WO2011089702A1 - リチウム二次電池 - Google Patents

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森田　昌宏
行広 岡田
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Definitions

  • the present invention relates to a lithium secondary battery and a method for producing the battery. Specifically, the present invention relates to the positive electrode of the battery.
  • a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery) that is lightweight and has a high energy density is expected to be preferably used as a high-output power source for mounting on a vehicle (for example, an automobile, particularly a hybrid automobile or an electric automobile). ing.
  • a lithium secondary battery used in a mode in which rapid charging / discharging (so-called high-rate charging / discharging) is repeatedly performed as a high-output power source mounted on a vehicle a battery having good electrical performance over a long period of time, that is, A battery having excellent durability (cycle characteristics) is demanded.
  • an electrode mixture layer (a positive electrode mixture layer and a negative electrode mixture layer) capable of reversibly occluding and releasing charge carriers (lithium ions) formed on the surface of the electrode current collector. Attempts have been made to improve the structure to have better high rate and cycle characteristics.
  • Patent Document 1 can be cited as a prior art for examining the structure of the positive electrode mixture layer.
  • the low temperature characteristics of the battery are improved by setting the pore diameter in the positive electrode mixture layer or the pore volume per unit weight of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer within a predetermined range.
  • patent document 2 and patent document 3 the pore distribution of the positive electrode active material which comprises a positive electrode compound material layer, etc. are examined, respectively.
  • Patent Literature 1 is still a sufficient technical examination regarding the structure of the positive electrode mixture layer having good conductivity, which can be said to be one of the study subjects required for a lithium secondary battery excellent in high rate characteristics or cycle characteristics. I can not say. For example, there is no sufficient disclosure about the pore (void) state in the positive electrode mixture layer formed with the material constituting the positive electrode mixture layer. Therefore, the non-aqueous electrolyte is not sufficiently retained (impregnated) in the pores, and a good conductive path (conductive path) may not be formed. As a result, when such a lithium secondary battery is used in such a manner that high-rate charge / discharge is repeated, the internal resistance may be increased.
  • An object of the present invention is to define the pore distribution state in the positive electrode mixture layer.
  • An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a battery characteristic (high rate characteristic or cycle characteristic) having a structure that can sufficiently hold a non-aqueous electrolyte in pores.
  • the present invention provides a lithium secondary battery including a positive electrode current collector and a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a conductive material on the surface of the current collector.
  • the positive electrode mixture layer of the lithium secondary battery according to the present invention has two large and small differential pore volume peaks in the pore diameter range of 0.01 ⁇ m to 10 ⁇ m in the pore distribution curve measured with a mercury porosimeter. Among the two large and small peaks, the pore diameter of peak B having the smaller differential pore volume is configured to be smaller than the pore diameter of peak A having the larger differential pore volume. .
  • the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by movement of lithium ions between the positive and negative electrodes.
  • a secondary battery generally referred to as a lithium ion battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.
  • the “positive electrode active material” refers to a positive electrode capable of reversibly occluding and releasing (typically inserting and desorbing) chemical species (here, lithium ions) that serve as charge carriers in a secondary battery. The active material on the side.
  • the present inventor presents a nonaqueous electrolyte solution in the pores because a large number of pores are present in a suitable state in the positive electrode mixture layer.
  • the lithium secondary battery according to the present invention includes a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a conductive material, and the pore distribution curve of the positive electrode mixture layer measured by a mercury porosimeter is large or small.
  • the pore diameter of peak B having the smaller differential pore volume is smaller than that of large pore diameter peak A having the larger differential pore volume.
  • the hole diameter is configured.
  • the pore diameter P [ ⁇ m] at the minimum value between the two large and small peaks is between 0.1 ⁇ m and 0.7 ⁇ m.
  • a conductive material made of a conductive powder material such as carbon powder, which is one of the constituent materials of the positive electrode mixture layer, is bulky and has a very small particle size (typically 1 ⁇ m or less, for example, 0.001 ⁇ m to
  • a positive electrode active material in which a lithium transition metal composite oxide or the like is used has a particle size larger than that of a conductive material (typically 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m). For example, 3 ⁇ m to 8 ⁇ m). Therefore, in the pore distribution curve described above, the large pore peak A generally indicates pores generated in the gap between the positive electrode active materials, and the small pore peak B generally indicates pores generated in the gap between the conductive materials.
  • the diffusibility of the non-aqueous electrolyte is improved by forming such a pore having the large pore diameter peak A and the small pore diameter peak B in the positive electrode mixture layer, the pores are impregnated ( The lithium ions are efficiently transferred through the retained electrolyte solution. As a result, it is possible to manufacture a lithium secondary battery having excellent battery performance (cycle characteristics or high rate characteristics) even when used in a mode in which high rate charge / discharge is repeated.
  • the pore diameter Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A and the pore diameter Pb [ ⁇ m] at the maximum value of the small pore diameter peak B are
  • 0.1 ⁇ (Pb / Pa) ⁇ 0.8 is satisfied.
  • the diffusibility of the non-aqueous electrolyte in the positive electrode mixture layer is further improved, Since a suitable amount of the non-aqueous electrolyte is sufficiently retained in the pores, the conductivity of the positive electrode mixture layer is improved.
  • a lithium secondary battery having excellent battery performance (cycle characteristics or high rate characteristics) can be manufactured.
  • the pore diameter Pa [ ⁇ m] is between 0.2 ⁇ m and 1.2 ⁇ m.
  • the large pore diameter peak A is a particle diameter (typically less than 1 ⁇ m, typically 0.001 ⁇ m to 1 ⁇ m) of the conductive material (typically 0.001 ⁇ m to 1 ⁇ m).
  • the positive electrode active materials typically 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example 3 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the positive electrode mixture layer having pores in which Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A satisfies the above range can have good conductivity.
  • lithium ions are efficiently transferred through the electrolyte solution impregnated in the pores in the positive electrode mixture layer, and an increase in internal resistance is suppressed even for high-rate charge / discharge.
  • a lithium secondary battery can be provided.
  • a lithium transition metal composite oxide having an average particle diameter of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m is used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer.
  • At least one selected from the group consisting of acetylene black, furnace black, ketjen black and graphite powder is used as the conductive material contained in the positive electrode mixture layer.
  • the material having a smaller particle size and better conductivity than the positive electrode active material suitably forms gaps (pores) having a small pore diameter in the positive electrode mixture layer.
  • this invention provides the method of manufacturing a lithium secondary battery as another aspect. That is, the manufacturing method provided by the present invention is a method for manufacturing a lithium secondary battery including a positive electrode current collector and a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a conductive material on the surface of the current collector. Then, (1) the step of forming the positive electrode mixture layer on the surface of the positive electrode current collector, (2) the pore distribution of the positive electrode mixture layer is measured with a mercury porosimeter and obtained by the measurement.
  • a positive electrode is selected in which the pore diameter P [ ⁇ m] at the minimum value between the two large and small peaks is between 0.1 ⁇ m and 0.7 ⁇ m in the pore distribution curve obtained by the above measurement.
  • the pore diameter Pa [ ⁇ m] and a positive electrode having a pore diameter Pb [ ⁇ m] at the maximum value of the small pore diameter peak B satisfying 0.1 ⁇ (Pb / Pa) ⁇ 0.8 is selected.
  • the pore size ratio (Pb / Pa) of the two large and small peaks shown in the pore distribution curve satisfies the above range.
  • the diffusibility of the non-aqueous electrolyte in the positive electrode mixture layer is improved. Since a suitable amount of the non-aqueous electrolyte is sufficiently retained in the pores, the conductivity of the positive electrode mixture layer is improved. As a result, a lithium secondary battery having excellent battery performance (cycle characteristics or high rate characteristics) can be manufactured.
  • a vehicle including any of the lithium secondary batteries disclosed herein is provided.
  • the lithium secondary battery provided by the present invention may exhibit battery characteristics (cycle characteristics or high rate characteristics) suitable as a power source mounted on a vehicle. Therefore, such a lithium secondary battery can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile equipped with an electric motor such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing a pore distribution of a positive electrode mixture layer of a lithium secondary battery according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the outer shape of the lithium secondary battery according to one embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing positive and negative electrodes and a separator constituting a wound electrode body according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a side view schematically showing a vehicle (automobile) provided with the lithium secondary battery of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the pore diameter ratio (Pb / Pa) and the resistance increase rate after the high rate cycle.
