JP6851398B2 - 非水電解質二次電池及びそれに用いる材料 - Google Patents

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クロスリファレンス

本出願は、２０１７年１月６日に日本国において出願された特願２０１７−１３４３号及び特願２０１７−１３４６号、並びに２０１７年３月２４日に日本国において出願された特願２０１７−５９７２５号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願に記載された内容は全て、参照によりそのまま本明細書に援用される。また、本願において引用した全ての特許、特許出願及び文献に記載された内容は全て、参照によりそのまま本明細書に援用される。

本発明は、非水電解質二次電池及びそれに用いる材料に関し、より詳細には、非水電解質二次電池用のコンポジットＰＴＣ結着材、これを含む正極及び非水電解質二次電池並びにリチウムイオン二次電池に関するものである。

近年、リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノート型パソコンなどの電子機器、或いは電気自動車や電力貯蔵用の電源として広く使用されている。特に最近では、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載可能な、高容量で高出力かつエネルギー密度の高い電池の要望が急拡大している。このリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという利点の反面、リチウム金属及び非水電解質を使用することから安全性に対する十分な対応策が必要となる。

安全性を高める手法として、ハイパーブランチポリマーを正極活物質上に被覆する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このポリマーは、リチウムイオン電池に異常が発生し、リチウムイオン電池の温度が上昇する際に、当該膜が架橋反応を起こすことにより熱暴走を抑制することとされている。しかしながら、釘刺しのような物理的衝撃により、リチウムイオン二次電池が瞬間的に発熱する場合には、上記架橋反応による安全機構の発現が間に合わない場合も考えられる。

従来、このような場合に、安全弁により内部圧力の上昇を逃がす、あるいは外部短絡による発熱に応じて抵抗が上昇し電流を遮断するＰＴＣ素子を電池に組み込むなどの方法が提案されている。しかしながら、発熱部分から離れたところのセパレーターは必ずしも溶融するとは限らない。このため、電極内部で短絡が発生したとき、短絡電流の経路に当たる電極活物質、電子伝導性材料あるいは正極集電体を構成する電子伝導性材料のＰＴＣ機能によって、自律的に短絡電流を減衰させるシステムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

従来のＰＴＣ素子は、チタン酸バリウムにＳｒ等アルカリ土類金属や、Ｐｂ等を添加したものや、Ｃｒ，Ｃｅ，Ｍｎ，Ｌａ，Ｙ，Ｎｂ，Ｎｄなど、また、高密度ポリエチレンもしくは低密度ポリエチレン及びその混合体などが用いられているが、これらのＰＴＣ素子が電池の構成要素以外の中間層等を形成しているため、製造工程が複雑化し、電極のエネルギー密度が低下するという課題があった。

また、特許文献３に開示されたリチウム二次電池の正極は、集電基材の表面にリチウム含有酸化物を正極活物質として含む二層以上の合剤層を有し、合剤層の最表層に発熱開始温度の高い正極活物質を用いている。この従来技術は、負極と対向することにより最も合材層自身の発熱の危険が大きい正極の表層部の安全性を高め、これによって熱暴走の発生を抑制している。この最表層の合材層よりも発熱開始温度の低い下層の合材層では、容量密度の高いリチウム含有複合酸化物を用いることができるので、電池容量を向上させることもできるようになる。

また、特許文献４に記載の発明は、集電基材と前記集電基材上に複数の合剤層からなる正極塗膜とを備え、前記正極塗膜は正極活物質として発熱開始温度が異なる２種以上のリチウム含有化合物を含有し、前記２種以上のリチウム含有化合物のうち少なくとも１種のリチウム含有化合物は３００℃以上の発熱開始温度を有し、前記集電基材に最も近い第１合剤層中に、前記発熱開始温度が３００℃以上のリチウム含有化合物を少なくとも１種含有するリチウム二次電池用正極である。この発明は、正極塗膜を複数の合剤層から構成し、釘刺し試験における内部短絡により高いジュール熱が発生する集電基材に最も近い第一合剤層中に、発熱開始温度が３００℃以上のリチウム含有化合物を少なくとも１種含有させることにより、内部短絡による正極の発熱を確実に抑制するようにしている。
しかしながら、正極合剤層の中で正極活物質の種類を変えると、充放電に伴う結晶格子の膨張収縮による正極活物質の変形度合いが異なり正極合剤層における集電構造の劣化につながるため好ましくない。

特開２０１０−１５７５１２号公報 国際公開ＷＯ１９９９／０３４４６９号パンフレット 特開２００３−０３６８３８号公報 特許第５０３２８００号公報

本発明が解決しようとする課題は、リチウム二次電池の瞬間的な温度上昇に対応して結着材が熱溶融することにより、電極合剤層の抵抗が増大するようなリチウム二次電池を提供することである。また、リチウムイオン二次電池のサイクル特性や高容量を維持しつつ、内部短絡時に起こる瞬間的な温度上昇に対応して正極合剤層の発熱を抑制しうるリチウムイオン二次電池を提供することである。

本発明の1つの実施形態にかかる非水電解質二次電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる１種以上の材料を含有する電極活物質、導電助剤及び結着材を含有する電極合剤層を集電体の片面又は両面に有する、正極及び負極からなる少なくとも一対の電極と、セパレーターと、非水電解質と、を備える。上記結着材は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、ＰＴＣ機能付与成分とを含むコンポジットＰＴＣ結着材であり、非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法で測定される前記結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、前記ポリフッ化ビニリデンのみの場合に比べて低下していることを特徴とする。
本発明の他の実施形態にかかる非水電解質二次電池用のコンポジットＰＴＣ結着材は、結着成分と、ＰＴＣ機能付与成分とを含み、非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法で測定されるコンポジットＰＴＣ結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、結着成分単独の場合よりも低下していることを特徴とする。

本発明の他の一実施形態にかかるリチウムイオン二次電池用正極は、集電体と、この集電体上に塗布された正極合剤層とを備える。正極合剤層は、正極活物質、導電助剤及び結着成分を含む層Ａと、正極活物質、導電助剤及び上記コンポジットＰＴＣ結着材を含む層Ｂと、を含むことを特徴とする。

正極合剤層における層Ａと層Ｂとの位置は特に限定されないが、前記正極合剤層の厚さ方向において、層Ｂが集電体側に設けられ、層Ａが層Ｂを挟んで集電体とは反対側、すなわち、セパレーター側に設けられることが好ましい。これにより、内部短絡で温度が上昇した際に、集電体と正極合剤層との間で、層Ｂに含まれるＰＴＣ機能付与成分の作用により導電経路の切断作用を効果的に得ることができる。一方、層Ａに含まれる結着成分の作用により高温保存試験やサイクル耐久性試験の性能改善が期待できる。

また、集電体側に層Ａを設け、セパレーター側を層Ｂとすることで、内部短絡で温度が上昇した際に、層Ｂに含まれるＰＴＣ機能付与成分の作用によりセパレーターのシャットダウン温度前から、セパレーターと正極合剤層との接触界面でリチウムイオンの拡散が阻害され、リチウムイオン経路の遮断作用を効果的に得ることができるとともに、層Ａに含まれる結着成分の作用により高温保存試験やサイクル耐久性試験の性能改善が期待できる。層Ａは層Ｂより低い濃度でＰＴＣ機能付与成分を含んでもよいが、高温保存試験やサイクル耐久性試験の観点からはＰＴＣ機能付与成分を含まないことが好ましい。

異なる視点において、本発明のリチウムイオン二次電池では、電極に、電極活物質と、導電助剤と、該導電助剤を接着して導電経路を形成する結着材を備え、該結着材が、結着成分と、該結着成分の融点を降下させる融点降下剤から構成される。本発明のリチウムイオン二次電池は、導電性の異物により当該電池内で短絡発熱が生じたとき、前記異物周辺の前記結着材を溶融させて導電経路を切断することを特徴とする。

本発明のコンポジットＰＴＣ結着材は、非水電解質二次電池の温度上昇に対し、結着材の少なくとも一部が溶融してＰＴＣ機能による抵抗を増大させ、非水電解質二次電池の熱暴走を抑制するという利点がある。

本発明の１つの実施形態に係る積層型非水電解質二次電池の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る捲回型非水電解質二次電池の断面図である。 本発明の一実施形態に係る正極合剤層の釘刺し試験時の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る正極合剤層の釘刺し試験時の断面図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池に、導電性の異物である釘を刺した状態を表す模式図である。 実施形態の電極活物質と結着材との関係を表す模式図である：（Ａ）短絡直後の正極、（Ｂ）短絡（発熱）時の正極。 実施形態の結着剤に対する融点降下剤の作用を表す模式図である：（Ａ）ＰＶＤＦ高分子鎖の集合状態、（Ｂ）（ＰＶＤＦ／融点降下剤）高分子鎖の集合状態、（Ｃ）ＰＶＤＦ高分子鎖の膨張状態。 ＰＶＤＦ単独及びＰＭＭＡを共存させた試料の典型的なＤＳＣ曲線を示す。 試験例１で測定した捲回型電池の釘刺し試験による発熱プロファイルを示すグラフである。 図９Ａに示した発熱プロファイルの測定開始直後の拡大図である。 試験例２で測定した積層型電池の釘刺し試験による発熱プロファイルを示すグラフである。 図１０Ａに示した発熱プロファイルの測定開始直後の拡大図である。 試験例３で測定した捲回型電池の釘刺し試験による発熱プロファイルを示すグラフである。 図１１Ａに示した発熱プロファイルの測定開始直後の拡大図である。 試験例３０で測定した捲回型電池の釘刺し試験による発熱プロファイルを示すグラフである。 図１２Ａに示した発熱プロファイルの測定開始直後の拡大図である。

