JP2020021731A

JP2020021731A - リチウム二次電池電極用塗液、リチウム二次電池用電極の製造方法およびリチウム二次電池用電極

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Publication number: JP2020021731A
Application number: JP2019135443A
Authority: JP
Inventors: 健太柴田; Kenta Shibata; 山田　宗紀; Munenori Yamada; 宗紀山田; 朗繁田; Akira Shigeta; 良彰越後; Yoshiaki Echigo
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: JP7349708B2

Abstract

【課題】リチウム二次電池用電極の活物質層上に、イオン透過性に優れ、良好なサイクル特性を有する保護層を形成させるための塗液の提供を目的とする。【解決手段】＜１＞以下の特徴を有するリチウム二次電池電極用塗液。１）溶質が、ＰＡＩからなる。２）溶媒が、ＰＡＩに対する良溶媒と貧溶媒との混合溶媒からなり、貧溶媒がエチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネートである。３）フィラを含有する。＜２＞リチウム二次電池用電極を製造するための方法であって、金属箔上に形成された電極活物質層の表面に、前記塗液を塗布して塗膜を形成し、しかる後、前記塗膜中の溶媒を除去する際、塗膜中に残存するエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートの作用を利用して塗膜内で相分離を起こさせて、イオン透過性を有する多孔質ＰＡＩからなる保護層を形成せしめることを特徴とするリチウム二次電池用電極の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、安全性に優れ、かつ充放電サイクル特性の良好なリチウム二次電池用電極の簡便かつ経済的な製造方法に関する。

リチウム二次電池において、電極表面の傷や凹凸が原因となって、電極に接しているセパレータの電気絶縁性を破壊することがある。その結果、電気的な内部短絡が発生することがある。

この内部短絡を防止するため、電極活物質層表面に絶縁性の多孔質膜からなる保護層を設けることが提案されている。例えば、特許文献１、２には、イオン透過性の保護層を形成させるための方法として、ポリイミド等からなる耐熱性の保護層形成用塗膜を電極表面に形成した後、その乾燥前に、水、メチルアルコール等の凝固液を含む凝固浴に浸漬することにより、塗膜内で相分離を起こさせて多孔質保護層を得る方法が提案されている。しかしながら、このような方法で得られた電極は、活物質層と多孔質層との接着性が低いため、短絡に対する防止効果は、必ずしも充分なものではなく、電池の安全性確保の観点から改善すべき点があった。また、多孔質保護層のイオン透過性も充分なものではなく、電極として用いた際、充分なサイクル特性が得られなかった。さらに、水やメチルアルコール等の凝固液を用いて相分離を起こさせる方法で得られる電極は、活物質層全体が凝固浴と接するので、その凝固液が活物質層本来の特性を損なうことがあった。これらの問題点に加え、この方法については、凝固浴から凝固液を含む廃液が発生するので、環境適合性の観点から、製造法としても問題があった。

このような問題を解決するための方法として、特許文献３には、リチウム二次電池用電極を製造するための方法であって、金属箔上に形成された電極活物質層の表面にポリアミドイミド（ＰＡＩ）と溶媒とを含む塗液を塗布して塗膜を形成し、しかる後、前記塗膜中の溶媒を除去する際、塗膜中に残存する貧溶媒の作用を利用して塗膜内で相分離を起こさせて、イオン透過性を有する耐熱性多孔質ＰＡＩ層を形成せしめる方法が開示されており、貧溶媒として、テトラグライム、トリグライム等のエーテル系溶媒が有効であると記載されている。この方法により、イオン透過性を有する多孔質ＰＡＩからなる保護層を形成させることができるが、イオン透過性をさらに高めることが必要であった。また、高価なエーテル系溶媒を多量に用いる必要があり、経済性の観点においても、改良すべき点があった。

一方、特許文献４には、貧溶媒として、アルコール系溶媒を含むＰＡＩ溶液から、多孔質ＰＡＩフィルムを得る方法が開示されている。この方法では、貧溶媒であるアルコールの使用量を少なくしても気孔率の高い多孔質ＰＡＩフィルムが得られる。

特許第３３７１８３９号公報特許第３５９３３４５号公報国際公開２０１４−１０６９５４号特開２０１６−２２２９１２号公報

しかしながら、特許文献４に記載された多孔質ＰＡＩフィルム形成用溶液を用いて、リチウム二次電池用電極の多孔質ＰＡＩからなる保護層を形成した場合、充分なイオン透過性が得られない場合があり、リチウム二次電池用電極として良好なサイクル特性を得るには改良すべき点があった。