  • the lithium secondary battery (typically a lithium ion battery) disclosed herein includes a positive electrode in which a positive electrode mixture layer including a positive electrode active material and a conductive material is formed on the surface of the positive electrode current collector. ing.
  • the positive electrode mixture layer includes a powdered positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions serving as charge carriers and a conductive material.
  • a typical positive electrode active material is a lithium transition metal composite oxide having a layered rock salt structure or a spinel structure.
  • lithium nickel based composite oxide, lithium cobalt based composite oxide, lithium manganese based composite oxide, lithium nickel cobalt manganese based composite oxide, etc. containing lithium (Li) and at least one transition metal element are exemplified. .
  • the lithium nickel-based composite oxide is an oxide having lithium (Li) and nickel (Ni) as constituent metal elements, and at least one other metal element (that is, Li and Ni) in addition to Li and Ni.
  • a transition metal element other than Ni and / or a typical metal element is typically less than Ni (in terms of the number of atoms.
  • the metal elements other than Li and Ni include calcium (Ca), cobalt (Co), aluminum (Al), manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), and magnesium (Mg).
  • Ti Titanium
  • Zr zirconium
  • Nb niobium
  • Mo molybdenum
  • Cu copper
  • zinc (Zn) gallium
  • Ga indium (In), tin (Sn)
  • Lanthanum (La) and cerium (Ce) or one or more metal elements.
  • the same meaning is applied to the lithium cobalt complex oxide and the lithium manganese complex oxide.
  • a ternary lithium transition metal composite oxide typically LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2
  • nickel, cobalt, and manganese may be used.
  • olivine type lithium phosphate represented by the general formula LiMPO 4 (M is at least one element of Co, Ni, Mn, Fe; for example, LiFePO 4 , LiMnPO 4 ) may be used as the positive electrode active material. Good.
  • the tap density is about 0.5 g / cm 3 to 3 g / cm 3 , preferably about 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 , and the average particle size is typical. Specifically, 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example, 3 ⁇ m to 8 ⁇ m can be preferably used.
  • the “average particle diameter” refers to a median diameter (D50: 50% volume average particle diameter) that can be derived from a particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring apparatus based on a laser scattering / diffraction method.
  • the lithium transition metal composite oxide that can be used as the positive electrode active material for example, a lithium transition metal composite oxide powder prepared and provided by a conventionally known method can be used as it is.
  • the oxide can be prepared by mixing several raw material compounds appropriately selected according to the atomic composition at a predetermined molar ratio and firing by an appropriate means.
  • a granular lithium transition metal composite oxide powder substantially composed of particles having a tap density and / or an average particle diameter can be obtained. it can.
  • conductive powder materials such as carbon powder and carbon fiber are preferably used.
  • Various carbon blacks may be used as the carbon powder.
  • conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber can be contained alone or as a mixture thereof.
  • only 1 type may be used among these, or 2 or more types may be used together.
  • the average particle size of the conductive material is not limited, but typically a material having an average particle size of 1 ⁇ m or less, for example, 0.001 ⁇ m to 1 ⁇ m can be used more preferably.
  • the positive electrode mixture layer disclosed herein may contain an optional component such as a binder as necessary.
  • a binder the same binder as that used for the positive electrode of a general lithium secondary battery can be appropriately employed. It is preferable to select a polymer that is soluble or dispersible in the solvent used. For example, when a non-aqueous solvent is used, a polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polyvinylidene chloride (PVDC) can be preferably used.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • Such a binder may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • the polymer material illustrated above may be used for the purpose of exhibiting a function as a thickener and other additives in addition to the function as a binder.
  • a polymer that can be dissolved or dispersed in an aqueous solvent can be used.
  • Examples of the polymer that can be dissolved in an aqueous solvent include carboxymethyl cellulose (CMC; typically sodium salt), hydroxy Cellulose derivatives such as ethylcellulose (HEC), hydroxypropylcellulose (HPC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP), or polyvinyl alcohol (PVA) ) And the like.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • HEC hydroxy Cellulose derivatives
  • HPC hydroxypropylcellulose
  • MC methylcellulose
  • CAP cellulose acetate phthalate
  • HPMC hydroxypropylmethylcellulose
  • HPMC hydroxypropylmethylcellulose phthalate
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Polymers dispersed in an aqueous solvent include polyethylene oxide (PEO), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer.
  • Fluorine resin such as coalescence (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), vinyl acetate copolymer, styrene butadiene block copolymer (SBR), acrylic acid modified SBR resin (SBR latex), Arabic Examples thereof include rubbers such as rubber.
  • both an aqueous solvent and a non-aqueous solvent can be used as the solvent.
  • the aqueous solvent is typically water, but may be any water-based solvent as a whole, that is, water or a mixed solvent mainly composed of water can be preferably used.
  • the solvent other than water constituting the mixed solvent one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used.
  • a particularly preferred example is a solvent consisting essentially of water.
  • preferable examples of the non-aqueous solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone, toluene and the like.
  • a conductive material made of a conductive powder material such as carbon powder is bulky and has a very small particle size (typically 1 ⁇ m or less, for example, 0.001 ⁇ m to 1 ⁇ m).
  • a positive electrode active material in which a lithium transition metal composite oxide or the like is used has a particle size larger than the particle size of the conductive material (typically 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example 3 ⁇ m). Accordingly, a large number of pores are formed in the positive electrode mixture layer by the gaps between these materials. Therefore, when the pore distribution of the positive electrode mixture layer is measured with a mercury porosimeter, a pore distribution curve as shown in FIG. 1 is obtained.
  • FIG. 1 is a view showing a pore distribution state of a positive electrode mixture layer of a lithium secondary battery according to an embodiment.
  • the positive electrode mixture layer of the lithium secondary battery disclosed here has a pore diameter of 0.01 ⁇ m to 10 ⁇ m. It has a structure having two large and small differential pore volume peaks in the range.
  • the pore size P [ ⁇ m] at the minimum value between the two large and small peaks is between 0.1 ⁇ m and 0.7 ⁇ m (approximately 0.2 ⁇ m to 0.7 ⁇ m, for example, 0.2 ⁇ m to 0.5 ⁇ m). To do.
  • the pore diameter of peak B with the smaller differential pore volume is configured to be smaller than the pore diameter of peak A with the larger differential pore volume. That is, a pore having a large pore diameter generated in a gap between large positive electrode active materials having a particle size (typically 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example 3 ⁇ m to 8 ⁇ m), and a particle size (typically Indicates that the positive electrode mixture layer has pores having a small pore diameter generated in the gap between the small conductive materials of 1 ⁇ m or less (for example, 0.001 ⁇ m to 1 ⁇ m).
  • a particle size typically 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example 3 ⁇ m to 8 ⁇ m
  • a particle size typically Indicates that the positive electrode mixture layer has pores having a small pore diameter generated in the gap between the small conductive materials of 1 ⁇ m or less (for example, 0.001 ⁇ m to
  • the diffusibility of the non-aqueous electrolyte in the pore is improved and the pores are impregnated.
  • the lithium ions are efficiently transferred through the (retained) electrolytic solution.
  • the pore diameter Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A and the pore diameter Pb [ ⁇ m] at the maximum value of the small pore diameter peak B are 0.1 ⁇ ( Pb / Pa) ⁇ 0.8 (more preferably 0.12 ⁇ (Pb / Pa) ⁇ 0.78).
  • a suitable amount of non-aqueous electrolyte is sufficiently retained in the pores in the positive electrode mixture layer.
  • the liquid holding power of the positive electrode mixture layer is improved. As a result, it is possible to provide a lithium secondary battery having excellent battery performance (cycle characteristics or high rate characteristics) even when used in a mode in which high rate charge / discharge is repeated.
  • the pore diameter Pa [ ⁇ m] is between 0.2 ⁇ m and 1.2 ⁇ m.
