JP5626336B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的大きいことから、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの小型機器の電源や、電気自動車用の電源としての応用が期待されている。これらの機器の性能の向上のため、リチウムイオン二次電池も、その性能においてよりいっそうの改善が求められている。
かかる改善のため、例えば、寿命及び出力を向上させるため、特定のバインダーを採用したり、活物質として所定のものを採用したりすることが試みられている(特許文献1及び2参照)。
特開2009−158099号公報(対応米国公報:米国特許出願公開第2009/162751号明細書) 国際公開WO2007/122947号(対応米国公報:米国特許出願公開第2009/274958号明細書)
リチウムイオン二次電池を使用する機器の性能をさらに向上させるため、リチウムイオン二次電池の性能もさらに高いものが求められている。例えば、急速な充放電や、低温環境における充放電においても高い容量を維持したり、ショートの発生をより低減したりしたリチウムイオン二次電池が求められている。
本発明の目的は、大容量であり、急速な充放電や、低温環境における充放電においても高い容量を維持することができ、且つ安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために本願発明者らは検討を行ったところ、リチウムイオン二次電池を構成する正極活物質層、負極活物質層の組成を特定のものとした場合において、優れたリチウムイオン二次電池が得られることを見出した。特に、正極活物質及び負極活物質並びにこれらのバインダーとして所定のものを組み合わせた場合において、特に、バインダーの重合体の原料となるモノマーの組成を特定のものとすることにより、リチウムイオン伝導度を向上させることができ、集電体と活物質層との密着性を向上させることができ、且つ、バインダーの製造において水系の媒体を採用することが可能となり電池の使用における残留有機溶媒の分解ガスの発生によるセルの変形を避けることができる等の、優れた効果が得られることを見出した。本発明は、以上の知見に基づいてなされたものである。
即ち、本発明によれば、下記のものが提供される。
〔1〕 負極活物質及び負極バインダーを含む負極活物質層を有する負極、正極活物質及び正極バインダーを含む正極活物質層を有する正極、電解液、並びにセパレーターを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記負極活物質が炭素質活物質からなり、
前記負極バインダーが、負極用単量体組成物を重合してなる重合体であり、前記負極用単量体組成物は、その100質量部中スチレン単量体70〜90質量部及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体1〜5質量部を含み、
前記負極活物質層中、前記負極活物質100質量部に対する前記負極バインダーの割合が0.1〜5質量部であり、
前記正極活物質がマンガン、鉄、ニッケル及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素を含み、
前記正極活物質層中、前記正極活物質100質量部に対する前記正極バインダーの割合が0.1〜5質量部であり、
前記正極バインダーが、正極用単量体組成物を重合してなる重合体であり、前記正極用単量体組成物は、その100質量部中アクリロニトリル単量体10〜35質量部及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体1〜10質量部を含み、
前記正極バインダーは、前記電解液に対する膨潤度が2.0〜15.0倍の重合体である、
リチウムイオン二次電池。
〔2〕 前記負極バインダーが、水系媒体中で重合してなる重合体であり、
前記負極活物質層が、防腐剤を、前記単量体組成物100質量部に対して0.001〜0.1質量部の割合で含み、
前記正極バインダーが、水系媒体中で重合してなる重合体であり、
前記正極活物質層が、防腐剤を、前記単量体組成物100質量部に対して0.001〜0.1質量部の割合で含む、
〔1〕記載のリチウムイオン二次電池。
〔3〕 前記セパレーターが、非導電性粒子を含む多孔膜を有する、〔1〕又は〔2〕に記載のリチウムイオン二次電池。
〔4〕 前記負極用単量体組成物が、さらにその100質量部中共役ジエン単量体を0.1〜25質量部含む組成物である、〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
〔5〕 前記負極の前記炭素質活物質が、黒鉛層間距離0.340〜0.370nmの炭素材料を含む、〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
〔6〕 該正極活物質がオリビン鉄である〔1〕〜〔5〕のいずれか1項にリチウムイオン二次電池。
〔7〕 前記負極、前記正極、またはこれらの両方が、集電体を有し、且つ、前記負極活物質層と前記集電体との間、前記正極活物質層と前記集電体との間、またはこれらの両方において、介在する導電性接着剤層をさらに有する、〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
〔8〕 積層型である、〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
本発明のリチウムイオン二次電池は、大容量であり、急速な充放電や、低温環境における充放電においても高い容量を維持することができ、且つ安全性が高いため、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの小型機器の電源や、電気自動車などの大型の機器の電源として、有用に用いることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質層を有する負極、正極活物質層を有する正極、電解液、及びセパレーターを備える。負極活物質層は、負極活物質及び負極バインダーを含む層であり、正極活物質層は、正極活物質及び正極バインダーを含む層である。本発明においては、正極活物質層及び負極活物質層が、所定の組成を有する層であることにより、充放電の特性を良好なものとし、且つ安全性を高めることができる。
〔1.負極活物質〕
本発明において、負極活物質層を構成する負極活物質は、炭素質活物質である。
炭素質活物質とは、リチウムイオンをドープ及び脱ドープ可能な炭素を主骨格とする負極活物質をいう。炭素質活物質としては、具体的には、炭素質材料と黒鉛質材料が挙げられる。
炭素質材料とは一般的に炭素前駆体を2000℃以下で熱処理(炭素化)した黒鉛化の低い(結晶性の低い)炭素質材料を示し、黒鉛質材料とは易黒鉛性炭素を2000℃以上で熱処理することによって得られた黒鉛に近い高い結晶性を有する黒鉛質材料を示す。炭素質材料の熱処理温度の下限は、特に限定されないが、500℃以上とすることができる。黒鉛質材料の熱処理温度の上限は、特に限定されないが、1500℃以下とすることができる。
炭素質材料としては、熱処理温度によって炭素の構造を容易に変える易黒鉛性炭素や、ガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素が挙げられる。
易黒鉛性炭素としては石油や石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられ、例えば、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。MCMBとはピッチ類を400℃前後で加熱する過程で生成したメソフェーズ小球体を分離抽出した炭素微粒子であり、メソフェーズピッチ系炭素繊維とは、前記メソフェーズ小球体が成長、合体して得られるメソフェーズピッチを原料とする炭素繊維である。
難黒鉛性炭素としては、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)などが挙げられる。
本発明に用いる炭素質活物質は、黒鉛層間距離(X線回折法による(002)面の面間隔(d値))が0.340〜0.370nmであることが好ましく、0.345〜0.365nmであることがより好ましく、0.350〜0.360nmであることがより好ましい。いわゆるソフトカーボンと呼ばれるこのような炭素質活物質を用いることで、体積当たりの容量を下げすぎることなく、出力特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができる。
炭素質活物質は、負極活物質層内において、粒子の形状で存在することができる。
本発明において用いる炭素質活物質の比表面積は、0.1〜20m/gの範囲内であるものが好ましく、0.5〜10m/gの範囲内であるものがより好ましい。負極活物質としての炭素質活物質の比表面積が上記範囲にあることにより、後述するスラリー組成物の作製時におけるバインダー量を少なくすることができ、電池容量の低下を抑制できると共に、後述するスラリー組成物を、塗布するのに適正な粘度に調整することが容易になる。
負極活物質層内における炭素質活物質の粒子径は、通常1〜50μm、好ましくは2〜30μmである。負極活物質としての炭素質活物質の粒子径が上記範囲にあることにより、後述するスラリー組成物を調製する際のバインダー量を少なくすることができ、電池の容量の低下を抑制できると共に、スラリー組成物を、塗布するのに適正な粘度に容易に調整することが容易になる。
〔2.負極バインダー;単量体組成物〕
本発明において、負極活物質層を構成する負極バインダーは、所定割合のスチレン単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含む負極用単量体組成物を重合してなる。
本発明において、負極及び正極のバインダーの重合にかかわる「単量体組成物」は、重合反応にかかわる構造を有する単量体のみを示す。重合反応の系においては、単量体組成物に加えて他の物質(例えば、重合において反応系に存在する溶媒、重合開始剤及びその他の添加剤)が存在し得る。これらの、単量体組成物以外の物質は、各単量体の割合の計算上、「単量体組成物」の合計量に含めない。
負極用単量体組成物におけるスチレン単量体の割合は、負極用単量体組成物100質量部中70〜90質量部であり、70〜88質量部であることが好ましく、72〜88質量部であることがより好ましい。
負極用単量体組成物におけるエチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸等の化合物を挙げることができる。負極用単量体組成物におけるエチレン性不飽和カルボン酸単量体の含有割合は、負極用単量体組成物100質量部中1〜5質量部であり、1〜4質量部であることが好ましい。
負極用単量体組成物が、上記所定割合のスチレン単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含有することにより、大容量であり、急速な充放電や、低温環境における充放電においても高い容量を維持することができ、且つ安全性の高いリチウムイオン二次電池を得ることができる。特に、スチレン単量体を70質量部以上という高い割合で含むことによりイオン伝導度を高い値とすることができ、容量及び充放電の特性を良好なものとすることができる。加えて、上記所定割合のスチレン単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含有する負極用単量体組成物を採用することにより、バインダーの製造において水系の媒体を採用することが可能となり、その結果、電池の使用における残留有機溶媒の分解ガスの発生によるセルの変形を避けることができる。
負極用単量体組成物は、スチレン単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体に加えて、必要に応じて他の任意の単量体を含むことができる。かかる任意の単量体としては、共役ジエン単量体を好ましく挙げることができる。かかる共役ジエン単量体としては、1,3−ブタジエン、イソプレン等の化合物を挙げることができる。負極用単量体組成物における共役ジエン単量体の割合は、負極用単量体組成物100質量部中0.1〜25質量部であることが好ましく、5〜25質量部であることがより好ましく、10〜25質量部であることがさらにより好ましい。共役ジエン単量体の割合を上記上限以下とすることにより、イオン伝導度を高い範囲に保ち出力特性を良好なものとすることができる。一方、共役ジエン単量体の割合を上記下限以上とすることにより、負極の柔軟性を保ち、ショートの発生を防ぐことができる。
〔3.負極バインダー;製造方法〕
前記負極用単量体組成物を重合し負極バインダーを製造する方法は、特に限定されず、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法をも用いることができる。重合の反応様式としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの様式とすることもできる。
