二次電池用活性物質、二次電池用電極、二次電池、電池組、電動車輛、蓄電系統、電動工具及電子裝置的製作方法
2023-05-27 16:13:36 3
本技術涉及用於二次電池的活性物質、各自使用活性物質的電極和二次電池，電池組、電動車輛、蓄電系統、電動工具、和電子裝置，其各自使用二次電池。
背景技術：
各種電子裝置如手機和個人數字助理(pda)已被廣泛使用，並且它已被要求進一步減小電子裝置的尺寸和重量以及實現它們的更長壽命。因此，已開發了電池，尤其是小型輕質二次電池，其能夠實現高能量密度，作為用於電子裝置的電源。
二次電池的應用不限於上文描述的電子裝置，並且還考慮將二次電池應用於各種其他應用。上述其他應用的實例可以包括：可拆卸地安裝在例如電子裝置上的電池組；電動車輛如電動汽車；蓄電系統如家用電力伺服器；以及電動工具如電鑽。
已經提出了二次電池，其利用各種充電和放電原理來獲得電池容量。尤其是，已關注二次電池，其利用電極反應物的嵌入(insertion)和取出(脫嵌，extraction)，以及二次電池，其利用電極反應物的沉積和溶解，其使得可以實現比其他電池如鉛酸電池和鎳鎘電池更高的能量密度。
二次電池包括電極和電解液。電極包括參與充放電反應的活性物質。活性物質的構成對電池特性施加很大的影響。因此，已經對活性物質的構成進行了各種研究。
更具體地，為了改善充放電循環特性，使用了由li1+ymo2(m是元素如ni和al。)表示的含鋰複合氧化物(例如，參考專利文獻1)。為了抑制在充電期間的氣體發生，使用了由liaalxob表示的鋰鋁氧化物和鋰鎳氧化物的複合物(例如，參考專利文獻2)。為了抑制內阻的增加，使用了由linixcoyalzo2表示的鋰過渡金屬複合氧化物(例如，參考專利文獻3)。為了實現優越的循環特性，使用了由lixni1-y-zcoymnzo2表示的鋰複合氧化物(例如，參考專利文獻4)。為了改善吸溼後的電池特性，連同正極活性物質一起使用了由lixmyo2(m是元素如al)表示的添加劑(例如，參考專利文獻5)。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：國際公開第2012/086273號小冊子
專利文獻2：日本特開2012-015110號公報
專利文獻3：日本特開2003-017056號公報
專利文獻4：日本特開2011-023121號公報
專利文獻5：日本特開2014-026819號公報
技術實現要素：
與上文描述的電子裝置和其它裝置的更高性能和更多的多功能相關聯，更頻繁地使用電子裝置和其它裝置，並且其使用環境擴大。為此，仍有改善二次電池的電池特性的餘地。
因此，希望提供二次電池用活性物質、二次電池用電極、二次電池、電池組、電動車輛、蓄電系統、電動工具、和電子裝置，其各自使得可以實現卓越的電池特性。
根據本技術的一種實施方式的二次電池用活性物質包括：正極，其包括(a)主相和副相(亞相，sub-phase)，(b)主相含有由以下化學式(1)表示的第一鋰化合物，以及(c)副相含有第二鋰化合物，其含有鋰(li)、鋁(al)、和氧(o)作為構成元素；負極；以及電解液。
lianibmcaldoe...(1)
(m是以下的一種或多種：鈷(co)、鐵(fe)、錳(mn)、銅(cu)、鋅(zn)、鉻(cr)、釩(v)、鈦(ti)、鎂(mg)、和鋯(zr)。a至e滿足0.8<a<1.2、0.45≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.2、00、以及(b+c+d)≤1。)
根據本技術的一種實施方式的二次電池用電極包括活性物質，以及活性物質具有與根據本技術的前述實施方式的二次電池用活性物質的構成類似的構成。
根據本技術的一種實施方式的二次電池包括：正極；負極；和電解液，以及正極具有與根據本技術的前述實施方式的二次電池用電極的構成類似的構成。
根據本技術的各實施方式的電池組、電動車輛、蓄電系統、電動工具、和電子裝置各自包括二次電池，以及二次電池具有類似於根據本技術的前述實施方式的二次電池的構成的構成。
根據本技術的實施方式的二次電池用活性物質在這裡是一種材料(非混合材料)，其包括主相和副相(如上所述)。換句話說，根據本技術的實施方式的二次電池用活性物質不是具有對應於主相的組成的組成的一種或多種材料和具有對應於副相的組成的組成的一種或多種材料的混合物。
為了確認，活性物質是一種包括主相和副相的材料，例如，可以藉助於使用，例如，x射線吸收精細結構(xafs)法來分析活性物質，以檢查是否存在主相以及是否存在副相。此外，為了檢查主相的組成和副相的組成，例如，可以藉助於使用，例如，x射線衍射(xrd)方法來分析活性物質。
按照本技術的各個實施方式的二次電池用活性物質、二次電池用電極、和二次電池，活性物質滿足上述條件(a)至(c)，其使得可以實現卓越的電池特性。此外，在本技術的各個實施方式的各個電池組、電動車輛、蓄電系統、電動工具、和電子裝置中，類似的效果是可以實現的。
注意，這裡描述的效果是非限制性的。通過本技術所實現的效果可以是本技術中描述的一種或多種效果。
附圖說明
[圖1]是根據本技術的一種實施方式的二次電池(圓柱型)的構造的截面圖。
[圖2]圖1所示的螺旋卷繞電極體的部分的截面圖。
[圖3]是根據本技術的實施方式的另一二次電池(層合膜型)的構造的透視圖。
[圖4]是沿著圖3所示的螺旋卷繞電極體的線iv-iv所獲得的截面圖。
[圖5]是二次電池的應用實例(電池組：單電池)的構造的透視圖。
[圖6]是示出圖5所示的電池組的構造的框圖。
[圖7]是示出二次電池的應用實例(電池組：組裝電池)的構造的框圖。
[圖8]是示出二次電池的應用實例(電動車輛)的構造的框圖。
[圖9]是示出二次電池的應用實例(蓄電系統)的構造的框圖。
[圖10]是示出二次電池的應用實例(電動工具)的構造的框圖。
[圖11]是示出利用x射線衍射法所獲得的正極活性物質的分析結果的示意圖。
具體實施方式
在下文中，參照附圖，詳細描述了本技術的一些實施方式。值得注意的是，按以下順序給出說明。
1.二次電池用活性物質
2.二次電池用電極和二次電池
2-1.鋰離子二次電池(圓柱型)
2-2.鋰離子二次電池(層合膜型)
2-3.鋰金屬二次電池
3.二次電池的應用
3-1.電池組(單電池)
3-2.電池組(組裝電池)
3-3.電動車輛
3-4.蓄電系統
3-5.電動工具
首先，說明根據本技術的一種實施方式的二次電池用活性物質(在下文中，簡稱為「活性物質」)。
在這裡描述的活性物質可以用於，例如，二次電池如鋰離子二次電池。然而，使用活性物質的二次電池的種類不限於鋰離子二次電池。此外，活性物質可以用作正極活性物質或負極活性物質。
[活性物質的整體構成]
活性物質包括主相和副相。換句話說，活性物質是一種材料(非混合材料)，其包括主相和副相(如上所述)，並且不是混合物。混合物是指具有對應於主相的組成的組成的一種或多種材料和具有對應於副相的組成的組成的一種或多種材料的混合物。
對於確認，「混合物」是指兩種或更多種材料的混合物；因而，藉助於使用一些方法，可以將混合物分離成兩種或更多種材料。相比之下，「非混合材料」本質上是一種材料；因此，即使藉助於使用一些方法，也不可能將非混合材料分離成兩種或更多種材料。
[主相]
主相含有由以下式(1)表示的一種或多種化合物(第一鋰化合物)。
lianibmcaldoe...(1)
(m是以下的一種或多種：鈷(co)、鐵(fe)、錳(mn)、銅(cu)、鋅(zn)、鉻(cr)、釩(v)、鈦(ti)、鎂(mg)、和鋯(zr)。a至e滿足0.8<a<1.2、0.45≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.2、00、以及(b+c+d)≤1。)
第一鋰化合物是鋰複合氧化物，其含有，作為構成元素，鎳(ni)、鋁(al)、和除了鎳和鋁之外的金屬元素(另外的金屬元素：m)。並具有分層巖鹽晶體結構。
如可以依據值的範圍看出，a可能採取(a>0.8)以及b可能採取(b≥0.45)，第一鋰化合物含有鋰(li)和鎳作為構成元素。相比之下，如可以依據值的範圍看出，c可能採取(c≥0)，第一鋰化合物可以或可以不含有另外的金屬元素。類似地，如可以依據值的範圍看出，d可能採取(d≥0)，第一鋰化合物可以或可以不含有鋁作為構成元素。然而，如可以依據值的範圍看出，(c+d)可能採取((c+d)>0)，第一鋰化合物含有一種或兩種另外的金屬元素並且鋁作為構成元素。
如可以依據值的範圍看出，e可能採取(e≤1.98)，e的值，其確定氧(o)的原子比，是小於2。換句話說，在第一鋰化合物的晶體結構中，所謂的晶體缺陷(氧原子缺陷)是由連同主相一起包括副相所引起的。在使用包括主相和副相的活性物質的二次電池中，改善了在重複充電和放電以後的熱穩定性。
尤其是，前述e可以優選滿足1.61≤e≤1.98，以及更優選滿足1.75≤e≤1.98，其允許進一步改善在充電和放電以後的二次電池的熱穩定性。
沒有特別限定另外的金屬元素(m)的種類，只要另外的元素是以下的一種或多種：上面提到的元素如鈷。尤其是，另外的金屬元素可以優選是元素如鈷、錳、鈦、和鎂，其允許進一步改善二次電池在充電和放電以後的熱穩定性。
沒有特別限定第一鋰化合物的種類，只要第一鋰化合物是具有由式(1)表示的組成的化合物。第一鋰化合物的具體實例可以包括lini0.8co0.15al0.05o1.98、lini0.45co0.2mn0.3al0.05o1.98、lini0.8co0.15mg0.05o1.98、和lini0.8co0.15ti0.05o1.98。
值得注意的是，使用一種或多種現有的分析方法使得有可能指定活性物質是否是一種包括主相和副相的材料。更具體地，例如，可以藉助於使用方法如xafs方法來分析活性物質，以檢查是否存在主相以及是否存在副相(如上所述)。
此外，使用一種或多種現有的分析方法使得有可能指定主相的組成。更具體地，例如，可以藉助於使用方法如xrd法來分析活性物質(如上所述)。
[副相]
副相含有一種或多種化合物(第二鋰化合物)，其含有鋰、鋁、和氧(o)作為構成元素。副相的部分或全部和主相形成固溶體。
第二鋰化合物是含鋰鋁氧化物，並且沒有特別限定鋰、鋁、和氧的各自的原子比。第二鋰化合物可以或可以不含有一種或多種其他元素(不包括鋰、鋁、和氧)作為構成元素。
沒有特別限定第二鋰化合物的種類，只要第二鋰化合物是含有鋰、鋁、和氧的化合物。第二鋰化合物的具體實例可以包括lialo2和li5alo4。
值得注意的是，例如，可以藉助於使用方法如xafs方法來分析活性物質以檢查是否存在副相(如上所述)，從而確定活性物質是否包括副相。