  • the large pore diameter peak A generally indicates pores formed by the gaps between the positive electrode active materials. Therefore, the positive electrode mixture layer having pores in which Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A satisfies the above range can have good conductivity. Accordingly, lithium ions can be efficiently transferred through the electrolytic solution impregnated in the pores.
  • the pore distribution in the positive electrode mixture layer can be measured as follows.
  • a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode current collector is cut into a predetermined area to prepare a sample piece, and the pore size of the sample piece with an output in a pressure range of about 4 psi to 60000 psi using a commercially available mercury porosimeter. Measure the distribution.
  • a pore distribution curve showing the relationship between the pore diameter and the pore volume (typically, a pore distribution curve in the range of 50 ⁇ m to 0.003 ⁇ m in the above pressure range) is obtained.
  • the pore distribution state formed in is confirmed. However, 5 ⁇ m or more is considered as a gap between the sample pieces.
  • the electroconductive member which consists of metal with favorable electroconductivity is used preferably.
  • aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used.
  • the shape of the positive electrode current collector can vary depending on the shape of the lithium secondary battery, and is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape.
  • the manufacturing method disclosed herein is a method of manufacturing a lithium secondary battery including a positive electrode in which a positive electrode mixture layer including a positive electrode active material and a conductive material is formed on the surface of a positive electrode current collector, As long as the object can be realized, a technique similar to a conventionally used method for manufacturing a positive electrode can be appropriately employed. Specifically, (1) the step of forming the positive electrode mixture layer on the surface of the positive electrode current collector, (2) the pore distribution of the positive electrode mixture layer is measured with a mercury porosimeter, and the measurement is performed.
  • a material for forming a positive electrode mixture layer such as a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is added to an appropriate solvent (aqueous solvent or non-aqueous solvent) and kneaded to form a paste or slurry-like positive electrode composite.
  • a material layer forming composition is prepared.
  • the positive electrode active material is not particularly limited, but the tap density is about 0.5 g / cm 3 to 3 g / cm 3 , preferably about 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3.
  • the average particle diameter is typically 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example 3 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the positive electrode mixture layer has a layer density of 1.0 g / cm 3 to 3.0 g / cm 3 , preferably about 1.5 g / cm 3 by compression (pressing).
  • a positive electrode for a lithium secondary battery was manufactured by pressing so as to be in a range of cm 3 to 2.8 g / cm 3 .
  • the paste can be suitably applied to the positive electrode current collector by using an appropriate application device such as a slit coater, a die coater, a gravure coater, or a comma coater.
  • an appropriate application device such as a slit coater, a die coater, a gravure coater, or a comma coater.
  • it can dry favorably by using natural drying, a hot air, low-humidity air, a vacuum, infrared rays, far-infrared rays, and an electron beam individually or in combination.
  • a conventionally known compression method such as a roll press method or a flat plate press method can be employed. In adjusting the thickness, the thickness may be measured with a film thickness measuring instrument, and the press pressure may be adjusted to compress a plurality of times until a desired thickness is obtained.
  • the positive electrode is cut into a predetermined area, the pore distribution of the positive electrode mixture layer is measured with a mercury porosimeter, and the pore distribution curve obtained by the measurement has a positive electrode having the following conditions: select.
  • select include (a) having two large and small differential pore volume peaks in the pore diameter range of 0.01 ⁇ m to 10 ⁇ m, and (b) of the two large and small peaks having the smaller differential pore volume.
  • the peak B has a smaller pore size than the peak A having a larger differential pore volume.
  • the pore diameter Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A and the pore diameter Pb [ ⁇ m] at the maximum value of the small pore diameter peak B are: A positive electrode satisfying 0.1 ⁇ (Pb / Pa) ⁇ 0.8 (more preferably 0.12 ⁇ (Pb / Pa) ⁇ 0.78) is selected.
  • the positive electrode having the pores composed of the large pore diameter peak A and the small pore diameter peak B in the positive electrode mixture layer is impregnated (held) in the pores in order to improve the diffusibility of the nonaqueous electrolytic solution in the pores.
  • Lithium ions can be efficiently transferred through the electrolytic solution. Therefore, by constructing a lithium secondary battery using the selected positive electrode, a lithium secondary battery having excellent battery performance (cycle characteristics or high rate characteristics) even when used in a mode in which high rate charge / discharge is repeated is provided. be able to.
  • Such a negative electrode has a configuration in which a negative electrode mixture layer is formed on the surface of a negative electrode current collector.
  • a negative electrode current collector serving as the base material of the negative electrode, a conductive member made of a highly conductive metal is preferably used.
  • copper or an alloy containing copper as a main component can be used.
  • the shape of the negative electrode current collector may vary depending on the shape of the lithium secondary battery and the like, and is not particularly limited.
  • a copper foil having a thickness of about 5 to 100 ⁇ m is preferably used as the negative electrode current collector of the lithium secondary battery used as a high-output power source for mounting on vehicles.
  • the negative electrode mixture layer formed on the surface of the negative electrode current collector contains a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions serving as charge carriers.
  • a negative electrode active material one type or two or more types of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation.
  • An example is carbon particles.
  • a particulate carbon material (carbon particles) containing a graphite structure (layered structure) at least partially is preferably used. Any carbon material of a so-called graphitic material (graphite), a non-graphitizable carbonaceous material (hard carbon), a graphitizable carbonaceous material (soft carbon), or a combination of these materials is preferably used. obtain.
  • graphite particles can be preferably used.
  • Graphite particles are excellent in conductivity because they can suitably occlude lithium ions as charge carriers. Further, since the particle size is small and the surface area per unit volume is large, it can be a negative electrode active material more suitable for high-rate charge / discharge.
  • the negative electrode mixture layer typically may contain an optional component such as a binder as necessary in addition to the negative electrode active material as a constituent component.
  • a binder the same binder as that used for the negative electrode of a general lithium secondary battery can be adopted as appropriate, and functions as the binder listed in the components of the positive electrode described above.
  • the various polymer materials obtained can be suitably used.
  • the negative electrode active material is mixed with a binder or the like with an appropriate solvent (aqueous solvent or non-aqueous solvent) to obtain a paste or slurry
  • an appropriate solvent aqueous solvent or non-aqueous solvent
  • the ratio of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is preferably about 50% by mass or more, and about 85 to 99% by mass (for example, 90 to 97% by mass). It is more preferable that Further, the ratio of the binder in the negative electrode composite material layer can be, for example, about 1 to 15% by mass, and preferably about 3 to 10% by mass.
  • the composition prepared in this manner is applied to a negative electrode current collector, the solvent is evaporated and dried, and then compressed (pressed). Thereby, the negative electrode of the lithium secondary battery which has the negative electrode compound material layer formed using this paste on a negative electrode collector is obtained.
  • coating, drying, and the compression method can use a conventionally well-known means similarly to the manufacturing method of the above-mentioned positive electrode.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a rectangular lithium secondary battery according to one embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state in which the electrode body is wound and manufactured.
  • the lithium secondary battery 100 according to the present embodiment includes a rectangular parallelepiped battery case 10 and a lid 14 that closes the opening 12 of the case 10.
  • a flat electrode body (wound electrode body 20) and an electrolyte can be accommodated in the battery case 10 through the opening 12.
  • the lid 14 is provided with a positive terminal 38 and a negative terminal 48 for external connection, and a part of the terminals 38 and 48 protrudes to the surface side of the lid 14. Also, some of the external terminals 38 and 48 are connected to the internal positive terminal 37 or the internal negative terminal 47, respectively, inside the case.
  • the wound electrode body 20 includes a sheet-like positive electrode sheet 30 having a positive electrode mixture layer 34 on the surface of a long positive electrode current collector 32, a long sheet-like separator 50, a long It is composed of a sheet-like negative electrode sheet 40 having a negative electrode mixture layer 44 on the surface of a long negative electrode current collector 42.
  • the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40 are laminated via two separators 50, and the positive electrode sheet 30, the separator 50, the negative electrode sheet 40, and the separator 50 are stacked. Are stacked in this order.
  • the laminate is wound around a shaft core (not shown) in a cylindrical shape, and is formed into a flat shape by squashing the obtained wound electrode body 20 from the side surface direction.