負極バインダーの重合は、水系媒体での重合により得ることが好ましい。本発明においては、負極用単量体組成物として上記の組成を有するものを用いることにより、水系において重合させてもバインダーとして良好に機能する重合体を得ることができる。そして、水系媒体で重合したバインダーを用いることにより、電池に有機溶媒が残留することを確実に防ぐことができ、その結果、電池の使用における残留有機溶媒の分解ガスの発生によるセルの変形を避けることができる。
水系媒体中での重合は、好ましくは、負極用単量体組成物、水系媒体、及び必要に応じて添加しうる任意の物質を含む重合用混合物中で、負極用単量体組成物を乳化重合することにより行うことができる。かかる水系媒体としては、水を用いることができる。重合用混合物に添加しうる任意の物質としては、重合開始剤、分散剤等の物質を挙げることができる。
負極バインダーの重合に用いる重合開始剤としては、たとえば過酸化ラウロイル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシピバレート、3,3,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイドなどの有機過酸化物、α,α’−アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、または過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどがあげられる。重合開始剤の配合割合は、単量体組成物100質量部に対し0.01〜5質量部とすることができる。
負極バインダーの分散剤は、通常の合成で使用されるものでよく、具体例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸ナトリウムなどのベンゼンスルホン酸塩;ラウリル硫酸ナトリウム、テトラドデシル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸塩;ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジヘキシルスルホコハク酸ナトリウムなどのスルホコハク酸塩;ラウリン酸ナトリウムなどの脂肪酸塩;ポリオキシエチレンラウリルエーテルサルフェートナトリウム塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエ−テルサルフェートナトリウム塩などのエトキシサルフェート塩;アルカンスルホン酸塩;アルキルエーテルリン酸エステルナトリウム塩;ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンラウリルエステル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体などの非イオン性乳化剤;ゼラチン、無水マレイン酸−スチレン共重合体、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、重合度700以上かつケン化度75%以上のポリビニルアルコールなどの水溶性高分子などが例示され、これらは単独でも2種類以上を併用して用いても良い。これらの中でも好ましくは、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸ナトリウムなどのベンゼンスルホン酸塩;ラウリル硫酸ナトリウム、テトラドデシル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸塩であり、更に好ましくは、耐酸化性に優れるという点から、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸ナトリウムなどのベンゼンスルホン酸塩である。分散剤の添加量は任意に設定でき、単量体組成物100質量部に対して通常0.01〜10質量部程度である。
重合の具体的条件は、具体的には通常重合反応温度が0〜100℃、好ましくは25〜80℃である。また、重合反応時間が1〜50時間、好ましくは5〜20時間である。
〔4.負極バインダー;性状〕
負極用単量体組成物の重合を行うことにより、負極バインダーを、分散媒中に重合体粒子として得ることができる。重合体粒子の個数平均粒径は、50〜500nmが好ましく、70〜400nmがさらに好ましい。重合体粒子の個数平均粒径が上記範囲にあることで、得られる負極の強度および柔軟性が良好となる。
負極バインダーは、そのTgが、0〜100℃であることが好ましく、0〜50℃であることが好ましい。かかる範囲のTgとすることにより、負極の柔軟性を損なわずに低温特性を高めることができる。
〔5.負極活物質層;配合割合〕
本発明において、負極活物質層中の、負極活物質と負極バインダーとの割合は、負極活物質100質量部に対して、0.1〜5質量部であり、0.2〜3質量部であることが好ましく、0.5〜2質量部であることがより好ましい。負極バインダーの割合を上記上限以下とすることにより、内部抵抗を低く保ち出力特性を向上することができる。また負極バインダーの割合を上記下限以上とすることにより、密着強度を高く保つことができ、ショートの発生を低減することができる。
かかる組成は、以下に述べる負極スラリー組成物中の負極活物質と負極バインダーとの割合をこの範囲に調整することにより達成することができる。
〔6.負極用スラリー組成物〕
負極活物質層は、前記負極活物質及び負極バインダーを含む負極用スラリー組成物を用いて形成することができる。負極用スラリー組成物は、前記負極活物質及び負極バインダーに加えて、必要に応じてその他の任意の物質を含むことができる。かかる任意の物質としては、スラリーの粘度を調整するための媒体、防腐剤、増粘剤、導電性付与材、補強材、分散剤、レベリング剤、酸化防止剤、電解液分解抑制等の機能を有する電解液添加剤等の物質を挙げることができる。
(媒体)
前記媒体としては、重合に際して用いた水系媒体と同様のものを用いることができる。媒体の割合は、特に限定されず、スラリーがその後の工程に適した性状となるよう、適宜調整することができる。具体的には負極用スラリー組成物中の固形物(スラリーの乾燥、加熱を経て電極活物質層の構成成分として残留する物質)の割合が30〜70質量%、好ましくは40〜60質量%となるよう、媒体の割合を調整することができる。
(防腐剤)
前記防腐剤としては、任意の防腐剤を用いることができるが、特に、下記の一般式(1)で表わされるベンゾイソチアゾリン系化合物、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン、又はこれらの混合物を用いることが好ましく、特にこれらの混合物であることがより好ましい。
Figure 0005626336
式(1)中、Rは水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表わす。前記式一般式(1)で表されるベンゾイソチアゾリン系化合物と、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オンとの混合物を用いる場合、これらの割合は、質量比で1:10〜10:1とすることが好ましい。負極スラリー組成物中の防腐剤の含有割合は、前記単量体組成物100質量部を基準として、0.001〜0.1質量部であることが好ましく、0.001〜0.05質量部であることがより好ましく、0.001〜0.01質量部であることがより好ましい。
本発明においては、バインダーが、好ましくは水系の媒体において重合してなるものであり、その結果製造工程において水系の分散液として保持されるので、微生物の繁殖により品質が劣化しやすいところ、かかる防腐剤を含有することにより、そのような品質の劣化を防止することができる。
(増粘剤)
増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリ(メタ)アクリル酸およびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリビニルアルコール、アクリル酸又はアクリル酸塩とビニルアルコールの共重合体、無水マレイン酸又はマレイン酸もしくはフマル酸とビニルアルコールの共重合体などのポリビニルアルコール類;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、変性ポリアクリル酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体水素化物などが挙げられる。本発明において、「(変性)ポリ」は「未変性ポリ」又は「変性ポリ」を意味し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」又は「メタアクリル」を意味する。負極スラリー組成物中の増粘剤の含有割合は、好ましくは0.1〜10質量%である。増粘剤が上記範囲であることにより、スラリー中の活物質等の分散性を高めることができ、平滑な電極を得ることができ、優れた負荷特性及びサイクル特性を示す。
(導電付与材)
導電付与材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、気相成長カーボン繊維、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンを使用することができる。または、黒鉛などの炭素粉末、各種金属のファイバーや箔などを使用することもできる。導電性付与材を用いることにより電極活物質同士の電気的接触を向上させることができ、特にリチウムイオン二次電池に用いる場合に放電負荷特性を改善したりすることができる。
(補強材)
補強材としては、各種の無機および有機の球状、板状、棒状または繊維状のフィラーが使用できる。補強材を用いることにより強靭で柔軟な電極を得ることができ、優れた長期サイクル特性を得ることができる。
電極活物質層中の導電性付与材や補強剤の含有割合は、活物質100質量部に対して通常0.01〜20質量部、好ましくは1〜10質量部である。二次電池負極活物質層中の導電性付与材や補強剤の含有割合が前記範囲であることにより、高い容量と高い負荷特性を示すことができる。
(分散剤)
分散剤としてはアニオン性化合物、カチオン性化合物、非イオン性化合物、高分子化合物が例示される。分散剤は用いる電極活物質や導電剤に応じて選択される。二次電池負極活物質層中の分散剤の含有割合は、好ましくは0.01〜10質量%である。二次電池負極活物質層中の分散剤の含有割合が上記範囲であることにより、負極用スラリー組成物の安定性に優れ、平滑な電極を得ることができ、高い電池容量を示すことができる。
(レベリング剤)
レベリング剤としては、アルキル系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、金属系界面活性剤などの界面活性剤が挙げられる。前記界面活性剤を混合することにより、塗工時に発生するはじきを防止したり、負極の平滑性を向上させることができる。二次電池負極活物質層中のレベリング剤の含有割合は、好ましくは0.01〜10質量%である。二次電池負極活物質層中のレベリング剤の含有割合が上記範囲であることにより、電極作製時の生産性、平滑性及び電池特性に優れる。
(酸化防止剤)
酸化防止剤としては、フェノール化合物、ハイドロキノン化合物、有機リン化合物、硫黄化合物、フェニレンジアミン化合物、ポリマー型フェノール化合物等が挙げられる。ポリマー型フェノール化合物は、分子内にフェノール構造を有する重合体であり、質量平均分子量が200〜1000、好ましくは600〜700のポリマー型フェノール化合物が好ましく用いられる。二次電池負極活物質層中の酸化防止剤の含有割合は、好ましくは0.01〜10質量%、更に好ましくは0.05〜5質量%である。二次電池負極活物質層中の酸化防止剤の含有割合が上記範囲であることにより、負極用スラリー組成物の安定性、電池容量及びサイクル特性に優れる。
〔7.負極用スラリー組成物の調製方法〕
本発明においては、負極用スラリー組成物の調製方法は、特に限定はされず、前記各成分を混合して調製することができる。混合方法や混合順序は任意であるが、具体的には例えば、前記方法で得られた負極バインダーを含む分散液に、さらに、その他の成分を添加することにより得ることができる。
混合のために用いる装置は、上記成分を均一に混合できる装置であれば特に限定されず、ビーズミル、ボールミル、ロールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどを使用することができるが、中でも高濃度での分散が可能なことから、ボールミル、ロールミル、顔料分散機、擂潰機、プラネタリーミキサーを使用することが特に好ましい。
負極用スラリー組成物の粘度は、均一塗工性、スラリー経時安定性の観点から、好ましくは10mPa・s〜100,000mPa・s、更に好ましくは100〜50,000mPa・sである。前記粘度は、B型粘度計を用いて25℃、回転数60rpmで測定した時の値である。
負極用スラリー組成物の固形分濃度は、塗布、浸漬が可能な程度でかつ、流動性を有する粘度になる限り特に限定はされないが、一般的には10〜80質量%程度である。
〔8.負極活物質層の形成〕