以下、本発明の非水電解質二次電池用のコンポジットＰＴＣ結着材、これを用いた正極及び非水電解質二次電池について説明する。本発明の１つの実施形態に係るコンポジットＰＴＣ結着材は、結着成分と、ＰＴＣ機能付与成分とを含む。このコンポジットＰＴＣ結着材は、非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法により測定される溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、結着成分単独の場合よりも低下しているという特質を有する。したがって、本実施形態のコンポジットＰＴＣ結着材は、結着成分とＰＴＣ機能付与成分との少なくとも２つの成分を含むものであって、これらは粉体状態の混合物であっても、あるいは２つの成分が相溶化して分子状態で混合されたものの何れであってもよい。

［非水電解質二次電池］
本発明のコンポジットＰＴＣ結着材が用いられる非水電解質二次電池は、金属イオンを吸蔵・放出可能な電極活物質と、導電助剤と、コンポジットＰＴＣ結着材とを電極合剤層として含む金属イオン二次電池の他、正極活物質として空気を用いる空気二次電池や、さらに、高分子ゲル電解質を用いる固体電解質二次電池等を含む。中でも、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）などを電解質の溶媒として用いる非水電解液リチウムイオン二次電池は、安全性を確保する観点から本発明のコンポジットＰＴＣ結着材を用いることが好ましい。典型的な実施形態として、電極活物質と、導電助剤とを本発明のコンポジットＰＴＣ結着材を用いて結着させた電極合剤層を備えるリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。上記電極合剤層は、正極であってもよく、負極であってもよい。

本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の一例を示す概略断面図である。なお、このような非水電解質二次電池は、積層型リチウムイオン二次電池と呼ばれる。

図１に示すように、本実施形態の非水電解質二次電池１は、正極リード２１及び負極リード２２が取り付けられた電池素子１０がラミネートフィルムで形成された外装体３０の内部に封入された構成を有している。そして、本実施形態においては、正極リード２１及び負極リード２２が、外装体３０の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。なお、図示しないが、正極リード及び負極リードが、外装体の内部から外部に向かって、同一方向に導出されていてもよい。また、このような正極リード及び負極リードは、例えば超音波溶接や抵抗溶接などにより後述する正極集電体及び負極集電体に取り付けることができる。

正極リード２１及び負極リード２２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、これらの合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料により構成されている。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用のリードとして用いられている従来公知の材料を用いることができる。

外装体３０は、例えば、小型化、軽量化の観点から、フィルム状の外装材で形成されたものであることが好ましいが、これに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の外装体に用いられている従来公知のものを用いることができる。すなわち、金属缶ケースを適用することもできる。

なお、高出力化や冷却性能に優れ、電気自動車、ハイブリッド電気自動車の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、例えば、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムを挙げることができる。より具体的には、熱圧着層としてのポリプロピレン、金属層としてのアルミニウム、外部保護層としてのナイロンをこの順に積層して成る３層構造のラミネートフィルムの外装材で形成された外装体を好適に用いることができる。

なお、外装体は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さないラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルム又は金属フィルムなどにより構成してもよい。

ここで、外装体の一般的な構成は、外部保護層／金属層／熱圧着層の積層構造で表すことができる（但し、外部保護層及び熱圧着層は複数層で構成されることがある。）。なお、金属層としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔、メッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。

図１に示すように、電池素子１０は、正極集電体１１Ａの両方の主面上に正極活物質層１１Ｂが形成された正極１１と、セパレーター１３と、負極集電体１２Ａの両方の主面上に負極活物質層１２Ｂが形成された負極１２とを複数積層した構成を有している。このとき、一の正極１１の正極集電体１１Ａの片方の主面上に形成された正極活物質層１１Ｂと該一の正極１１に隣接する負極１２の負極集電体１２Ａの片方の主面上に形成された負極活物質層１２Ｂとがセパレーター１３を介して向き合う。このようにして、正極、セパレーター、負極の順に複数積層されている。

これに電解質（ＬｉＰＦ_６）を含有する電解液を注液することより、隣接する正極活物質層１１Ｂ、セパレーター１３及び負極活物質層１２Ｂは、１つの単電池層１４を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、単電池層１４が複数積層されることにより、電気的に並列接続された構成を有するものとなる。なお、正極及び負極は、各集電体の一方の主面上に各活物質層が形成されているものであってもよい。

図２は、本発明の他の実施形態に係る非水電解質二次電池の一例を示す概略図である。なお、このような非水電解質二次電池は、捲回型リチウムイオン二次電池と呼ばれる。図２に示すように、電池素子７は、正極集電体の両方の主面上に正極活物質層が形成された正極４と、セパレーター６と、負極集電体の両方の主面上に負極活物質層が形成された負極５と、セパレーター６とを重ねて捲回した後プレス成型した。
このとき、一の正極４の正極集電体の片方の主面上に形成された正極活物質層と該一の正極４に隣接する負極５の負極集電体の片方の主面上に形成された負極活物質層とがセパレーター６を介して向き合う。また、もう一方の正極活物質層と負極活物質層もセパレーターを介して向き合う。このようにして、正極、セパレーター、負極の順に複数対向されている。

また、単電池層の外周には、隣接する正極集電体や負極集電体の間を絶縁するための絶縁層（図示せず）が設けられていてもよい。このような絶縁層は、電解質層などに含まれる電解質を保持し、単電池層の外周に、電解質の液漏れを防止する材料により形成されることが好ましい。具体的には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリアミド系樹脂（ＰＡ）、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）、ポリスチレン（ＰＳ）などの汎用プラスチックや熱可塑オレフィンゴムなどを使用することができる。また、シリコーンゴムを使用することもできる。

（正極活物質）
正極活物質は、リチウムの吸蔵・放出が可能な材料であれば特に限定されず、リチウムイオン二次電池に通常用いられる正極活物質でありうる。具体的には、リチウム−マンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４など）、リチウム−ニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ_２など）、リチウム−コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２などのＬＣＯ）、リチウム−鉄複合酸化物（ＬｉＦｅＯ_２など）、ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_０．３Ｃｏ_０．２Ｏ_２、ＬｉＮｉ_１/３Ｍｎ_１/３Ｃｏ_１/３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．４Ｍｎ_０．４Ｃｏ_０．２Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_０．３Ｃｏ_０．２Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．６Ｍｎ_０．２Ｃｏ_０．２Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｍｎ_０．１Ｃｏ_０．１Ｏ_２などのＮＭＣ）、ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物（ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２などのＮＣＡ）、リチウムーニッケルーマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_０．５Ｏ_２など）、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_２など）、リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４など）、およびリチウム−遷移金属硫酸化合物（ＬｉｘＦｅ_２（ＳＯ_４）_３）、固溶体化合物（Ｌｉ_２ＭＯ_３−ＬｉＭＯ_２ Ｍ＝Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ）、酸化バナジウム系化合物、ケイ酸塩系化合物、硫黄系化合物などが挙げられる。中でも好ましい正極活物質としては、リチウム−コバルト複合酸化物（ＬＣＯ）、ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物（ＮＭＣ）、ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物（ＮＣＡ）などが挙げられる。

これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。
正極合剤層中の正極活物質の含有量は、通常１０質量％以上、好ましくは３０質量％以上、更に好ましくは５０質量％以上であり、特に好ましくは７０質量％以上である。また、通常９９．９質量％以下、好ましくは９９質量％以下である。

（負極活物質）
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムとの合金化が可能な金属もしくは合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な酸化物、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な遷移金属窒素化物、および、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料からなる群から選ばれた少なくとも１種（単独で用いてもよいし、これらの２種以上を含む混合物を用いてもよい）を用いることができる。

リチウム（又はリチウムイオン）との合金化が可能な金属もしくは合金としては、シリコン、シリコン合金、スズ、スズ合金などを挙げることができる。また、チタン酸リチウムでもよい。

これらの中でもリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛材料（人造黒鉛、天然黒鉛）、非晶質炭素材料、等が挙げられる。前記炭素材料の形態は、繊維状、球状、ポテト状、フレーク状いずれの形態であってもよい。

前記非晶質炭素材料として具体的には、ハードカーボン、コークス、１５００℃以下に焼成したメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、メソフェーズビッチカーボンファイバー（ＭＣＦ）などが例示される。

前記黒鉛材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。人造黒鉛としては、黒鉛化ＭＣＭＢ、黒鉛化ＭＣＦなどが用いられる。また、黒鉛材料としては、ホウ素を含有するものなども用いることができる。また、黒鉛材料としては、金、白金、銀、銅、スズなどの金属で被覆したもの、非晶質炭素で被覆したもの、非晶質炭素と黒鉛を混合したものも使用することができる。
これらの炭素材料は、１種類で使用してもよく、２種類以上混合して使用してもよい。