  • the wound electrode body 20 has a positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode current collector 32 at the center in the winding axis direction R. 34 and a negative electrode mixture layer 44 formed on the surface of the negative electrode current collector 42 are overlapped to form a densely stacked portion.
  • the exposed portion of the positive electrode current collector 32 (positive electrode mixture layer) without forming the positive electrode mixture layer 34 at one end in the direction R.
  • the non-forming part 36) is laminated in a state of protruding from the separator 50 and the negative electrode sheet 40 (or the dense laminated portion of the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44).
  • a positive electrode current collector laminated portion 35 formed by laminating the positive electrode mixture layer non-forming portion 36 in the positive electrode current collector 32 is formed at the end of the electrode body 20.
  • the other end portion of the electrode body 20 has the same configuration as that of the positive electrode sheet 30, and the negative electrode mixture layer non-formation portion 46 in the negative electrode current collector 42 is laminated to form the negative electrode current collector lamination portion 45. ing.
  • the separator 50 a separator having a width larger than the width of the stacked portion of the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44 and smaller than the width of the electrode body 20 is used, and the positive electrode current collector 32 and the negative electrode The current collectors 42 are arranged so as to be sandwiched between the laminated portions of the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44 so as not to contact each other and cause an internal short circuit.
  • the separator 50 is a sheet interposed between the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40, and is disposed so as to be in contact with the positive electrode mixture layer 34 of the positive electrode sheet 30 and the negative electrode mixture layer 44 of the negative electrode sheet 40. And the short circuit prevention accompanying the contact of both the composite material layers 34 and 44 in the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40, or the conduction path between electrodes by impregnating the electrolyte (non-aqueous electrolyte) in the pores of the separator 50 It plays a role of forming (conductive path).
  • a porous sheet microporous resin sheet
  • Particularly preferred are porous polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, and polystyrene.
  • the lithium secondary battery according to the present embodiment can be constructed as follows.
  • the positive electrode typically positive electrode sheet 30
  • the negative electrode typically negative electrode sheet 40
  • the positive electrode typically positive electrode sheet 30
  • the negative electrode typically negative electrode sheet 40
  • the positive electrode typically positive electrode sheet 30
  • the negative electrode typically negative electrode sheet 40
  • the positive electrode typically positive electrode sheet 30
  • the negative electrode typically negative electrode sheet 40
  • the positive electrode typically positive electrode sheet 30
  • the negative electrode typically negative electrode sheet 40
  • the obtained wound electrode body 20 is viewed from the side. It is formed into a flat shape by crushing and ablating.
  • the internal positive electrode terminal 37 is formed on the positive electrode mixture layer non-formation portion 36 of the positive electrode current collector 32
  • the internal negative electrode terminal 47 is formed on the negative electrode mixture layer non-formation portion 46 of the negative electrode current collector 42 by ultrasonic welding and resistance. It joins by welding etc. and it electrically connects with the positive electrode sheet 30 or the negative electrode sheet 40 of the wound electrode body 20 formed in the said flat shape.
  • the lithium secondary battery 100 of this embodiment can be constructed by injecting a non-aqueous electrolyte and sealing the inlet.
  • the structure, size, material for example, can be made of metal or laminate film
  • the structure of the electrode body for example, a wound structure or a laminated structure having the positive and negative electrodes as main components There is no limit.
  • nonaqueous electrolyte can use the same thing as the nonaqueous electrolyte conventionally used for a lithium secondary battery without limitation.
  • a nonaqueous electrolytic solution typically has a composition in which a supporting salt is contained in a suitable nonaqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent include one or two selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like. More than seeds can be used.
  • the supporting salt examples include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ). 3.
  • Lithium compounds (lithium salts) such as LiI can be used.
  • concentration of the support salt in a nonaqueous electrolyte solution may be the same as that of the nonaqueous electrolyte solution used with the conventional lithium secondary battery, and there is no restriction
  • An electrolyte containing a suitable lithium compound (supporting salt) at a concentration of about 0.5 to 1.5 mol / L can be used.
  • the lithium secondary battery 100 constructed in this way can exhibit excellent battery characteristics (high rate characteristics or cycle characteristics) as a vehicle-mounted high-output power supply. Therefore, the lithium secondary battery 100 according to the present invention can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, as schematically shown in FIG. 5, a vehicle including such a lithium secondary battery 100 (which may be in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of lithium secondary batteries 100 in series) as a power source. (Typically automobiles, in particular automobiles equipped with electric motors such as hybrid cars, electric cars, fuel cell cars) 1 are provided.
  • a positive electrode of a test lithium secondary battery was produced.
  • Li 1.0 Ni 0 having an average particle diameter of 3 ⁇ m to 7 ⁇ m as a positive electrode active material and a tap density of approximately 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3. .34 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and acetylene black as a conductive material so that the mass% ratio of these materials can take various values.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • acetylene black as a conductive material so that the mass% ratio of these materials can take various values.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the paste-like composition was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of about 15 ⁇ m as a positive electrode current collector so that the application amount was 12 mg / cm 2 to 20 mg / cm 2 .
  • the film was dried and pressed with a roller press to form a positive electrode mixture layer so that the layer density was approximately 1.5 to 2.8 g / cm 3, and a total of 15 positive electrode sheets were prepared. .
  • Each of the prepared positive electrode sheets was cut into approximately 2 cm ⁇ 1 cm squares to prepare sample pieces, and the pore distribution in the positive electrode mixture layer was measured.
  • the sample piece weight was about 0.5 g and the stem usage rate was 10 to 25%.
  • a mercury porosimeter (“Autopore III 9410” manufactured by Shimadzu Corporation) was used. The sample piece was placed in a cell, and the pore distribution in the positive electrode mixture layer was measured at a pressure of 4 psi to 60000 psi.
  • a negative electrode of a test lithium secondary battery was produced.
  • graphite as a negative electrode active material
  • SBR styrene butadiene block copolymer
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • the paste composition was applied to both sides of the negative electrode current collector on a copper foil having a thickness of about 10 ⁇ m as the negative electrode current collector so that the coating amount per unit area was 6.4 to 11 mg / cm 2 . After the application, it was dried and pressed with a roller press to produce a negative electrode sheet.
  • a test lithium secondary battery was constructed using each of the prepared positive electrode sheet and negative electrode sheet. That is, a positive electrode sheet and a negative electrode sheet were laminated together with two separators, and this laminated sheet was wound to produce a wound electrode body. And this electrode body was accommodated in the container with electrolyte, and the 18650 type battery (diameter 18mm, height 65mm) was constructed
  • the non-aqueous electrolyte 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a 3: 4: 3 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC). was used.
  • each battery was adjusted again to SOC 60%, and a high rate cycle test was repeated by repeating the charge / discharge cycle consisting of the following (1) to (4) 2500 times at ⁇ 15 ° C. Meanwhile, an operation of adjusting the SOC to 60% was performed every 100 cycles.
  • the IV resistance after the high rate cycle was measured in the same manner as the initial IV resistance. Then, the resistance increase rate by the high rate cycle test was calculated by dividing the IV resistance value after the high rate cycle by the initial IV resistance value. Further, the pore diameter ratio (Pb / Pa) between the pore diameter Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A calculated above and the pore diameter Pb [ ⁇ m] at the maximum value of the small pore diameter peak B and the high rate cycle The relationship with the resistance increase rate is shown in FIG.
  • the pore diameter ratio (Pb / Pa) between the pore diameter Pa [ ⁇ m] at the maximum value of the large pore diameter peak A and the pore diameter Pb [ ⁇ m] at the maximum value of the small pore diameter peak B is approximately.
  • the rate of increase in resistance after the high rate cycle was a value lower than 2.0. From this, a clear correlation was shown between the pore diameter ratio (Pb / Pa) and the resistance increase rate after the high rate cycle.
  • the present invention has been described in detail above, the above embodiments and examples are merely examples, and the invention disclosed herein includes various modifications and changes of the above-described specific examples.
  • the present invention is not limited to the above-described wound type battery, and can be applied to various shapes of lithium secondary batteries. Further, the size and other configurations of the battery can be appropriately changed depending on the application (typically for in-vehicle use).