負極スラリー組成物を、集電体(又は本発明の電池において集電体と活物質層との間に介在する層が存在する場合はその層)等の他の部材上に塗布し、さらに必要に応じて乾燥、加熱等することにより、負極活物質層を形成することができる。塗布の方法は特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、ジップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。負極用スラリー組成物は、集電体等の片面だけでに塗布してもよく、両面に塗布してもよい。
前記塗布により形成されたスラリー組成物の層の乾燥の条件は、特に制限されず、例えば120℃以上で1時間以上とすることができる。乾燥方法としては例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。
集電体(又は集電体と活物質層との間に介在する層が存在する場合はその層)等の他の部材上に負極用スラリー組成物を塗布、乾燥した後、金型プレスやロールプレスなどを用い、加圧処理により電極の空隙率を低くすることが好ましい。空隙率の好ましい範囲は5%〜15%、より好ましくは7%〜13%である。空隙率をかかる上限以下とすることにより充電効率や放電効率を高めることができる。空隙率をかかる下限以上とすることにより、高い体積容量を得ることができ、且つ、電極の剥がれを低減することができる。さらに、硬化性の重合体を用いる場合は、乾燥の工程に加えて硬化を行うことが好ましい。
負極活物質層の厚さは、1〜200μmであることが好ましく、10〜100μmであることがより好ましい。負極活物質層の厚さをかかる範囲とすることにより、出力密度とエネルギー密度のバランス化を図ることができる。
〔9.正極活物質〕
本発明において、正極活物質層を構成する正極活物質は、マンガン、鉄、ニッケル及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素を含む。より具体的には、マンガン、鉄、ニッケル及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素と、リチウムとを主として含有する酸化物とすることができる。かかる酸化物としては、層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、スピネル構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物などが挙げられる。
層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としてはリチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO)、Ni−Mn−Alのリチウム複合酸化物等が挙げられる。
スピネル構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、マンガン酸リチウム(LiMn)、Mnの一部を他の遷移金属で置換したLi[Mn3/21/2]O(ここでMは、Cr、Fe、Ni、Cu等)等が挙げられる。
オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としてはLiMPO(式中、Mは、Mn,Fe,Ni,Cu,Mg,Zn,V,Ca,Sr,Ba,Ti,Al,Si,B及びMoから選ばれるものであり、酸化物全量のうち少なくとも一部はMとしてMn,Fe,Niを含むもの、0≦X≦2)であらわされるオリビン型燐酸リチウム化合物が挙げられる。電気伝導性に乏しい、鉄系酸化物は、還元焼成時に炭素源物質を存在させることで、炭素材料で覆われた電極活物質として用いてもよい。また、これら化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。
正極活物質としては、遷移金属元素として鉄を含むものが好ましく、遷移金属元素として鉄を含み且つオリビン型構造を有するもの、すなわちオリビン鉄がより好ましい。かかるオリビン鉄を正極活物質として用いることにより、出力密度および安全性を高めることができる。
正極活物質は、正極活物質層内において、粒子の形状で存在することができる。正極活物質層内における正極活物質の粒子径は、通常0.001〜50μm、好ましくは0.01〜25μmである。正極活物質の粒子径が上記範囲にあることにより、正極スラリー組成物を調製する際のバインダー量を少なくすることができ、電池の容量の低下を抑制できると共に、スラリー組成物を、塗布するのに適正な粘度に容易に調整することが容易になる。
〔10.正極バインダー;単量体組成物〕
本発明において、正極活物質層を構成する正極バインダーは、所定割合のアクリロニトリル単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含む正極用単量体組成物を重合してなる。エチレン性不飽和カルボン酸単量体の具体例としては、負極用単量体組成物におけるそれと同様アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸等の化合物を挙げることができる。
正極用単量体組成物におけるアクリロニトリル単量体の割合は、正極用単量体組成物100質量部中10〜35質量部であることが好ましく、10〜30質量部であることがより好ましく、12〜25質量部であることがさらにより好ましい。正極用単量体組成物におけるエチレン性不飽和カルボン酸単量体の含有割合は、正極用単量体組成物100質量部中1〜10質量部であることが好ましく、1〜8質量部であることがより好ましく、1〜5質量部であることがさらにより好ましい。
正極用単量体組成物が、上記所定割合のアクリロニトリル単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含有することにより、大容量であり、急速な充放電や、低温環境における充放電においても高い容量を維持することができ、且つ安全性の高いリチウムイオン二次電池を得ることができる。加えて、上記所定割合のアクリロニトリル単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含有する正極用単量体組成物を採用することにより、バインダーの製造において水系の媒体を採用することが可能となり、その結果、電池の使用における残留有機溶媒の分解ガスの発生によるセルの変形を避けることができる。
正極用単量体組成物は、アクリロニトリル単量体及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体に加えて、必要に応じて他の任意の単量体を含むことができる。かかる任意の単量体としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体を好ましく挙げることができる。かかる(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリルなどのアクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなどのメタアクリル酸アルキルエステル等の化合物を挙げることができる。これらの中でも、アクリル酸アルキルエステルが好ましく、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチルがより好ましい。これらのアクリル酸アルキルエステルを用いると、柔軟性と密着性に優れる正極を得ることができる。正極用単量体組成物における(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合は、正極用単量体組成物100質量部中50〜89質量部であることが好ましく、60〜85質量部であることがより好ましく、65〜80質量部であることがさらにより好ましい。(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合を上記上限以下とすることにより、正極の柔軟性がより向上し、リチウムイオン二次電池の出力密度をより高めることができる。一方、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合を上記下限以上とすることにより、正極の密着性がより向上し、リチウムイオン二次電池の安全性をより高めることができる。
〔11.正極バインダー;製造方法〕
前記正極用単量体組成物を重合し正極バインダーを製造する方法は、特に限定されず、単量体組成物として前記正極用単量体組成物を用いる他は、上で述べた負極バインダーの製造方法と同様の製造方法により製造することができる。用いる媒体、及び重合用混合物に添加しうる任意の物質、その割合、及び重合の具体的条件についても、負極バインダーの製造に用いるものと同様のものとすることができる。
〔12.正極バインダー;性状〕
正極用単量体組成物の重合を行うことにより、正極バインダーを、分散媒中に重合体粒子として得ることができる。重合体粒子の個数平均粒径は、50〜500nmが好ましく、70〜400nmがさらに好ましい。重合体粒子の個数平均粒径が上記範囲にあることで、得られる正極の強度および柔軟性が良好となる。
正極バインダーは、そのTgが、−50〜0℃であることが好ましく、−45〜−5℃であることが好ましい。かかる範囲のTgとすることにより、正極の柔軟性がより向上し、リチウムイオン二次電池の出力密度を高めることができる。
正極バインダーは、その膨潤度が、2.0〜15.0倍、好ましくは2.0〜10.0倍、より好ましくは2.0〜5.0倍の重合体である。正極バインダーの膨潤度を上記上限以下とすることにより、内部抵抗を低く保ち出力特性を向上することができる。また正極バインダーの膨潤度を上記下限以上とすることにより、密着強度を高く保つことができ、ショートの発生を低減することができる。ここで、正極バインダーの膨潤度は、電解液に対する膨潤度である。電解液に対する膨潤度とは、電解液に浸漬した際の膨潤度であり、以下のようにして求められる値である。まず、バインダー分散液中のバインダー粒子重合体を所定の容器内で媒体を蒸散させフィルム化し、縦20mm×横20mm、厚さ100μmのシート状成形体を得る。このシート状成形体を60℃の電解液に72時間浸漬した後に引き上げ、成形体表面に付着した電解液を拭き取る。そして、該成形体の、電解液への浸漬前後の長さの増加分(%)として膨潤度が求められる。ここで、膨潤度の測定に用いる電解液は、本発明の電池を構成する電解液と同一のものを用いる。正極バインダーの膨潤度が2.0未満の場合、出力密度が低下し、15.0を超えるとサイクル特性が低下し、耐久性が低下する。正極バインダーの膨潤度は、アクリロニトリル及び(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合を調整することにより調整することができる。
〔13.正極活物質層;配合割合〕
本発明において、正極活物質層中の、正極活物質と正極バインダーとの割合は、正極活物質100質量部に対して、0.1〜5質量部であり、0.5〜5質量部であることが好ましく、1〜5質量部であることがより好ましい。正極バインダーの割合を上記上限以下とすることにより、内部抵抗を低く保ち出力特性を向上することができる。また正極バインダーの割合を上記下限以上とすることにより、密着強度を高く保つことができ、ショートの発生を低減することができる。
かかる組成は、以下に述べる正極スラリー組成物中の正極活物質と正極バインダーとの割合をこの範囲に調整することにより達成することができる。
〔14.正極用スラリー組成物、調製方法、及び正極活物質層の形成〕
正極活物質層は、前記正極活物質及び正極バインダーを含む正極用スラリー組成物を用いて形成することができる。正極用スラリー組成物は、前記正極活物質及び正極バインダーに加えて、必要に応じてその他の任意の物質を含むことができる。かかる任意の物質としては、負極用スラリー組成物が含みうるものとして上で述べたものと同様の物質を挙げることができ、それら任意の物質の配合割合も、負極用スラリー組成物におけるそれらの配合割合と同様とすることができる。
正極用スラリー組成物の調製方法、及びそれを用いた正極活物質層の形成方法も、上で述べた負極用スラリー組成物の調製方法及びそれを用いた負極活物質層の形成方法と同様に実施することができる。
集電体(又は集電体と活物質層との間に介在する層が存在する場合はその層)等の他の部材上に正極用スラリー組成物を塗布、乾燥した後、金型プレスやロールプレスなどを用い、加圧処理により電極の空隙率を低くすることが好ましい。空隙率の好ましい範囲は5%〜15%、より好ましくは7%〜13%である。空隙率をかかる上限以下とすることにより充電効率や放電効率を高めることができる。空隙率をかかる下限以上とすることにより、高い体積容量を得ることができ、且つ、電極の剥がれを低減することができる。さらに、硬化性の重合体を用いる場合は、乾燥の工程に加えて硬化を行うことが好ましい。
正極活物質層の厚さは、5〜300μmであることが好ましく、10〜250μmであることがより好ましい。正極活物質層の厚さをかかる範囲とすることにより、負荷特性及びエネルギー密度共に高い特性を示す。
〔15.集電体〕