（導電助剤）
電極合剤層は、導電助剤を含むことが好ましい。本発明で用いる導電助剤としては、公知の導電助剤を使用することができる。公知の導電助剤としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維（カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー）、フラーレン等を単独で、もしくは２種類以上を併せて使用することができる。市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック＃４３００、＃４４００、＃４５００、＃５５００等（東海カーボン社製、ファーネスブラック）、プリンテックスＬ等（デグサ社製、ファーネスブラック）、Ｒａｖｅｎ７０００、５７５０、５２５０、５０００ＵＬＴＲＡIII、５０００ＵＬＴＲＡ等、Ｃｏｎｄｕｃｔｅｘ ＳＣ ＵＬＴＲＡ、Ｃｏｎｄｕｃｔｅｘ ９７５ＵＬＴＲＡ等、ＰＵＥＲ ＢＬＡＣＫ１００、１１５、２０５等（コロンビヤン社製、ファーネスブラック）、＃２３５０、＃２４００Ｂ、＃２６００Ｂ、＃３００５０Ｂ、＃３０３０Ｂ、＃３２３０Ｂ、＃３３５０Ｂ、＃３４００Ｂ、＃５４００Ｂ等（三菱化学社製、ファーネスブラック）、ＭＯＮＡＲＣＨ１４００、１３００、９００、ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２Ｒ、ＢｌａｃｋＰｅａｒｌｓ２０００、ＬＩＴＸ−５０、ＬＩＴＸ−２００等（キャボット社製、ファーネスブラック）、Ｅｎｓａｃｏ２５０Ｇ、Ｅｎｓａｃｏ２６０Ｇ、Ｅｎｓａｃｏ３５０Ｇ、ＳｕｐｅｒＰ−Ｌｉ（ＴＩＭＣＡＬ社製）、ケッチェンブラックＥＣ−３００Ｊ、ＥＣ−６００ＪＤ（アクゾ社製）、デンカブラック、デンカブラックＨＳ−１００、ＦＸ−３５（電気化学工業社製、アセチレンブラック）等、グラファイトとしては例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではない。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の導電助剤として用いられている従来公知の材料を用いることができる。これらの導電助剤は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。電極合材層中に含まれる導電助剤の含有量は、好ましくは１質量％以上であり、例えば１〜１０質量％程度とすることが好ましい。

（コンポジットＰＴＣ結着材）
コンポジットＰＴＣ結着材としては、結着成分と、ＰＴＣ機能付与成分とを含む。電極を製造するために結着材を使用する目的は、第一に、電気化学的に活性な活物質表面を実質的に覆い隠すことなしに、粉末状態の活物質の接着を確かなものにするためである。結着材は集電体金属に対する粘着性を有する必要があり、これは結着材中の極性基の存在によって達成される。また、結着材は、電極を扱うための十分な可撓性と、充放電サイクル中の活物質の寸法変化に対応できなければならない。結着材は、特定の電気化学的特性を備えていなければならず、使用される非水電解質液と相溶性でなければならない。最後に、活物質として使用される還元剤及び酸化剤は極めて強力であるため、結着材は劣化することなく極限作動条件に耐えられ得るような可能な限り最小の反応性を有していなければならない。

したがって、本実施形態における結着成分は、これらの目的に適合する公知のポリマー成分を使用することができる。好ましい結着成分としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体又はそれらの誘導体などが挙げられる。ＰＶＤＦの機械的特性および電気化学的特性は、結着材に必要な上記多数の目的に適しており特に好ましい。

本実施形態における「ＰＴＣ機能付与成分」とは、上記結着成分の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度を低下させることによって結着材にＰＴＣ機能を付与する、又はＰＴＣ機能を増強する成分をいう。温度上昇に伴い抵抗値が増加するＰＴＣ（正温度係数）機能と、結着成分の溶融との関係は以下のように考えられる。例えば、電極活物質と導電助剤とを結着して構成される電極に短絡電流が流れると短絡発熱によって電極の温度が上昇する。このとき、結着材が溶融すると無機物である電極活物質や導電助剤を一緒に巻き込んでフィブリル（繊維）形状の構造物を形成し、これによって電極の形状が変化し、電極内の導電経路の少なくとも一部が切断されて電極の抵抗が増大すると推定される。このような機能は、結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が低下することによって発揮されることから、本実施形態のコンポジットＰＴＣ結着材は、通常の結着成分単独の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度よりも低下していることを特徴とする。

例えば、好ましい結着成分の１つであるＰＶＤＦ単独の融点は約１８０℃であることが報告されているが、非水電解質二次電池では非水電解質と接触しているためにその融点が若干低下していると考えられる。本実施形態のコンポジットＰＴＣ結着材は、さらにＰＴＣ機能付与成分を含むことによって、非水電解質二次電池の温度上昇時に溶融してより低い温度域から電極合剤層の抵抗を増大させ、非水電解質二次電池の熱暴走を抑制するものである。本発明のコンポジットＰＴＣ結着材はＰＴＣ機能付与成分を含むことによって、溶融開始温度と溶融ピーク温度のいずれか、もしくは双方が、ＰＶＤＦ単独に比して低下している。熱暴走を抑制するという観点からは、コンポジットＰＴＣ結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度は低いことが好ましいが、あまりに低すぎると結着材としての機能を阻害するため好ましくない。このため、コンポジットＰＴＣ結着材の溶融開始温度としては約６０℃から約１５０℃が好ましく、約６５℃から約１３０℃がより好ましく、約７０℃から約１００℃がさらに好ましい。

コンポジットＰＴＣ結着材の溶融ピーク温度（融点）も低下する場合があり、上記測定条件下において、コンポジットＰＴＣ結着材の溶融ピーク温度が、７０℃〜１３０℃であることが好ましい。コンポジットＰＴＣ結着材の溶融ピーク温度は、７０℃以上であることが熱安定性の点で好ましい。一方、安全性の観点からは、結着材の融点が１３０℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは１３０℃未満であり、１２０℃以下であることがより好ましく、１１０℃以下であることがさらになお好ましい。

したがって、本実施形態のコンポジットＰＴＣ結着材は、結着成分と、ＰＴＣ機能付与成分とを混合し、当該混合物を、非水電解質の共存下に、示差走査熱量測定法で測定したときの溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、同一条件で測定した結着成分単独の場合よりも低下しているものを選択することができる。なお、本実施形態において、溶融開始温度とは、示差走査熱量分析法（以下、ＤＳＣともいう）によって分析される吸熱がベースラインから立ち上がるときの温度を意味し、具体的には、ＪＩＳ７１２１（プラスチックの転移温度測定法）に準拠して、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、融解ピークの低温側の曲線にこう配が最大になる点で引いた接線の交点の温度とした。あるいは、結着材が溶融することによる吸熱量をＤＳＣカーブのピーク面積から計算し、総吸熱量の約２分の１に達したときの温度を指標としてもよい。結着材の溶融開始温度が低下することによって、より低い温度から吸熱が始まり、ある一定の吸熱量に達したときにＰＴＣ機能が発揮されるからである。

（融点及び溶融開始温度の測定方法）
例えば、日立ハイテクサイエンス製高感度型示差走査熱量計ＤＳＣ７０００Ｘ装置等を用い、結着成分とＰＴＣ機能付与成分とを有機溶媒に溶解するか、または粉体のまま乳鉢等で混合した後、乾燥した粉体約５ｍｇをアルミパンに詰め、これに非水電解質を加えて試料とする。試料に添加する非水電解質は、環状カーボネート及び鎖状カーボネートから選ばれる有機溶媒が単独あるいは複数種を組み合せた溶媒混合物中に、電解質として少なくともＬｉＰＦ_６を含むリチウム塩を溶解させた電解液が好ましい。本実施形態では、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との、３：７の混合溶液中、１Ｍの六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を溶解した非水電解質を用いる。測定条件は、例えば、室温から約２００℃まで、５℃／分で昇温する。このとき得られる吸熱曲線より求めることができる。

ＰＴＣ機能付与成分としては、結着成分として用いられるＰＶＤＦの溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度を降下させうる物質であれば特に限定されるものではないが、結晶性高分子であるＰＶＤＦと相溶（適合）する化合物、好ましくは結晶性又は非結晶性の高分子化合物を用いることができる。本明細書において、用語「相溶」とは、２種類の異なる物質、特に、高分子が均一に混和する状態をいい、これらは、完全に相溶しても、また一部が相溶してもよい。混合後の試料が透明になるか、又はフィルム形成能を有することによって均一に混和したことを判定することができる。例えば、カルボニル基又はシアノ基を含有する化合物である。カルボニル基は、−Ｃ（＝Ｏ）−なる構造を有し、酸素原子は、炭素原子よりもはるかに電気陰性度が大きいので、Ｃ＝Ｏ結合の電子は、電気的に陽性な炭素原子の近傍よりも、電気陰性度の大きい酸素原子の近傍に偏って存在する。同様に、シアノ基は、炭素原子と窒素原子間の三重構造を有し、窒素原子上に電子が偏っており、強い電子吸引基である。

一般に、結晶性高分子と非結晶性高分子に相溶性がある場合には、結晶性高分子の融点降下が生じることが知られている。融点降下に最も影響を与える因子は、両高分子間の相互作用の強さを表す熱力学的パラメータχ_１２値であり、フローリー−ハギンス（Flory-Huggins）理論により導き出される。この理論に基づくと、相溶する結晶性／非結晶性高分子ブレンド系においては、χ_１２値が負の値を示す場合に融点降下が生じるといわれている。好ましい実施形態では、前記相溶性物質が、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、カルボン酸エステル（−ＣＯＯ−Ｒ）、カーボネート基（Ｒ−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ'）、イミド基（Ｒ−ＣＯＮＨＣＯ−Ｒ'）、又はアミド基（Ｒ−Ｃ＝ＯＮＨ−Ｒ'）を含有する結晶性又は非結晶性高分子である。

本実施形態において、このような相溶性物質からなるＰＴＣ機能付与成分が、ＰＶＤＦの融点を降下させる具体的理由は明らかではないが、これらの添加剤がカルボニル基やシアノ基に由来する電気的性質（極性）を有することが、ＰＤＶＦとの相互作用を強め、その融点降下作用を発揮するものと推察される。

したがって、好ましい実施形態では前記ＰＴＣ機能付与成分が、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸（ＭＡｃ）、ポリアクリル酸メチル（ＰＭＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＥＨＰ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、及びそれらの誘導体（共重合体）からなる群より選ばれる１種以上である。