另外，使用一種或多種現有的分析方法使得有可能指定副相的組成。更具體地，例如，可藉助於使用方法如xrd法來分析活性物質(如上所述)。
[物理特性]
包括主相和副相的前述活性物質可以優選具有以下物理特性。
首先，藉助於使用xrd法來分析包括主相和副相的活性物質。因此，檢測到由主相(空間群r-3m)的(003)平面造成的一個或多個峰(第一峰)以及由副相造成的一個或多個峰(第二峰)。
在這種情況下，最大強度i2相對於最大強度i1的比率ip可以優選滿足0.001≤ip≤1，其中最大強度i1是一個或多個第一峰的強度的最大值(最大強度)以及最大強度i2是一個或多個第二峰的強度的最大值(最大強度)。這使得主相和副相的存在比率適當的，從而進一步改善二次電池在充電和放電發後的熱穩定性。值得注意的是，比率ip是由ip＝[i2/i1]×100表示。
其次，鎳、另外的金屬元素(m)、和鋁的平均價數v可以優選滿足2.5≤v≤2.9，其使得包括主相和副相的活性物質晶態適當的，從而進一步改善二次電池在充電和放電以後的熱穩定性。
為了確定平均價數v，以將在下面描述的程序，可以通過xrd法來分析活性物質，其後，可以基於分析結果(xrd圖譜)來進行rietvelt分析。值得注意的是，例如，下面描述了其中本技術的活性物質用作正極活性物質的情況。
首先，可以製備使用本技術的活性物質作為正極活性物質的二次電池。二次電池可以是例如在製造以後尚未經受充電和放電的二次電池，或在製造以後已經受充電和放電的僅一到十個循環的二次電池。後者的二次電池的實例可以包括已商業化的未使用的二次電池。二次電池的使用歷史(進行或未進行充電和放電)幾乎不對測量和分析產生影響，其將在下文加以描述。
隨後，可以充電和放電二次電池。當充電二次電池時，可以在0.1c的電流下進行充電直到電壓達到4.2v，以及其後，可以在4.2v的電壓下充電二次電池，直到電流達到100ma。當放電二次電池時，可以在0.1c的電流下進行放電，直到電壓達到2.5v。注意，「0.1c」是指電流值，在其下，在10小時內，電池容量(理論容量)被完全放電。
接著，可以從處於放電狀態的二次電池取出正極，其後，可以從正極收集正極活性物質。隨後，可以藉助於使用粉末x射線衍射法來分析正極活性物質，其後，可以藉助於使用分析軟體來進行rietvelt分析。cukα射線可以用作x射線源。分析軟體可以是例如rietan2000。
rietvelt分析是一種分析方法，其中主要基於衍射強度，其獲自通過xrd法的分析結果(xrd圖譜)來精化與晶體結構有關的參數。在此分析方法中，精化與晶體結構有關的各種參數，以使基於假設晶體結構模型並通過計算得出的xrd圖譜和實際測得的xrd圖譜彼此一致，從而獲得xrd圖譜的分析結果。
最後，可以依據計算公式sij＝(lij/l0)-n並基於通過分析的結果所獲得的晶體結構圖來計算平均價數v。通過將局部電荷中性的規則應用於在晶體中的陽離子和陰離子的鍵來得到平均價數。brown和shannon已經將陽離子和陰離子的平均價數表示為實際測得的原子間距離的函數。值得注意的是，i是陽離子，j是陰離子，以及l0和n是通過最小二乘法加以精化的參數，以使平均價數v變成這樣的值，其接近在由一對陽離子和陰離子構成的大量的化合物中陽離子的形式電荷。
[活性物質的製造方法]
例如，可以通過以下過程來製造活性物質。
首先，可以混合鎳化合物和另外的金屬化合物，其後，可以將去離子水加入所得混合物以製備鎳水溶液。
鎳化合物可以包括例如一種或多種鎳化合物如硫酸鎳(niso4)和硝酸鎳(nino3)。另外的金屬化合物的種類可能會有所不同，其取決於另外的金屬元素的種類。在其中另外的金屬元素是鈷的情況下，另外的金屬化合物可以包括例如一種或多種金屬化合物如硫酸鈷(coso4)和硝酸鈷(cono3)。在其中另外的金屬元素是錳的情況下，另外的金屬化合物可以包括例如一種或多種金屬化合物如硫酸錳(mnso4)和硝酸錳(mnno3)。在其中另外的金屬元素是鎂的情況下，另外的金屬化合物可以包括例如一種或多種金屬化合物如硫酸鎂(mgso4)和硝酸鎂(mgno3)。在其中另外的金屬元素是鈦的情況下，另外的金屬化合物可以包括例如一種或多種金屬化合物如硫酸鈦(tiso4)和硝酸鈦(tino3)。
隨後，可以在鹼性條件下並在惰性氣體的氣氛中將氨水一點一點地加入鎳水溶液。惰性氣體可以包括例如一種或多種氣體如氬氣(ar)和氮氣(n2)。因此，鎳水溶液和氨水可相互反應，從而獲得沉積物(氫氧化鎳)。
接著，可以將去離子水加入氫氧化鎳以製備氫氧化鎳水溶液。隨後，可以在鹼性條件下將鋁化合物加入氫氧化鎳水溶液。鋁化合物可以包括例如一種或多種鋁化合物如鋁酸鈉(naalo2)和磷酸鋁(alpo4)。在這種情況下，可以將整個量的鋁化合物一起加入氫氧化鎳水溶液，其後，可以攪拌氫氧化鎳水溶液。因而，氫氧化鎳水溶液和鋁化合物可相互反應，從而獲得沉積的混合物(氫氧化鎳和氫氧化鋁的混合物)。
接著，可以將鋰化合物加入沉積的混合物以獲得鋰混合物。鋰化合物可以包括例如一種或多種鋰化合物如氫氧化鋰(lioh)和碳酸鋰(li2co3)。隨後，可以將鋰混合物放入混合器，其後，可以制粒鋰混合物，同時藉助於使用混合器並在惰性氣體的氣氛中加以充分混合以獲得活性物質前體。
最後，可以在氧(o2)氣氛中燒結活性物質前體，從而獲得活性物質。沒有特別限定著火溫度。
在這種情況下，主要在製備活性物質的前述過程中，通過將整個量的鋁化合物一起加入氫氧化鎳水溶液，有意造成在晶體結構中的晶體缺陷(氧原子缺陷)。因而，獲得包括主相和副相的前述活性物質。換句話說，主相含有第一鋰化合物，以及副相含有第二鋰化合物。
[活性物質的作用和效果]
活性物質包括主相，其含有第一鋰化合物，以及副相，其含有第二鋰化合物，其使得可以改善使用活性物質的二次電池在重複充電和放電以後的熱穩定性(如上所述)。因此，可以改善使用活性物質的二次電池的電池特性。
尤其是，在第一鋰化合物中，確定氧的原子比的e滿足1.75≤e≤1.98，其使得可以實現更高效果。
此外，第二鋰化合物含有lialo2和li5alo4的一種或兩種，其使得可以實現更高效果。
另外，比率ip滿足0.001≤ip≤1，或平均價數v滿足2.5≤v≤2.9，其使得可以實現更高效果。
接著，說明二次電池用電極和二次電池，其各自使用本技術的前述活性物質。
圖1示出二次電池的截面構造。圖2示出圖1所示的螺旋卷繞電極體20的部分的截面構造。
在這裡描述的二次電池可以是例如鋰離子二次電池，其中通過作為電極反應物的鋰的嵌入和取出來獲得負極22的容量。
[二次電池的整體構造]
二次電池具有所謂的圓柱型電池構造。二次電池可以含有例如一對絕緣板12和13以及螺旋卷繞電極體20，作為在具有大致中空的圓柱形形狀的電池殼(batterycan)11內的電池元件，如圖1所示。在螺旋卷繞電極體20中，例如，可以藉助於其間的隔膜23來堆疊正極21和負極22，以及可以螺旋卷繞正極21、負極22、和隔膜23。可以用例如電解液，其是液體電解質，來浸漬螺旋卷繞電極體20。
電池殼11可以具有例如中空結構，其中電池殼11的一端是閉合的以及電池殼11的另一端是開放的。電池殼11可以製成自以下的一種或多種：例如，鐵(fe)、鋁(al)、以及它們的合金。值得注意的是，電池殼11的表面可以鍍有例如鎳。可以如此處置絕緣板對12和13，以致將螺旋卷繞電極體20夾在其間並垂直延伸到螺旋卷繞電極體20的螺旋纏繞的周邊表面。
在電池殼11的開端處，可以藉助於墊圈17來嵌塞(swage)電池蓋14、安全閥機構15、正溫度係數器件(ptc器件)16，藉此密封電池殼11。電池蓋14可以製成自例如類似於電池殼11的材料的材料。安全閥機構15和ptc器件16可以各自被提供在電池蓋14的內側，以及可以通過ptc器件16將安全閥機構15電耦合到電池蓋14。在安全閥機構15中，當由於例如內部短路或來自外面的加熱的結果，電池殼11的內壓達到一定水平或更高時，盤板15a會反轉。這會切斷在電池蓋14和螺旋卷繞電極體20之間的電連接。為了防止由較大電流造成的異常發熱，ptc器件16的電阻隨溫度升高而增加。墊圈17可以製成自例如絕緣材料。墊圈17的表面可以塗布有例如瀝青。
例如，可以在螺旋卷繞電極體20的中心嵌入中心銷24。然而，可以不將中心銷24嵌入在螺旋卷繞電極體20的中心。可以將正極引線25連接到正極21，以及可以將負極引線26連接到負極22。正極引線25可以製成自例如導電材料如鋁。例如，可以將正極引線25連接到安全閥機構15，以及可以電耦合到電池蓋14。負極引線26可以製成自例如導電材料如鎳。例如，可以將負極引線26連接到電池殼11，並且可以電耦合到電池殼11。
[正極]
正極21，其是本技術的二次電池用電極，可以包括例如正極集電體21a和提供在正極集電體21a的兩個表面上的正極活性物質層21b，如圖2所示。可替換地，可以將正極活性物質層21b提供在正極集電體21a的單表面上。
正極集電體21a可以製成自例如一種或多種導電材料。沒有特別限定導電材料的種類，但可以是例如金屬材料如鋁(al)、鎳(ni)、和不鏽鋼。正極集電體21a可以由單層構成或可以由多層構成。
正極活性物質層21b可以含有，作為正極活性物質，上文提到的本技術的一種或多種活性物質。值得注意的是，除正極活性物質之外，正極活性物質層21b還可以進一步含有一種或多種其他材料如正極粘合劑和正極導體。
值得注意的是，除本技術的活性物質之外，正極活性物質還可以含有任何其他活性物質。其他活性物質可以包括能夠嵌入和取出鋰的一種或多種正極材料。
正極材料可以優選是含鋰化合物(不包括對應於本技術的活性物質的化合物)。更具體地，正極材料可以優選是含鋰複合氧化物和含磷酸鋰化合物的一種或兩種，其使得可以實現高能量密度。
含鋰複合氧化物是一種氧化物，其含有鋰和排除鋰的一種或多種元素(在下文中，被稱為「其他元素」)，作為構成元素，並且可以具有例如一種或多種晶體結構如分層巖鹽晶體結構和尖晶石晶體結構。含磷酸鋰化合物是磷酸鹽化合物，其含有鋰和一種或多種其他元素作為構成元素，並且可以具有例如一種或多種晶體結構如橄欖石晶體結構。
沒有特別限定其他元素的種類，只要其他元素是一種或多種任何元素。尤其是，其他元素可以優選是一種或多種元素，其屬於在長周期型元素周期表的第2族至第15族。更具體地，其他元素可以更優選地包括以下的一種或多種：鎳(ni)、鈷(co)、錳(mn)、和鐵(fe)，其使得可以獲得高電壓。
具有分層巖鹽晶體結構的含鋰複合氧化物的實例可以包括由以下式(11)至(13)表示的化合物。
liamn(1-b-c)nibm1co(2-d)fe…(11)