前記負極及び前記正極はそれぞれ、活物質層に加え、任意に、集電体を有することができる。集電体は、電気導電性を有しかつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するため金属材料が好ましく、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などが挙げられる。中でも、正極用としてはアルミニウムが、負極用としては銅が、それぞれ特に好ましい。集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001〜0.5mm程度のシート状のものが好ましい。集電体は、活物質層との接着強度を高めるため、活物質層(又は集電体と活物質層との間に介在する層が存在する場合はその層)をその上に形成するのに先立ち粗面化処理されたものであることが好ましい。粗面化方法としては、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用される。また、合剤の接着強度や導電性を高めるために、集電体表面に中間層を形成してもよい。
〔16.導電性接着剤層〕
前記負極及び前記正極はそれぞれ、活物質層と集電体との間に介在する導電性接着剤層をさらに有することができる。かかる導電性接着剤層を有することにより、活物質層と集電体との密着強度を高め、且つ電池の内部抵抗を低減することができる。導電性接着剤層は、導電性接着剤用バインダーと、前記バインダー中に分散する導電性粒子とからなる導電性接着剤組成物を用いて形成することができる。
(導電性粒子)
導電性接着剤組成物を構成する導電性粒子は、導電性を有する粒子であれば特に制限されないが、通常炭素粒子を用いる。炭素粒子とは、炭素のみ、又は実質的に炭素のみからなる粒子である。炭素粒子の具体例としては、非局在化したπ電子の存在によって高い導電性を有する黒鉛(具体的には天然黒鉛、人造黒鉛など);黒鉛質の炭素微結晶が数層集まって乱層構造を形成した球状集合体であるカーボンブラック(具体的にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、その他のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど);炭素繊維やカーボンウィスカーなどが挙げられ、これらの中でも、導電性接着剤層の炭素粒子が高密度に充填し、電子移動抵抗を低減でき、さらにリチウムイオン二次電池の内部抵抗をより低減できる点で、黒鉛又はカーボンブラックが、特に好ましい。
導電性接着剤組成物を構成する炭素粒子は、上記で挙げたもののいずれかを単独で用いてもよいが、二種類以上を組み合わせて用いることが特に好ましい。かかる組み合わせとしては、具体的には、黒鉛とカーボンブラック、黒鉛と炭素繊維、黒鉛とカーボンウィスカー、カーボンブラックと炭素繊維、カーボンブラックとカーボンウィスカーの組み合わせなどが挙げられ、黒鉛とカーボンブラック、黒鉛と炭素繊維、カーボンブラックと炭素繊維の組み合わせが好ましく、黒鉛とカーボンブラック、黒鉛と炭素繊維の組み合わせが特に好ましい。この組み合わせの炭素粒子を用いると、導電性接着剤層中において炭素粒子が高密度に充填するため、電子移動抵抗がより低減され、リチウムイオン二次電池の内部抵抗がより低減するため好ましい。
導電性接着剤組成物を構成する炭素粒子の電気抵抗率は、好ましくは0.0001〜1Ω・cmであり、より好ましくは0.0005〜0.5Ω・cm、特に好ましくは0.001〜0.1Ω・cmである。炭素粒子の電気抵抗率がこの範囲にあると、導電性接着剤層の電子移動抵抗をより低減し、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をより低減することができる。ここで、電気抵抗率は、粉体抵抗測定システム(MCP−PD51型;ダイアインスツルメンツ社製)を用いて、炭素粒子に圧力をかけ続けながら抵抗値を測定し、圧力に対して収束した抵抗値R(Ω)と、圧縮された炭素粒子層の面積S(cm)と厚みd(cm)から電気抵抗率ρ(Ω・cm)=R×(S/d)を算出する。
導電性接着剤組成物を構成する炭素粒子の体積平均粒子径は、好ましくは0.01〜20μm、より好ましくは0.05〜15μm、特に好ましくは0.1〜10μmである。炭素粒子の体積平均粒子径がこの範囲であると、導電性接着剤層の炭素粒子が高密度に充填するため、電子移動抵抗がより低減され、リチウムイオン二次電池の内部抵抗がより低減する。ここで体積平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−3100;島津製作所製)にて測定し、算出される体積平均粒子径である。
(導電性接着剤用バインダー)
導電性接着剤組成物を構成する導電性接着剤用バインダーは、導電性粒子を相互に結着させることができる化合物であれば特に制限はない。好適なバインダーは、溶媒に分散する性質のある分散型結着剤である。分散型バインダーとして、例えば、フッ素系重合体、ジエン系重合体、(メタ)アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン系重合体等の高分子化合物が挙げられ、フッ素系重合体、ジエン系重合体又は(メタ)アクリレート系重合体が好ましく、ジエン系重合体又は(メタ)アクリレート系重合体が、耐電圧を高くでき、かつ電池のエネルギー密度を高くすることができる点でより好ましい。
ジエン系重合体は、共役ジエンの単独重合体もしくは共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。前記単量体混合物における共役ジエンの割合は通常30重量%以上、好ましくは40重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。ジエン系重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体;カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;スチレン・ブタジエン・メタクリル酸共重合体や、スチレン・ブタジエン・イタコン酸共重合体などの芳香族ビニル・共役ジエン・カルボン酸基含有単量体の共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBR等が挙げられる。
(メタ)アクリレート系重合体は、一般式(2):CH=CR−COOR(式中、Rは水素原子またはメチル基を、Rはアルキル基またはシクロアルキル基を表す。)で表される化合物由来の単量体単位を含む重合体である。一般式(2)で表される化合物の具体例としては、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリルなどのアクリレート;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなどのメタアクリレート等が挙げられる。これらの中でも、アクリレートが好ましく、アクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸2−エチルヘキシルが、得られる電極の強度を向上できる点で、特に好ましい。(メタ)アクリレート系重合体中の一般式(2)で表される化合物由来の単量体単位の割合は、通常50重量%以上、好ましくは70重量%以上である。前記一般式(2)で表される化合物由来の単量体単位の割合が前記範囲である(メタ)アクリレート系重合体を用いると、耐熱性が高く、かつ得られるリチウムイオン二次電池電極の内部抵抗を小さくできる。
導電性接着剤組成物を構成する導電性接着剤用バインダーは、極性基を有するものが好ましい。導電性接着剤用バインダーが、極性基を有することにより、集電体及び活物質層との結着性をさらに高めることができる。導電性接着剤用バインダーの極性基とは、水中で解離しうる官能基や分極を有する官能基のことをいい、具体的には、酸基、ニトリル基、アミド基、アミノ基、ヒドロキシル基、エポキシ基などが挙げられる。これらの中でも、酸基、ニトリル基、エポキシ基が好ましく、耐電圧を高くできる点で、酸基又はニトリル基がより好ましい。導電性接着剤組成物を構成する導電性接着剤用バインダーは、前記極性基を1種類有すればよいが、2種類以上有していてもよい。導電性接着剤用バインダー中の極性基は、例えば、導電性接着剤用バインダーを構成する重合体を重合する際、極性基を有する単量体を用いたり、極性基を有する重合開始剤を用いたりすることにより、重合体中に導入することができる。
導電性接着剤用バインダー中の極性基の含有割合は、導電性接着剤用バインダーを構成する重合体における、極性基を有する単量体に基づく重合単位の含有割合で、好ましくは0.1〜40重量%、より好ましくは0.5〜30重量%、特に好ましくは1〜20重量%である。導電性接着剤用バインダー中の極性基の含有割合を前記範囲とすることにより、集電体との結着性に優れ、電極の電極強度を高くすることができる。
ニトリル基を極性基として含む単量体としては、アクリロニトリルやメタクリロニトリルなどが挙げられ、耐電圧を高くできる点で、アクリロニトリルが好ましい。
酸基を極性基として含む単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸などの一塩基酸含有単量体や、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの二塩基酸含有単量体などのカルボン酸基を有する単量体;スチレンスルホン酸、メタリルスルホン酸などのスルホン酸基を有する単量体などが挙げられ、中でもカルボン酸基を有する単量体が好ましく、耐電圧を高くできる点で、二塩基酸含有単量体が特に好ましい。
導電性接着剤層を形成するために調製された導電性接着剤組成物において、導電性接着剤用バインダーは、粒子状の形状を有し、導電性粒子と混合された状態であることが好ましい。かかる構成とすることにより、集電体との結着性を向上させることができ、また、作成した電極の容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができる。粒子状の導電性接着剤用バインダーとしては、例えば、ラテックスのごとき重合体の粒子が水に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。導電性接着剤用バインダーが、粒子状である場合における、その数平均粒子径は、格別な限定はないが、通常は0.0001〜100μm、好ましくは0.001〜10μm、より好ましくは0.01〜1μmである。導電性接着剤用バインダーが粒子状である場合における、その数平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の使用でも優れた結着力を、導電性接着剤層および活物質層に与えることができる。ここで、数平均粒子径は、透過型電子顕微鏡写真で無作為に選んだ結着剤粒子100個の径を測定し、その算術平均値として算出される個数平均粒子径である。粒子の形状は球形、異形、どちらでもかまわない。これらの結着剤は単独でまたは二種類以上を組み合わせて用いることができる。
導電性接着剤組成物を構成する導電性接着剤用バインダーのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは50℃以下、さらに好ましくは−40〜0℃である。導電性接着剤用バインダーのガラス転移温度(Tg)がこの範囲にあると、少量の使用量で結着性に優れ、集電体と活物質層との結着性に優れ、電極強度が強く、柔軟性に富み、電極形成時のプレス工程により電極密度を容易に高めることができる。
導電性接着剤組成物における導電性接着剤用バインダーの含有量は、導電性粒子100重量部に対して、通常は0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。導電性接着剤層における導電性接着剤用バインダーの量がこの範囲にあると、活物質層と集電体との密着性が充分に確保でき、電池の容量を高く且つ内部抵抗を低くすることができる。
(他の成分)
導電性接着剤層を構成する導電性接着剤組成物は、前記導電性粒子及び導電性接着剤用バインダーに加え、必要に応じて任意の材料を含むことができる。かかる任意の材料としては、カルボキシメチルセルロース塩、界面活性剤が挙げられる。
(カルボキシメチルセルロース塩)
カルボキシメチルセルロース塩は、導電性接着剤層を形成するための分散剤で、具体的には、カルボキシメチルセルロース酸、カルボキシメチルセルロースアンモニウム、カルボキシメチルセルロースアルカリ金属、カルボキシメチルセルロースアルカリ土類金属などが挙げられる。中でも、カルボキシメチルセルロースアンモニウム、カルボキシメチルセルロースアルカリ金属が好ましく、カルボキシメチルセルロースアンモニウムが特に好ましい。特に、カルボキシメチルセルロースアンモニウムを用いると、導電性粒子および結着剤を均一に分散させることができ、導電性接着剤層の充填度を高め、電子移動抵抗を低減することができる。
導電性接着剤組成物におけるカルボキシメチルセルロース塩の含有量は、本発明の効果を損なわない範囲で用いることができ、格別な限定はないが、導電性粒子100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.5〜15重量部、特に好ましくは0.8〜10重量部の範囲である。導電性接着剤層におけるカルボキシメチルセルロース塩の含有量がこの範囲であると、得られる電池の耐久性をより向上させることができる。