ＰＶＤＦと相溶性の良いメタクリル酸エステルとしては、例えば、以下の化合物を挙げることができる。メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−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、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸エトキシエチル、メタクリル酸ｎ−ブトキシエチル、メタクリル酸イソブトキシエチル、メタクリル酸ｔ−ブトキシエチル、メタクリル酸フェノキシエチル、メタクリル酸ノニルフェノキシエチル、メタクリル酸３−メトキシブチル、ブレンマーＰＭＥ−１００（商品名、日本油脂（株）製）、ブレンマーＰＭＥ−２００（商品名、日本油脂（株）製）。
前記メタクリル酸エステルの中では、入手のし易さやＰＶＤＦとの相溶性などの観点から、以下のものが好ましく用いられる。メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸２−エチルヘキシルが好ましく、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチルがより好ましい。ビニル単量体は、１種を単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
また、フッ素化アルキルメタクリレートとしては、以下の化合物が好適に使用可能である。２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチルメタクリレート、２，２，２−トリフロオロエチルαフルオロアクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルαフルオロアクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルαフルオロアクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチルαフルオロアクリレート等。

本発明の１つの実施形態として、上記ＰＴＣ機能付与成分は、アミド、イミド及びマレイミドなどが含まれる。
アミドとしては、 第１級アミドが特に好ましく、例えば、Ｎ−ビニルアミド、ジビニルアミド、シリル（ビニル）アミド、グリオキシル化ビニルアミドなどを挙げることができる。
イミドの具体例としては、例えば、Ｎ−ビニルイミド、Ｎ−ビニルフタルイミド、ビニルアセトアミドなどのジビニルイミドを挙げることができる。
マレイミドとしては、例えば、モノマレイミド、ビスマレイミド、トリスマレイミド、ポリマレイミドなどを挙げることができる。

ビスマレイミドの具体例としては、例えば、Ｎ，Ｎ'−ビスマレイミド−４，４'−ジフェニルメタン、１，１'−（メチレンジ−４，１−フェニレン）ビスマレイミド、Ｎ，Ｎ'−（１，１'−ビフェニル−４，４'−ジイル）ビスマレイミド、Ｎ，Ｎ'−（４−メチル−１，３−フェニレン）ビスマレイミド、１，１'−（３，３'−ジメチル−１，１'−ビフェニル−４，４'−ジイル）ビスマレイミド、Ｎ，Ｎ'−エチレンジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−（１，２−フェニレン）ジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−（１，３−フェニレン）ジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−チオジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−ジチオジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−ケトンジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−メチレンビスマレインイミド、ビスマレインイミドメチル−エーテル、１，２−ビスマレイミド−１，２−エタンジオール、Ｎ，Ｎ'−４，４'−ジフェニルエーテル−ビスマレイミド、４，４'−ビスマレイミド−ジフェニルスルホンなどを挙げることができる。

前記コンポジットＰＴＣ結着材中に含まれるこれらのＰＴＣ機能付与成分の含有率は、１〜５０質量％であることが好ましく、より好ましくは、５〜４０質量％であり、さらに好ましくは１０〜３０質量％である。ＰＴＣ機能付与成分の含有量が１質量％より少ないと、結着成分の融点降下作用が小さく、また５０質量％より多いと、結着材として電極活物質との結合力が低下するおそれがある。

ＰＴＣ機能付与成分としては、フッ化ビニリデン単量体と他の含フッ素単量体又は含酸素単量体との共重合体であってもよい。他の含フッ素単量体としては、例えば、フッ化ビニル、３−フッ化プロピレン、フルオロアルキルビニルエーテル等が挙げられ、含酸素単量体としては、エチレングリコール等が挙げられる。好ましくはＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）又はＰＶＤＦ−ＰＥＯ（ポリオキシエチレン）である。ＰＴＣ機能付与成分が、これらの共重合体である場合は、コンポジットＰＴＣ結着材中に含まれる当該共重合体の含有率は５０質量％を超えてもよく、好ましくは１〜７５質量％である。

本実施形態のコンポジットＰＴＣ結着材は、結着成分としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、ＰＴＣ機能付与成分とを、これらを共に溶解する共通溶媒に溶解した後、溶媒置換して沈殿させた混合物として調製することが好ましい。この方法により調製されたコンポジットＰＴＣ結着材は、結着成分とＰＴＣ機能付与成分とが分子レベルで均一に混合した状態で存在するからである。

他の実施形態では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、ＰＴＣ機能付与成分との粉体混合物を、ボールミルやロッキングミキサーなどの粉体混合機又は公知の解砕機などにて混合して調製してもよい。電解液若しくは電極合剤層を調製する際の溶媒中で容易に均一化してコンポジットＰＴＣ結着材となるからである。

［作用］
本発明のコンポジットＰＴＣ結着材を用いて作製した非水電解質二次電池は、結着成分にＰＴＣ機能付与成分を混合することにより電池の発熱挙動が変化し、急激な発熱が抑制される。その作用機構は必ずしも明らかではないが、例えば、短絡などによる電極合剤層の急激な温度上昇が起こると電池内のコンポジットＰＴＣ結着材が溶融し、それによって結着されているや電極合剤層の構造が変化し、導電経路が遮断され、その結果として短絡電流が減少して発熱速度が低下するためであると考えられる。この発熱抑制作用は、以下の実施例で示すコンポジットＰＴＣ結着材の溶融開始温度が低下することと密接に関連している。溶融開始温度が低下した結着材組成物を使用することで、電池の構成要素にＰＴＣ機能を付与することができる。

［非水電解質二次電池用電極］
本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極は、リチウムを吸蔵・放出可能な電極活物質と、導電助剤と、上述したコンポジットＰＴＣ結着材とを含む電極合剤層を備える。さらに、非水電解質二次電池用電極は、電極合剤層を集電体の片面又は両面に有することが好ましい。電極合材層の平均厚みは特に限定されないが、集電体の片面で５〜１００μｍとすることが好ましく、１０〜５０μｍとすることがさらに好ましい。
非水電解質二次電池用電極は、少なくとも上記電極合剤層を備えていればよく、正極であってもよく、負極であってもよい。すなわち、電極合剤層を構成する活物質が後述する正極活物質である場合、リチウム二次電池用電極は正極として機能する。一方、電極合剤層を構成する活物質が後述する負極活物質である場合、リチウム二次電池用電極は負極として機能する。本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極としては、電極合剤層に含まれる活物質が正極活物質である正極が好ましい。

（集電体）
本実施形態における集電体としては、各種のものを使用することができるが、通常は金属や合金が用いられる。具体的には、正極集電体としては、アルミニウムやニッケル、ＳＵＳ等が挙げられ、負極集電体としては、銅やニッケル、ＳＵＳ等が挙げられる。

（その他の成分）
本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極が備える電極合剤層には、上記電極活物質に加えて、電極合剤層を製造するために用いられる適当な成分が含まれていてもよい。例えば、電極合剤層が合剤スラリーから形成される場合、電極合剤層には、その合剤スラリー由来の各種配合成分が含まれることがある。そのような合剤スラリー由来の各種配合成分の例として、増粘剤、並びに、界面活性剤、分散剤、濡れ剤、消泡剤などその他の添加剤が挙げられる。

（電極合剤層の形成方法）
本発明の非水電解質二次電池用電極が備える合剤層は、上述した電極活物質、導電助剤、及びコンポジットＰＴＣ結着材を含む電極合剤スラリーを集電体の表面に塗布して、乾燥することによって製造することができる。この場合、上述したコンポジットＰＴＣ結着材を溶媒に溶解させた溶液に、前記電極活物質及び導電助剤を分散させで電極合剤スラリーを形成することが好ましい。電極合剤スラリーに含まれるコンポジットＰＴＣ結着材の量は、全固形成分の例えば１〜１０質量％程度とすることができる。コンポジットＰＴＣ結着材の含有量が１質量％より少ないと、合剤層の温度上昇時に導電経路の遮断効果が小さくなる。一方、コンポジットＰＴＣ結着材は一般に絶縁性を示すためその含有量が１０質量％より多いと、合剤層内の接触抵抗が増加して電池容量が低下するため好ましくない。

合材スラリーに含まれる溶剤は、上記コンポジットＰＴＣ結着材を調製する際の共通溶媒と兼ねるものであり、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトンなどに代表される非プロトン性極性溶剤もしくはこれらの混合液を選択できる。

集電体へ合材スラリーを塗布・乾燥する上で、塗布・乾燥方法は特に限定されない。例えば、スロット・ダイコーティング、スライドコーティング、カーテンコーティング、又はグラビアコーティングなどの方法が挙げられる。乾燥方法としては、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、（遠）赤外線などの乾燥法が挙げられる。乾燥時間や乾燥温度については、特に限定されないが、乾燥時間は通常１分〜３０分であり、乾燥温度は通常４０℃〜１８０℃である。
合材層の製造方法においては、集電体上に上記合材スラリーを塗布乾燥後、金型プレスやロールプレスなどを用い、加圧処理により活物質層の空隙率を低くする工程を有することが好ましい。

（電解液）
電解液としては、例えば、通常リチウムイオン二次電池で用いられるものであることが好ましく、具体的には、有機溶媒に支持塩（リチウム塩）が溶解した形態を有する。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、六フッ化タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＦ_６）、四塩化アルミニウム酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ_４）、リチウムデカクロロデカホウ素酸（Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０）等の無機酸陰イオン塩、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ）、リチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド（Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ）等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩等を挙げることができる。その中でも、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）が好ましい。

また、有機溶媒としては、例えば、環状カーボネート類、含フッ素環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、含フッ素鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、含フッ素脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、含フッ素γ−ラクトン類、環状エーテル類、含フッ素環状エーテル類、鎖状エーテル類及び含フッ素鎖状エーテル類からなる群より選ばれる少なくとも１種の有機溶媒を用いることができる。