(m1是以下的一種或多種：鈷(co)、鎂(mg)、鋁(al)、硼(b)、鈦(ti)、釩(v)、鉻(cr)、鐵(fe)、銅(cu)、鋅(zn)、鋯(zr)、鉬(mo)、錫(sn)、鈣(ca)、鍶(sr)、和鎢(w)。a至e滿足0.8≤a≤1.2、0<b<0.5、0≤c≤0.5、(b+c)<1、-0.1≤d≤0.2、以及0≤e≤0.1。值得注意的是，鋰的組成會變化，其取決於充電和放電狀態，以及a是處於完全放電狀態的值。)
liani(1-b)m2bo(2-c)fd...(12)
(m2是以下的一種或多種：鈷(co)、錳(mn)、鎂(mg)、鋁(al)、硼(b)、鈦(ti)、釩(v)、鉻(cr)、鐵(fe)、銅(cu)、鋅(zn)、鉬(mo)、錫(sn)、鈣(ca)、鍶(sr)、和鎢(w)。a至d滿足0.8≤a≤1.2、0.005≤b≤0.5、-0.1≤c≤0.2、以及0≤d≤0.1。值得注意的是，鋰的組成會變化，其取決於充電和放電狀態，以及a是處於完全放電狀態的值。)
liaco(1-b)m3bo(2-c)fd...(13)
(m3是以下的一種或多種：鎳(ni)、錳(mn)、鎂(mg)、鋁(al)、硼(b)、鈦(ti)、釩(v)、鉻(cr)、鐵(fe)、銅(cu)、鋅(zn)、鉬(mo)、錫(sn)、鈣(ca)、鍶(sr)、和鎢(w)。a至d滿足0.8≤a≤1.2、0≤b<0.5、-0.1≤c≤0.2、以及0≤d≤0.1。值得注意的是，鋰的組成會變化，其取決於充電和放電狀態，以及a是處於完全放電狀態的值。)
具有分層巖鹽晶體結構的含鋰複合氧化物的具體實例可以包括linio2、licoo2、lico0.98al0.01mg0.01o2、lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.8co0.15al0.05o2、lini0.33co0.33mn0.33o2、li1.2mn0.52co0.175ni0.1o2和li1.15(mn0.65ni0.22co0.13)o2。
值得注意的是，在其中具有分層巖鹽晶體結構的含鋰複合氧化物包括鎳、鈷、錳、和鋁作為構成元素的情況下，鎳的原子比可以優選是50原子％或更大，其使得可以實現高能量密度。
具有尖晶石晶體結構的含鋰複合氧化物的實例可以包括由以下式(14)表示的化合物。
liamn(2-b)m4bocfd...(14)
(m4是以下的一種或多種：鈷(co)、鎳(ni)、鎂(mg)、鋁(al)、硼(b)、鈦(ti)、釩(v)、鉻(cr)、鐵(fe)、銅(cu)、鋅(zn)、鉬(mo)、錫(sn)、鈣(ca)、鍶(sr)、和鎢(w)。a至d滿足0.9≤a≤1.1、0≤b≤0.6、3.7≤c≤4.1、以及0≤d≤0.1。值得注意的是，鋰的組成會變化，其取決於充電和放電狀態，以及a是處於完全放電狀態的值。)
具有尖晶石晶體結構的含鋰複合氧化物的具體實例可以包括limn2o4。
具有橄欖石晶體結構的含磷酸鋰化合物的實例可以包括由以下式(15)表示的化合物。
liam5po4...(15)
(m5是以下的一種或多種：鈷(co)、錳(mn)、鐵(fe)、鎳(ni)、鎂(mg)、鋁(al)、硼(b)、鈦(ti)、釩(v)、鈮(nb)、銅(cu)、鋅(zn)、鉬(mo)、鈣(ca)、鍶(sr)、鎢(w)、和鋯(zr)。a滿足0.9≤a≤1.1。值得注意的是，鋰的組成會變化，其取決於充電和放電狀態，以及a是處於完全放電狀態的值。)
具有橄欖石晶體結構的含磷酸鋰化合物的具體實例可以包括lifepo4、limnpo4、life0.5mn0.5po4、和life0.3mn0.7po4。
值得注意的是，含鋰複合氧化物可以是例如由以下式(16)表示的化合物。
(li2mno3)x(limno2)1-x...(16)
(x滿足0≤x≤1，值得注意的是，鋰的組成會變化，其取決於充電和放電狀態，以及x是處於完全放電狀態的值。)
此外，正極材料可以是例如以下的一種或多種：氧化物、二硫化物、硫屬元素化物、和導電聚合物。氧化物的實例可以包括氧化鈦、氧化釩、和二氧化錳。二硫化物的實例可以包括二硫化鈦和硫化鉬。硫屬元素化物的實例可以包括硒化鈮。導電聚合物的實例可以包括硫、聚苯胺、和聚噻吩。值得注意的是，正極材料可以是不同於上文提到的材料的任何材料。
正極粘合劑可以含有以下的一種或多種：例如，合成橡膠和聚合物材料。合成橡膠的實例可以包括苯乙烯-丁二烯橡膠、氟橡膠、和乙烯丙烯二烯。聚合物材料的實例可以包括聚偏二氟乙烯和聚醯亞胺。
正極導體可以含有以下的一種或多種：例如，碳材料。碳材料的實例可以包括石墨、炭黑、乙炔黑、和科琴黑。可替換地，正極導體可以是任何其它材料如金屬材料和導電聚合物，只要正極導體是具有導電性的材料。
[負極]
負極22可以包括例如負極集電體22a和提供在負極集電體22a的兩個表面上的負極活性物質層22b，如2圖所示。可替換地，可以將負極活性物質層22b提供在負極集電體22a的單表面上。
負極集電體22a可以製成自例如一種或多種導電材料。沒有特別限定導電材料的種類，但可以是例如金屬材料如銅(cu)、鋁(al)、鎳(ni)、和不鏽鋼。負極集電體22a可以由單層構成或可以由多層構成。
負極集電體22a的表面可以優選是粗糙的。這使得可以改善負極活性物質層22b相對於負極集電體22a的粘附性(通過所謂的錨定效應)。在這種情況下，可能只需要至少在面向負極活性物質層22b的區中粗糙負極集電體22a的表面。粗糙化方法的實例可以包括藉助於使用電解處理來形成細顆粒的方法。通過電解處理，在電解浴中的負極集電體22a的表面上形成細顆粒，其中通過電解法來使負極集電體22a的表面粗糙。通過電解法製造的銅箔通常被稱為電解銅箔。
負極活性物質層22b含有，作為負極活性物質，一種或多種能夠嵌入和取出鋰的負極材料。值得注意的是，除負極活性物質之外，負極活性物質層22b還可以進一步含有一種或多種其他材料如負極粘合劑和負極導體。
為了在充電中間防止鋰金屬無意沉積在負極22上，負極材料的充電容量可以優選大於正極21的放電容量。換句話說，能夠嵌入和取出鋰的負極材料的電化學當量可以優選大於正極21的電化學當量。
負極材料可以是例如一種或多種碳材料。在鋰的嵌入和取出期間，碳材料引起其晶體結構的極小變化，其穩定實現高能量密度。另外，碳材料還作為負極導體，其會提高負極活性物質層22b的電導率。
碳材料的實例可以包括可石墨化碳、非石墨化碳、和石墨。在非石墨化碳中(002)平面的間隔可以優選是0.37nm或更大，以及在石墨中(002)平面的間隔可以優選是0.34nm或更小。碳材料的更具體實例可以包括熱解碳、焦炭、玻璃碳纖維、有機聚合物化合物燒制體、活性炭、和炭黑。焦炭的實例可以包括瀝青焦炭、針狀焦炭、和石油焦炭。有機聚合物化合物燒制體是在適當的溫度下焙燒的(碳化的)聚合物化合物。聚合物化合物的實例可以包括酚醛樹脂和呋喃樹脂。不同於上文提到的材料，碳材料可以是低結晶碳，其在約1000℃或更低的溫度下經受熱處理，或可以是無定形碳。值得注意的是，碳材料的形狀可以是以下的一種或多種：纖維狀、球形、顆粒狀、和鱗片狀。
此外，負極材料可以是例如含有一種或多種金屬元素和準金屬元素作為構成元素的材料(金屬類材料)。這使得可以實現高能量密度。
金屬類材料可以是單質、合金、或化合物的任何一種，可以是它們的兩種或更多種，或可以具有它們的一個或多個相(至少部分地)。值得注意的是，除由兩種或更多種金屬元素構成的材料之外，合金還包括一種材料，其含有一種或多種金屬元素以及一種或多種準金屬元素。另外，合金可以含有一種或多種非金屬元素。金屬類材料的結構的實例可以包括固溶體、共晶晶體(共晶混合物)、金屬間化合物、以及其中它們的兩種或更多種共存的結構。
上文提到的金屬元素和準金屬元素可以是例如能夠與鋰形成合金的一種或多種金屬元素和準金屬元素。它們的具體實例可以包括鎂(mg)、硼(b)、鋁(al)、鎵(ga)、銦(in)、矽(si)、鍺(ge)、錫(sn)、鉛(pb)、鉍(bi)、鎘(cd)、銀(ag)、鋅、鉿(hf)、鋯、釔(y)、鈀(pd)、和鉑(pt)。
尤其是，矽、錫、或兩者可以是優選的。矽和錫具有優異的嵌入和取出鋰的能力，因此可以實現顯著高能量密度。
含有矽、錫、或兩者作為構成元素的材料可以是矽的單質、合金、和化合物的任何一種，可以是錫的單質、合金、和化合物的任何一種，可以是它們的兩種或更多種，或可以是具有它們的一個或多個相(至少部分地)的材料。在這裡描述的單質僅是指在一般意義上的單質(其中可以含有少量的雜質)，並且並不一定是指純度為100％的單質。
矽的合金可以含有例如一種或多種元素如錫、鎳、銅、鐵、鈷、錳、鋅、銦、銀、鈦、鍺、鉍、銻、和鉻作為不同於矽的構成元素。矽的化合物可以含有例如一種或多種元素如碳和氧作為不同於矽的構成元素。值得注意的是，矽的化合物可以含有例如相關於矽的合金所描述的一種或多種元素作為不同於矽的構成元素。
矽的合金和矽的化合物的具體實例可以包括sib4、sib6、mg2si、ni2si、tisi2、mosi2、cosi2、nisi2、casi2、crsi2、cu5si、fesi2、mnsi2、nbsi2、tasi2、vsi2、wsi2、znsi2、sic、si3n4、si2n2o、siov(0<v≤2)、和lisio。值得注意的是，在siov中的v可以是例如在0.2<v<1.4的範圍內。
錫的合金可以含有例如一種或多種元素如矽、鎳、銅、鐵、鈷、錳、鋅、銦、銀、鈦、鍺、鉍、銻、和鉻作為不同於錫的構成元素。錫的化合物可以含有例如一種或多種元素如碳和氧作為不同於錫的構成元素。值得注意的是，錫的化合物可以含有例如相關於錫的合金所描述的一種或多種元素作為不同於錫的構成元素。
錫的合金和錫的化合物的具體實例可以包括snow(0<w≤2)、snsio3、lisno、和mg2sn。
尤其是，含有錫(第一構成元素)作為構成元素的材料可以優選是例如這樣的材料(含sn材料)，其連同錫一起還含有第二構成元素和第三構成元素。第二構成元素可以包括例如一種或多種元素如鈷、鐵、鎂、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鎵、鋯、鈮、鉬、銀、銦、銫(ce)、鉿(hf)、鉭、鎢、鉍、和矽。第三構成元素可以包括例如一種或多種元素如硼、碳、鋁、和磷(p)。含有第二構成元素和第三構成元素的含sn材料使得可以實現例如高電池容量和優越的循環特性。
尤其是，含sn材料可以優選是含有錫、鈷、和碳作為構成元素的材料(含sncoc的材料)。在含sncoc的材料中，例如碳的含量可以是9.9質量％至29.7質量％(包括兩端)，以及錫和鈷的含量的比率(co/(sn+co))可以是20質量％至70質量％(包括兩端)。這使得可以實現高能量密度。
