉ_６Ｈ_６＋３ＣａＣｌ_２
ポリシランであるＳｉ_６Ｈ_６が理想的な層状シリコン化合物に該当する。この反応は、層状のＣａＳｉ_２のＣａが２Ｈで置換されつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を形成すると考えることもできる。ＣａＳｉ_２は、Ｃａ層とＳｉ層が積層した構造からなる。そして、層状シリコン化合物は、原料のＣａＳｉ_２におけるＳｉ層の基本骨格が維持されているため、層状をなす。

【0079】

反応工程において、酸は水溶液として用いられるのが好ましいことは、前述した。ここで、Ｓｉ_６Ｈ_６は水と反応し得るため、通常は、層状シリコン化合物がＳｉ_６Ｈ_６なる化合物のみで得られることはほとんどなく、酸素や酸由来の元素を含有する。
反応工程以降は、層状シリコン化合物を濾取する濾過工程、層状シリコン化合物を洗浄する洗浄工程、層状シリコン化合物を乾燥する乾燥工程、層状シリコン化合物を粉砕若しくは分級する工程を、必要に応じて適宜実施するのが好ましい。 また、Ｓｉを有する負極活物質は、ＳｉＯｘ（０．３≦ｘ≦２．３）で表される珪素酸化物であることがよい。ＳｉＯｘは、Ｓｉ相と、ＳｉＯ_２相とを含むことが好ましい。Ｓｉ相は、珪素単体からなり、電解質イオンを吸蔵・放出し得る相である。Ｓｉ相は、理論放電容量が大きく、電解質イオンの吸蔵・放出に伴って膨張・収縮する。ＳｉＯ_２相は、ＳｉＯ_２からなり、Ｓｉ相の膨張・収縮を緩和する。Ｓｉ相がＳｉＯ_２相により被覆されることで、Ｓｉ相とＳｉＯ_２相とからなる負極活物質を形成しているとよい。さらには、微細化された複数のＳｉ相がＳｉＯ_２相により被覆されて一体となって、１つの粒子、すなわち負極活物質を形成しているとよい。この場合には、負極活物質粒子全体の体積変化を効果的に抑えることができる。

【0080】

負極でのＳｉ相に対するＳｉＯ_２相の質量比は、１〜３であることが好ましい。この場合には、充放電時に負極活物質の膨張・収縮が抑制され、負極活物質での充放電容量を高く維持できる。

【0081】

珪素酸化物の原料として、一酸化珪素を含む原料粉末を用いるとよい。この場合、原料粉末中の一酸化珪素を、ＳｉＯ_２相とＳｉ相との二相に不均化する。一酸化珪素の不均化では、ＳｉとＯとの原子比が概ね１：１の均質な固体である一酸化珪素が固体内部の反応により、ＳｉＯ_２相とＳｉ相との二相に分離する。不均化により得られる酸化珪素粉末は、ＳｉＯ_２相とＳｉ相とを含む。原料粉末の一酸化珪素の不均化は、原料粉末にエネルギーを与えることにより進行する。不均化の一例として、原料粉末を加熱する、ミリングする、などの方法が挙げられる。

【0082】

原料粉末を加熱する場合、一般に、酸素を絶った状態であれば８００℃以上で、ほぼすべての一酸化珪素が不均化して二相に分離すると言われている。具体的には、非結晶性の一酸化珪素粉末を含む原料粉末に対して、真空中または不活性ガス中などの不活性雰囲気中で８００〜１２００℃、１〜５時間の熱処理を行うことにより、非結晶性のＳｉＯ_２相と結晶性のＳｉ相の二相を含む酸化珪素粉末が得られる。

【0083】

原料粉末をミリングする場合には、ミリングの機械的エネルギーの一部が、原料粉末の固相界面における化学的な原子拡散に寄与し、酸化物相と珪素相などを生成する。ミリングでは、原料粉末を、真空中、アルゴンガス中などの不活性ガス雰囲気下で、Ｖ型混合機、ボールミル、アトライタ、ジェットミル、振動ミル、高エネルギーボールミル等を使用して混合するとよい。ミリング後にさらに熱処理を施すことで、一酸化珪素の不均化をさらに促進させてもよい。

【0084】

珪素酸化物は、粉末状が好ましく、その平均粒径が１〜１０μｍであるとよい。珪素酸化物粉末は、２μｍ以下さらには４μｍ以下に分級して使用されるとよい。

【0085】

負極に用いる導電助剤及び結着剤については、正極で説明したものを同様の配合割合で適宜適切に採用すれば良い。

【0086】

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び／又は導電助剤を混合し、スラリーを調製する。上記溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。