環状カーボネート類としては、例えば、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（ＢＣ）を挙げることができる。また、含フッ素環状カーボネート類としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）を挙げることができる。更に、鎖状カーボネート類としては、例えば、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）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）を挙げることができる。また、脂肪族カルボン酸エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチルを挙げることができる。更に、γ−ラクトン類としては、例えば、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。また、環状エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンを挙げることができる。更に、鎖状エーテル類としては、例えば、１，２−エトキシエタン（ＤＥＥ）、エトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタンを挙げることができる。その他としては、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類を挙げることができる。これらは、１種を単独で、２種以上を組み合わせて用いることができる。

電解液には、スルトン誘導体や環状スルホン酸エステルなどの有機スルホン系化合物、ジスルトン誘導体や環状ジスルホン酸エステルなどの有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、２価フェノール誘導体、エチレングリコール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体などの添加剤を添加してもよい。これらは負極活物質の表面に被膜を形成し、電池におけるガス発生が低減され、更に容量維持率の向上を図ることができる。

有機スルホン系化合物としては、例えば、１，３−プロパンスルホン（飽和スルトン）、１，３−プロペンスルトン（不飽和スルトン）を挙げることができる。また、有機ジスルホン系化合物としては、例えば、メタンジスルホン酸メチレンを挙げることができる。ビニレンカーボネート誘導体としては、例えば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）を挙げることができる。また、エチレンカーボネート誘導体としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）を挙げることができる。更に、エステル誘導体としては、例えば、４−ビフェニリルアセテート、４−ビフェニリルベンゾエート、４−ビフェニリルベンジルカルボキシレート、２−ビフェニリルプロピオネートを挙げることができる。また、２価フェノール誘導体としては、例えば、１，４−ジフェノキシベンゼン、１，３−ジフェノキシベンゼンを挙げることができる。更に、エチレングリコール誘導体としては、例えば、１，２−ジフェノキシエタン、１−（４−ビフェニリルオキシ）−２−フェノキシエタン、１−（２−ビフェニリルオキシ）−フェノキシエタンを挙げることができる。また、テルフェニル誘導体としては、例えば、ｏ−テルフェニル、ｍ−テルフェニル、ｐ−テレフェニル、２−メチル−ｏ−テルフェニル、２，２−ジメチル−ｏ−テルフェニルを挙げることができる。更に、ホスフェート誘導体としては、例えば、トリフェニルホスフェートを挙げることができる。

セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィンからなる微多孔膜や多孔質の平板、更には不織布を挙げることができる。

高分子ゲル電解質としては、高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液を従来公知の比率で含有したものを挙げることができる。例えば、イオン伝導度などの観点から、数質量％〜９８質量％程度とするのが望ましい。

高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン二次電池で用いられる上記電解液を含有させたものである。しかしながら、これに限定されるものではなく、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。電解質層の厚みは、内部抵抗を低減させるという観点からは薄い方が好ましい。電解質層の厚みは、通常１〜１００μｍであり、好ましくは５〜５０μｍである。

［作用］
本発明の非水電解質二次電池は、以下の実施例において具体的に示すように、釘刺試験における電池の発熱挙動が変化し、短絡部分の発熱が抑制される。その作用機構は必ずしも明らかではないが、非水電解質二次電池の短絡部分の急激な温度上昇により電極合剤層内のコンポジットＰＴＣ結着材が溶融し、それによって電極合剤層内部に構造変化が起こって導電経路が遮断され、その結果として短絡電流が減少して発熱が抑制されると考えられる。

［リチウムイオン二次電池用正極］
本発明の他の一実施形態において、図３は、釘刺しによる内部短絡が起きた場合の正極を示す模式図である。図３に示すリチウムイオン二次電池用正極３１は、集電体３１３の片面に正極合剤層３１４を有する。この正極合剤層３１４は、リチウムを吸蔵・放出可能な正極活物質と、導電助剤と、結着成分と、場合によりＰＴＣ機能付与成分とを含み、層Ａ３１１及び層Ｂ３１２の二層からなる。正極合剤層３１４は、集電体３１３の少なくとも片面に塗布されていればよく、場合により集電体３１３の両面に塗布されていてもよい。また、他の実施形態では、１又は複数の中間層を有していてもよい。

層Ａ３１１及び層Ｂ３１２に含まれる正極活物質、導電助剤及び結着成分は同一であっても異なるものであってもよいが、正極合剤層の均一性を確保する観点から同一の成分及び組成からなるものが好ましい。一方、結着成分とともに結着材を構成するＰＴＣ機能付与成分は、少なくとも層Ｂ３１２に含まれていればよく、層Ａ３１１は、ＰＴＣ機能付与剤を含まないか、あるいは層Ｂより低濃度のＰＴＣ機能付与成分を含んでもよい。ここで、各層におけるＰＴＣ機能付与成分の濃度とは、各層全体の質量に対する各層に含まれるＰＴＣ機能付与成分の質量比のことである。電池特性の観点からは、層Ａに含まれる結着材は結着成分のみからなることが好ましく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。また、層Ｂに含まれるＰＴＣ機能付与成分の濃度は、内部短絡時に集電体３１３と正極合剤層３１４との間の導電経路の切断に寄与しうる限り特に限定されないが、典型的には、層Ｂの全体量に対して、０．５〜５質量％、好ましくは１〜３質量％程度である。

図３に示すように、釘刺しによる内部短絡時には、負極を貫通し負極電位になった釘３１５が正極合剤層３１４を貫通するとき、正極集電体３１３又は正極集電体３１３と正極合剤層３１４の界面部分で熱エネルギーが大きく放出されることから、発熱時にこの部分（層Ｂ３１２）の抵抗を増大させて発熱速度を低下させることにより、電池全体の熱暴走を抑止するうえで重要と考えられる。
層Ｂ３１２の平均厚みは特に限定されないが、集電体の片面で５〜３０μｍとすることが好ましく、１０〜２０μｍとすることがさらに好ましい。また、層Ａの平均厚みは正極合剤層全体の平均厚みに基づいて適宜調整することができるが、通常は、層Ｂの平均厚みに対して５〜２０倍、好ましくは１０〜１５倍程度とすることができ、集電体の片面で約３０μｍ〜約１００μｍの平均厚みとすることが好ましい。

図４は、さらに他の実施形態における釘刺しによる内部短絡時の正極の断面図である。図４に示すリチウムイオン二次電池用正極４２は、図３と同様に、集電体４２３の片面に正極合剤層４２４を有し、リチウムを吸蔵・放出可能な正極活物質と、導電助剤と、結着成分と、場合によりＰＴＣ機能付与成分とを含み、層Ａ４２２及び層Ｂ４２１の二層からなる。層Ａ４２２及び層Ｂ４２１に含まれる正極活物質、導電助剤及び結着成分は、図３の場合と同様である。一方、本実施形態において、結着成分とともに結着材を構成するＰＴＣ機能付与成分は、層Ｂ４２１に含まれる。つまり、層Ａ４２２に含まれる結着材は、結着成分のみからなるか、あるいは層Ｂより低濃度のＰＴＣ機能付与成分を含んでもよい。図４では、釘刺しによる内部短絡が正極合剤層４２４を貫通しなかった場合でも、負極を貫通してこの負極電位となった釘４２５が正極に触れた瞬間に、この正極表面に大電流が流れて大きなジュール熱が発生し、この熱によって正極が熱分解を始めることにより大きなエネルギーを放出し熱逸走が生じることになる。そこで、本実施形態では、正極合剤層４２４のうち層Ｂ４２１に含まれる結着材にＰＴＣ機能付与成分を添加し、発熱時にこの部分の抵抗を増大させて発熱速度を低下させ、電池全体の熱暴走を抑制することとした。層Ｂ４２１の平均厚みについては、上述した層Ｂ３１２の平均厚みと同様である。

層Ｂ３１２又は層Ｂ４２１にＰＴＣ機能付与成分を添加することにより、正極合剤層中の上記特定部分の抵抗を増大させるメカニズムについては、必ずしも明らかではないが、リチウムイオン二次電池の短絡部分の急激な温度上昇により、この部分における正極合剤層内の結着材（結着成分及びＰＴＣ機能付与成分の混合物）が溶融する。このとき、結着材が無機物である正極活物質や導電助剤を一緒に巻き込んでフィブリル（繊維）形状の構造物を形成し、これによって正極合剤層内の局所構造が変化し、正極合剤層内の導電経路の少なくとも一部が切断されて当該部分の抵抗が増大すると推定される。このような機能は、結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が低下することによって発揮されることから、本実施形態の結着材は、通常の結着成分単独の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度よりも低下していることを特徴とする。また、電池温度は、発熱と放熱とのバランスで制御されることから、内部短絡による発熱の初期段階において抵抗を増大させて発熱速度を抑えることで電池の熱暴走を抑制できると考えられる。

次に、本発明のリチウムイオン二次電池について、その発熱時の作用の観点から詳細に説明する。本発明の１つの実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる１種以上の材料を含有する電極活物質、導電助剤及び結着材を含有する正極及び／又は負極を有する。上記結着材は、結着成分としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、融点降下剤とを含み、非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法で測定される前記結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、前記ポリフッ化ビニリデンのみの場合に比べて低下していることを特徴とする。

（結着材）
結着材としては、結着成分であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、融点降下剤とを含む。電極を製造するために結着成分を使用する目的は、第一に、電気化学的に活性な活物質表面を実質的に覆い隠すことなしに、粉末状態の活物質の接着を確かなものにするためである。この効果は結着成分の湿潤性に依存する。また、結着成分は集電体金属に対する粘着性を有する必要があり、これは結着成分中の極性基の存在によって達成される。また、結着成分は、電極を扱うための十分な可撓性と、充放電サイクル中の活物質の寸法変化に対応できなければならない。結着成分は、特定の電気化学的特性を備えていなければならず、使用される非水電解質液と相溶性でなければならない。最後に、活物質として使用される還元剤及び酸化剤は極めて強力であるため、結着成分は劣化することなく極限作動条件に耐えられ得るような可能な限り最小の反応性を有していなければならない。