  • the lithium secondary battery 100 according to the present invention has a pore distribution that allows the non-aqueous electrolyte to be sufficiently retained in the pores in the positive electrode mixture layer, and has excellent battery characteristics (high rate characteristics or cycle characteristics). . Due to such characteristics, the lithium secondary battery 100 according to the present invention can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, as shown in FIG. 5, a vehicle 1 (as a power source) having such a lithium secondary battery 100 (may be in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of lithium secondary batteries 100 in series). An automobile, typically an automobile equipped with an electric motor such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle) is provided.

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Abstract

　本発明により提供されるリチウム二次電池は、正極活物質および導電材を含む正極合材層を正極に備える。該正極合材層は、水銀ポロシメータで測定される細孔分布曲線において、細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有する。そして、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていることを特徴とする。

Description

リチウム二次電池
　本発明は、リチウム二次電池および該電池の製造方法に関する。詳しくは、該電池の正極に関する。
　近年、リチウム二次電池やニッケル水素電池等の二次電池は、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいはパソコン及び携帯端末その他の電気製品等に搭載される電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池（典型的にはリチウムイオン電池）は、車両（例えば自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車）搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
　特に、上記車両搭載用高出力電源として、急速充放電（いわゆるハイレート充放電）を繰り返し行われる態様で使用されるリチウム二次電池においては、長期に亘って良好な電気的性能を備える電池、即ち耐久性（サイクル特性）に優れる電池が求められている。かかる要求に対する一つの検討課題として、電極集電体の表面に形成された電荷担体（リチウムイオン）を可逆的に吸蔵および放出し得る電極合材層（正極合材層および負極合材層）の構造をよりハイレート特性およびサイクル特性に優れるように改良する試みが行われている。
　この種のリチウム二次電池において、正極合材層の構造について検討された先行技術として、特許文献１が挙げられる。特許文献１では、正極合材層における細孔径あるいは正極合材層における正極活物質の単位重量当たりの細孔容積を所定の範囲に設定することにより、電池の低温特性の向上が図られている。また、特許文献２および特許文献３では、正極合材層を構成する正極活物質の細孔分布等についてそれぞれ検討されている。
国際公開ＷＯ２００６／１２９７５６号公報 日本国特許公開第２００９－１６４１４０号公報 日本国特許公開第２００６－０８１１３０号公報
　しかしながら、特許文献１は、ハイレート特性またはサイクル特性に優れたリチウム二次電池に求められる一つの検討課題ともいえる、良好な導電性を有する正極合材層の構造に関する技術的検討は未だ十分とは言えない。例えば、正極合材層を構成する材料に伴って形成される正極合材層内の細孔（空隙）状態についての十分な開示がない。そのため、かかる細孔中に非水電解液が十分に保持（含浸）されず、良好な導電経路（導電パス）が形成されない虞がある。その結果、ハイレート充放電を繰り返す態様でかかるリチウム二次電池が使用されると、内部抵抗を上昇させてしまう虞がある。
　そこで、本発明は、リチウム二次電池に関する上記従来の問題点を解決すべく創出されたものであり、その目的とするところは、正極合材層における細孔分布状態を規定することにより、かかる細孔に非水電解液が十分に保持し得る構造を備える、電池特性（ハイレート特性またはサイクル特性）に優れたリチウム二次電池を提供することを目的とする。
　上記目的を実現するべく本発明により、正極集電体および該集電体の表面に正極活物質および導電材を含む正極合材層を有する正極を備えるリチウム二次電池が提供される。本発明に係るリチウム二次電池の上記正極合材層は、水銀ポロシメータで測定される細孔分布曲線において、細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有する。上記大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていることを特徴とする。
　なお、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。
　また、本明細書において「正極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種（ここではリチウムイオン）を可逆的に吸蔵および放出（典型的には挿入および脱離）可能な正極側の活物質をいう。
　本発明者は、ハイレート特性またはサイクル特性に優れたリチウム二次電池における正極では、正極合材層内に多数の細孔が好適な状態で存在することにより、かかる細孔中に非水電解液が含浸（保持）され、良好な導電経路（導電パス）が形成されていることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明に係るリチウム二次電池は、正極活物質および導電材を含む正極合材層を有する正極を備えており、水銀ポロシメータで測定される正極合材層の細孔分布曲線において、大小２つの微分細孔容積のピークを有し、当該大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方の大孔径ピークＡよりも小孔径に構成されている。
　好ましくは、上記細孔分布曲線において、上記大小２つのピークの間の最小値における細孔径Ｐ［μｍ］が、０．１μｍ～０．７μｍの間に存在する。
　ここで、正極合材層の構成材料の一つである、カーボン粉末等の導電性粉末材料からなる導電材は、嵩高く非常に小さい粒径（典型的には１μｍ以下、例えば０．００１μｍ～１μｍ）を有するのに対し、リチウム遷移金属複合酸化物などが用いられる正極活物質は、導電材の粒径よりも粒径が大きい物質（典型的には１μｍ～５０μｍ、好適には２μｍ～２０μｍ、例えば３μｍ～８μｍ）が用いられる。そのため、上述の細孔分布曲線において、大孔径ピークＡは概ね正極活物質同士の間隙で生じる細孔を示し、小孔径ピークＢは概ね導電材同士の間隙で生じる細孔をそれぞれ示すものであることが考えられる。本発明では、このような大孔径ピークＡおよび小孔径ピークＢからなる細孔が正極合材層に形成されることにより非水電解液の拡散性が向上するため、当該細孔中に含浸（保持）された電解液を介して、リチウムイオンの移動が効率良く行われるようになる。その結果、ハイレート充放電を繰り返す態様で使用されても優れた電池性能（サイクル特性またはハイレート特性）を有するリチウム二次電池を製造することができる。
　また、本発明によって提供されるリチウム二次電池の一態様では、上記大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、上記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］とが、０．１≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．８を満たしている。
　上記細孔分布曲線において示される大小２つのピークの細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）が上記範囲を満たすリチウム二次電池では、正極合材層内における非水電解液の拡散性がさらに向上し、当該細孔に好適量の非水電解液が十分に保持されるため、正極合材層の導電性が向上する。その結果、優れた電池性能（サイクル特性またはハイレート特性）を有するリチウム二次電池を製造することができる。
　さらに、本発明によって提供されるリチウム二次電池の好ましい他の一態様では、上記細孔分布曲線において、上記細孔径Ｐａ［μｍ］は、０．２μｍ～１．２μｍの間に存在する。
　上記細孔分布曲線において示される大小２つのピークのうち、大孔径ピークＡは、導電材の粒径（典型的には１μｍ以下、例えば０．００１μｍ～１μｍ）よりも大きい粒径（典型的には１μｍ～５０μｍ、好適には２μｍ～２０μｍ、例えば３μｍ～８μｍ）からなる正極活物質同士の間隙によって形成された細孔を概ね示している。従って、大孔径ピークＡの最大値におけるＰａ［μｍ］が上記範囲を満たす細孔を有する正極合材層は、良好な導電性を備え得る。その結果、正極合材層内の細孔中に含浸された電解液を介して、リチウムイオンの移動が効率良く行われるようになり、ハイレート充放電に対しても内部抵抗の上昇が抑制されたリチウム二次電池を提供することができる。
　また、好ましく提供されるリチウム二次電池の他の一態様では、上記正極合材層に含まれる正極活物質として、平均粒径１μｍ～１０μｍからなるリチウム遷移金属複合酸化物が使用される。
　さらに、好ましい一態様では、上記正極合材層に含まれる導電材として、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラックおよびグラファイト粉末からなる群より選択される少なくとも１種が使用される。