(界面活性剤)
界面活性剤は、導電性粒子および結着剤を均一に分散し、集電体の表面張力を低下させるもので、具体的には、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物などのアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレナルキルエーテル、グリセリン脂肪酸エステルなどの非イオン性界面活性剤;アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩などのカチオン性界面活性剤;アルキルアミンオキサイド、アルキルベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。これらの中でも、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が好ましく、電池の耐久性に優れる点でアニオン性界面活性剤が特に好ましい。
導電性接着剤組成物における界面活性剤の含有量は、導電性粒子100重量部に対して、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは1.0〜15重量部、特に好ましくは2.0〜10重量部の範囲である。導電性接着剤組成物における界面活性剤の含有量がこの範囲であると、電池の耐久性に優れる。
導電性接着剤組成物は、導電性粒子および導電性接着剤用バインダー、並びに必要に応じ他の任意の材料を、溶媒(分散媒)中で混合、混練等することにより得ることができる。混合、混練等に用いる装置としては、具体的にはボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、およびホバートミキサーなどを用いることができる。
導電性接着剤組成物の固形分濃度は、塗布法にもよるが、通常10〜60重量%、好ましくは15〜50重量%、特に好ましくは20〜40%重量である。固形分濃度がこの範囲にあると、得られる導電性接着剤層が高充填化され、電池のエネルギー密度と出力密度が高まる。
導電性接着剤組成物の粘度は、塗布法にもよるが、通常50〜10,000mPa・s、好ましくは100〜5,000mPa・s、特に好ましくは200〜2,000mPa・sである。導電性接着剤組成物の粘度がこの範囲にあると、集電体上へ均一な導電性接着剤層を形成することができる。
導電性接着剤層は、導電性接着剤組成物を、集電体上に塗布し、乾燥して形成することができる。導電性接着剤組成物を塗布し塗膜を形成する方法は、特に制限されない。例えば、上記導電性接着剤組成物を、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗りなどによって、集電体上に塗布することにより、塗膜を形成することができる。
導電性接着剤組成物の塗膜の乾燥方法としては例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。中でも、熱風による乾燥法、遠赤外線の照射による乾燥法が好ましい。乾燥温度と乾燥時間は、集電体に塗布したスラリー状の導電性接着剤組成物中の溶媒を完全に除去できる温度と時間が好ましく、具体的に乾燥温度は通常50〜300℃、好ましくは80〜250℃である。乾燥時間は、通常2時間以下、好ましくは5秒〜30分である。
(導電性接着剤層の厚さ)
導電性接着剤層の厚さは、通常0.01〜20μm、好ましくは0.1〜15μm、特に好ましくは1〜10μmである。導電性接着剤層の厚さが前記範囲であることにより、良好な接着性が得られ、かつ電子移動抵抗を低減することができる。
〔17.セパレータ〕
本発明に用いるセパレーターとしては、電子伝導性がなくイオン伝導性があり、有機溶媒に対する耐性が高い、孔径の微細な多孔質膜を用いることができる。具体的には、下記(i)〜(iv)のいずれかを用いることができる。
(i)樹脂からなる微多孔膜
(ii)樹脂の繊維を織った織布、または当該繊維の不織布
(iii)非導電性粒子の集合体の層
(iv)上記(i)〜(iii)のうちの1種以上の層を2層以上組み合わせた積層体
(層(i)及び(ii))
(i)の微多孔膜とは、樹脂のフィルムを形成した後微細な孔を多数形成したものである。かかる微多孔膜の形成方法としては、下記の方法を挙げることができる。
(i-1)樹脂を溶融押し出しにより成膜しフィルムとした後に、当該フィルムを低温でアニーリングさせ結晶ドメインを成長させて、この状態で延伸を行い非晶領域を延ばす事で微多孔膜を形成する乾式方法
(i-2)炭化水素溶媒と、必要に応じて添加しうる任意の低分子材料と、樹脂とを混合し、当該混合物のフィルムを形成し、その後、非晶相に溶媒や低分子材料が集まり島相を形成し始めた時点で、この溶媒や低分子材料を他の揮発し易い溶媒を用いて除去し、微多孔膜を形成する湿式方法
(i-1)の乾式方法及び(i-2)の湿式方法のうちでは、抵抗を下げうる大きな空隙を得やすい点で、乾式方法が好ましい。
(i)の微多孔膜の材料としては、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂、及びその他の樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を挙げることができる。特に、ポリオレフィン系の樹脂のいずれか、これらの混合物あるいは共重合体等の樹脂が、上記(iii)との複合体を形成しやすく((iii)の層を形成するためのスラリーを良好に塗布しうる)、且つセパレーター膜厚を薄くし電池内の活物質比率を上げて体積あたりの容量を上げることができるため好ましい。
(ii)の織布又は不織布の繊維の材料も、上記(i)の微多孔膜の材料と同様のポリオレフィン系の樹脂であることが好ましい。
上記セパレーター(i)又は(ii)の材料として用いるポリオレフィン系の樹脂としては、より具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のホモポリマー、コポリマー、更にはこれらの混合物が挙げられる。ポリエチレンとしては、低密度、中密度、高密度のポリエチレンが挙げられ、突き刺し強度や機械的な強度の観点から、高密度のポリエチレンが好ましい。また、これらのポリエチレンは柔軟性を付与する目的から2種以上を混合しても良い。これらポリエチレンの調製に用いる重合触媒も特に制限はなく、チーグラー・ナッタ系触媒やフィリップス系触媒やメタロセン系触媒などが挙げられる。機械強度と高透過性を両立させる観点から、ポリエチレンの粘度平均分子量は10万以上1200万以下が好ましく、より好ましくは20万以上300万以下である。ポリプロピレンとしては、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーが挙げられ、一種類または二種類以上を混合して使用することができる。また重合触媒も特に制限はなく、チーグラー・ナッタ系触媒やメタロセン系触媒などが挙げられる。また立体規則性にも特に制限はなく、アイソタクチックやシンジオタクチックやアタクチックを使用することができるが、安価である点からアイソタクチックポリプロピレンを使用するのが望ましい。さらに本発明の効果を損なわない範囲で、ポリオレフィン系樹脂にはポリエチレン或いはポリプロピレン以外のポリオレフィン及び酸化防止剤、核剤などの添加剤を適量添加してもよい。
上記セパレーター(i)又は(ii)の厚さは、通常0.5〜40μm、好ましくは1〜30μm、更に好ましくは1〜10μmである。この範囲であると電池内でのセパレーターによる抵抗が小さくなり、またセパレーターへの塗工時の作業性が良い。
(層iii)
(iii)の、非導電性粒子の集合体の層は、非導電性粒子と、必要に応じて添加しうる結着樹脂とを含む混合物を硬化させて得ることができる。かかる混合物は典型的にはスラリーであり、かかるスラリーを、上記(i)の膜、又は(ii)の織布若しくは不織布等の他の部材上に塗布し硬化させることにより、(iii)の層を得ることができる。
(層(iii):非導電性粒子)
層(iii)を構成する非導電性粒子は、リチウムイオン二次電池の使用環境下で安定に存在し、電気化学的にも安定であることが望まれる。例えば各種の非導電性の無機粒子、有機粒子を使用することができる。
無機粒子としては、酸化鉄、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン等の酸化物粒子;窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒化物粒子;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子;硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子;前記各種の粒子に元素置換、表面処理、固溶体化等の処理を施したもの;またはこれらの2種以上の組合せを挙げることができる。これらの中でも電解液中での安定性と電位安定性の観点から酸化物粒子が好ましい。
有機粒子としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂など各種高分子材料からなる粒子を用いうる。粒子を形成する上記高分子材料は、混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体、架橋体等であっても使用できる。粒子内部に2種以上の異なる高分子材料の領域が存在していてもよい。またカーボンブラック、グラファイト、SnO、ITO、金属粉末などの導電性金属及び導電性を有する化合物や酸化物の微粉末の表面を、上に例示した非導電性の材料で表面処理することによって、電気絶縁性を有する粒子とし、これを使用することも可能である。
層(iii)を構成する非導電性粒子としては、上に述べた各種の無機粒子及び有機粒子の2種以上を併用して用いてもよい。
層(iii)を構成する非導電性粒子の平均粒子径(体積平均のD50平均粒子径)は、好ましくは5nm以上10μm以下、より好ましくは10nm以上5μm以下である。非導電性粒子の平均粒子径を前記範囲とすることにより、分散状態の制御と均質な所定の厚みの膜が得られ易くなる。非導電性粒子の平均粒子径を、50nm以上2μm以下の範囲にすると、分散、塗布の容易さ、空隙のコントロール性に優れるので特に好ましい。
非導電性粒子のBET比表面積は、粒子の凝集を抑制し、スラリーの流動性を好適化する観点から具体的には、0.9〜200m/gであることが好ましく、1.5〜150m/gであることがより好ましい。
層(iii)を構成する非導電性粒子の形状は球状、針状、棒状、防錐状、板状、鱗片状等、特に限定されないが、球状、針状、防錐状等が好ましい。また多孔性粒子を使用することもできる。
層(iii)における非導電性粒子の含有量は、好ましくは5〜99質量%、より好ましくは50〜98質量%である。層(iii)における非導電性粒子の含有量を、前記範囲とすることにより、高い熱安定性と強度を示す層とすることができる。
(層(iii):結着剤)
本発明において、層(iii)は、上に述べた非導電性粒子を必須成分として含むが、さらに必要に応じて結着剤を含むことが好ましい。結着剤を含むことにより、層(iii)の強度が上がり、割れ等の問題を防ぐことができる。
前記結着剤としては、特に限定されず、各種樹脂成分や軟質重合体を使用することができる。
例えば、樹脂成分としてはポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリロニトリル誘導体などを用いることができる。これら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。
軟質重合体としてはポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ブチルアクリレート・スチレン共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル・グリシジルメタクリレート共重合体などの、アクリル酸またはメタクリル酸誘導体の単独重合体またはそれと共重合可能な単量体との共重合体である、アクリル系軟質重合体;
ポリイソブチレン、イソブチレン・イソプレンゴム、イソブチレン・スチレン共重合体などのイソブチレン系軟質重合体;
ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン・スチレンランダム共重合体、イソプレン・スチレンランダム共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、イソプレン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・イソプレン・スチレン・ブロック共重合体などジエン系軟質重合体;
ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、ジヒドロキシポリシロキサンなどのケイ素含有軟質重合体;