ＰＶＤＦの機械的特性および電気化学的特性は、結着成分に必要な上記多数の目的に適しているが、ＰＶＤＦに限らず、他の結着剤を用いてもよい。本発明では、結着剤であるＰＶＤＦと、効果的にＰＶＤＦの融点を降下できる融点降下剤との組み合わせであることが好ましく、例えば従来から知られている融点降下作用が認められる種々の組み合わせが適用できる。以下、ＰＶＤＦ/ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＶＤＦ/ＰＶＡｃ（ポリ酢酸ビニル）の相溶性（ブレンド系の融点降下現象）に関する研究例が開示された文献を示す。
文献１：小林 悟, 田坂 茂など, 高分子論文集, Vol. 44, No. 9, pp.695-699(1987).
文献２：安井英治, 吉川 均, 日本ゴム協会誌, 第66巻, 第11号, p.800-811(1993).
文献３：花田朋美, 安藤 穣, 東京家政学院大学紀要, 第34号, p.31-34(1994).
文献４：花田朋美, 安藤 穣, 東京家政学院大学紀要, 第35号, p.93-98(1995).
文献５：花田朋美, 安藤 穣, 東京家政学院大学紀要, 第36号, p.71-74(1996).
文献６：堀邊英夫, 馬場文明など, 日本化学会誌, No. 2, p.121-126(2000).
文献７：花田朋美, 安藤 穣, 東京家政学院大学紀要, 第41号, p.77-80(2001).
文献８：斎藤 拓, 豊田昭徳 高分子論文集, Vol. 68, No. 6, pp.353-369(2011).

本実施形態で採用したＰＶＤＦ単独の融点は約１８０℃であることが報告されているが、リチウムイオン二次電池の中では非水電解質と接触しているためにその融点が若干低下していると考えられる。さらに融点降下剤を含むことによって、本実施形態の結着材はリチウムイオン二次電池の温度上昇時に溶融してより低い温度域から電極合剤層の抵抗を増大させ、リチウムイオン二次電池の熱暴走を抑制することができる。本発明の結着材は、融点降下剤を含むことによって、溶融開始温度と溶融ピーク温度のいずれか、もしくは双方が、ＰＶＤＦ単独に比して低下している。熱暴走を抑制するという観点からは、結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度は低いことが好ましいが、あまりに低すぎると結着材としての機能を阻害するため好ましくない。このため、結着材の溶融開始温度としては約６０℃から約１５０℃が好ましく、約６５℃から約１３０℃がより好ましく、約７０℃から約１００℃がさらに好ましい。

結着材の溶融ピーク温度（融点）も低下する場合があり、上記測定条件下において、結着材の溶融ピーク温度が、７０℃〜１３０℃であることが好ましい。結着材の溶融ピーク温度は、７０℃以上であることが熱安定性の点で好ましい。一方、安全性の観点からは、結着材の融点が１３０℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは１３０℃未満であり、１２０℃以下であることがより好ましく、１１０℃以下であることがさらになお好ましい。

本実施形態における「融点降下剤」とは、上記ＰＶＤＦの溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度を低下させることによって結着材の融点を降下させる成分をいう。温度上昇に伴うＰＶＤＦの溶融と、導電性の遮断との関係は以下のように考えられる。図５は、実施形態のリチウムイオン二次電池に、導電性の異物である釘を刺した状態を表す模式図、図６は、実施形態の電極活物質と結着材との関係を表す模式図である。図６（Ａ）に示すように、結着材は、無機物である電極活物質や導電助剤を一緒に巻き込んでフィリブル（繊維）形状の構造物を形成し、この構造物が電極活物質と釘との間の導電経路を形成していると推定される。そこで、例えば、満充電（ＳＯＣ１００％）で、電極活物質と導電助剤とを結着して構成される電極に、釘を刺して短絡させると、電子が負極から釘を介して正極に流れる。このように、内部短絡した瞬間は、数百Ｃの単位で放電するため、釘が一気に発熱して発熱体となり、主に電極の釘周辺の温度が上昇する。このとき、図６（Ｂ）に示すように、釘周辺部の結着材が溶融し、電極内の導電経路の少なくとも一部が切断されるため、釘周辺の抵抗が増大すると推定される。ただし、合剤層の構造（導電経路を構成するネットワーク）は、複雑かつ不規則であり、局所的、偏在的な導電経路を完全に遮断するものではないが、釘と電極との間の抵抗を効果的に増大できる。以後、この機能を局所的抵抗増大機能と記載する。このような局所的抵抗増大機能は、結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が低下することで、更に効果的に切断できることから、本実施形態の結着材は、融点降下剤を備えることで、通常の結着成分単独の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度よりも低下させている。また、釘のような導電性の異物の発熱を利用して局所的抵抗増大機能を発揮させるため、（後述する図９、１０，１１に記載の発熱プロファイル参照）特に発熱初期のピーク温度を抑制できる。発熱初期のピーク温度が高いほど発火に至る可能性が高まるため、ピーク温度の抑制により、発火に至る可能性を効果的に低減できる。

したがって、本実施形態の結着材は、結着成分であるＰＶＤＦと、融点降下剤とを混合し、当該混合物を、非水電解質の共存下に、示差走査熱量測定法で測定したときの溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、同一条件で測定したＰＶＤＦのみの場合に比べて低下しているものを選択することができる。溶融開始温度の測定方法についてはすでに説明した。尚、本実施形態では、外部から貫通した釘を用いて説明したが、セパレーター付近に混入した導電性の異物が、加圧されたときにセパレーターを突き破り、短絡発熱した場合も同様である。

本実施形態において、このような相溶性物質からなる融点降下剤が、ＰＶＤＦの融点を降下させる理由は、これらの添加剤がカルボニル基やシアノ基に由来する電気的性質（極性）を有することが、ＰＤＶＦとの相互作用を強め、その融点降下作用を発揮するものと推察される。図７は、実施形態の結着剤と融点降下剤との関係を表す模式図である。図７の左上段に示すように、ＰＶＤＦ高分子鎖の集合状態は、各高分子鎖がランダムに絡み合いながら非晶性の無定形分子として存在する一方、局所的に配向性が整って密集した結晶組織（房状ミセル構造）とが存在する。このＰＶＤＦ高分子鎖の集合体（結着剤）が無機物である電極活物質や導電助剤を一緒に巻き込むことで、電極活物質粒子の表面や粒子間にフィリブル形状の構造物（導電性経路）を形成する。この際、局所的に配向性が整って密集した結晶組織が導電経路の構造的な安定性や物性（融点）を担保していると考えられる。この結晶組織に融点降下剤が相溶すると、配向性が緩和され易い高分子鎖の密集体を形成する。これにより、構造的な安定性をある程度維持しつつも温度上昇時に容易に溶融し、非結晶性の無定形分子へと移行することで、フィリブル形状内に巻き込まれた電極活物質や導電助剤の接点を積極的に開放し、導電性経路が破断されることで電気抵抗を増大させるものと考えられる。

尚、補足するに、融点降下剤による作用と、ＰＶＤＦ高分子鎖の膨潤による切断とでは、その作用を異にする。例えば、図７のＰＶＤＦ高分子鎖の膨潤状態に示すように、電解質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を、溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを含む電解液を使用した場合について説明する。ＰＶＤＦ高分子鎖の結晶組織において、結晶性組織が膨潤すると、ＰＶＤＦ高分子鎖が伸長するものと考えられる。したがって、フィリブル形状内に巻き込まれた電極活物質や導電助剤の接点を積極的に解放することが無く、単に電極活物質粒子同士や導電助剤同士の相対距離を広げる作用があるのみであり、電気抵抗の増大効果は限定的となる。このように、融点降下剤と膨潤性粒子とでは、その作用及び効果に一定の相違があると考えられる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、結着成分の融点降下剤を備えたことで、短絡発熱に伴う瞬間的な温度上昇に対し、特に局所的な短絡で発熱体となり得る異物を取り囲む周辺領域において導電経路を形成する結着材を効果的に溶融させて、導電経路を切断することができる。よって、導電性の異物と電極との間の導電経路における抵抗を増大させることが可能となり、リチウムイオン二次電池の熱暴走を抑制することで安全性を向上できる。

[ＤＳＣによる非水電解質共存下でのコンポジットＰＴＣ結着材の融点測定]
＜ＰＶＤＦ一覧表＞
結着成分として用いたＰＶＤＦの種類と特徴を以下の表１に示す。

＜ＰＴＣ機能付与剤一覧表＞
ＰＴＣ機能付与成分として用いた化合物の一覧表を以下の表２に示す。

＜サンプル調製＞
ＰＶＤＦと種々のＰＴＣ機能付与成分(粉末)とを、所定の割合にてメノウ乳鉢を用いて約１５分混合した。例えば、ＰＶＤＦ（粉末）とＰＴＣ機能付与成分（粉末）との混合比が１：１の場合、それぞれ０．１ｇを秤量して混合した。この混合粉末を常温（２５℃）で１０時間以上真空乾燥した。
予め秤量しておいたＤＳＣ測定用のＳＵＳ−ＰＡＮに、上記試料３ｍｇを秤量し投入した。続いて、電解液（１Ｍ−ＬｉＰＦ_６／３ＥＣ７ＥＭＣ）６ｍｇを、上記ＳＵＳ−ＰＡＮへ追加した（重量比で粉：電解液＝１：２）。その際、目視で粉体がほぼ全て液に浸漬している状態になっていることを確認した。素早く蓋（予め秤量）をセット（秤量）し、専用プレスで密閉シールした。
＜測定＞
日立ハイテクサイエンス製高感度型示差走査熱量計ＤＳＣ７０００Ｘ装置を用い、走査速度５℃／分、室温→２１０℃の条件で融解温度を測定した。