　正極活物質よりも粒径が小さく導電性が良好な上記材料は、正極合材層中において細孔径の小さい間隙（細孔）を好適に形成する。その結果、かかる細孔中に非水電解液が含浸され易く、導電効率の優れたリチウム二次電池を提供し得る。
　また、本発明は、他の側面として、リチウム二次電池を製造する方法を提供する。すなわち、本発明によって提供される製造方法は、正極集電体および該集電体の表面に正極活物質および導電材を含む正極合材層を有する正極を備えるリチウム二次電池の製造方法であって、以下の工程、（１）上記正極集電体の表面に上記正極合材層を形成する工程、（２）上記正極合材層の細孔分布を水銀ポロシメータで測定し、該測定で得られる細孔分布曲線が以下の条件を具備する正極を選択する工程、
　（ａ）細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有すること、
　（ｂ）上記大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていること、
（３）上記選択した正極を用いてリチウム二次電池を構築する工程、を包含することを特徴とする。
　かかる製造方法によると、上記大孔径ピークＡおよび小孔径ピークＢからなる細孔を正極合材層に形成することができる。これにより、当該細孔における非水電解液の拡散性が向上するため、細孔中に含浸（保持）された電解液を介してリチウムイオンの移動が効率良く行われるようになる。その結果、ハイレート充放電を繰り返す態様で使用されても優れた電池性能（サイクル特性またはハイレート特性）を有するリチウム二次電池を製造することができる。
　好ましくは、上記測定で得られる細孔分布曲線において、上記大小２つのピークの間の最小値における細孔径Ｐ［μｍ］が、０．１μｍ～０．７μｍの間に存在する正極を選択する。
　また、本発明によって提供される好ましい一態様のリチウム二次電池を製造する方法では、上記測定で得られる細孔分布曲線において、さらに条件として、前記大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、前記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］とが、０．１≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．８を満たしている正極を選択する。
　上記細孔分布曲線において示される大小２つのピークの細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）が上記範囲を満たすリチウム二次電池では、正極合材層内における非水電解液の拡散性が向上し、当該細孔に好適量の非水電解液が十分に保持されるため、正極合材層の導電性が向上する。その結果、優れた電池性能（サイクル特性またはハイレート特性）を有するリチウム二次電池を製造することができる。
　また、本発明によると、ここに開示されるいずれかのリチウム二次電池を備える車両が提供される。本発明によって提供されるリチウム二次電池は、車両に搭載される動力源として適した電池特性（サイクル特性またはハイレート特性）を示すものであり得る。したがって、かかるリチウム二次電池は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用の電源として好適に使用され得る。
図１は、一実施形態に係るリチウム二次電池の正極合材層の細孔分布を示す図である。 図２は、一実施形態に係るリチウム二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。 図３は、図２におけるIII－III線断面図である。 図４は、一実施形態に係る捲回電極体を構成する正負極およびセパレータを示す断面図である。 図５は、本発明のリチウム二次電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。 図６は、細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）とハイレートサイクル後の抵抗上昇率との関係を示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
　まず、本実施形態に係るリチウム二次電池の正極の各構成要素について説明する。ここで開示されるリチウム二次電池（典型的にはリチウムイオン電池）は、上述のとおり、正極活物質および導電材を含む正極合材層が正極集電体の表面に形成された正極を備えている。上記正極合材層には、電荷担体となるリチウムイオンを吸蔵および放出可能な粉末状の正極活物質と導電材とを含んでいる。
　上記正極合材層に含まれる正極活物質としては、本発明の目的を実現し得る限りにおいて従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。典型的な正極活物質として、層状岩塩構造あるいはスピネル構造等を有するリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。例えば、リチウム（Ｌｉ）と少なくとも一種の遷移金属元素を含む、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物等が例示される。
　ここで、リチウムニッケル系複合酸化物とは、リチウム（Ｌｉ）とニッケル（Ｎｉ）とを構成金属元素とする酸化物のほか、ＬｉおよびＮｉ以外に他の少なくとも一種の金属元素（すなわち、ＬｉとＮｉ以外の遷移金属元素および／または典型金属元素）を典型的にはＮｉよりも少ない割合（原子数換算。ＬｉおよびＮｉ以外の金属元素を二種以上含む場合にはそれらの合計量としてＮｉよりも少ない割合）で構成金属元素として含む酸化物をも包含する意味である。上記ＬｉおよびＮｉ以外の金属元素は、例えば、カルシウム（Ｃａ）,コバルト（Ｃｏ），アルミニウム（Ａｌ），マンガン（Ｍｎ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ），バナジウム（Ｖ），マグネシウム（Ｍｇ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），ランタン（Ｌａ）およびセリウム（Ｃｅ）からなる群から選択される一種または二種以上の金属元素であり得る。リチウムコバルト系複合酸化物およびリチウムマンガン系複合酸化物についても同様の意味である。
　または、リチウム以外の遷移金属元素を複数種含む、ニッケル・マンガン系のＬｉＮｉｘＭｎ１－ｘＯ２（０＜ｘ＜１）やＬｉＮｉｘＭｎ２－ｘＯ４（０＜ｘ＜２）、ニッケル・コバルト系のＬｉＮｉｘＣｏ１－ｘＯ２（０＜ｘ＜１）、コバルト・マンガン系のＬｉＣｏｘＭｎ１－ｘＯ２（０＜ｘ＜１）で表わされるような、二元系リチウム遷移金属複合酸化物でもよい。あるいは、ニッケル・コバルト・マンガン系のような三元系リチウム遷移金属複合酸化物（典型的にはＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）でもよい。なお、一般式がＬｉＭＰＯ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅのうちの少なくとも一種以上の元素；例えばＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４）で表記されるオリビン型リン酸リチウムを正極活物質として用いてもよい。
　また、上記正極活物質として、タップ密度が凡そ０．５ｇ／ｃｍ３～３ｇ／ｃｍ３、好適には概ね１．０ｇ／ｃｍ３～２．０ｇ／ｃｍ３であって、平均粒径が典型的には１μｍ～５０μｍ、好適には２μｍ～２０μｍ、例えば３μｍ～８μｍを好ましく使用し得る。ここで、「平均粒径」とは、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布から導き出せるメジアン径（Ｄ５０：５０％体積平均粒子径）をいう。
　なお、正極活物質として使用し得る上記リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、従来公知の方法で調製・提供されるリチウム遷移金属複合酸化物粉末をそのまま使用することができる。例えば、原子組成に応じて適宜選択されるいくつかの原料化合物を所定のモル比で混合し、適当な手段で焼成することによって該酸化物を調製することができる。また、焼成物を適当な手段で粉砕、造粒および分級することにより、タップ密度および／または平均粒径を有する粒子によって実質的に構成された粒状のリチウム遷移金属複合酸化物粉末を得ることができる。
　また、上記正極合材層に含まれる導電材としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等の導電性粉末材料が好ましく用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラックを使用してよい。例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラックおよびグラファイト粉末からなる群より選択される少なくとも１種を好適に使用し得る。また、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類などを単独又はこれらの混合物として含ませることができる。なお、これらのうち一種のみを用いても、二種以上を併用してもよい。また、導電材の平均粒径は限定されないが、典型的には１μｍ以下、例えば０．００１μｍ～１μｍの平均粒径を有する材料をより好ましく使用し得る。
　また、ここに開示される上記正極合材層には、結着材等の任意成分を必要に応じて含有し得る。結着材としては、一般的なリチウム二次電池の正極に使用される結着材と同様のもの等を適宜採用することができる。使用する溶媒に溶解または分散可溶なポリマーを選択することが好ましい。
　例えば、非水系溶媒を用いる場合においては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）等のポリマーを好ましく採用することができる。このような結着材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上記で例示したポリマー材料は、結着材としての機能の他に、増粘材その他の添加材としての機能を発揮する目的で使用されることもあり得る。