【0087】

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド（Aromatic polyamide）、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を１種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。

【0088】

次に、リチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。

【0089】

正極および負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から、外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。

【0090】

本実施形態のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。

【0091】

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、リチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び／又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び／又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。

【0092】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

【実施例】

【0093】

以下に、各種電池を作製し、電池の特性を評価した。

【0094】

（電池Ｅ１）
＜シリコン材料の作製＞
結晶性シリコンを含むＣａＳｉ_２として、日本重化学工業株式会社製のカルシウムシリコン（以下、「粗ＣａＳｉ_２」という場合がある。）を採用した。当該粗ＣａＳｉ_２は目開き２５０μｍの篩を通過した粉末状のものである。

【0095】

・接触工程
アルカリ水溶液として、ｐＨ１３．４の水酸化ナトリウム水溶液を準備した。

【0096】

２５℃に制御した恒温槽中の反応容器に、粗ＣａＳｉ_２とｐＨ１３．４の水酸化ナトリウム水溶液とを質量比１：２８．５で投入し、これらを撹拌速度１５０ｒｐｍで２０時間撹拌した。撹拌終了後、反応液を濾過して、残渣を減圧下で乾燥し、実施例１のＣａＳｉ_２を得た。

【0097】

・反応工程
アルゴン雰囲気下、１０℃とした濃度３５重量％のＨＣｌ水溶液５００ｇに、５０ｇのＣａＳｉ_２を加え、撹拌した。反応液から発泡が無くなったのを確認した後、さらに同条件下、４時間攪拌した。その後、室温まで昇温し、濾過を行った。残渣を３００ｍＬの蒸留水で３回洗浄した後、３００ｍＬのエタノールで洗浄し、減圧乾燥して３９．４ｇの固形物を得た。当該固形物を層状シリコン化合物とした。

【0098】

・シリコン材料製造工程
層状シリコン化合物を、Ｏ_２を１体積％以下の量で含むアルゴン雰囲気下にて９００℃で１時間加熱し、シリコン材料を得た。

【0099】

＜リチウムイオン二次電池の製造＞
負極活物質としてシリコン材料５８質量部、負極活物質として天然黒鉛２４．５質量部、導電助剤としてアセチレンブラック６．５質量部、結着剤としてポリアミドイミド１１質量部、溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンを混合し、スラリーを調製した。上記スラリーを、集電体としての厚さ約２０μｍの電解銅箔の表面にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥して、銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを２００℃で２時間減圧乾燥し、負極活物質層の厚さが２３μｍの負極を得た。

【0100】

正極を作製するために、正極活物質としてのＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．３Ｍｎ_０．２Ｏ_２及びＬｉＦeＰＯ_４、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及び導電助剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）を、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．３Ｍｎ_０．２Ｏ_２とＬｉＦeＰＯ_４とＰＶＤＦとＡＢとの含有質量比が６７：２７：３：３となるように混合し、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加してペースト状の正極材とした。ペースト状の正極材を、集電体の表面にドクターブレードを用いて塗布して、正極活物質層を形成した。正極活物質層を、８０℃で２０分間乾燥することで、ＮＭＰを揮発により除去した。表面に正極活物質層を形成したアルミニウム箔を、ロ−ルプレス機を用いて圧縮し、アルミニウム箔と正極活物質層とを強固に密着接合させた。接合物を１２０℃で６時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状に切り取り、正極を得た。

【0101】

セパレータとしては、ポリエチレン多孔質膜を用いた。

【0102】

電解液を作製するために、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を、体積比で、ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ＝３／３／４の配合比となるように混合して非水系溶媒を調製した。電解質としてのＬｉＰＦ_６及び下記の化（３）で表されるＰＮ化合物を、非水系溶媒に溶解させて、電解液を調製した。電解液中のＬｉＰＦ_６の濃度は１ｍｏｌ／Ｌとし、電解液中のＰＮ化合物の濃度は２体積％とした。

【0103】

【化5】

【0104】

正極と負極との間に、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質膜を挟み込んで電極体を作製した。この電極体を電解液とともにアルミニウムフィルムで封止し、ラミネートセルとした。封止の際には、２枚のアルミニウムフィルムをその周囲の一部を除いて熱溶着をすることにより袋状とし、その開口部から電極体、さらに電解液を入れて、真空引きしながら開口部を完全に気密に封止した。このとき、正極側および負極側の集電体の先端を、フィルムの端縁部から突出させ、外部端子に接続可能とした。以上により、ラミネートセルからなる電池Ｅ１を得た。