含sncoc的材料可以優選具有含有錫、鈷、和碳的相。這樣的相可以優選是低結晶或無定形。此相是能夠與鋰反應的反應相。因此，反應相的存在導致的優異特性的實現。在其中cukα射線用作特定的x射線，以及嵌入速率是1°/分鐘的情況下，通過此反應相的x射線衍射所獲得的衍射峰的半寬(衍射角2θ)可以優選是1°或更大。這使得可以更順利地嵌入和取出鋰，以及降低與電解液的反應性。值得注意的是，在一些情況下，除低結晶相或無定形相之外，含sncoc的材料可以包括這樣的相，其含有各構成元素或它們的部分的單質。
在與鋰的電化學反應前後，在x射線衍射圖之間的比較使得可以容易確定，通過x射線衍射獲得的衍射峰是否對應於能夠與鋰反應的反應相。例如，如果在與鋰的電化學反應以後衍射峰的位置不同於在與鋰的電化學反應以前的衍射峰的位置，則獲得的衍射峰對應於能夠與鋰反應的反應相。在這種情況下，例如，在20°至50°(包括兩端)的2θ的範圍內看到低結晶反應相或無定形反應相的衍射峰。這樣的反應相可以包括例如上文提到的各構成元素，以及可以認為，主要由於碳的存在，這樣的反應相已變成低結晶或無定形。
在含sncoc的材料中，作為它們的構成元素的部分或全部碳可以優選結合於一種或兩種金屬元素和準金屬元素，其是它們的其它構成元素。結合部分或全部碳會抑制例如錫的內聚或結晶。例如，通過x射線光電子能譜(xps)，可以確認元素的結合狀態。在市售的裝置中，例如，al-kα射線或mg-kα射線可以用作軟x射線。在其中部分或全部碳結合於一種或兩種金屬元素和準金屬元素的情況下，碳的1s軌道(c1s)的合成波的峰出現在低於284.5ev的區。值得注意的是，如此進行能量校準，以致在84.0ev處獲得金原子的4f軌道(au4f)的峰。在這種情況下，通常，在材料表面上存在表面汙染碳。因此，表面汙染碳的c1s的峰被認為是在284.8ev處，以及此峰被用作能量標準。在xps測量中，c1s的峰的波形獲得為一種形式，其包括表面汙染碳的峰和在含sncoc的材料中的碳的峰。因此可以彼此分離兩個峰，例如，通過藉助於使用市售軟體的分析。在波形的分析中，在最低結合能側存在的主峰的位置被視為能量標準(284.8ev)。
含sncoc的材料不限於僅含有錫、鈷、和碳作為構成元素的材料(sncoc)。除錫、鈷、和碳之外，含sncoc的材料還可以進一步含有以下的一種或多種：例如，矽、鐵、鎳、鉻、銦、鈮、鍺、鈦、鉬、鋁、磷、鎵、和鉍作為構成元素。
不同於含sncoc的材料，含有錫、鈷、鐵、和碳作為構成元素的材料(含sncofec的材料)也可以是優選的。可以採用含sncofec的材料的任何組成。舉個例子，在其中鐵的含量設定得較小的情況下，碳的含量可以是9.9質量％至29.7質量％(包括兩端)、含量鐵可以是0.3質量％至5.9質量％(包括兩端)，以及錫和鈷的含量的比率(co/(sn+co))可以是30質量％至70質量％(包括兩端)。可替換地，在其中鐵的含量設置得較大的情況下，碳的含量可以是11.9質量％至29.7質量％(包括兩端)，錫、鈷、和鐵的含量的比率((co+fe)/(sn+co+fe))可以是26.4質量％至48.5質量％(包括兩端)，以及鈷和鐵的含量的比率(co/(co+fe))可以是9.9質量％至79.5質量％(包括兩端)。這樣的組成範圍允許高能量密度的實現。值得注意的是，含sncofec的材料的物理特性(如半寬)類似於前述含sncoc的材料的物理特性。
不同於上文提到的材料，負極材料可以是以下的一種或多種：例如，金屬氧化物和聚合物化合物。金屬氧化物的實例可以包括氧化鐵、氧化釕、和氧化鉬。聚合物化合物的實例可以包括聚乙炔、聚苯胺、和聚吡咯。
尤其是，出於以下原因，負極材料可以優選含有碳材料和金屬類材料。
金屬類材料，尤其是，含有矽和錫的一種或兩種作為構成元素的材料具有以下擔心：這樣的材料在充電和放電期間容易和根本地膨脹或收縮，而這樣的材料具有高理論容量的優點。相比之下，碳材料具有以下優點：在充電和放電期間，碳材料是不易於膨脹或收縮，而碳材料具有低理論容量的問題。因此，使用碳材料和金屬類材料使得可以在充電和放電期間抑制膨脹和收縮，同時實現高理論容量(換句話說，高電池容量)。
可以通過例如塗布方法、氣相法、液相法、噴塗方法、和燒制方法(燒結法)的一種或多種來形成負極活性物質層22b。塗布方法可以是例如一種方法，其中在顆粒(粉末)負極活性物質與例如負極粘合劑混合以後，將混合物分散在溶劑如有機溶劑中，然後將生成物施加於負極集電體22a。氣相法的實例可以包括物理沉積法和化學沉積法。更具體地，它們的實例可以包括真空蒸發法、濺射法、離子鍍法、雷射燒蝕法、熱化學氣相沉積法、化學氣相沉積(cvd)法、和等離子體化學氣相沉積法。液相法的實例可以包括電解電鍍法和化學鍍方法。噴塗方法是一種方法，其中將處於熔融狀態或半熔融狀態的負極活性物質噴塗到負極集電體22a。燒制方法可以是例如一種方法，其中在通過塗布方法將分散在例如溶劑中的混合物施加於負極集電體22a以後，在高於例如負極粘合劑的熔點的溫度下，使生成物經受熱處理。例如，一種或多種燒制方法如大氣燒制方法、反應性燒制方法、和熱壓燒制方法，可以用作燒制方法。
在二次電池中，如上所述，為了在充電中間防止鋰金屬無意沉積在負極22上，能夠嵌入和取出鋰的負極材料的電化學當量可以優選大於正極的電化學當量。此外，在其中處於完全充電狀態的開路電壓(即，電池電壓)是4.25v或更高的情況下，鋰的取出量/單位質量是大於在其中開路電壓是4.20v的情況下的鋰的取出量/單位質量，即使使用了相同的正極活性物質。因此，根據其來調節正極活性物質和負極活性物質的量。因此，實現高能量密度。
[隔膜]
例如，可以將隔膜23提供在正極21和負極22之間，如圖2所示。隔膜23分開正極21和負極22，並使鋰離子通過，同時防止電流短路，其來自在正極21和負極22之間的接觸。
隔膜23可以是例如一種或多種多孔膜如合成樹脂和陶瓷的多孔膜。隔膜23可以是層合膜，其中層合兩個或更多個多孔膜。合成樹脂的實例可以包括聚四氟乙烯、聚丙烯、和聚乙烯。
尤其是，隔膜23可以包括例如前述多孔膜(基層)和提供在基層的單面或兩面上的聚合物化合物層。這使得可以改善隔膜23相對於每個正極21和負極22的粘附性，從而抑制螺旋卷繞電極體20的變形。這使得可以抑制電解液的分解反應以及抑制用其浸漬基層的電解液的液體洩漏。因此，即使重複充電和放電，電阻也不易於增加，並抑制電池溶脹。
聚合物化合物層可以含有例如聚合物材料如聚偏二氟乙烯，其具有高物理強度並且是電化學穩定的。聚合物材料可以是不同於聚偏二氟乙烯的任何材料。為了形成聚合物化合物層，例如可以用通過將聚合物材料溶解於例如有機溶劑中所製備的溶液來塗布基層，以及其後，可以乾燥基層。可替換地，可以將基層沉浸在溶液中，並且其後，可以乾燥基層。
[電解液]
電解液可以含有例如一種或多種溶劑和一種或多種電解質鹽。值得注意的是，電解液可以進一步含有一種或多種其他材料如添加劑。
溶劑可以包括一種或多種溶劑如非水溶劑(有機溶劑)。含有非水溶劑的電解液是所謂的非水電解液。
溶劑的實例可以包括環狀碳酸酯、鏈碳酸酯、內酯、鏈羧酸酯、和腈(單腈)，其使得可以實現例如高電池容量、優越的循環特性、和優越的存儲特性。
環狀碳酸酯的具體實例可以包括碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、和碳酸亞丁酯。鏈碳酸酯的具體實例可以包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、和碳酸甲丙酯。內酯的具體實例可以包括γ-丁內酯和γ-戊內酯。鏈羧酸酯的具體實例可以包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、異丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯、和三甲基乙酸乙酯。腈的具體實例可以包括乙腈、甲氧基乙腈、和3-甲氧基丙腈。
不同於上文提到的材料，溶劑的實例可以包括1,2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、四氫吡喃、1,3-二氧戊環、4-甲基-1,3-二氧戊環、1,3-二氧雜環己烷、1,4-二氧雜環己烷、n,n-二甲基甲醯胺、n-甲基吡咯烷酮、n-甲基噁唑烷酮、n,n』-二甲基咪唑烷酮、硝基甲烷、硝基乙烷、環丁碸、磷酸三甲酯、和二甲亞碸。這些溶劑使得可以實現類似的優點。
尤其是，碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、和碳酸甲乙酯的一種或多種可以是優選的。這些材料使得可以實現例如高電池容量、優越的循環特性、和優越的存儲特性。在這種情況下，高粘度(高介電常數)溶劑(具有例如比介電常數ε≥30)如碳酸亞乙酯和碳酸亞丙酯與低粘度溶劑(具有例如粘度≤1mpa·s)如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、和碳酸二乙酯的組合可以是更優選的。上述組合允許改善電解質鹽的解離性能和離子遷移率。
尤其是，溶劑可以包括不飽和環狀碳酸酯、滷代碳酸酯、磺酸酯、酸酐、二氰基化合物(二腈)、和二異氰酸酯化合物，其使得可以進一步改善電解液的化學穩定性。
不飽和環狀碳酸酯是具有一個或多個不飽和鍵(碳-碳雙鍵)的環狀碳酸酯。不飽和環狀碳酸酯的具體實例可以包括碳酸亞乙烯酯(1,3-間二氧雜環戊烯-2-酮)、碳酸乙烯亞乙酯(4-乙烯基-1,3-二氧戊環-2-酮)、亞甲基碳酸亞乙酯(4-亞甲基-1,3-二氧戊環-2-酮)。除此之外，不飽和環狀碳酸酯的具體實例可以包括具有苯環的兒茶酚碳酸酯。沒有特別限定不飽和環狀碳酸酯在溶劑中的含量，但可以是例如0.01重量％至10重量％(包括兩端)。
滷代碳酸酯是含有一個或多個滷素作為構成元素的環狀或鏈碳酸酯。滷代碳酸酯的具體實例可以包括4-氟-1,3-二氧戊環-2-酮、4,5-二氟-1,3-二氧戊環-2-酮、氟甲基碳酸甲酯、碳酸二(氟甲基)酯、和二氟甲基碳酸甲酯。沒有特別限定滷代碳酸酯在溶劑中的含量，但可以是例如0.01重量％至50重量％(包括兩端)。
磺酸酯的具體實例可以包括磺內酯如1,3-丙烷磺內酯和1,3-丙烯磺內酯。沒有特別限定磺酸酯在溶劑中的含量，但可以是例如0.5重量％至5重量％(包括兩端)。