本発明は、イオン透過性に優れ、良好なサイクル特性を有する多孔質ＰＡＩからなる保護層が、電極活物質層に積層一体化されたリチウム二次電池用電極を、簡便かつ経済的に製造することができる塗液およびこれを用いたリチウム二次電池用電極の製造方法の提供を目的とする。

本発明者らは、保護層形成用の塗液組成を特定のものとすることにより前記課題が解決されることを見出し、本発明の完成に至った。

本発明は下記を趣旨とするものである。

＜１＞以下の特徴を有するリチウム二次電池電極用塗液。
１）溶質が、ＰＡＩからなる。
２）溶媒が、ＰＡＩに対する良溶媒と貧溶媒との混合溶媒からなり、貧溶媒がエチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネートである。
３）フィラを含有する。
＜２＞リチウム二次電池用電極を製造するための方法であって、金属箔上に形成された電極活物質層の表面に、前記塗液を塗布して塗膜を形成し、しかる後、前記塗膜中の溶媒を除去する際、塗膜中に残存するエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートの作用を利用して塗膜内で相分離を起こさせて、イオン透過性を有する多孔質ＰＡＩからなる保護層を形成せしめることを特徴とするリチウム二次電池用電極の製造方法。
＜３＞金属箔上に形成された電極活物質層の表面に、フィラを含有した多孔質ＰＡＩからなる保護層が形成されており、保護層に基づくイオン抵抗上昇率が２０％以下であることを特徴とするリチウム二次電池用電極。
＜４＞保護層には、エチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネートが残留しており、その含有率が、保護層質量に対し、０．０１質量％以上、１０質量％以下であることを特徴とする前記リチウム二次電池用電極。

本発明の塗液を用いて得られる、保護層が形成されたリチウム二次電池用電極は、イオン透過性に優れるので良好なサイクル特性を有する。

本発明の塗液を用いて、金属箔上に形成された電極活物質層の表面にイオン透過性を有する保護層を形成させる。リチウム二次電池用電極とは、リチウムイオン二次電池を構成する電極であって、正極活物質層が正極集電体に接合された正極、または、負極活物質層が負極集電体に接合された負極をいう。電極活物質層は、正極活物質層と負極活物質層の総称である。なお、リチウム二次電池の安全性向上の観点から、保護層は、負極活物質層上に形成させることが好ましい。このようにすることにより、負極活物質表面において、リチウムデンドライト（金属リチウムの針状結晶）の発生を抑制することができる。このリチウムデンドライトは、電気的な短絡を生じさせる虞がある。

金属箔としては、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔、アルミ箔等の金属箔を使用することができる。金属箔は、リチウム二次電池用電極として作用するものであり、正極にはアルミ箔が、負極には銅箔が好ましく用いられる。これらの金属箔の厚みは５〜５０μｍが好ましく、９〜１８μｍがより好ましい。これらの金属箔の表面は、活物質層との接着性を向上させるための粗面化処理や防錆処理がなされていてもよい。

正極活物質層は、正極活物質粒子を樹脂バインダで結着して得られる層である。正極活物質粒子として用いられる材料としては、リチウムイオンを吸蔵保存できるものが好ましく、蓄電素子の正極活物質として一般に用いられるものを挙げることができる。例えば、酸化物系（ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等）、複合酸化物系、リン酸鉄系（ＬｉＦｅＰＯ_４、Ｌｉ_２ＦｅＰＯ_４Ｆ等）、高分子化合物系（ポリアニリン、ポリチオフェン等）等の活物質粒子を挙げることができる。これらの中でも、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４が好ましい。正極活物質層には、その内部抵抗を低下させるため、カーボン（黒鉛、カーボンブラック等）粒子や金属（銀、銅、ニッケル等）粒子等の導電助剤が、１〜３０質量％程度配合されていてもよい。