【0105】

＜高温保存試験＞
電池Ｅ１について高温保存試験を行った。高温保存試験では、電池Ｅ１について充電状態（ＳＯＣ）８０％、電圧４．２４Ｖとなるまで充電器を用いて充電を行った。その後、充電器から電池Ｅ１を取り外して、電池Ｅ１を６０℃恒温槽で１０日、２０日、３０日保存した。

【0106】

＜ガス量測定＞
高温保存試験前後に電池Ｅ１の体積をアルミメデス法により測定した。具体的には、任意の日数保存した後の電池Ｅ１の体積Ａ（高温保存試験後３Ｖまで放電したもの）から、保存前の電池Ｅ１の体積Ｂ（高温保存試験前にＳＯＣ８０％、_電圧４．２４Ｖまで充電した後に３Ｖまで放電したもの）を差し引いて、その差分（Ａ−Ｂ）である電池Ｅ１の体積増加量をもとめた。電池Ｅ１の体積増加量は、高温保存試験中に電池内で発生したガス量に等しい。上記差分（Ａ−Ｂ）をガス量とした。測定したガス量を図１、図３、図５に示した。

【0107】

＜容量維持率測定＞
電池Ｅ１について、高温保存試験前、高温保存試験後に電池特性評価を１０日、２０日それぞれ実施した。各電池について充電状態（ＳＯＣ）１００％、電圧４．５Ｖとなるまで充電した。その後各電池について１Ｃの定電流で電圧２．５Ｖまで放電させ、放電時の放電容量を測定した。高温保存試験前の電池Ｅ１の放電容量をＣ、高温保存試験を１０日又は２０日行った電池Ｅ１の放電容量をＤとして、１００×（Ｃ−Ｄ）／Ｃの算出式の解を求めた。この解を電池Ｅ１の容量維持率とし、これを図２に示した。

【0108】

（電池Ｃ１）
電池Ｃ１は、電解液にＰＮ化合物を含んでいない点を除いて、電池Ｅ１と同様である。電池Ｃ１において、電解液の非水系溶媒の成分比は、体積比で、ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ＝３／３／４とした。電池Ｃ１について、電池Ｅ１の＜高温保存試験＞と同様の高温保存試験を行い、＜ガス量測定＞及び＜容量維持率測定＞と同様に、高温保存試験前後のガス量及び容量維持率を測定した。測定結果を図１，図２に示した。

【0109】

図１に示すように、ＰＮ化合物を有する電解液を備えた電池Ｅ１は、ＰＮ化合物を含んでいない電解液を備えた電池Ｃ１に比べて、高温保存試験時に発生したガス量が格段に少なく、また高温保存試験後の容量維持率が高かった。高温保存試験の保存日数が長くなるにしたがって、ガス量及び容量維持率について、ＰＮ化合物を有する電解液を備えた電池と、ＰＮ化合物を有していない電解液を備えた電池との間の差が大きくなった。

【0110】

（電池Ｅ２）
電池Ｅ２は、電解液の非水系溶媒がフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）を含む点で、電池Ｅ１と相違する。

【0111】

電池Ｅ２において、電解液の非水系溶媒は、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を、体積比で、ＦＥＣ／ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ＝０．４／２．６／３／４の配合比となるように混合して調製した。電解質としてのＬｉＰＦ_６及びＰＮ化合物を、非水系溶媒に溶解させて、電解液を調製した。電解液中のＬｉＰＦ_６の濃度は１ｍｏｌ／Ｌとし、電解液中のＰＮ化合物の濃度は2体積%とした。

【0112】

電池Ｅ２のその他の点は、電池Ｅ１と同様である。

【0113】

電池Ｅ２、Ｃ１について、電池Ｅ１の＜高温保存試験＞と同様の高温保存試験を行った。高温保存試験での保存日数は、１０日、２０日、３０日、５０日とした。高温保存試験前後の電池Ｅ２、Ｃ１について、上記＜ガス量測定＞と同様に、高温保存試験後のガス量を測定した。測定結果を図３に示した。

【0114】

また、上記の高温保存試験を実施した電池Ｅ２、Ｃ１について、上記＜容量維持率測定＞と同様に、容量維持率を測定した。ただし、容量維持率測定にあたって、放電時の電流が１Ｃだけでなく０．３３Ｃの場合についても行った。１Ｃ，０．３３Ｃについてそれぞれｎ数は２とした。測定結果を図４に示した。

【0115】

図３に示すように、ＰＮ化合物及びＦＥＣを有する電解液を備えた電池Ｅ２は、当該化合物及びＦＥＣを含んでいない電解液を備えた電池Ｃ１に比べて、高温保存試験時に発生したガス量が格段に少なく、また高温保存試験後の容量維持率が高かった。