酸酐的實例可以包括羧酸酐、二磺酸酐、和羧酸-磺酸酐。羧酸酐的具體實例可以包括琥珀酸酐、戊二酸酐、和馬來酸酐。二磺酸酐的具體實例可以包括乙二磺酸酐和丙二磺酸酐。羧酸-磺酸酐的具體實例可以包括磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐、和磺基丁酸酐。沒有特別限定酸酐在溶劑中的含量，但可以例如0.5重量％至5重量％(包括兩端)。
二氰基化合物的具體實例可以包括琥珀腈(nc-c2h4-cn)、戊二腈(nc-c3h6-cn)、己二腈(nc-c4h8-cn)、和鄰苯二甲腈(nc-c6h5-cn)。沒有特別限定二氰基化合物在溶劑中的含量，但可以是例如0.5重量％至5重量％(包括兩端)。
二異氰酸酯化合物的具體實例可以包括ocn-c6h12-nco。沒有特別限定二異氰酸酯化合物在溶劑中的含量，但可以是例如0.5重量％至5重量％(包括兩端)。
電解質鹽的實例可以包括一種或多種鋰鹽。然而，電解質鹽可以含有不同於鋰鹽的鹽。不同於鋰的鹽的實例可以包括不同於鋰的輕金屬的鹽。
鋰鹽的實例可以包括六氟磷酸鋰(lipf6)、四氟硼酸鋰(libf4)、高氯酸鋰(liclo4)、六氟砷酸鋰(liasf6)、四苯基硼酸鋰(lib(c6h5)4)、甲磺酸鋰(lich3so3)、三氟甲磺酸鋰(licf3so3)、四氯鋁酸鋰(lialcl4)、六氟矽酸二鋰(li2sif6)、氯化鋰(licl)、溴化鋰(libr)、和雙(氟磺醯基)亞胺鋰(lin(so2f)2)。
尤其是，六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、和六氟砷酸鋰的一種或多種可以是優選的，以及六氟磷酸鋰可以是更優選的。這些鋰鹽使得可以減小內阻。
沒有特別限定電解質鹽的含量。然而，尤其是，相對於溶劑，電解質鹽的含量可以優選是0.3mol/kg至3.0mol/kg(包括兩端)，其使得可以實現高離子電導率。
添加劑可以包括例如一種或多種含磷-氟的鹽如二氟磷酸鋰(lipf2o2)和氟磷酸鋰(li2pfo3)。沒有特別限定含磷-氟的鹽在電解液中的含量。
[二次電池的運行]
例如，二次電池可以如下操作。
當充電二次電池時，從正極21取出鋰離子，以及通過電解液，將取出的鋰離子嵌入負極22。相比之下，當放電二次電池時，從負極22取出鋰離子，以及，通過電解液，將取出的鋰離子嵌入正極21。
[二次電池的製造方法]
例如，可以通過以下過程來製造二次電池。
製作正極21時，首先，可以混合含有本技術的前述活性物質的正極活性物質、以及，在必要的基礎上，例如，正極粘合劑和正極導體，以獲得正極混合物。隨後，可以將正極混合物分散於例如有機溶劑以獲得糊狀正極混合物漿料。接著，可以用正極混合物漿料來塗布正極集電體21a的兩面，以及其後，可以乾燥塗布的正極混合物漿料以形成正極活性物質層21b。其後，可以藉助於使用例如輥壓機來壓縮模塑正極活性物質層21b，同時加熱(在必要的基礎上)。在這種情況下，可以壓縮模塑正極活性物質層21b多次。
製作負極22時，通過類似於製作正極21的前述程序的程序，可以在負極集電體22a上形成負極活性物質層22b。更具體地，可以混合負極活性物質，以及，在必要的基礎上，例如，負極-正極粘合劑和負極導體，以獲得負極混合物。隨後，可以將負極混合物分散於例如有機溶劑以獲得糊狀負極混合物漿料。接著，用負極混合物漿料來塗布負極集電體22a的兩面，以及其後，可以乾燥塗布的負極混合物漿料以形成負極活性物質層22b。最後，可以藉助於使用例如輥壓機來壓縮模塑負極活性物質層22b。
製備電解液時，可以將電解質鹽溶解於溶劑。
組裝二次電池時，可以通過例如焊接方法，將正極引線25連接到正極集電體21a，以及可以通過例如焊接方法，將負極引線26連接到負極集電體22a。隨後，可以藉助於在其間的隔膜23來堆疊正極21和負極22。接著，可以螺旋卷繞正極21、負極22、和隔膜23以形成螺旋卷繞電極體20。其後，可以將中心銷24嵌入在螺旋卷繞電極體20的中心。
隨後，可以將螺旋卷繞電極體20夾在絕緣板對12和13之間，並且可以容納在電池殼11內。在這種情況下，可以通過例如焊接方法，將正極引線25的末端連接到安全閥機構15，以及，可以通過例如焊接方法，將負極引線26的末端連接到電池殼11。隨後，可以將電解液注入電池殼11內，以及可以用注入的電解液來浸漬螺旋卷繞電極體20。最後，可以藉助於墊圈17，在電池殼11的開端處嵌塞電池蓋14、安全閥機構15、和ptc器件16。因而，完成圓柱型二次電池。
[二次電池的作用和效果]
按照二次電池，正極21含有本技術的活性物質作為正極活性物質。因此，改善了在重複充電和放電以後的熱穩定性(如上所述)。更具體地，在重複充電和放電以後，會誘導正極21的惡化，以及會抑制鋰金屬在負極22中的沉積。因此，在重複充電和放電以後，在異常發生時(在加熱時)，二次電池的溫度不易被過度增加。這使得在異常發生時可以實現高電阻，從而實現卓越的電池特性。不同於上文描述的那些作用和效果的作用和效果是類似於本技術的活性物質的那些作用和效果。
圖3示出另一二次電池的透視構造，以及圖4示出沿著圖3所示的螺旋卷繞電極體30的線iv-iv獲得的截面。值得注意的是，圖3示出一種狀態，其中螺旋卷繞電極體30和外包裝件40是彼此分離的。
在下面的描述中，在適當的情況下，使用已經描述過的圓柱型二次電池的組件。
[二次電池的整體構造]
二次電池可以是具有所謂的層合膜型電池構造的鋰離子二次電池。在二次電池中，例如，可以將作為電池元件的螺旋卷繞電極體30容納在薄膜狀外包裝件40內，如圖3所示。在螺旋卷繞電極體30中，例如，可以藉助於在其間的隔膜35和電解質層36來堆疊正極33和負極34，以及可以螺旋卷繞正極33、負極34、隔膜35、和電解質層36。可以將正極引線31連接到正極33，以及可以將負極引線32連接到負極34。可以通過保護帶37來保護螺旋卷繞電極體30的最外圍。
例如，可以在同一方向上，從內到外地將每個正極引線31和負極引線32引出外包裝件40。正極引線31可以製成自例如一種或多種導電材料如鋁(al)。負極引線32可以製成自例如一種或多種導電材料如銅(cu)、鎳(ni)、和不鏽鋼。這些導電材料可以具有例如薄板形或網格形狀。
外包裝件40可以是例如在圖3所示的箭頭r的方向上可摺疊的一種薄膜，以及外包裝件40可以具有凹處，用於部分地容納螺旋卷繞電極體30。外包裝件40可以是層合膜，其中，例如順序層合熔融粘合層、金屬層、和表面保護層。在製造二次電池的過程中，可以摺疊外包裝件40，以致熔融粘合層的部分彼此面對其間的螺旋卷繞電極體30，以及其後可以融熔接合熔融粘合層的部分的外邊緣。可替換地，通過例如粘合劑，彼此粘合的兩個層合膜可以形成外包裝件40。熔融粘合層的實例可以包括製備自聚乙烯、聚丙烯、和其他材料的一種或多種的薄膜。金屬層可以包括例如一種或多種鋁箔和其他金屬材料。表面保護層可以是例如由一種或多種尼龍、聚對苯二甲酸乙二酯、和其他材料製成的薄膜。
尤其是，外包裝件40可以優選是鋁層合膜，其中順序層合聚乙烯膜、鋁箔、和尼龍膜。然而，外包裝件40可以是具有任何其它層合結構的層合膜、聚合物膜如聚丙烯、或金屬膜。
例如，可以將用於防止外部空氣侵入的粘合膜嵌入在外包裝件40和正極引線31之間。此外，例如，可以將前述粘合膜41嵌入在外包裝件40和負極引線32之間。粘合膜41可以製成自相對於正極引線31和負極引線32具有粘附性的材料。具有粘附性的材料的實例可以包括聚烯烴樹脂。其更具體的實例可以包括聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯、和改性聚丙烯的一種或多種。
[正極、負極、和隔膜]
正極33可以包括例如正極集電體33a和正極活性物質層33b，以及負極34可以包括例如負極集電體34a和負極活性物質層34b。正極集電體33a、正極活性物質層33b、負極集電體34a、和負極活性物質層34b的構造可以分別類似於例如正極集電體21a、正極活性物質層21b、負極集電體22a、和負極活性物質層22b的構造。換句話說，正極33可以含有本技術的一種或多種前述活性物質作為正極活性物質。隔膜35的構造可以類似於例如隔膜23的構造。
電解質層36可以包括電解液和聚合物化合物。電解液的構造可以類似於例如在圓柱型二次電池中電解液的構造。在這裡描述的電解質層36可以是所謂的凝膠電解質，以及可以通過聚合物化合物來保持電解液。凝膠電解質實現高離子電導率(例如，在室溫下，1ms/cm或更大)，並防止電解液的液體洩漏。值得注意的是，電解質層36可以進一步包括一種或多種其他材料如添加劑。
聚合物材料可以含有例如以下一種或多種：聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚磷腈、聚矽氧烷、聚氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丁苯橡膠、丁腈橡膠、聚苯乙烯、和聚碳酸酯。除此之外，聚合物材料可以是共聚物。上述共聚物可以是例如偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。尤其是，聚偏二氟乙烯可以優選作為均聚物，以及偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物可以優選作為共聚物。這樣的聚合物化合物是電化學穩定的。
在是凝膠電解質的電解質層36中，含有在電解液中的溶劑是指廣泛的概念，其不僅包括液體材料，而且包括具有能夠解離電解質鹽的離子電導率的材料。因此，在其中使用具有離子電導率的聚合物化合物的情況下，溶劑還包括聚合物化合物。
值得注意的是，可以使用電解液，因這它代替凝膠電解質層36。在這種情況下，用電解液來浸漬螺旋卷繞電極體30。
[二次電池的運行]
例如，二次電池可以如下操作。
當充電二次電池時，從正極33取出鋰離子，以及，通過電解質層36，取出的鋰離子被嵌入負極34。相比之下，當放電二次電池時，從負極34取出鋰離子，以及，通過電解質層36，取出的鋰離子被嵌入正極33。
[二次電池的製造方法]
例如，通過以下三個程序之一，可以製造包括凝膠電解質層36的二次電池。