負極活物質層は、負極活物質粒子を樹脂バインダで結着して得られる層である。負極活物質粒子として用いられる材料としては、リチウムイオンを吸蔵保存できるものが好ましく、蓄電素子の負極活物質として一般に用いられるものを挙げることができる。例えば、グラファイト、アモルファスカーボン、シリコン系、錫系等の活物質粒子を挙げることができる。これらの中でもグラファイト粒子、シリコン系粒子が好ましい。シリコン系粒子としては、例えば、シリコン単体、シリコン合金、シリコン・二酸化珪素複合体等の粒子を挙げることができる。ここで、シリコン単体とは、純度が９５質量％以上の結晶質または非晶質のシリコンをいう。負極活物質層には、その内部抵抗を低下させるため、カーボン（黒鉛、カーボンブラック等）粒子や金属（銀、銅、ニッケル等）粒子等の導電助剤が、１〜３０質量％程度配合されていてもよい。

活物質粒子や導電助剤の平均粒子径は、正極、負極いずれも５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。平均粒子径は、小さすぎても樹脂バインダによる結着が難しくなるので、通常０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上である。

電極活物質層の気孔率は、正極、負極いずれも５〜５０体積％が好ましく、１０〜４０体積％がより好ましい。

電極活物質層の厚みは、通常２０〜２００μｍ程度である。

活物質粒子を結着させるための樹脂バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体、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、ポリアミドイミド等、公知の樹脂バインダを挙げることができる。

保護層を形成するＰＡＩは、原料であるトリカルボン酸成分とジアミン成分との重縮合反応を行うことにより得られる高分子である。

ＰＡＩのトリカルボン酸成分は、１分子あたり３個のカルボキシル基（その誘導体を含む）および１個以上の芳香環を有する有機化合物であって、当該３個のカルボキシル基のうち、少なくとも２個のカルボキシル基が酸無水物形態を形成し得る位置に配置されたものである。

芳香族トリカルボン酸成分として、例えば、ベンゼントリカルボン酸成分、ナフタレントリカルボン酸成分を挙げることができる。

ベンゼントリカルボン酸成分の具体例として、例えば、トリメリット酸、ヘミメリット酸、ならびにこれらの無水物およびそのモノクロライドを挙げることができる。

ナフタレントリカルボン酸成分の具体例として、例えば、１，２，３−ナフタレントリカルボン酸、１，６，７−ナフタレントリカルボン酸、１，４，５−ナフタレントリカルボン酸、ならびにこれらの無水物およびそのモノクロライドを挙げることができる。

芳香族トリカルボン酸成分の中では、トリメリット酸および無水トリメリット酸クロライド（ＴＡＣ）が好ましい。

トリカルボン酸成分は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、トリカルボン酸成分は、その一部がテレフタル酸、イソフタル酸、ピロメリット酸、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の成分で置換されたものを用いてもよい。

ＰＡＩのジアミン成分は、１分子あたり２個の１級アミノ基（その誘導体を含む）および１個以上の芳香環を有する有機化合物である。

芳香族ジアミン成分の具体例として、例えば、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＡＤＥ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＤＡ）、ｐ−フェニレンジアミン、４，４′−ジフェニルメタンジアミン（ＤＭＡ）、４，４′−ジフェニルエーテルジアミン、ジフェニルスルホン−４，４′−ジアミン、ジフェニル−４，４′−ジアミン、ｏ−トリジン、２，４−トリレンジアミン、２，６−トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン、ならびにこれらのジイソシアネート誘導体を挙げることができる。

芳香族ジアミン成分の中では、ＤＡＤＥ、ＭＤＡおよびＤＭＡが好ましい。

芳香族ジアミン成分は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

ＰＡＩは、通常、２００℃以上のガラス転移温度を有する。ガラス転移温度は、ＤＳＣ（示差熱分析）により測定された値を用いている。

本発明の塗液には、ＰＡＩに対する良溶媒と貧溶媒とからなる混合溶媒が含まれている。ここで、良溶媒とは、ＰＡＩに対する２５℃での溶解度が、１質量％以上である溶媒のことであり、貧溶媒とは、ＰＡＩに対する２５℃での溶解度が、１質量％未満である溶媒のことである。

本発明で用いられる良溶媒としては、アミド系溶媒を用いることが好ましい。アミド系溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを挙げることができる。アミド系溶媒は、これらを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、ＮＭＰが好ましい。

本発明で用いられる貧溶媒は、エチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネート（エステル系溶媒）であることが必要である。