【0116】

（電池Ｃ２）
電池Ｃ２は、電解液がＰＮ化合物を含んでいない点を除いて、電池Ｅ２と同様である。電池Ｃ２において、電解液の非水系溶媒の成分比は、体積比で、ＦＥＣ／ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ＝０．４／２．６／３／４であり、電解液は１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を含む。

【0117】

（電池Ｅ３〜Ｅ６）
電池Ｅ３〜Ｅ６は、電解液がＰＮ化合物を含んでいる点で、電池Ｃ２と相違する。電解液中のＰＮ化合物の濃度は、電池Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６について、順に、０．２体積%、０．５体積%、１体積%、２体積%とした。電池Ｅ３〜Ｅ６のその他の点は、電池Ｃ２と同様である。

【0118】

電池Ｃ２、Ｅ３〜Ｅ６について、電池Ｅ１の＜高温保存試験＞と同様の高温保存試験を行った。高温保存試験での保存日数は、３０日とした。高温保存試験前後の電池Ｃ２、Ｅ３〜Ｅ６について、上記＜ガス量測定＞及び上記＜容量維持率測定＞と同様に、高温保存試験後のガス量及び容量維持率を測定した。測定結果を図５に示した。

【0119】

図５に示すように、ガス量に関しては、ＰＮ化合物を含まない場合に比べて、０．２体積%のＰＮ化合物を含む場合の方が若干多くなった。しかし、ＰＮ化合物の濃度が０．５体積%、１体積%と増加するにしたがってガス量が減少していった。ＰＮ化合物濃度1体積%以上の場合には、ガス量の減少量が少なかった。

【0120】

容量維持率に関しては、ＰＮ化合物を含む場合は、ＰＮ化合物を含まない場合よりも、高い値を示した。特に、電解液中のＰＮ化合物濃度が０．２体積%以上、更には０．５体積%以上２体積%の場合には、容量維持率が高かった。

【0121】

＜正極の表面分析＞
電池Ｅ２、電池Ｃ1について、高温保存試験３０日間実施した後に、正極について表面分析を行った。正極の表面分析では、電圧３．０Ｖの放電状態でＸ線光電子分光分析（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＸＰＳ）を行った。前処理としては以下の処理を行った。先ず、各電池を解体して正極を取出し、この正極を洗浄および乾燥して、分析対象となる正極を得た。洗浄は、ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）を用いて３回行った。また、セルの解体から分析対象としての正極を分析装置に搬送するまでの全ての工程を、Ａｒガス雰囲気下で、正極を大気に触れさせることなく行った。以下の前処理を電池Ｅ２、Ｃ１について行い、得られた正極検体をＸＰＳ分析した。装置としては、アルバックファイ社 ＰＨＩ５０００ ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅＩＩを用いた。Ｘ線源は単色ＡｌＫα線（１５ｋＶ、１０ｍＡ）を用いた。ＸＰＳにより測定された電池Ｅ２、電池Ｃ1の正極の表面分析結果を図６，図７に示す。図６は、電池Ｅ２、電池Ｃ1の正極についての、結合エネルギーが２７８〜２９８ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示し、図７は、電池Ｅ２、電池Ｃ1の正極についての、結合エネルギーが３９０〜４１０ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示している。

【0122】

測定結果より、ＰＮ化合物特有のＣＦ_３、Ｃ−Ｎに由来するピ−クが、電池Ｅ２の正極では現れたが、電池Ｃ1の正極では現れなかった。ＸＰＳスペクトルにおいて、ＣＦ_３由来のピークの結合エネルギーは、２９１ｅＶであり、Ｃ−Ｎ由来のピークの結合エネルギーは、４００ｅＶであった。正極活物質表面には、ＰＮ化合物由来の成分を含む皮膜が形成されているといえる。

【0123】

（負極の表面分析）
電池Ｅ２、Ｃ1について、上記＜正極の表面分析＞と同様に、高温保存試験を行い、且つ、各電池の負極についてＸ線光電子分光分析を行った。測定結果を図８、図９に示す。図８は、電池Ｅ２、Ｃ1の負極についての、結合エネルギーが２７８〜２９８ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示し、図９は、電池Ｅ２、Ｃ1の負極についての、結合エネルギーが３９０〜４１０ｅＶの範囲のＸＰＳスペクトルを示している。

【0124】

測定結果より、ＰＮ化合物特有のＣＦ_３、Ｃ−Ｎに由来するピ−クが、電池Ｅ２の負極では現れたが、電池Ｃ1の負極では現れなかった。このことから、負極活物質表面には、ＰＮ化合物由来の成分を含む皮膜が形成されているといえる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】