＜結果＞
表３に、ＰＶＤＦ（メーカー・商品名）単独のＤＳＣ測定結果の一例を示す。

表４に、結着成分（ＰＶＤＦ）７５重量％とＰＴＣ機能付与成分２５重量％及び結着成分（ＰＶＤＦ）５０重量％とＰＴＣ機能付与成分５０重量％を混合した時の融解開始温度及びピーク温度（融点）を示す。

表３及び４に示したように、上記ＰＶＤＦとＰＴＣ機能付与成分との混合物は、約７０℃から融解が始まり、９０℃〜１３０℃付近にピーク温度を有することが分かった。また、図８には、表３に示したＰＶＤＦＷ＃７２００の粉体試料（実線）若しくはこれに電解質を共存させた試料（点線）と、ＰＶＤＦＷ＃７２００にＰＭＭＡを２５％添加した試料（表４の上から４行目）のＤＳＣチャートを示す。図８に示した結果から、ＰＴＣ機能付与剤の添加によって、結着成分であるＰＶＤＦの溶融開始温度及び融点が明らかに低下していることが分かる。

［実施例１］
バインダー溶液調製
ＰＭＭＡ（分子量１５，０００）１０ｇをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）１１５ｇに加えて１２時間撹拌し、８％−ＰＭＭＡ溶液を調製した。８％−ＰＭＭＡ溶液１２５ｇと８％−ＰＶＤＦ溶液（クレハ製ＰＶＤＦＷ＃７２００をＮＭＰに溶解）３７５ｇを混合し１２時間撹拌した。こうして８％−バインダー溶液（ＰＶＤＦ：ＰＭＭＡ＝３：１）を得た。

正極作製
１．スラリー調製
スラリー調製は５Ｌのプラネタリーディスパを用いた。
ＮＣＭ５２３（Ｕｍｉｃｏｒｅ社製、組成式 ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．３Ｏ_２）９２０ｇと、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（ＴＩＭＣＡＬ社製導電性カーボン）２０ｇ、ＫＳ−６（ＴＩＭＲＥＸ社製鱗片状黒鉛）２０ｇを１０分間混合した後、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を１００ｇ加え更に２０分間混合した。

次いで、８％−バインダー溶液１５０ｇを加えて、３０分間混練した後、更に８％−バインダー溶液１５０ｇを加えて３０分間混練した。その後、８％−バインダー溶液２００ｇを加えて３０分間混練した。次いで、ＮＭＰに溶解した溶液を８０ｇ加えて３０分間混練した。その後、粘度調整のためＮＭＰ２７ｇを加えて３０分間混合した後、真空脱泡３０分間を行った。こうして固形分濃度６０％のスラリーを調製した。

２．塗工・乾燥
スラリー塗工にはダイコーターを用いた。乾燥後の塗布重量が１９．０ｍｇ／ｃｍ^２になるように、上記スラリーをアルミ箔（厚み２０μｍ、幅２００ｍｍ）の片面に塗布し乾燥した。次いで、反対面（未塗工面）に、同様に塗布重量が１９．０ｍｇ／ｃｍ^２になるように、上記スラリーをアルミ箔に塗布し乾燥した。
こうして得た両面塗工（３８．０ｍｇ／ｃｍ^２）した正極ロールを、真空乾燥オーブンで１３０℃、１２時間乾燥した。

３．プレス
３５トンプレス機を用いた。上下ロールのギャップ（隙間）を調整し、上記正極をプレス密度が２．９±０．０５ｇ／ｃｍ^３になるように圧縮した。

４．スリット
電極塗布面積（表面：５６ｍｍ×３３４ｍｍ、裏：５６ｍｍ×４０８ｍｍ）とタブ溶接余白が得られるように電極をスリットし正極Ｃ−１を得た。

負極作製
１．スラリー調製
スラリー調製は５Ｌのプラネタリーディスパを用いた。
天然黒鉛９３０ｇと、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電性カーボン、ＢＥＴ比表面積６２ｍ^２／ｇ）１０ｇを１０分間混合した後、ＮＭＰを５００ｇ加え更に２０分間混合した。次いで、８％−ＰＶＤＦ溶液（ＰＶＤＦをＮＭＰに溶解）５００ｇを加えて３０分間混練した後、更に８％−ＰＶＤＦ溶液２５０ｇを加えて３０分間混練した。その後、粘度調整のためＮＭＰ３２ｇを加えて３０分間混合した後、真空脱泡３０分間を行った。こうして固形分濃度４５％のスラリーを調製した。

２．塗工・乾燥
スラリー塗工にはダイコーターを用いた。
乾燥後の塗布重量が１１．０ｍｇ／ｃｍ^２になるように、上記スラリーを銅箔（厚み１０μｍ）の片面に塗布し乾燥した。次いで、反対面（未塗工面）に、同様に塗布重量が１１．０ｍｇ／ｃｍ^２になるように、上記スラリーを銅箔に塗布し乾燥した。こうして得た両面塗工（２２．０ｍｇ／ｃｍ^２）した負極ロールを、真空乾燥オーブンで１２０℃、１２時間乾燥した。

３．プレス
小型プレス機を用いた。
上下ロールのギャップ（隙間）を調整し、上記負極をプレス密度が１．４５±０．０５ｇ／ｃｍ^３になるように圧縮した。

４．スリット
電極塗布面積（表面：５８ｍｍ×３７２ｍｍ、裏面：５８ｍｍ×４３１ｍｍ）とタブ溶接余白が得られるように電極をスリットし、負極Ａ−１を得た。

電池作製
捲回型電池（設計容量１Ａｈ）
１．捲回
セパレーターには、空隙率４５％、厚み２５μｍのポリエチレン製多孔質膜（６０．５ｍｍ×４５０ｍｍ）を用いた（Ｓ−１）。
負極Ａ−１（表面／裏面）とセパレーター（Ｓ−１）と正極Ｃ−１（裏面／表面）とセパレーター（Ｓ−１）を重ねて捲回した後プレス成型した。次いで、正極Ｃ−１の余白部分にアルミニウム製タブを超音波接合機で接合し、負極Ａ−１の余白部分にニッケル製タブを超音波接合機で接合した。これをラミネートシートで挟み込み、３辺を加熱シールした。

２．電解液注液
電解液注液前に、上記を真空乾燥機にて、７０℃×１２ｈ減圧乾燥した。電解液（１ｍｏｌ−ＬｉＰＦ_６、ＥＣ／ＤＥＣ＝３／７（ｖｏｌ．比）、添加剤ＶＣ １．０重量％）４．７±０．１ｇを注液した後、真空引きしながら加熱シールした。

３．活性化処理
電解液注液後の電池を２４ｈ保持した。次いで、０．０５Ｃで４ｈ定電流充電（０．０５Ｃ−ＣＣ）した後１２ｈ休止した。その後、０．１Ｃで４．２Ｖまで定電流定電圧充電（０．１Ｃ−ＣＣＣＶ）し、３０分間休止した後、２．８Ｖまで０．１Ｃで定電流放電（０．１Ｃ−ＣＣ）した。更に、充放電サイクル（０．１Ｃ−ＣＣＣＶで４．２Ｖの充電と、０．１Ｃ−ＣＣで２．８Ｖの放電）を５回繰り返した後、４．２Ｖ（ＳＯＣ１００％）の満充電にした状態で、２５℃、５日間保存した。こうして電池Ｄ−１を得た。

[実施例２]
実施例１と同様にして作製した正極ロールを、電極塗布面積（表面および裏面：１７４ｍｍ×９４ｍｍ）とタブ溶接余白が得られるように電極をスリットし正極Ｃ−２を得た。
実施例１と同様にして作製した負極ロールを、電極塗布面積（表面および裏面：１８０ｍｍ×１００ｍｍ）とタブ溶接余白が得られるように電極をスリットし負極Ａ−２を得た。

電池作製
積層型電池（設計容量５Ａｈ）
正極Ｃ−２の余白部分にアルミニウム製タブを超音波接合機で接合した。負極Ａ−２の余白部分にニッケル製タブを超音波接合機で接合した。

１．積層
セパレーターには、空隙率４５％、厚み２５μｍのポリエチレン製多孔質膜（１８３ｍｍ×１００ｍｍ）を用いた（Ｓ−２）。
負極Ａ−２とセパレーター（Ｓ−２）と正極Ｃ−２とセパレーター（Ｓ−２）と負極Ａ−２の順に、正極５層と負極６層になるよう交互に積層した。次いで、ラミネートシートで挟み込み、３辺を加熱シールした。

２．電解液注液
電解液注液前に、上記を真空乾燥機にて、７０℃×１２ｈ減圧乾燥した。電解液（１ｍｏｌ−ＬｉＰＦ_６、ＥＣ／ＤＥＣ＝３／７（ｖｏｌ．比）、添加剤ＶＣ １．０重量％）１９．６±０．３ｇを注液した後、真空引きしながら加熱シールした。
３．活性化処理
実施例１と同様にして、活性化処理を行い、電池Ｄ−２を得た。