混合溶媒中におけるエチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネートの含有量は、全溶媒質量に対し、１質量％以上、７０質量％未満であることが好ましく、５質量％以上、６０質量％以下とすることがより好ましい。溶媒組成を前記のようにすることにより、ＰＡＩ塗液から得られる塗膜を乾燥して固化させる際に、塗膜中に残存するエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネート（貧溶媒）の作用により、効率よく相分離が起こり、高い気孔率を有する多孔質ＰＡＩを形成させることができる。なお、ここで用いられるＰＡＩ溶液は、均一な溶液である。均一な溶液とは、可視光線に対して透明な溶液をいう。
このような均一溶液を用いることにより、塗膜乾燥時に均一な相分離現象が誘起される。従い、例えば、特開２００７−２６９５７５号公報に開示されたような、ミクロ相分離した、不均一なＰＡＩ溶液は好ましくない。

本発明の塗液は、前記ＰＡＩ溶液にフィラを配合することが必要である。このようにすることにより、形成される保護層の良好なイオン透過性を確保することができる。すなわち、貧溶媒の作用により形成されるＰＡＩの多孔質構造と、フィラの配合により形成される多孔質構造の相乗効果により、良好なイオン透過性を有する保護層が得られるのである。

フィラの種類に制限は無く、有機フィラ、無機フィラおよびその混合物等を用いることができる。有機フィラの具体例としては、例えば、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単独または２種類以上の共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素系樹脂等の重合体からなる粉体を挙げることができる。有機フィラは、単独または２種以上を混合して用いることができる。無機フィラの具体例としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等の無機物からなる粉体を挙げることができる。具体例としては、アルミナ、ベーマイト、シリカ、二酸化チタン、硫酸バリウムまたは炭酸カルシウム等からなる粉体を挙げることができる。無機フィラは、単独または２種以上を混合して用いることができる。これらの無機フィラの中でも、化学的安定性の観点から、アルミナ、ベーマイトが好ましい。

フィラの形状に制限はなく、略球状、板状、柱状、針状、ウィスカー状、繊維状等の粒子を用いることができ、略球状粒子が好ましい。略球状粒子のアスペクト比（粒子の長径／粒子の短径）は１以上、１．５以下とすることが好ましい。

フィラの平均粒子径に制限はないが、０．０１μｍ以上、２μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径はレーザ回折散乱法に基づく測定装置により測定することができる。

フィラは、その表面が、界面活性剤やシランカップラのような表面処理剤で処理されていてもよい。

フィラ配合量に制限はないが、ＰＡＩとフィラとの合計質量に対し、通常、１０〜９５質量％であり、２０〜９０質量％とすることが好ましい。

ＰＡＩ塗液中におけるＰＡＩ固形分濃度は、１〜５０質量％が好ましく、２〜３０質量％がより好ましい。

必要に応じて、ＰＡＩ塗液に、各種界面活性剤やシランカップラ等公知の添加物、ＰＡＩ以外の他のポリマー、エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネート以外の溶媒等を、本発明の効果を損なわない範囲で添加してもよい。

前記のようにして得られたＰＡＩ塗液を、電極活物質層の表面に塗布し、１００〜１８０℃で乾燥することにより、塗膜中に残存する貧溶媒の作用を利用して塗膜内で相分離を起こさせて、イオン透過性が良好な多孔質ＰＡＩからなる保護層を形成することができる。保護層の厚みに制限はないが、１〜２０μｍとすることが好ましく、２〜１０μｍとすることがより好ましい。

保護層のイオン透過性は、例えば、保護層の積層前後のイオン抵抗率を算出し、積層後電極のイオン抵抗率の積層前電極（Ｐ−１）に対する比率（イオン抵抗上昇率）を求めることにより評価することができる。本発明のイオン抵抗上昇率は、２０％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましい。
このようにすることにより、リチウム二次電池とした際の良好なサイクル特性を確保することができる。

このようにして得られた保護層には、微量のエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートが残留していることが好ましい。エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートの残留率としては、保護層質量に対し、０．０１質量％以上、１０質量％以下とすることが好ましく、０．１質量％以上、５質量％以下とすることがより好ましい。

ＰＡＩ塗液を塗布するに際しては、ロールツーロールにより連続的に塗布する方法、枚様で塗布する方法が採用でき、いずれの方法でもよい。塗布装置としては、ダイコータ、多層ダイコータ、グラビアコータ、コンマコータ、リバースロールコータ、ドクタブレードコータ等が使用できる。