液状ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)、エチレン・プロピレン・スチレン共重合体などのオレフィン系軟質重合体;
ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリステアリン酸ビニル、酢酸ビニル・スチレン共重合体などビニル系軟質重合体;
ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エピクロルヒドリンゴムなどのエポキシ系軟質重合体;
フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン−プロピレンゴムなどのフッ素含有軟質重合体;
天然ゴム、ポリペプチド、蛋白質、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどのその他の軟質重合体
などが挙げられ、中でもアクリル系軟質重合体が好ましく、さらに好ましくはアクリロニトリル重合単位を含むアクリル系軟質重合体が好ましい。結着剤が、前記共重合体であることにより、電解液への溶出が低減され、層(iii)の変形を生じにくくすることができる。さらに、高温においても電解液の膨潤性を保ちながら溶出しにくく、優れた高温特性を示しうる。したがって、このような結着剤と前記非導電性粒子とを組み合わせることで、層(iii)の安全性をさらに向上することができる。
層(iii)を構成する結着剤のガラス転移温度は、室温において層(iii)に柔軟性を与えることができ、ロール巻き取り時や捲回時のひびや、層(iii)の欠け等を抑制することができる観点より、好ましくは15℃以下、さらに好ましくは0℃以下である。結着剤のガラス転移温度は、重合体を構成する単量体の使用割合などを変更することによって調整可能である。
層(iii)を構成する結着剤の重量平均分子量は、好ましくは5,000以上、さらに好ましくは10,000以上であり、10,000,000以下であることが好ましい。結着剤の重量平均分子量が前記範囲内にあることにより、非導電性粒子の分散性、及び層(iii)の強度を向上させることができる。
層(iii)中の結着剤の含有割合は、非導電性粒子100質量部に対して、好ましくは0.1〜10質量部、より好ましくは1〜5質量部である。層(iii)中の結着剤の含有割合が、前記範囲にあることで、非導電性粒子同士の結着性及び電極への結着性と、柔軟性を維持しながらも、リチウムイオンの移動を阻害し抵抗が増大することを抑制することができる。
(層(iii):任意の成分)
層(iii)は、上記非導電性粒子及び結着剤に加えて、必要に応じて任意の成分を含むことができる。かかる任意の成分としては、分散剤や電解液分解抑制等の機能を有する電解液添加剤等を挙げることができる。これらは電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られない。
分散剤としてはアニオン性化合物、カチオン性化合物、非イオン性化合物、高分子化合物が例示される。分散剤は用いる非導電性粒子に応じて選択しうる。
その他の任意成分としては、フュームドシリカやフュームドアルミナなどのナノ微粒子:アルキル系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、金属系界面活性剤などの界面活性剤が挙げられる。前記ナノ微粒子を混合することにより層(iii)形成用スラリーのチキソ性をコントロールすることができ、さらにそれにより得られる層(iii)のレベリング性を向上させることができる。前記界面活性剤を混合することにより、塗工時に発生するはじきを防止したり、電極の平滑性を向上させることができる。層(iii)中の界面活性剤の含有量は、電池特性に影響を及ぼさない範囲が好ましく、10質量%以下が好ましい。
層(iii)はさらに、強度や硬度、熱収縮率を制御する目的で、非導電性粒子以外の粒子や繊維化合物を含んでも良い。また、層(iii)を他の部材の表面に形成する際に、あらかじめ低分子化合物や高分子化合物で、層(iii)を設ける他の部材の表面を、被覆処理したり、紫外線などの電磁線処理、コロナ放電・プラズマガスなどのプラズマ処理を行ってもよい。これらの処理により、密着性を向上させたり、電解液との表面張力を下げて液の含浸性を向上させたりすることができる。
(層(iii):形成方法)
層(iii)は、分散媒と、その中に分散された層(iii)を構成する上記各種の成分とを含有する層(iii)形成用スラリーを、他の部材上に塗布し、乾燥して形成することができる。当該他の部材として、上記セパレーター(i)又は(ii)を用いれば、これらが積層されたセパレーター(上記(iv))を得ることができる。
層(iii)形成用スラリーに用いる溶媒としては、水および有機溶媒のいずれも使用できる。
有機溶媒としては、芳香族炭化水素系としてはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどが、塩素系脂肪族炭化水素としてはメチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素等があげられる。その他にはピリジン、アセトン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、n−ブチルフタレート、メチルフタレート、エチルフタレート、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチルアセテート、ブチルアセテート、1−ニトロプロパン、二硫化炭素、リン酸トリブチル、シクロヘキサン、シクロペンタン、キシレン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、N−メチルピロリドン等が例示される。これらの溶媒は単独でも混合溶媒でも使用することができる。
これらの溶媒は、単独で使用しても、これらを2種以上混合して混合溶媒として使用してもよい。これらの中でも特に、非導電性粒子の分散性にすぐれ、沸点が低く揮発性が高い溶媒が、短時間でかつ低温で溶媒を除去できるので好ましい。具体的には、アセトン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、キシレン、水、若しくはN−メチルピロリドン、またはこれらの混合溶媒が好ましい。更に、揮発性が低くスラリー塗工時の作業性に優れる点から、シクロヘキサノン、キシレン、若しくはN−メチルピロリドン、またはこれらの混合溶媒が特に好ましい。
層(iii)形成用スラリーの固形分濃度は、塗布、浸漬が可能な程度でかつ、流動性を有する粘度になる限り特に限定はされないが、一般的には20〜50質量%程度である。
層(iii)形成用スラリーの製法は、特に限定はされず、混合方法や混合順序によらず、非導電性粒子が高度に分散されたスラリーを得ることができる。混合装置は、成分を均一に混合できる装置であれば特に限定はされず、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどを使用することができるが、高い分散シェアを加えることができる、ビーズミル、ロールミル、フィルミックス等の高分散装置を使用することが特に好ましい。
層(iii)形成用スラリーを他の部材上へ塗布する方法は、特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。中でも、均一な層が得られる点でディップ法やグラビア法が好ましい。乾燥方法としては例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。乾燥温度は、使用する溶媒の種類によってかわる。溶媒を完全に除去するために、例えば溶媒にN−メチルピロリドン等の揮発性の低い溶媒を用いる場合には、送風式の乾燥機で120℃以上の高温で乾燥させることが好ましい。逆に揮発性の高い溶剤を用いる場合には100℃以下の低温において乾燥させることもできる。
(層(iii)の性状)
上記形成方法により形成された層(iii)においては、非導電性粒子が結着剤を介して結着された性状を呈し、非導電性粒子間に空隙が形成された構造とすることができる。この空隙中には電解液が浸透可能であるため、良好な電池反応を得ることができる。
層(iii)の膜厚は、特に限定はされず、層(iii)が使用されるリチウムイオン二次電池の種類に応じて適宜設定できるが、薄すぎると均一な膜を形成できず、又厚すぎると電池内での体積(質量)あたりの容量(capacity)が減ることから、0.1〜50μmが好ましく、0.2〜10μmがより好ましく、0.5〜10μmが特に好ましい。
〔18.電解液〕
本発明において、電解液としては、有機溶媒に支持電解質を溶解した非水電解液を用いうる。支持電解質としては、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、特に制限はないが、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)NLiなどが挙げられる。中でも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF、LiClO、CFSOLiが好ましい。これらは、二種以上を併用してもよい。解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)などのカーボネート類;γ−ブチロラクトン、ギ酸メチルなどのエステル類;1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類;が好適に用いられる。中でも、誘電率が高く、イオンと溶媒和しやすく、安定な電位領域が広いのでカーボネート類が好ましい。さらに用いる溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなるので、粘度の低いカーボネートと誘電率の高いカーボネート溶媒の混合液を用いるのが好ましい。例えばエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)の3/7〜7/3容量比の混合溶媒が溶媒和の高さと粘度の低さを両立できるため好ましい。
電解液は、必要に応じて任意の添加剤を含有しうる。添加剤としては、ビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系の化合物が挙げられる。
電解液中における支持電解質の濃度は、通常1〜30質量%、好ましくは5質量%〜20質量%である。また、支持電解質の種類に応じて、通常0.5〜2.5モル/Lの濃度で用いられる。支持電解質の濃度が低すぎても高すぎてもイオン導電度は低下する傾向にある。
なお、本発明において便宜上「電解液」と呼ぶものは、必ずしも液体に限られず、非液体のもので同様の作用を示すものも「電解液」として用いうる。例えば、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルなどのポリマー電解質や前記ポリマー電解質に電解液を含浸したゲル状ポリマー電解質や、LiI、LiNなどの無機固体電解質を挙げることができる。
〔19.リチウムイオン二次電池の構成〕
本発明のリチウムイオン二次電池の構成は、前記負極、正極、電解液、及びセパレーターを備える限りにおいて特に限定されず、通常のリチウムイオン二次電池の構成を適宜採用することができる。例えば、正極と負極とをセパレーターを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口し、電池を構成することができる。
特に好ましくは、前記負極、正極及びセパレーターを、湾曲しない平坦な層としてこれらを重ねた積層型の構成を有することができる。例えば、平板状の集電体の両面に負極活物質層又は正極活物質を形成し、(負極活物質層)−(集電体)−(負極活物質層)という層構成を有する積層体(集電体と負極活物質層との間には、任意に導電性接着剤層が介在してもよい)と、(正極活物質層)−(集電体)−(正極活物質層)という層構成を有する積層体(集電体と正極活物質層との間には、任意に導電性接着剤層が介在してもよい)とを形成し、これらを組み合わせて、(集電体)−(正極活物質層)−(セパレーター)−(負極活物質層)−(集電体)−(負極活物質層)−(セパレーター)−(正極活物質層)−(集電体)・・・という層構成を有する、多層の積層型の構造を、好ましく有することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などの任意の構成要素を備えることができ、これらを備えることにより、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をする事もできる。
電池の外形の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、積層型などが挙げられるが、積層型が出力密度および安全性に優れている点で好ましい。
〔20.用途〕
本発明のリチウムイオン二次電池の用途は、特に限定されず、従来の二次電池と同様の用途に用いうる。特に、大容量であり、急速な充放電や、低温環境における充放電においても高い容量を維持することができ、且つ安全性が高いという特性を生かし、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの小型の電子機器、及び電気自動車などの大型の機器の電源として用いることができる。