　また、水系溶媒を用いる場合においては、水系溶媒に溶解するポリマーまたは分散するポリマーを使用することができ、水系溶媒に溶解するポリマーとしては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ；典型的にはナトリウム塩）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、酢酸フタル酸セルロース（ＣＡＰ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート（ＨＰＭＣＰ）等のセルロース誘導体、または、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等が挙げられる。また、水系溶媒に分散するポリマーとしては、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体（ＰＦＡ）、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）、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエンブロック共重合体（ＳＢＲ）、アクリル酸変性ＳＢＲ樹脂（ＳＢＲ系ラテックス）、アラビアゴム等のゴム類が挙げられる。
　なお、ここで開示されるリチウム二次電池では、上記溶媒として水系溶媒および非水系溶媒のいずれも使用可能である。水系溶媒としては、典型には水であるが、全体として水性を示すものであればよく、すなわち、水または水を主体とする混合溶媒を好ましく用いることができる。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶剤（低級アルコール、低級ケトン等）の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、水系溶媒の凡そ８０質量％以上（より好ましくは凡そ９０質量％以上、さらに好ましくは凡そ９５質量％以上）が水である溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる溶媒が挙げられる。また、非水系溶媒の好適例としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン、トルエン等が例示される。
　ここで、上記正極合材層を構成する材料のうち、カーボン粉末等の導電性粉末材料からなる導電材は、嵩高く非常に小さい粒径（典型的には１μｍ以下、例えば０．００１μｍ～１μｍ）を有するのに対し、リチウム遷移金属複合酸化物などが用いられる正極活物質は、導電材の粒径よりも大きい粒径（典型的には１μｍ～５０μｍ、好適には２μｍ～２０μｍ、例えば３μｍ～８μｍ）を有する物質が用いられるため、これらの材料同士の間隙によって正極合材層内に多数の細孔が形成されている。そこで、かかる正極合材層の細孔分布を水銀ポロシメータで測定すると、図１に示されるような細孔分布曲線を有する。
　図１は、一実施形態に係るリチウム二次電池の正極合材層の細孔分布状態を示す図である。図１における細孔径と微分細孔容積との関係を示す細孔分布曲線（白色プロット）によると、ここで開示されるリチウム二次電池の正極合材層は、細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有する構造を備えている。そして、かかる大小２つのピークの間の最小値における細孔径Ｐ［μｍ］が０．１μｍ～０．７μｍ（概ね０．２μｍ～０．７μｍ、例えば０．２μｍ～０．５μｍ）の間に存在する。
　さらに、上記微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、上記微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されている。すなわち、粒径（典型的には１μｍ～５０μｍ、好適には２μｍ～２０μｍ、例えば３μｍ～８μｍ）の大きい正極活物質同士の間隙で生じる大きい細孔径を有する細孔と、粒径（典型的には１μｍ以下、例えば０．００１μｍ～１μｍ）の小さい導電材同士の間隙で生じる小さい細孔径を有する細孔がそれぞれ正極合材層に存在することを示唆するものである。このような大孔径と小孔径の２つの細孔径ピークを有する細孔が正極合材層に形成されることにより、当該細孔における非水電解液の拡散性が向上し、細孔中に含浸（保持）された電解液を介してリチウムイオンの移動が効率良く行われるようになる。
　また、図１に示されるように、上記大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、上記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］とが、０．１≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．８（より好ましくは０．１２≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．７８）を満たしている。上記細孔分布曲線において示される大小２つのピークの細孔径比が上記範囲を満たすリチウム二次電池では、正極合材層内の細孔に好適量の非水電解液が十分に保持されるため、正極合材層の液保持力が向上する。その結果、ハイレート充放電を繰り返す態様で使用されても優れた電池性能（サイクル特性またはハイレート特性）を有するリチウム二次電池を提供することができる。
　さらに、図１に示される細孔分布曲線において、上記細孔径Ｐａ［μｍ］は、０．２μｍ～１．２μｍの間に存在する。上記細孔分布曲線において示される大小２つのピークのうち、大孔径ピークＡは、正極活物質同士の間隙によって形成された細孔を概ね示している。従って、大孔径ピークＡの最大値におけるＰａ［μｍ］が上記範囲を満たす細孔を有する正極合材層は、良好な導電性を備え得る。これにより、当該細孔中に含浸された電解液を介して、リチウムイオンの移動が効率良く行われるようになる。
　ここで、上記正極合材層における細孔分布は、以下のようにして測定することができる。正極集電体の表面に正極合材層が形成された正極を所定面積に切り分けて試料片を用意し、市販される水銀ポロシメータを用いて圧力範囲約４ｐｓｉ～６００００ｐｓｉの出力で試料片の細孔分布を測定する。これにより、細孔径と細孔容積との関係を示す細孔分布曲線（典型的には、上記圧力範囲において５０μｍ～０．００３μｍの範囲内の細孔分布曲線）が得られ、正極合材層に形成された細孔分布状態が確認される。但し、５μｍ以上は試料片間の隙間と考えられる。
　なお、上記正極の基材となる正極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体の形状は、リチウム二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。
　次いで、本発明に係るリチウム二次電池の製造方法の好ましい態様の一例として正極の製造方法について説明する。
　ここに開示される製造方法は、正極活物質および導電材を含む正極合材層が正極集電体の表面に形成された正極を備えるリチウム二次電池を製造する方法であって、本発明の目的を実現し得る限りにおいて、従来から用いられる正極の製造方法と同様の技法を適宜採用することができる。具体的には以下の工程、（１）上記正極集電体の表面に上記正極合材層を形成する工程、（２）上記正極合材層の細孔分布を水銀ポロシメータで測定し、該測定で得られる細孔分布曲線が以下の条件を具備する正極を選択する工程、
　（ａ）細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有すること、
　（ｂ）上記大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていること、
（３）上記選択した正極を用いてリチウム二次電池を構築する工程、を包含する。
　まず、正極活物質、導電材および結着材等の正極合材層を形成するための材料を適当な溶媒（水系溶媒または非水系溶媒）に添加して混練し、ペーストまたはスラリー状の正極合材層形成用組成物を調製する。なお、正極活物質としては、特に限定されるものではないが、タップ密度が凡そ０．５ｇ／ｃｍ３～３ｇ／ｃｍ３、好適には概ね１．０ｇ／ｃｍ３～２．０ｇ／ｃｍ３であって、平均粒径が典型的には１μｍ～５０μｍ、好ましくは２μｍ～２０μｍ、例えば３μｍ～８μｍを好ましく使用し得る。
　次いで、正極集電体の表面に上記組成物の塗布量が１２ｍｇ／ｃｍ２～２０ｍｇ／ｃｍ２になるように塗布した。そして、溶媒を揮発させて乾燥させた後、圧縮（プレス）することにより正極合材層の層密度が、１．０ｇ／ｃｍ３～３．０ｇ／ｃｍ３、好適には概ね１．５ｇ／ｃｍ３～２．８ｇ／ｃｍ３の範囲になるようにプレスを行い、リチウム二次電池用の正極を製造した。
　なお、正極集電体に上記組成物を塗布する方法としては、従来公知の方法と同様の技法を適宜採用することができる。例えば、スリットコーター、ダイコーター、グラビアコーター、コンマコーター等の適当な塗布装置を使用することにより、正極集電体に該ペーストを好適に塗布することができる。また、溶媒を乾燥するにあたっては、自然乾燥、熱風、低湿風、真空、赤外線、遠赤外線、および電子線を、単独または組合せにて用いることにより良好に乾燥し得る。さらに、圧縮方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を採用することができる。かかる厚さを調整するにあたり、膜厚測定器で該厚みを測定し、プレス圧を調整して所望の厚さになるまで複数回圧縮してもよい。
　こうして正極合材層を形成した後に、正極を所定面積に切り分けて正極合材層の細孔分布を水銀ポロシメータで測定し、該測定で得られる細孔分布曲線が以下の条件を具備する正極を選択する。かかる条件とは、（ａ）細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有すること、（ｂ）上記大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていること、である。さらに好ましくは、上記測定で得られる細孔分布曲線において、上記大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、前記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］とが、０．１≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．８（より好ましくは０．１２≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．７８）を満たしている正極を選択する。
　上記大孔径ピークＡおよび小孔径ピークＢからなる細孔を正極合材層に有する正極は、当該細孔における非水電解液の拡散性が向上するため、細孔中に含浸（保持）された電解液を介してリチウムイオンの移動が効率良く行われるようになる。従って、上記選択した正極を用いてリチウム二次電池を構築することにより、ハイレート充放電を繰り返す態様で使用されても優れた電池性能（サイクル特性またはハイレート特性）を有するリチウム二次電池を提供することができる。