本発明のＰＡＩ塗液を用いて得られた電極の保護層の表面には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂などからなるポリオレフィン樹脂粒子を堆積することによりポリオレフィン樹脂層を形成させることができる。このようにすることにより、電極間の短絡などにより電池が異常発熱した際、樹脂粒子が溶融して電流の経路を塞ぐので電池に流れる電流をシャットダウンすることができるので、安全性をより高めることができる。ポリオレフィン樹脂粒子の融点は１４０℃以下とすることが好ましい。また堆積されたポリオレフィン樹脂層の厚みは、１０〜２５μｍとすることが好ましい。

以上述べた如く、本発明の電極を、簡単なプロセスで容易に製造することができる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお本発明は実施例により限定されるものではない。

下記の実施例及び比較例で使用した電極を以下のようにして得た。

負極活物質である黒鉛粒子（平均粒子径８μｍ）８８質量部と、導電助剤のカーボンブラック（アセチレンブラック）５質量部と、バインダ樹脂であるＰＶＤＦ７質量部とを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に均一に分散して、固形分濃度２５質量％の負極活物質分散体を得た。この分散体を負極集電体である厚さ１８μｍの銅箔に塗布し、得られた塗膜を１５０℃で２０分乾燥後、熱プレスして、銅箔上に形成された厚みが１００μｍの負極活物質層を設けた電極（Ｐ−１）を得た。

下記の実施例及び比較例において得られた電極の特性等は、以下の方法で評価した。

（１）イオン透過性
電極を直径１６ｍｍの円形に打ち抜き、ポリエチレン製多孔膜からなるセパレータと、リチウム箔とを順に積層し、これをステンレス製のコイン型外装容器中に収納した。この外装容器中に電解液（溶媒：エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：１の割合で混合した混合溶媒、電解質：１ＭＬｉＰＦ_６）を注入し、外装容器にパッキンを介してステンレス製のキャップをかぶせて固定し、電池缶を封止して、評価用のセルを得た。このセルを用い、２５℃で、１００ＫＨｚでのインピーダンスから、保護層の積層前後のイオン抵抗率を算出し、積層後電極のイオン抵抗率の積層前電極（Ｐ−１）に対する比率（イオン抵抗上昇率）を求めることによりイオン透過性を評価した。
（２）サイクル特性
前記で得られた試験セルを用い、測定温度：３０℃、電圧範囲：０．０１〜２Ｖ、充電電流および放電電流：５００ｍＡ／ｇ−電極活物質層の充放電条件で繰り返しの充放電を行い、２０回目放電容量の２回目放電容量に対する比率（放電容量維持率）を求めることによりサイクル特性を評価した。
（３）残留溶媒含有率
保護層から削り取った試料５ｍｇを用い、示差熱／熱重量測定装置（株式会社リガク製ＴｈｅｒｍｏｐｌｕｓＥＶＯ２）により、室温（２０℃）から３００℃まで昇温した前後での保護層質量の減少率を測定し、残留溶媒含有率を算出した。

＜実施例１＞
特許文献４の記載に準拠してＰＡＩ溶液を調製した。すなわち、ＴＡＣと、ＤＡＤＥおよびＭＤＡとを共重合（共重合モル比：ＤＡＤＥ／ＭＤＡ＝７／３）して得られるＰＡＩ粉体（ガラス転移温度２８０℃）と、を、ＮＭＰとエチレンカーボネートとからなる混合溶媒（質量比ＮＭＰ／エチレンカーボネート＝６０／４０）に、３０℃で溶解して、ＰＡＩの固形分濃度が１３質量％の均一なＰＡＩ溶液（Ｌ−１）を得た。この溶液に、前記混合溶媒と、市販の球状アルミナ粉体（平均粒径：０．２μｍ）と、を加え、ボールミルで混合することによりＰＡＩ塗液（Ｌ−２）を得た。
Ｌ−２の固形分濃度は、２５質量％であり、ＰＡＩとアルミナの質量比は、ＰＡＩ／アルミナ＝４０／６０であった。Ｌ−２を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−２）を得た。Ｐ−２のイオン抵抗上昇率は１３％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、エチレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、４．３質量％であった。

＜実施例２＞
ＰＡＩとアルミナとの質量比を、ＰＡＩ／アルミナ＝３０／７０としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＰＡＩ塗液（Ｌ−３）を得た。Ｌ−３を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−３）を得た。Ｐ−３のイオン抵抗上昇率は１１％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、エチレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、２．８質量％であった。