以下において、実施例を参照して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
以下の実施例において、物質の量比に関する「部」及び「%」は、別に断らない限り質量比を表す。実施例において、諸般の物性の測定は、下記の通り行った。
(膨潤度)
バインダー分散液を試料とし、所定の容器内で試料中の媒体を蒸散させ、バインダーフィルムを作製し、このバインダーフィルムを60℃の電解液(電池を構成する電解液と同一のもの)に72時間浸漬した後に引き上げ、バインダーフィルム表面に付着した電解液を拭き取った。そして、該バインダーフィルムの、電解液への浸漬前後の縦方向および横方向の長さの変化率の平均(%)を求め、バインダーの膨潤度とした。電解液(EC/DEC=1/2(容量比)、1M LiPF)を用いて評価を行った。
(レート特性:容量維持率)
各実施例及び比較例において得たリチウムイオン二次電池について0.1Cの定電流法によって4.3Vまで充電しその後0.1Cにて3.0Vまで放電し、0.1C放電容量を求めた。
その後、0.1Cにて4.3Vまで充電し、その後20Cにて3.0Vまで放電し、20C放電容量を求めた。
これらの測定を電池10セルについて行い、各測定値の平均値を、0.1C放電容量a、1C放電容量bとした。1C放電容量bと0.1C放電容量aの電気容量の比((b/a)×100、単位%)で表される容量維持率を求め、これをレート特性の評価基準とした。この値が高いほどレート特性に優れている。レート特性の測定は、全て温度25℃の環境下で行った。
(低温リチウム受入特性:容量比)
各実施例及び比較例において得たリチウムイオン二次電池について、25℃で0.1Cの定電流法によって4.3Vまで充電しその後0.1Cにて3.0Vまで放電し、25℃での0.1C放電容量を求めた。
その後、−10℃で0.1Cにて4.3Vまで充電し、その後0.1Cにて3.0Vまで放電し、−10℃での0.1C放電容量を求めた。
これらの測定を電池10セルについて行い、各測定値の平均値を、25℃での放電容量c、−10℃での放電容量dとした。−10℃放電容量dと25℃放電容量cの電気容量の比((d/c)×100、単位%)で表される容量維持率を求め、これを低温リチウム受入特性の評価基準とした。この値が高いほど低温リチウム受入特性に優れている。
(安全性評価:ショート発生率)
各実施例及び比較例において得たリチウムイオン二次電池100セルのそれぞれを0.1Cの定電流法によって4.3Vまで充電し、4.3Vまで充電可能であるセル数eを求め、ショート発生率(((100−e)/100)×100、単位%)を求めた。この値が低いほど安全性に優れている。
(実施例1)
(1−1.負極バインダーの製造)
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン85部、1,3−ブタジエン13部、メタクリル酸2部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、イオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸カリウム1部を入れ、十分に攪拌した後、50℃に加温して重合を開始した。モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し反応を止め、防腐剤として2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オンを0.005部添加し、固形分濃度40%のジエン系重合体粒子水分散液(重合体粒子の数平均粒子径:100nm)を得て、これを負極バインダー水分散液とした。
(1−2.リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物の製造)
増粘剤として、カルボキシメチルセルロース(CMC、第一工業製薬株式会社製「BSH−12」)を用いた。増粘剤の重合度は1,700、エーテル化度は0.65であった。
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質として人造黒鉛(平均粒子径:24.5μm、黒鉛層間距離(X線回折法による(002)面の面間隔(d値)):0.354nm)を100部、及び上記増粘剤の1%水溶液1部を入れ、イオン交換水で固形分濃度55%に調整した後、25℃で60分間混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度52%に調整した後、さらに25℃で15分間混合し、混合液を得た。
上記混合液に、上記(1−1)で得た負極バインダー水分散液1部(固形分基準)、及びイオン交換水を入れ、最終固形分濃度42%となるように調整し、さらに10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して、流動性の良いリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を得た。
(1−3.正極バインダーの製造)
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、アクリル酸2−エチルヘキシル78部、アクリロニトリル20部、メタクリル酸2部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、イオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸カリウム1部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し反応を止め、防腐剤として2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オンを0.005質量部添加し、固形分濃度40%のアクリレート系重合体粒子水分散液(重合体粒子の数平均粒子径:200nm、電解液への膨潤度4.5倍)を得て、これを正極バインダー水分散液とした。
得られた正極バインダー水分散液から、正極バインダーを分離し、その膨潤度を測定したところ、4.5倍であった。
(1−4.リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物の製造)
増粘剤として、カルボキシメチルセルロース(CMC、第一工業製薬株式会社製「BSH−12」)を用いた。増粘剤の重合度は、1,700、エーテル化度は0.65であった。
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、正極活物質としてLiFePO(平均粒子径0.5μm、オリビン結晶構造を有する)を100部、及び上記増粘剤の1%水溶液1部をそれぞれ加え、イオン交換水で固形分濃度68%に調整した後、25℃で60分間混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度66%に調整した後、さらに25℃で15分間混合し、混合液を得た。
上記混合液に、上記(1−3)で得た正極バインダー水分散液1部(固形分基準)、及びイオン交換水を入れ、最終固形分濃度64%となるように調整し、さらに10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して、流動性の良いリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を得た。
(1−5.有機粒子多孔膜を有するセパレーター)
有機粒子(ポリスチレンビーズ,体積平均粒径1.0μm)と、上記(1−3)で得た正極バインダー水分散液と、カルボキシメチルセルロース(CMC、第一工業製薬株式会社製「BSH−12」、正極及び負極用増粘剤として用いたものと同一)とを、100:3:1(固形分相当比)となるように混合し、更に水を固形分濃度が40%になるように混合し、次いでビーズミルを用いて分散させて、有機粒子多孔膜用スラリー1を調製した。
単層のポリプロピレン製セパレーター用フィルム(幅65mm、長さ500mm、厚さ25μm、乾式法により製造、気孔率55%)上に、前記有機粒子多孔膜用スラリー1を、乾燥後の多孔膜層の厚さが5μmになるようにワイヤーバーを用いて塗工し、次いで60℃で30秒乾燥することにより、有機粒子多孔膜を形成し、有機粒子多孔膜付セパレーター1を得た。
(1−6.導電性接着剤層)
導電性粒子として、アスペクト比が7で、体積平均粒子径が1.0μmの球状黒鉛(日本カーボン社製)を80部、カーボンブラックとして、体積平均粒子径が0.4μmのファーネスブラック(Super−P;ティムカル社製)を20部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースアンモニウムの4.0%水溶液(DN−10L;ダイセル化学工業社製)を固形分相当で4部、導電性接着剤用バインダーとして、ガラス転移温度が−40℃で、数平均粒子径が0.25μmのカルボン酸基含有ジエン系重合体(スチレン60質量%、ブタジエン35質量%、イタコン酸5質量%を乳化重合した共重合体)の40%水分散体を固形分相当で8部、及びイオン交換水を全固形分濃度が30%となるように混合し、導電性接着剤組成物を調製した。
厚さ20μmの集電体(アルミニウム箔、厚さ20μm)に、ダイより前記導電性接着剤組成物を吐出し、30m/分の成形速度で、前記集電体の片面に塗布し、120℃で5分間乾燥して、厚さ4μmの導電性接着剤層を形成し、(導電性接着剤層)−(集電体)の層構成を有する集電体積層体を得た。
(1−7.負極)
銅箔集電体(厚さ20μm)の片面上に、上記(1−2)で得たリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、乾燥後の膜厚が200μm程度になるように塗布し、2分間乾燥(1mの乾燥ゾーンを0.5m/分の速度で移動、60℃)し、2分間加熱処理(120℃)して、(負極活物質層)−(集電体)の層構成を有する電極原反を得た。この電極原反をロールプレスで圧延して、負極活物質層の厚みが80μmの負極用積層体を得た。得られた負極用積層体を直径14mmの円形に切り抜き、リチウムイオン二次電池用負極とした。
(1−8.正極)
上記(1−6)で得た集電体積層体(集電体:アルミニウム箔)の片面上に、上記(1−4)で得たリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、乾燥後の膜厚が100μm程度になるように塗布し、2分間乾燥(1mの乾燥ゾーンを0.5m/分の速度で移動、60℃)し、2分間加熱処理(120℃)して、(正極活物質層)−(導電性接着剤層)−(集電体)の層構成を有する電極原反を得た。この電極原反をロールプレスで圧延して、正極活物質層の厚みが50μmの正極用積層体を得た。得られた正極用積層体を直径13mmの円形に切り抜き、リチウムイオン二次電池用正極とした。
(1−9.電池の製造及び評価)
上記負極、正極及びセパレーターを外装容器(コイン形電池CR2032の容器、直径20mm、高さ3.2mm、厚さ0.25mmのステンレス鋼製)に配置し、リチウムイオン二次電池を製造した。
上記(1−5)で得た多孔膜付セパレーター1を、直径18mmの円形に切り抜いた。
上記(1−8)で得た正極を、集電体側の面が外装容器に接するよう、外装容器底面に配置した。正極の正極活物質層側の面上に、セパレーターを配置した。さらに、セパレーター上に、上記(1−7)で得た負極を、負極活物質層側の面がセパレータに対面するよう配置した。さらに、負極の集電体側の面上にエキスパンドメタルを配置し、さらに、外装容器の開口を密閉するためのポリプロピレン製パッキンを外装容器に設置した。この容器中に電解液(EC/DEC=1/2(容量比)、1M LiPF)を空気が残らないように注入し、ポリプロピレン製パッキンを介して外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、容器を封止して、直径20mm、厚さ約3.2mmのリチウムイオン二次電池を製造した。得られた電池についてレート特性及び低温リチウム受入特性の測定並びに安全性評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例2)
(2−1.正極バインダーの製造)
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、アクリル酸2−エチルヘキシル78部、アクリロニトリル20部、メタクリル酸2部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、イオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸カリウム1部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し反応を止め、固形分濃度40%のアクリレート系重合体粒子水分散液(重合体粒子の数平均粒子径:200nm、電解液への膨潤度4.5倍)を得た。この重合体粒子水分散液100部にNMP360部を加え、減圧下に水を蒸発させて、固形分濃度10%のNMP溶液を得た。