［試験例１及び比較試験例１］
実施例１で作製した捲回型電池（設計容量１Ａｈ）を用いて釘刺し試験を行った。直径６ｍｍの釘を、速度２０ｍｍ／秒で電池（セル）の中部に刺し込み、電池容器の内部において正極と負極とを短絡させた。電池の破裂、膨張並びに電池からの発火及び発煙の有無を調べた結果、同一仕様で作製した電池を用いて行った１０回の釘刺し試験のうち発火が認められたのは４回のみであり、残りの６回はわずかに発煙しただけであった。
比較試験例１としては、実施例１においてＰＶＤＦ／ＰＭＭＡ＝３／１の混合物を添加せずにＰＶＤＦのみを結着材として用いた捲回型電池（設計容量１Ａｈ）を作製した。同様の釘刺し試験を行ったところ、１０回中７回において発火が認められた。
本試験における典型的な発熱プロファイルを図９Ａ及び図９Ｂに示す。これらの図に示したように、実施例１で作製した捲回型電池の発熱速度（試験例１）は、比較試験例１に比べて有意に遅く、到達最高温度も低いことが分かった。

［試験例２及び比較試験例２］
実施例２に記載の方法で作製した積層型電池（設計容量５Ａｈ）を用いて、試験例１と同様の釘刺し試験（釘の直径６ｍｍ、釘刺し速度２０ｍｍ／秒）を行った。その結果、１０回中一度も発火が認められなかった。これに対し、比較試験例２として、実施例２においてＰＭＭＡを添加せずにＰＶＤＦのみを結着材として用いた積層型電池（設計容量５Ａｈ）では、１０回の釘刺し試験において３回発火が認められ、明らかな違いが認められた。
本試験における典型的な発熱プロファイルを図１０Ａ及び１０Ｂに示す。これらの図に示したように、実施例２で作製した積層型電池の発熱速度（試験例２）は、比較試験例２に比べて遅く、到達最高温度も低いことが分かった。

［試験例３］
実施例１のＰＶＤＦ（クレハ製７２００）／ＰＭＭＡ（分子量１５，０００）＝３／１の結着材の代りにＰＶＤＦ（クレハ製７２００）／ＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ＡＲＫＥＭＡ製２７５１）＝２／２の結着材混合物を用いて作製した捲回型電池（設計容量１Ａｈ）を用いて、試験例１と同様の釘刺し試験（釘の直径６ｍｍ、釘刺し速度２０ｍｍ／秒）を行った。その結果、１０回の釘刺し試験のうち発火が認められたのは２回のみであり、残りの８回はわずかに発煙しただけであった。
本試験における典型的な発熱プロファイルを図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。これらの図に示したように、本試験例３の捲回型電池の発熱による到達最高温度が比較試験例１に比べて有意に低いことが分かった。

［試験例３０及び比較試験例３］
実施例１の正極活物質であるＮＣＭ５２３の代わりにＮＣＡを用い、ＰＶＤＦ（クレハ製７２００）／ＰＭＭＡ（分子量１５，０００）＝３／１の結着材の代りにＰＶＤＦ（クレハ製７２００）／ＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ＡＲＫＥＭＡ製２７５１）＝２／２の結着材混合物を用いて作製した捲回型電池（設計容量１Ａｈ）を用いて、試験例１と同様の釘刺し試験（釘の直径３ｍｍ、釘刺し速度１０ｍｍ／秒）を行った。その結果、１０回中４回で発火が認められた。これに対し、比較試験例３として、実施例１の正極活物質であるＮＣＭ５２３の代わりにＮＣＡを用い、ＰＶＤＦのみを結着材として用いた捲回型電池（設計容量１Ａｈ）では、１０回中すべてに発火が認められ、発熱性の明らかな違いが認められた。
本試験における典型的な発熱プロファイルを図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。これらの図に示したように、本試験例３０の捲回型電池の発熱による到達最高温度が比較試験例３に比べて有意に低いことが分かった。

［試験例４〜２９、３１〜３５］
コンポジットＰＴＣ結着材に用いた結着成分及びＰＴＣ機能付与成分の種類と配合量を変えて、実施例１及び３と同様に、それぞれ捲回型電池（設計容量１Ａｈ）を作製した。

これらを用いて、試験例１と同様の方法により釘刺し試験を行った結果を、以下の表に示す。

表に示したように、いずれの試験例でも釘刺し試験による発火及び発煙の有無は、比較試験例に比べて有意に抑制されていることが分かった。

１ 非水電解質二次電池
１０ 電池素子
１１、３１、４２、５６ 正極
１１Ａ、３１３、４２３ 正極集電体
１１Ｂ 正極活物質層
１２、５５ 負極
１２Ａ、５２ 負極集電体
１２Ｂ、５３ 負極活物質層
１３、５４ セパレーター
１４ 単電池層
２１ 正極リード
２２ 負極リード
３０ 外装体
３１１、４２２ 層Ａ
３１２、４２１ 層Ｂ
３１４、４２４ 正極合剤層
３１５、４２５、５１、６１ 釘
６２ 導電助剤
６３ 電極活物質
６４ 結着材
７１ 融点硬化剤
７２ 電解質（例えば、ＬｉＰＦ_６）
７３ 溶媒（例えば、ＥＣ／ＤＥＣ）

Claims (17)

1. リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる１種以上の材料を含有する電極活物質、導電助剤及び結着材を含有する電極合剤層を集電体の片面又は両面に有する、正極及び負極からなる少なくとも一対の電極と、
   セパレーターと、
   非水電解質と、
   を備えた非水電解質二次電池であって、
   前記結着材は、ポリフッ化ビニリデンと、ＰＴＣ機能付与成分とを含むコンポジットＰＴＣ結着材であり、非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法で測定される前記結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、前記ポリフッ化ビニリデンのみの場合に比べて低下しており、
   前記ＰＴＣ機能付与成分は、アクリル酸、メタクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、ポリブチレンサクシネート、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、それらの共重合体、Ｎ−ビニルアミド、ジビニルアミド、シリル（ビニル）アミド、グリオキシル化ビニルアミド、及びフッ化ビニリデン単量体と他の含フッ素単量体又は含酸素単量体との共重合体からなる群より選ばれる１種以上である、ことを特徴とする、非水電解質二次電池。
   
2. 前記ＰＴＣ機能付与成分が、カルボニル基又はシアノ基を含有する化合物であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
   
3. 前記ＰＴＣ機能付与成分が、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、カーボネート基、又はアミド基を含有する結晶性又は非結晶性高分子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非水電解質二次電池。
   
4. 前記ＰＴＣ機能付与成分が、アクリル酸、メタクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、ポリブチレンサクシネート、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、及びそれらの共重合体からなる群より選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜３何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
   
5. 前記結着材中に含まれる前記ＰＴＣ機能付与成分の含有率が、１〜５０質量％である請求項１〜４何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
   
6. 前記結着材が、ポリフッ化ビニリデンと、前記ＰＴＣ機能付与成分として、フッ化ビニリデン単量体と他の含フッ素単量体又は含酸素単量体との共重合体とを含む混合物であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
   
7. 前記非水電解質の共存下に、示差走査熱量測定法により測定した前記結着材の溶融開始温度が、７０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１〜６何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
   
8. 非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法で測定される前記結着材の溶融ピーク温度が、７０℃〜１３０℃であることを特徴とする請求項１〜６何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
   
9. 前記電極が正極であり、前記電極合剤層が正極合剤層であり、前記電極活物質が正極活物質である、請求項１〜８何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
   
10. 前記結着材が、前記正極合剤層に含まれる請求項９に記載の非水電解質二次電池。
    
11. 前記正極活物質が、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系酸化物（ＮＣＡ）及び／又はリチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物（ＮＣＭ）である請求項１０に記載の非水電解質二次電池。
    
12. 前記非水電解質は、環状カーボネート及び鎖状カーボネートから選ばれる有機溶媒が単独あるいは複数種を組み合せた溶媒混合物中に、電解質として少なくともＬｉＰＦ_６を含むリチウム塩を溶解させた電解液であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。
    
13. 請求項９に記載の非水電解質二次電池の製造方法であって、
    ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、ＰＴＣ機能付与成分とを含む結着材を溶媒に溶解させた溶液に、正極活物質及び導電助剤を分散させた正極合剤層形成用スラリーを、集電体の片面又は両面に塗布して正極を作製することを特徴とする、非水電解質二次電池の製造方法。
    
14. 非水電解質二次電池用のコンポジットＰＴＣ結着材であって、結着成分であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、ＰＴＣ機能付与成分とを含み、
    非水電解質の共存下に示差走査熱量測定法で測定される前記コンポジットＰＴＣ結着材の溶融開始温度及び／又は溶融ピーク温度が、前記結着成分単独の場合に比べて低下しており、
    前記ＰＴＣ機能付与成分は、アクリル酸、メタクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、ポリブチレンサクシネート、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、それらの共重合体、Ｎ−ビニルアミド、ジビニルアミド、シリル（ビニル）アミド、グリオキシル化ビニルアミド、及びフッ化ビニリデン単量体と他の含フッ素単量体又は含酸素単量体との共重合体からなる群より選ばれる１種以上である、ことを特徴とする、コンポジットＰＴＣ結着材。
    
15. 集電体と、前記集電体上に塗布された正極合剤層とを備えるリチウムイオン二次電池用正極であって、
    前記正極合剤層は、正極活物質、導電助剤及び結着成分を含む層Ａと、正極活物質、導電助剤及び請求項１４に記載のコンポジットＰＴＣ結着材を含む層Ｂと、を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
    
16. 前記正極合剤層の厚さ方向において、前記層Ｂが前記集電体側に設けられ、前記層Ａが前記層Ｂを挟んで前記集電体とは反対側に設けられることを特徴とする請求項１５に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
    
17. 前記正極合剤層の厚さ方向において、前記層Ａが前記集電体側に設けられ、前記層Ｂが前記層Ａを挟んで前記集電体とは反対側に設けられることを特徴とする請求項１５に記載のリチウムイオン二次電池用正極。

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