在第一程序中，可以通過類似於正極21和負極22的製造程序的製造程序來製造正極33和負極34。更具體地，可以通過在正極集電體33a的兩面上形成正極活性物質層33b來製造正極33，以及可以通過在負極集電體34a的兩面上形成負極活性物質層34b來製造負極34。隨後，例如，可以混合電解液、聚合物化合物、和有機溶劑以製備前體溶液。隨後，可以用前體溶液來塗布每個正極33和負極34，然後可以乾燥塗布的前體溶液，以形成凝膠電解質層36。隨後，可以通過例如焊接方法，將正極引線31連接到正極集電體33a，以及可以通過例如焊接方法，將負極引線32連接到負極集電體34a。隨後，可以藉助於在其間的隔膜35來堆疊正極33和負極34，以及其後，可以螺旋卷繞正極33、負極34、和隔膜35，以製作螺旋卷繞電極體30。其後，可以將保護帶37附著在螺旋卷繞體30的最外圍上。隨後，可以摺疊外包裝件40以嵌入螺旋卷繞電極體30，以及其後，可以通過例如熱熔粘合法來粘合外包裝件40的外邊緣，以將螺旋卷繞電極體30封閉在外包裝件40中。在這種情況下，可以將粘合膜41嵌入在正極引線31和外包裝件40之間，以及可以將粘合膜41嵌入在負極引線32和外包裝件40之間。
在第二程序中，可以將正極引線31連接到正極33，以及可以將負極引線32連接到負極34。隨後，可以藉助於其間的隔膜35來堆疊正極33和負極34，並且可以螺旋卷繞以製作螺旋卷繞體，作為螺旋卷繞電極體30的前體。其後，可以將保護帶37附著於螺旋卷繞體的最外圍。隨後，可以摺疊外包裝件40以嵌入螺旋卷繞電極體30，以及其後，可以通過例如熱熔粘合法來粘合不同於外包裝件40的一側的外邊緣，以及可以將螺旋卷繞體容納在形成自外包裝件40的袋內。隨後，可以混合電解液、為聚合物化合物的原材料的單體、聚合引發劑、以及，在必要的基礎上，其他材料如聚合抑制劑以製備電解質組合物。隨後，可以將電解質組合物注入形成自外包裝件40的袋內。其後，可以通過例如熱熔粘合法來密封形成自外包裝件40的袋。隨後，可以熱聚合單體以形成聚合物化合物。因此，可以通過聚合物化合物來保持電解液以形成凝膠電解質層36。
在第三程序中，可以製作螺旋卷繞體，然後以類似於上文描述的第二程序的方式，容納在形成自外包裝件40的袋內，不同之處在於，使用了提供有聚合物化合物層的隔膜35。隨後，可以製備電解液，然後注入形成自外包裝件40的袋內。其後，可以通過例如熱熔粘合法來密封形成自外包裝件40的袋的開口。隨後，可以加熱生成物，同時將重物施加於外包裝件40以引起隔膜35緊密連接到正極33(其間具有聚合物化合物層)以及緊密連接到負極34(其間具有聚合物化合物層)。因而，可以用電解液來浸漬每個聚合物化合物層，並且可以凝膠化每個聚合物化合物層。因而，可以形成電解質層36。
在第三程序中，比在第一程序中更多抑制二次電池的溶脹。另外，在第三程序中，例如與第二程序比較，在電解質層36中幾乎沒剩下非水溶劑和單體(聚合物化合物的原材料)。因此，有利地控制聚合物化合物的形成過程。因此，將每個正極33、負極34、和隔膜35足夠地和緊密地連接到電解質層36。
[二次電池的作用和效果]
按照上述二次電池，正極33含有本技術的活性物質作為正極活性物質。因此，出於類似於圓柱型二次電池的原因的原因，可以實現卓越的電池特性。不同於上文描述的那些作用和效果的作用和效果是類似於圓柱型二次電池的那些作用和效果。
在這裡描述的二次電池是圓柱型二次電池(鋰金屬二次電池)，其中通過鋰金屬的沉積和溶解來獲得負極22的容量。二次電池具有一種構造，其類似於前述鋰離子二次電池(圓柱型)的構造，並通過類似的程序加以製造，不同之處在於，負極活性物質層22b製成自鋰金屬。
在二次電池中，鋰金屬用作負極活性物質，從而可以實現高能量密度。在組裝時，負極活性物質層22b可以存在，或在組裝時，負極活性物質層22b可能不一定存在並且可以製成自在充電期間沉積的鋰金屬。另外，負極活性物質層22b可以用作集電體，並可以省略負極集電體22a。
例如，二次電池可以如下操作。當充電二次電池時，從正極21取出鋰離子，以及，通過電解液，將取出的鋰離子沉積為在負極集電體22a的表面上的鋰金屬。相比之下，當放電二次電池時，鋰金屬被忽略為來自負極活性物質層22b的鋰離子，並通過電解液被嵌入正極21。
按照上述圓柱型鋰金屬二次電池，正極21含有本技術的活性物質作為正極活性物質。因此，出於原因，其類似於在前述鋰離子二次電池中的原因，可以實現卓越的電池特性。
值得注意的是，在這裡描述的鋰金屬二次電池不限於圓柱型二次電池，並且可以是層合膜型二次電池。即使在這種情況下，類似的效果也是可以實現的。
接著，說明上文提到的任何二次電池的應用實施例。
沒有特別限定二次電池的應用，只要將二次電池應用於例如機器、裝置、儀器、器械、和系統(例如，多個裝置的集體性實體)，其能夠使用二次電池作為驅動電源、用於電力積累的電力存儲源、或任何其他源。用作電源的二次電池可以是主電源(優先使用的電源)，或可以是輔助電源(用來代替主電源或被切換自主電源所使用的電源)。在其中二次電池用作輔助電源的情況下，主電源的種類不限於二次電池。
二次電池的應用的實例可以包括電子裝置(包括可攜式電子裝置)如視頻攝像機、數位相機、手機、筆記本個人電腦、無繩電話、立體聲耳機、可攜式收音機、可攜式電視機、和可攜式信息終端。其進一步的實例可以包括：移動生活電器如電動剃鬚刀；存儲裝置如備用電源和存儲卡；電動工具如電鑽和電鋸；電池組，用作，例如，筆記本個人電腦，的可附加和可拆卸的電源；醫療電子裝置如起搏器和助聽器；電動車輛如電動汽車(包括混合動力汽車)；以及蓄電系統如用於電力的積累的家用電池系統，用於，例如，緊急情況。不言而喻的是，二次電池可以用於不同於上文提到的應用的應用。
尤其是，二次電池可以有效地適用於例如電池組、電動車輛、蓄電系統、電動工具、和電子裝置。在這些應用中，需要卓越的電池特性，以及使用本技術的二次電池使得可以有效地提高性能。值得注意的是，電池組是使用二次電池的電源，並且可以是例如組裝電池。電動車輛是使用二次電池作為驅動電源來操作(運行)的車輛，並且可以是汽車(如混合動力汽車)，其一起包括不同於二次電池的驅動源(如上所述)。蓄電系統是使用二次電池作為電力存儲源的系統。例如，在家用蓄電系統中，將電力積累在是電力存儲源的二次電池中，其使得可以使用例如藉助於使用積累電力的家用電器產品。電動工具就這樣的工具，其中，藉助於使用二次電池作為驅動電源，允許移動可移動部(如鑽頭)。電子裝置是這樣的器械，藉助於使用二次電池作為驅動電源(電力供應源)，其執行各種功能。
在下文中，具體描述二次電池的一些應用實施例。值得注意的是，下面所描述的各應用實施例的構造僅僅是實例，並可能會改變(視情況而定)。
圖5示出使用單電池的電池組的透視構造。圖6示出圖5所示電池組的框構造。值得注意的是，圖5示出處於分解狀態的備用電池。
在這裡描述的備用電池是簡單電池組，其使用一個二次電池(所謂的軟包)，並且可以安裝在例如由智慧型手機代表的電子裝置中。例如，電池組可以包括電源111，其是層合膜型二次電池，和電路板116，其耦合到電源111，如圖5所示。可以將正極引線112和負極引線113連接到電源111。
可以將一對粘合帶118和119附著於電源111的兩個側表面。可以在電路板116中形成保護電路模塊(pcm)。可以通過翼片114，將電路板116耦合到正極112，以及可以通過翼片115，耦合到負極引線113。此外，可以將電路板116耦合到引線117，其提供有用於外部連接的連接器。值得注意的是，在將電路板116耦合到電源111的同時，可以通過線腳120和絕緣片121從上側和下側來保護電路板116。可以附著線腳120以固定例如電路板116和絕緣片121。
此外，例如，電池組可以包括電源111和電路板116，如圖6所示。電路板116可以包括，例如，控制器121、開關部122、ptc123、和溫度檢測器124。通過正極端子125和負極端子127，電源111可連接到外部，並從而通過正極端子125和負極端子127來充電和放電。藉助於使用溫度檢測端(所謂的t端子)126，允許溫度檢測器124檢測溫度。
控制器121控制整個電池組(包括電源111的使用狀態)的操作，並且可以包括例如中央處理器(cpu)和存儲器。
例如，在其中電池電壓達到過充電檢測電壓的情況下，控制器121可以如此引起開關部122被斷開連接，以致充電電流並不流入電源111的電流路徑。此外，例如，在其中在充電期間大電流流動的情況下，控制器121可以會導致開關部122被斷開連接，從而阻斷充電電流。
此外，例如，在其中電池電壓達到過放電檢測電壓的情況下，控制器121可以如此引起開關部122被斷開連接，以致放電電流並不流入電源111的電流路徑。此外，例如，在其中在放電期間大電流流動的情況下，控制器121可以會導致開關部122被斷開連接，從而阻斷放電電流。
值得注意的是，二次電池的過充電檢測電壓可以是，例如，4.20v±0.05v，以及過放電檢測電壓可以是，例如，2.4v±0.1v。
根據來自控制器121的指示，開關部122切換電源111的使用狀態(電源111是否可連接到外部設備)。開關部122可以包括例如充電控制開關和放電控制開關。充電控制開關和放電控制開關各自可以是例如半導體開關如使用金屬氧化物半導體(mosfet)的場效應電晶體。值得注意的是，可以基於開關部122的導通電阻來檢測充電電流和放電電流。
溫度檢測器124測量電源111的溫度，並將測量結果輸出到控制器121。溫度檢測器124可以包括例如溫度檢測元件如熱敏電阻。值得注意的是，可以使用通過溫度檢測器124的測量結果，例如，在其中在異常發熱時控制器121執行充電和放電控制的情況下以及在其中在計算剩餘容量時控制器121執行校正處理的情況下。
值得注意的是，電路板116可能不包括ptc123。在這種情況下，可以將ptc元件分別連接到電路板116。
圖7示出使用組裝電池的電池組的框構造。例如，電池組可以包括在外殼60內的控制器61、電源62、開關部63、電流測量部64、溫度檢測器65、電壓檢測器66、開關控制器67、存儲器68、溫度檢測元件69、電流檢測電阻70、正極端子71、和負極端子72。外殼60可以製成自例如塑料材料。
控制器61控制整個電池組的操作(包括電源62的使用狀態)，並且可以包括例如cpu。電源62包括一個或多個二次電池。電源62可以是例如包括兩個或更多個二次電池的組裝電池。可以串聯、並聯、或串並聯組合地連接二次電池。舉個例子，電源62可以包括6個二次電池，其中彼此並聯連接兩組串聯的三個電池。
根據來自控制器61的指示，開關部63切換電源62的使用狀態(電源62是否可連接到外部設備)。開關部63可以包括例如充電控制開關、放電控制開關、充電二極體、和放電二極體。充電控制開關和放電控制開關各自可以是例如半導體開關如使用金屬氧化物半導體(mosfet)的場效應電晶體。
電流測量部64藉助於使用電流檢測電阻70來測量電流，並將測量結果輸出到控制器61。溫度檢測器65藉助於使用溫度檢測元件69來測量溫度，並將測量結果輸出到控制器61。可以使用溫度測量的結果，例如，在其中在異常發熱時控制器61執行充電和放電控制的情況下以及在其中在計算剩餘容量時控制器61執行校正處理的情況下。電壓檢測器66測量在電源62中二次電池的電壓，對所測得的電壓執行模數轉換，以及將獲得的結果提供到控制器61。