得られた正極バインダーNMP溶液を所定の容器内にてNMPを蒸散させ、バインダーフィルムを作製し、その膨潤度を測定したところ、4.5倍であった。
(2−2.リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物の製造)
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、正極活物質としてLiFePO(平均粒子径0.5μm、オリビン結晶構造を有する)100部を加え、NMPで固形分濃度68%に調整した後、25℃で60分間混合した。次に、NMPで固形分濃度66%に調整した後、さらに25℃で15分間混合し、混合液を得た。
上記混合液に、上記(2−1)で得た正極バインダー溶液1部(固形分基準)、及びNMPを入れ、最終固形分濃度64%となるように調整し、さらに10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して、流動性の良いリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を得た。
工程(1−1)において、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オンの添加量を0.002部に変更し、工程(1−8)において、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物として上記(2−2)で得たリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を用いた他は、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例3)
工程(1−3)において、正極活物質としてLiFePOに代えてLiNiOを用いた他は、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例4)
工程(1−3)において、正極活物質としてLiFePOに代えてLiMnOを用いた他は、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例5)
工程(1−1)において、スチレンの割合を72部とし、1,3−ブタジエンの割合を26部としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例6)
工程(1−1)において、スチレンの割合を88部とし、1,3−ブタジエンの割合を10部としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例7)
工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を86部、アクリロニトリルの割合を12部(メタクリル酸は2部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例8)
工程(1−6)を行わず、工程(1−8)において集電体積層体に代えて導電性接着剤層を形成していない厚さ20μmのアルミニウム箔を用いたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例9)
工程(1−5)を行わず、工程(1−9)において多孔膜付きセパレーター1に代えて、多孔膜を形成していない単層のポリプロピレン製セパレーター(幅65mm、長さ500mm、厚さ25μm、乾式法により製造、気孔率55%)を用いたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例10)
工程(1−2)において、負極活物質として、黒鉛層間距離0.354の人造黒鉛に代えて、黒鉛(平均粒子径:14.7μm、黒鉛層間距離(X線回折法による(002)面の面間隔(d値)):0.361nm)を用いたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例11)
工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を73部、アクリロニトリルの割合を25部(メタクリル酸は2部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例12)
工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を68部、アクリロニトリルの割合を30部(メタクリル酸は2部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例13)
工程(1−1)において、1,3−ブタジエンの割合を11部、メタクリル酸の割合を4部(スチレンは85部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例14)
工程(1−2)において、負極バインダー水分散液の添加割合を0.7部(固形分基準)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例15)
工程(1−2)において、負極バインダー水分散液の添加割合を2部(固形分基準)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例16)
工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を76部、メタクリル酸の割合を4部(アクリロニトリルは20部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例17)
工程(1−4)において、正極バインダー水分散液の添加割合を0.7部(固形分基準)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(実施例18)
工程(1−4)において、正極バインダー水分散液の添加割合を4部(固形分基準)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表2に示す。
(比較例1)
工程(1−1)において、スチレンの割合を65部、1,3−ブタジエンの割合を28部、メタクリル酸の割合を7部としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
(比較例2)
工程(1−1)において、スチレンの割合を95部、1,3−ブタジエンの割合を4.95部、メタクリル酸の割合を0.05部としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
(比較例3)
工程(1−3)において、正極活物質としてLiFePOに代えてLiCoOを用いた他は、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
(比較例4)
工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を93部、アクリロニトリルの割合を5部(メタクリル酸は2部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
(比較例5)
工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を58部、アクリロニトリルの割合を40部(メタクリル酸は2部のまま)としたほかは、実施例1と同様にして、電池を製造した。得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
(比較例6)
下記の点を変更した他は、実施例1と同様にして、電池を製造した。
・工程(1−1)において、メタクリル酸の割合を0.5部、1,3−ブタジエンの割合を14.5部(スチレンの割合は85部のまま)とした。
・工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を79.5部、メタクリル酸の割合を0.5部(アクリロニトリルの割合は20部のまま)とした。
得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
(比較例7)
下記の点を変更した他は、実施例1と同様にして、電池を製造した。
・工程(1−1)において、メタクリル酸の割合を0.5部、1,3−ブタジエンの割合を14.5部(スチレンの割合は85部のまま)とした。
・工程(1−3)において、アクリル酸2−エチルヘキシルの割合を79.5部、メタクリル酸の割合を0.5部(アクリロニトリルの割合は20部のまま)とした。
・工程(1−1)及び(1−3)において、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オンを添加しなかった。
得られた電池を、実施例1における評価方法と同様の方法で評価した。また、正極バインダーの膨潤度を測定した。結果を表3に示す。
Figure 0005626336
Figure 0005626336
Figure 0005626336
表中、正極活物質は、金属元素にて表示しており、「Fe」はLiFePOを、「Ni」はLiNiOを、「Mn」はLiMnOを、「Co」はLiCoOをそれぞれ示す。
表中のモノマー割合は全て質量部である。
表1及び表2の結果から明らかな通り、本願実施例のリチウムイオン二次電池は、正極活物質層又は負極活物質層の組成が本発明の規定の範囲外である比較例のリチウムイオン二次電池に比べて、容量維持率、容量比、ショート発生率のいずれにおいても、優れた性能を示した。

Claims (8)

  1. 負極活物質及び負極バインダーを含む負極活物質層を有する負極、正極活物質及び正極バインダーを含む正極活物質層を有する正極、電解液、並びにセパレーターを備えるリチウムイオン二次電池であって、
    前記負極活物質が炭素質活物質からなり、
    前記負極バインダーが、負極用単量体組成物を重合してなる重合体であり、前記負極用単量体組成物は、その100質量部中スチレン単量体70〜90質量部及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体1〜5質量部を含み、
    前記負極活物質層中、前記負極活物質100質量部に対する前記負極バインダーの割合が0.1〜5質量部であり、
    前記正極活物質がマンガン、鉄、ニッケル及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素を含み、
    前記正極活物質層中、前記正極活物質100質量部に対する前記正極バインダーの割合が0.1〜5質量部であり、
    前記正極バインダーが、正極用単量体組成物を重合してなる重合体であり、前記正極用単量体組成物は、その100質量部中アクリロニトリル単量体10〜35質量部及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体1〜10質量部を含み、
    前記正極バインダーは、前記電解液に対する膨潤度が2.0〜15.0倍の重合体である、
    リチウムイオン二次電池。
  2. 前記負極バインダーが、水系媒体中で重合してなる重合体であり、
    前記負極活物質層が、防腐剤を、前記単量体組成物100質量部に対して0.001〜0.1質量部の割合で含み、
    前記正極バインダーが、水系媒体中で重合してなる重合体であり、
    前記正極活物質層が、防腐剤を、前記単量体組成物100質量部に対して0.001〜0.1質量部の割合で含む、
    請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
  3. 前記セパレーターが、非導電性粒子を含む多孔膜を有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
  4. 前記負極用単量体組成物が、さらにその100質量部中共役ジエン単量体を0.1〜25質量部含む組成物である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
  5. 前記負極の前記炭素質活物質が、黒鉛層間距離0.340〜0.370nmの炭素材料を含む、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
  6. 該正極活物質がオリビン鉄である請求項1にリチウムイオン二次電池。
  7. 前記負極、前記正極、またはこれらの両方が、集電体を有し、且つ、前記負極活物質層と前記集電体との間、前記正極活物質層と前記集電体との間、またはこれらの両方において、介在する導電性接着剤層をさらに有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
  8. 積層型である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
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