＜実施例３＞
ＰＡＩとアルミナとの質量比を、ＰＡＩ／アルミナ＝５０／５０としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＰＡＩ塗液（Ｌ−４）を得た。Ｌ−４を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−４）を得た。Ｐ−４のイオン抵抗上昇率は１７％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、エチレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、３．９質量％であった。

＜実施例４＞
エチレンカーボネートをプロピレンカーボネートとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ＰＡＩ塗液（Ｌ−５）を得た。Ｌ−５を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−５）を得た。Ｐ−５のイオン抵抗上昇率は１５％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、プロピレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、４．１質量％であった。

＜実施例５＞
ＮＭＰとエチレンカーボネートとの混合溶媒を、ＮＭＰとエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとからなる混合溶媒（質量比ＮＭＰ／エチレンカーボネート／プロピレンカーボネート＝６０／２０／２０）としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＰＡＩ塗液（Ｌ−６）を得た。Ｌ−６を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−６）を得た。Ｐ−６のイオン抵抗上昇率は１８％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、３．９質量％であった。

＜実施例６＞
アルミナ粉体を市販のベーマイト粉体（平均粒径：０．５μｍ）としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＰＡＩ塗液（Ｌ−７）を得た。Ｌ−７を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１６０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−７）を得た。Ｐ−７のイオン抵抗上昇率は１７％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、エチレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、４．３質量％であった。

＜実施例７＞
実施例１で用いたＬ−２を電極（Ｐ−１）表面に塗布した際の乾燥温度を１７０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして行い、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｐ−８）を得た。Ｐ−８のイオン抵抗上昇率は１３％、放電容量維持率は９５％以上であった。保護層には、エチレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、０．８質量％であった。

＜比較例１＞
ＰＡＩ粉体を溶解させるための溶媒としてＮＭＰのみを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ＰＡＩ塗液（Ｍ−１）を得た。Ｍ−１を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが４μｍの保護層が形成された電極（Ｒ−１）を得た。Ｒ−１のイオン抵抗上昇率は２６％、放電容量維持率は９１％であった。

＜比較例２＞
アルミナが配合されていないＬ−１を、電極（Ｐ−１）表面に塗布し、１５０℃で２０分乾燥することにより、厚みが５μｍの保護層が形成された電極（Ｒ−２）を得た。Ｒ−２のイオン抵抗上昇率は３３％、放電容量維持率は８６％であった。保護層には、エチレンカーボネートが残留しており、その含有率は、保護層質量に対し、５．２質量％であった。

以上、実施例、比較例で示したように、本発明の塗液を用いて得られるリチウム二次電池用電極は、その保護層において、貧溶媒であるエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートと、フィラとによる相乗的な作用による気孔形成ができるので、多孔質ＰＡＩ層が積層一体化された電極の良好なイオン透過性を確保できることが判る。また、この効果により良好なサイクル特性を得られることが判る。また、本発明の製造方法によれば、環境適合性の高い、簡単なプロセスで、安全性に優れた電極を製造することができる。

本発明の塗液を用いて、リチウム二次電池用電極の活物質層上に、イオン透過性に優れた耐熱性の保護層を形成させることができるので、安全性、サイクル特性に優れたリチウム二次電池用電極として好適に用いることができる。

Claims

以下の特徴を有するリチウム二次電池電極用塗液。
１）溶質が、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）からなる。
２）溶媒が、ＰＡＩに対する良溶媒と貧溶媒との混合溶媒からなり、貧溶媒がエチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネートである。
３）フィラを含有する。
リチウム二次電池用電極を製造するための方法であって、金属箔上に形成された電極活物質層の表面に、請求項１記載の塗液を塗布して塗膜を形成し、しかる後、前記塗膜中の溶媒を除去する際、塗膜中に残存するエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートの作用を利用して塗膜内で相分離を起こさせて、イオン透過性を有する多孔質ＰＡＩからなる保護層を形成せしめることを特徴とするリチウム二次電池用電極の製造方法。
金属箔上に形成された電極活物質層の表面に、フィラを含有した多孔質ＰＡＩからなる保護層が形成されており、保護層に基づくイオン抵抗上昇率が２０％以下であることを特徴とするリチウム二次電池用電極。
保護層には、エチレンカーボネートおよび／またはプロピレンカーボネートが残留しており、その含有率が、保護層質量に対し、０．０１質量％以上、１０質量％以下であることを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。