依據輸入自電流測量部64和電壓檢測器66的信號，開關控制器67控制開關部63的操作。
例如，在其中電池電壓達到過充電檢測電壓的情況下，開關控制器67可以如此引起開關部63(充電控制開關)被斷開連接，以致充電電流並不流入電源62的電流路徑。這使得，通過在電源62中的放電二極體僅可以進行放電。值得注意的是，例如，當在充電期間大電流流動時，開關控制器67可以阻斷充電電流。
另外，例如，在其中電池電壓達到過放電檢測電壓的情況下，開關控制器67可以如此引起開關部63(放電控制開關)被斷開連接，以致放電電流並不流入電源62的電流路徑。這使得，通過在電源62中的充電二極體，僅可以進行放電。值得注意的是，例如，當在期間放電大電流流動時，開關控制器67可以阻斷放電電流。
值得注意的是，二次電池的過充電檢測電壓可以是例如4.20v±0.05v，以及過放電檢測電壓可以是例如2.4v±0.1v。
存儲器68可以是例如eeprom，其是非易失性存儲器。存儲器68可以保持例如由控制器61所計算的數值和在製造過程中測得的二次電池的信息(如處於初始狀態的內阻)。值得注意的是，在其中存儲器68保持二次電池的完全充電容量的情況下，允許控制器61理解信息如剩餘容量。
溫度檢測元件69測量電源62的溫度，並將測量結果輸出到控制器61。溫度檢測元件69可以是例如熱敏電阻。
正極端子71和負極端子72是這樣的端子，可以將其耦合到，例如，藉助於使用電池組所驅動的外部設備(如筆記本個人電腦)或用於電池組的充電的外部設備(如電池充電器)。通過正極端子71和負極端子72來充電和放電電源62。
圖8示出混合動力汽車(其是電動車輛的一個實例)的框構造。電動車輛可以包括例如在由金屬製成的外殼73內的控制器74、發動機75、電源76、電動機77、差速器78、發電機79、變速器80、離合器81、逆變器82和83、各種傳感器84。不同於上文提到的組件，電動車輛可以包括例如前驅動軸85和前輪86，其被耦合到差速器78和變速器80，和後驅動軸87，以及後輪88。
例如，藉助於使用發動機75和電動機77之一作為驅動源，電動車輛可以是可運行的。發動機75是主電源，並且可以是例如汽油發動機。在其中發動機75用作電源的情況下，例如，通過差速器78、變速器80、和離合器81(其是驅動部)，可以將發動機75的驅動功率(扭矩)傳遞到前輪86或後輪88。值得注意的是，還可以將發動機75的扭矩傳遞到發電機79。藉助於使用扭矩，發電機79產生交流電力。通過逆變器83，將生成的交流電力轉換成直流電力，並在電源76中積累轉換的電力。在其中電動機77(其是轉換部分)用作電源的情況下，通過逆變器82，供給自電源76的電力(直流電力)被轉換成交流電力，以及藉助於使用交流電力來驅動電動機77。例如，通過差速器78、變速器80、和離合器81(其是驅動部)，可以將經由電動機77並通過轉換電力所獲得的驅動功率(扭矩)傳遞到前輪86或後輪88。
值得注意的是，當通過未示出的制動機構來降低電動車輛的速度時，可以將在速度降低時的電阻傳遞到電動機77(作為扭矩)，以及，通過利用扭矩，電動機77可以產生交流電力。可以優選的是，通過逆變器82，將這種交流電力轉換成直流電力，以及在電源76中積累直流再生電力。
控制器74控制整個電動車輛的操作，以及可以包括例如cpu。電源76包括一個或多個二次電池。可以將電源76耦合到外部電源，以及通過接收來自外部電源的電力供應，可以允許電源76積累電力。可以使用各種傳感器84，例如，用於控制發動機75的轉數以及用於控制未示出的節氣門的開度(節氣門開度)。各種傳感器84可以包括例如速度傳感器、加速度傳感器、和發動機頻率傳感器。
值得注意的是，雖然已描述了其中電動車輛是混合動力汽車的情況，但電動車輛可以是僅藉助於使用電源76和電動機77而沒有使用發動機75來操作的車輛(電動汽車)。
圖9示出蓄電系統的框構造。蓄電系統可以包括例如在房子89如一般住所或商業建築內的控制器90、電源91、智能電錶92、和電力樞紐93。
在此實施例中，可以將電源91耦合到在房子89內提供的電氣設備94並且可以允許耦合到停在房子89外面的電動車輛96(例如)。另外，例如，可以通過電力樞紐93，將電源91耦合到在房子89內提供的私人發電機95，以及可以通過智能電錶92和電力樞紐93，允許耦合到外部集中電力系統97。
值得注意的是，電氣設備94可以包括例如一個或多個家用電器產品。家用電器產品的實例可以包括冰箱、空氣調節機、電視機、和熱水器。私人發電機95可以包括例如太陽能發電機、風力發電機、和其他發電機的一種或多種。電動車輛96可以包括例如電動汽車、電動摩託車、混合動力汽車、和其它電動車輛的一種或多種。集中電力系統97可以包括例如熱電廠、原子能發電廠、水力發電廠、風力發電廠、和其他發電廠的一種或多種。
控制器90控制整個蓄電系統的操作(包括電源91的使用狀態)，並且可以包括例如cpu。電源91包括一個或多個二次電池。智能電錶92可以是電力儀表，其兼容與網絡並且提供在要求電力的房子89中，並且可以與電力供應商通信(例如)。因此，例如，當智能電錶92與外界相通的同時，智能電錶92控制在房子89中在供求之間的平衡，其允許有效和穩定的能源供應。
在蓄電系統中，例如，通過智能電錶92和電力樞紐93，可以在電源91中自集中電力系統97(其是外部電源)積累電力，以及，通過電力樞紐93，可以在電源91中自私人發電機95(其是獨立電源)積累電力。根據來自控制器91的指示，將積累在電源91中的電力提供給電氣設備94和電動車輛96。這允許電氣設備94是可操作的，並且允許電動車輛96是可充電的。換句話說，蓄電系統是這樣的系統，其使得藉助於使用電源91可以在房子89中積累和供給電力。
允許可選地使用積累在電源91中的電力。因此，例如，可以在半夜當電價便宜時，在電源91中自集中電力系統97積累電力，以及可以在白天當電費昂貴時，使用積累在電源91中的電力。
值得注意的是，可以將前述蓄電系統提供給每個家庭(每個家庭單位)，或可以提供給多個住戶(多個家庭單位)。
圖10示出電動工具的框構造。電動工具可以是例如電鑽，並且可以包括在由塑料材料製成的工具體98內的控制器99和電源100(例如)。可以以可操作(可旋轉的)方式(例如)，將鑽孔部分101(其是可移動部)連接到工具體98。
控制器99控制整個電動工具的操作(包括電源100的使用狀態)，並且可以包括例如cpu。電源100包括一個或多個二次電池。依據操作開關的操作，控制器99允許將來自電源100的電力供給到鑽孔部分101。
實施例
下文將詳細描述本技術的實施例。
(實驗例1-1至1-12)
通過以下過程來製作圖1和圖2所示的圓柱型鋰離子二次電池。值得注意的是，為了簡化，第一鋰化合物被稱為「第一鋰化合物」，以及第二鋰化合物被稱為「第二鋰化合物」。
正極21製作如下。首先，混合91質量份的包括主相和副相的正極活性物質、6質量份的正極粘合劑(聚偏二氟乙烯)、和3質量份的正極導體(石墨)以獲得正極混合物。主相(第一鋰化合物)的組成、副相(第二鋰化合物)的組成、比率ip、和平均價v數是如表1所示。值得注意的是，指定組成的方法，以及計算例如比率ip的方法是如上所述。隨後，將正極混合物分散於有機溶劑(n-甲基-2-吡咯烷酮)以獲得正極混合物漿料。隨後，藉助於使用塗布裝置，用正極混合物漿料來塗布條狀正極集電體21a(厚度為15μm的鋁箔)的兩面，以及其後，乾燥正極混合物漿料，以形成正極活性物質層21b。最後，藉助於使用輥壓機來壓縮模塑正極活性物質層21b。
製造包括主相和副相的正極活性物質的程序是如下面所描述的(實驗例1-2至1-10)。
首先，混合鎳化合物(niso4)和另外的金屬化合物(coso4)以獲得混合物。在這種情況下，調節混合比以使鎳和鈷的摩爾比率成為鎳:鈷＝0.8:0.15。隨後，將去離子水加入混合物以製備鎳-鈷水溶液。接著，在氬氣氣氛中，將氨水一點一點地滴入鎳-鈷水溶液。在這種情況下，溫度是40℃至60℃(包括兩端)，以及ph是11至13(包括兩端)。因而，獲得為沉積物的鎳-鈷氫氧化物(ni0.8co0.15(oh)2)。
接著，將去離子水加入鎳-鈷氫氧化物以製備鎳-鈷氫氧化物水溶液。隨後，將鋁化合物(naalo2)加入鎳-鈷氫氧化物水溶液。在這種情況下，調節混合比以使鋁與所有的鎳、鈷、和鋁的摩爾比率成為鋁:(鎳+鈷+鋁)＝0.05:1。此外，使用硫酸(h2so4)以使ph為9至9.5(包括兩端)。尤其是，將所有量的鋁化合物一起加入鎳-鈷氫氧化物水溶液，其後，攪拌鎳-鈷水溶液。因而，獲得鎳-鈷氫氧化物和氫氧化鋁的混合物(ni0.8co0.15al0.05(oh)2)作為沉積的混合物。
接著，將鋰化合物(lioh)加入沉積的混合物以獲得鋰混合物。在這種情況下，調節混合比，以使鋰與所有的鎳、鈷、和鋁的摩爾比率成為鋰:(鎳+鈷+鋁)＝1:1。隨後，將鋰混合物放入混合器，以及其後，制粒鋰混合物，同時在氬氣氣氛中藉助於使用混合器加以充分混合，以獲得活性物質前體。
最後，在氧氣氣氛中焙燒活性物質前體以獲得包括主相和副相的正極活性物質。在這種情況下，著火溫度是700℃。
當製造包括主相和副相的正極活性物質時，通過改變條件如用於攪拌鎳-鈷水溶液的時間來改變第一鋰化合物的組成，即，在式(1)中所示的e的值。e的值表示在第一鋰化合物的晶體結構中晶體缺陷(氧原子缺陷)的量。
值得注意的是，為了比較，製造了第一鋰化合物(lini0.8co0.15al0.05o2)，其中在晶體結構中並未發生晶體缺陷，以及第一鋰化合物用作正極活性物質(實驗例1-1)。在這種情況下，並不將所有量的鋁化合物一起加入鎳-鈷氫氧化物水溶液，以及將鋁化合物一點一點地滴入鎳-鈷氫氧化物水溶液。正極活性物質僅包括主相(第一鋰化合物)，並且不包括副相(第二鋰化合物)。
此外，為了比較，通過前述程序製造了第一鋰化合物(lini0.8co0.15al0.05o2)，其中在晶體結構中並未發生晶體缺陷，以及其後，將添加劑(lialo2或li5alo4)加入第一鋰化合物，以獲得正極活性物質(實驗例1-11和1-12)。正極活性物質是第一鋰化合物和添加劑的混合物。因此，正極活性物質並不包括副相。
負極22製作如下。首先，混合90質量份的負極活性物質(人造石墨)和10質量份的負極粘合劑(聚偏二氟乙烯)以獲得負極混合物。隨後，將負極混合物分散於有機溶劑(n-甲基-2-吡咯烷酮)以獲得負極混合物漿料。隨後，用負極混合物漿料來塗布帶狀負極集電體22a(厚度為15μm的電解銅箔)的兩面，以及其後，乾燥負極混合物漿料以形成負極活性物質層22b。最後，藉助於使用輥壓機來壓縮模塑負極活性物質層22b。
電解液製備如下。將電解質鹽(lipf6)溶解於溶劑(碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯)。在這種情況下，溶劑的混合比(重量比)是碳酸亞乙酯:碳酸二乙酯＝50:50，以及，相對於溶劑，電解質鹽的含量是1mol/kg。
二次電池組裝如下。首先，通過焊接，將由鋁製成的正極引線25連接到正極集電體21a，以及，通過焊接，將由鎳製成的負極引線26連接到負極集電體22a。隨後，藉助於在其間的隔膜23(厚度為25μm的微孔聚乙烯薄膜)來堆疊正極21和負極22，以及螺旋纏繞所得堆疊體。其後，藉助於使用粘合帶來固定所得螺旋卷繞體的卷繞端部以製作螺旋卷繞電極體20。隨後，將中心銷24嵌入在螺旋卷繞電極體20的中心。隨後，將螺旋卷繞電極體20夾在絕緣板對12和13之間，並容納在由鍍鎳鐵製成的電池殼11內。在這種情況下，通過焊接，將正極引線25的末端連接到安全閥機構15，以及，通過焊接，將負極引線26的末端連接到電池殼11。隨後，通過減壓法，將電解液注入電池殼11內，並用電解液來浸漬螺旋卷繞電極體20。最後，藉助於墊圈17，在電池殼11的開端處，嵌塞電池蓋14、安全閥機構15、和ptc器件16。因而，完成二次電池。
值得注意的是，當製作二次電池時，調節正極活性物質層21b的厚度以防止鋰金屬沉積在處於完全充電狀態的負極22上。
當檢查循環特性和加熱特性作為每個二次電池的電池特性時，獲得表1所示的結果。
循環特性檢查如下。首先，在環境溫度環境(23℃)下，對二次電池，進行充電和放電的一個循環，以穩定二次電池的電池狀態，以及其後，在相同的環境下，對二次電池進一步進行充電和放電的一個循環，以測量在第二循環時的放電容量。隨後，在相同的溫度環境下，反覆充電和放電二次電池，直到總循環次數達到100個循環，以測量在第100次循環時的放電容量。依據這些結果來計算容量維持率(％)＝(在第100次循環時的放電容量/在第二循環時的放電容量)×100。
當充電二次電池時，在1c的電流下進行充電，直到電壓達到4.2v，以及其後，在4.2v的電壓下，進一步進行充電，直到電流達到100ma。當放電二次電池時，在5c的電流下，進行放電，直至電壓達到2v。值得注意的是，「1c」是指電流值，在其下，在1小時內，電池容量(理論容量)被完全放電，以及「5c」是指電流值，在其下，在0.2小時內，電池容量被完全放電。
加熱特性檢查如下。首先，為了故意惡化二次電池，在低溫環境(10℃)下，反覆充電和放電二次電池，直到容量保持率達到30％，以及其後，再次充電二次電池。充電和放電條件是類似於在檢查循環特性的情況下的那些充電和放電條件。隨後，在高溫環境(120℃)中，存儲保持在充電狀態下的二次電池(1小時)，以及其後，目視確認二次電池是否爆炸。在其中二次電池沒有爆炸的情況下，增加環境溫度5℃，然後重複存儲二次電池並通過類似的程序加以檢查。因而，在其下二次電池沒有爆炸的環境溫度(℃)的最高值被認為是極限溫度(℃)。
[表1]
在其中正極活性物質包括副相(第二鋰化合物)以及主相(第一鋰化合物)(實驗例1-2至1-10)的情況下，與其中正極活性物質僅包括主相(第一鋰化合物)(實驗例1-1)的情況比較，極限溫度顯著增加。
此外，在其中正極活性物質包括主相和副相的情況下，當與第一鋰化合物的組成有關的條件(在式(1)中e的值)滿足0<e≤1.98時，獲得高容量維持率。在這種情況下，尤其是，當滿足1.61≤e≤1.98時，獲得更高的容量維持率，以及當滿足1.75≤e≤1.98時，則獲得還要更高的容量維持率。
值得注意的是，在其中正極活性物質含有添加劑(實驗例1-11和1-12)的情況下，獲得較高容量維持率，但極限溫度仍然較低。
在這裡，藉助於使用xrd法，圖11示出正極活性物質的分析結果(xrd圖譜)。在圖11中，折線表示實驗例1-1的xrd圖譜，以及實線表示實驗例1-4的xrd圖譜。
在其中在第一鋰化合物(實驗例1-1)中沒有發生晶體缺陷的情況下，正極活性物質包括主相，但不包括副相。因此，在xrd圖譜中，檢測到由主相的(003)平面造成的峰p5，但未檢測到由副相造成的峰，如圖11所示(折線)。
相比之下，在其中在第一鋰化合物(實驗例1-4)中發生晶體缺陷的情況下，正極活性物質包括主相和副相。因此，在xrd圖譜中，檢測到由主相的(003)平面造成的峰p1，以及檢測到由副相造成的峰p2至p4，如11圖所示(實線)。峰p2是由lialo2造成的峰，以及峰p3和p4是由li5alo4造成的峰。
(實驗例2-1至2-11以及3-1至3-11)
以類似的程序，製作二次電池並檢查二次電池的電池特性，不同之處在於，改變了為主相的第一鋰化合物的組成，如表2和3所示。
當製造表2所示的包括第一鋰化合物的正極活性物質時，新使用另外的金屬化合物(mnso4)，調節混合比以使鎳、鈷、和錳的摩爾比率成為鎳:鈷:錳＝0.45:0.2:0.3。此外，當製造表3所示的包括第一鋰化合物的正極活性物質時，不使用鋁化合物，但新使用鎂化合物(mnso4)，以及調節混合比以使鎳、鈷、和鎂的摩爾比率成為鎳:鈷:鎂＝0.8:0.15:0.05。
[表2]
[表3]
即使在其中改變了第一鋰化合物的組成的情況下，也獲得類似於表1的那些結果的結果。換句話說，在其中正極活性物質包括主相(第一鋰化合物)和副相(第二鋰化合物)的情況下，會顯著增加極限溫度，以及獲得高容量維持率，其取決於第一鋰化合物的組成(e的值)。
如從表1至表3所示的結果可以看出，當正極活性物質包括主相(第一鋰化合物)和副相(第二鋰化合物)時，改善了加熱特性，並且在一些情況下，還改善了循環特性。因此，在二次電池中實現了卓越的電池特性。
雖然上文已參照一些實施方式和實施例描述了本技術，但本技術不限於此，並且可以以各種方式加以改進。
例如，已經參照實施例給出了描述，其中電池結構具有圓柱型和層合膜型，以及電池元件具有螺旋纏繞結構。然而，電池結構和電池元件結構不限於此。本技術的二次電池還類似地適用於這樣的情況，其中採用其它電池結構如方型、硬幣型、或按鈕式。此外，本技術的二次電池還類似地適用於這樣的情況，其中電池元件具有其它結構如堆疊結構。
另外，本技術的二次電池用電解液可以適用於不同於二次電池的任何應用。其他應用的實例可以包括電容器。
注意，在本說明書中描述的效果是說明性和非限制性的。本技術可以具有不同於在本說明書中描述的那些效果的效果。
值得注意的是，本技術可以具有以下構造。
(1)
一種二次電池，包括：
正極，其含有正極活性物質，其包括(a)主相和副相，(b)主相含有由以下式(1)表示的第一鋰化合物，以及(c)副相，其含有第二鋰化合物，其含有鋰(li)、鋁(al)、和氧(o)作為構成元素；
負極；以及
電解液，
lianibmcaldoe...(1)
(m是以下的一種或多種：鈷(co)、鐵(fe)、錳(mn)、銅(cu)、鋅(zn)、鉻(cr)、釩(v)、鈦(ti)、鎂(mg)、和鋯(zr)。以及a至e滿足0.8<a<1.2、0.45≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.2、00、以及(b+c+d)≤1。)
(2)
按照(1)的二次電池，其中滿足1.75≤e≤1.98。
(3)
按照(1)或(2)的二次電池，其中第二鋰化合物含有lialo2和li5alo4的一種或兩種。
(4)
按照(1)至(3)中任一項的二次電池，其中
通過x射線衍射法，檢測到由主相的(003)平面造成的一個或多個第一峰以及由副相造成的一個或多個第二峰，以及
第二峰的最大強度i2相對於第一峰的最大強度i1的比率ip(ip＝[i2/i1]×100)滿足0.001≤ip≤1。
(5)
按照(1)至(4)中任一項的二次電池，其中在第一鋰化合物中鎳(ni)、m、和鋁(al)的平均價數v滿足2.5≤v≤2.9。
(6)
按照(1)至(5)中任一項的二次電池，其中二次電池是鋰離子二次電池。
(7)
一種二次電池用電極，包括：
活性物質，其包括(a)主相和副相，(b)主相，其含有由以下式(1)表示的第一鋰化合物，以及(c)副相，其含有第二鋰化合物，其含有鋰(li)、鋁(al)、和氧(o)作為構成元素，
lianibmcaldoe...(1)
(m是以下的一種或多種：鈷(co)、鐵(fe)、錳(mn)、銅(cu)、鋅(zn)、鉻(cr)、釩(v)、鈦(ti)、鎂(mg)、和鋯(zr)。以及a至e滿足0.8<a<1.2、0.45≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.2、00、以及(b+c+d)≤1。)
(8)
一種二次電池用活性物質，包括：
(a)主相和副相，(b)主相，其含有由以下式(1)表示的第一鋰化合物，以及(c)副相，其含有第二鋰化合物，其含有鋰(li)、鋁(al)、和氧(o)作為構成元素，
lianibmcaldoe...(1)
(m是以下的一種或多種：鈷(co)、鐵(fe)、錳(mn)、銅(cu)、鋅(zn)、鉻(cr)、釩(v)、鈦(ti)、鎂(mg)、和鋯(zr)。a至e滿足0.8<a<1.2、0.45≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.2、00、以及(b+c+d)≤1。)
(9)
一種電池組，包括：
按照(1)至(6)中任一項的二次電池；
控制器，其控制二次電池的運行；以及
開關部，根據來自控制器的指令切換二次電池的運行。
(10)
一種電動車輛，包括：
按照(1)至(6)中任一項的二次電池；
轉換器，其將由二次電池供應的電力轉換成驅動力；
驅動部，其依據驅動力運行；以及
控制器，其控制二次電池的運行。
(11)
一種蓄電系統，包括：
按照(1)至(6)中任一項的二次電池；
一個或多個電氣設備，其由二次電池供應電力；以及
控制器，其控制由二次電池向一個或多個電氣設備供應電力。
(12)
一種電動工具，包括：
按照(1)至(6)中任一項的二次電池；以及
可移動部，其由二次電池供應電力。
(13)
一種電子裝置，包括按照(1)至(6)中任一項的二次電池作為電力供應源。
本申請是基於2014年12月1日向日本專利局提交的日本專利申請號2014-243162並要求其優先權，其全部內容以引用方式結合於本文。
本領域技術人員應該理解，可能會發生各種修改、組合、子組合和更改，其取決於設計要求和其他因素，只要它們是在所附權利要求或其等同物的範圍內。