　次に、ここで開示されるリチウム二次電池の負極の各構成要素について説明する。かかる負極は、負極集電体の表面に負極合材層が形成された構成を備える。上記負極の基材となる負極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、銅、または銅を主成分とする合金を用いることができる。負極集電体の形状は、リチウム二次電池の形状等に応じて異なり得るため特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。車両搭載用高出力電源として用いられるリチウム二次電池の負極の集電体としては、厚さが５～１００μｍ程度の銅箔が好適に用いられる。
　上記負極集電体の表面に形成された負極合材層には、電荷担体となるリチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質が含まれる。負極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、カーボン粒子が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造（層状構造）を含む粒子状の炭素材料（カーボン粒子）が好ましく用いられる。いわゆる黒鉛質のもの（グラファイト）、難黒鉛化炭素質のもの（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素質のもの（ソフトカーボン）、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれの炭素材料も好適に使用され得る。中でも特に、黒鉛粒子を好ましく使用することができる。黒鉛粒子（例えばグラファイト）は、電荷担体としてのリチウムイオンを好適に吸蔵することができるため導電性に優れる。また、粒径が小さく単位体積当たりの表面積が大きいことからよりハイレート充放電に適した負極活物質となり得る。
　また、上記負極合材層は、典型的には、その構成成分として、上記負極活物質の他に、結着材等の任意成分を必要に応じて含有し得る。かかる結着材としては、一般的なリチウム二次電池の負極に使用される結着材と同様のものを適宜採用することができ、上述の正極の構成要素で列挙した結着材として機能し得る各種のポリマー材料を好適に使用し得る。
　次いで、上記リチウム二次電池の負極の製造方法について説明する。上記負極集電体の表面に負極合材層を形成するため、まず、負極活物質を、結着材等と共に適当な溶媒（水系溶媒または非水系溶媒）で混合して、ペーストまたはスラリー状の負極合材層形成用組成物を調製する。
　なお、各構成材料の配合比率は、例えば、負極合材層に占める負極活物質の割合が、凡そ５０質量％以上であることが好ましく、凡そ８５～９９質量％（例えば９０～９７質量％）であることがより好ましい。また、負極合材層に占める結着材の割合を例えば凡そ１～１５質量％とすることができ、通常は凡そ３～１０質量％とすることが好ましい。こうして調製した組成物を負極集電体に塗布し、溶媒を揮発させて乾燥させた後、圧縮（プレス）する。これにより該ペーストを用いて形成された負極合材層を負極集電体上に有するリチウム二次電池の負極が得られる。なお、塗布、乾燥および圧縮方法は、上述の正極の製造方法と同様に従来公知の手段を用いることができる。
　以下、ここに開示される正極を用いて構築される角型形状のリチウム二次電池（リチウムイオン電池）を例にして詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体の構成および製造方法、セパレータの構成および製造方法、リチウム二次電池その他の電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
　なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
　図２は、一実施形態に係る角型形状のリチウム二次電池を模式的に示す斜視図であり、図３は、図２中のIII－III線断面図である。また、図４は、電極体を捲回して作製する状態を模式的に示す斜視図である。
　図２および図３に示されるように、本実施形態に係るリチウム二次電池１００は、直方体形状の角型の電池ケース１０と、該ケース１０の開口部１２を塞ぐ蓋体１４とを備える。この開口部１２より電池ケース１０内部に扁平形状の電極体（捲回電極体２０）及び電解質を収容することができる。また、蓋体１４には、外部接続用の正極端子３８と負極端子４８とが設けられており、それら端子３８，４８の一部は蓋体１４の表面側に突出している。また、外部端子３８，４８の一部はケース内部で内部正極端子３７または内部負極端子４７にそれぞれ接続されている。
　次に、図３および図４を参照し、本実施形態に係る捲回電極体２０について説明する。図４に示されるように、捲回電極体２０は、長尺状の正極集電体３２の表面に正極合材層３４を有するシート状の正極シート３０、長尺シート状のセパレータ５０、長尺状の負極集電体４２の表面に負極合材層４４を有するシート状の負極シート４０とから構成される。そして、捲回軸方向Ｒの方向での断面視において、正極シート３０及び負極シート４０は、２枚のセパレータ５０を介して積層されており、正極シート３０、セパレータ５０、負極シート４０、セパレータ５０の順に積層されている。該積層物は、軸芯（図示しない）の周囲に筒状に捲回され、得られた捲回電極体２０を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。
　また、図３に示されるように、本実施形態に係る捲回電極体２０は、その捲回軸方向Ｒの中心部には、正極集電体３２の表面上に形成された正極合材層３４と、負極集電体４２の表面上に形成された負極合材層４４とが重なり合って密に積層された部分が形成されている。また、捲回軸方向Ｒに沿う方向での断面視において、該方向Ｒの一方の端部において、正極合材層３４が形成されずに正極集電体３２の露出した部分（正極合材層非形成部３６）がセパレータ５０および負極シート４０（あるいは、正極合材層３４と負極合材層４４との密な積層部分）からはみ出た状態で積層されて構成されている。即ち、上記電極体２０の端部には、正極集電体３２における正極合材層非形成部３６が積層されて成る正極集電体積層部３５が形成されている。また、電極体２０の他方の端部も正極シート３０と同様の構成であり、負極集電体４２における負極合材層非形成部４６が積層されて、負極集電体積層部４５が形成されている。なお、セパレータ５０は、ここでは正極合材層３４および負極合材層４４の積層部分の幅より大きく、該電極体２０の幅より小さい幅を備えるセパレータが用いられ、正極集電体３２と負極集電体４２が互いに接触して内部短絡を生じさせないように正極合材層３４および負極合材層４４の積層部分に挟まれるように配されている。
　セパレータ５０は、正極シート３０および負極シート４０の間に介在するシートであって、正極シート３０の正極合材層３４と、負極シート４０の負極合材層４４にそれぞれ接するように配置される。そして、正極シート３０と負極シート４０における両合材層３４，４４の接触に伴う短絡防止や、該セパレータ５０の空孔内に電解質（非水電解液）を含浸させることにより電極間の伝導パス（導電経路）を形成する役割を担っている。
　かかるセパレータ５０の構成材料としては、樹脂からなる多孔性シート（微多孔質樹脂シート）を好ましく用いることができる。ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の多孔質ポリオレフィン系樹脂が特に好ましい。
　本実施形態に係るリチウム二次電池は、以下のように構築することができる。上述した態様で正極（典型的には正極シート３０）及び負極（典型的には負極シート４０）を２枚のセパレータ５０と共に積重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体２０を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形する。そして、正極集電体３２の正極合材層非形成部３６に内部正極端子３７を、負極集電体４２の負極合材層非形成部４６には内部負極端子４７をそれぞれ超音波溶接、抵抗溶接等により接合し、上記扁平形状に形成された捲回電極体２０の正極シート３０または負極シート４０と電気的に接続する。こうして得られた捲回電極体２０を電池ケース１０に収容した後、非水電解液を注入し、注入口を封止することによって、本実施形態のリチウム二次電池１００を構築することができる。なお、電池ケース１０の構造、大きさ、材料（例えば金属製またはラミネートフィルム製であり得る）、および正負極を主構成要素とする電極体の構造（例えば捲回構造や積層構造）等について特に制限はない。
　なお、非水電解液は、従来からリチウム二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、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）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等からなる群から選択された一種又は二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＩ等のリチウム化合物（リチウム塩）を用いることができる。なお、非水電解液における支持塩の濃度は、従来のリチウム二次電池で使用される非水電解液と同様でよく、特に制限はない。適当なリチウム化合物（支持塩）を０．５～１．５ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度で含有させた電解質を使用することができる。
　このようにして構築されたリチウム二次電池１００は、上述したように、車両搭載用高出力電源として優れた電池特性（ハイレート特性またはサイクル特性）を示すものであり得る。従って、本発明に係るリチウム二次電池１００は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。従って、図５に模式的に示すように、かかるリチウム二次電池１００（当該リチウム二次電池１００を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。）を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）１を提供する。
　以下、本発明に関する試験例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。
［試験用リチウム二次電池の正極の作製］
　試験用リチウム二次電池の正極を作製した。まず、正極における正極合材層を形成するにあたり、正極活物質としての平均粒径が３μｍ～７μｍ、タップ密度が凡そ１．０ｇ／ｃｍ３～２．０ｇ／ｃｍ３のＬｉ１．０Ｎｉ０．３４Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３Ｏ２と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、導電材としてのアセチレンブラックとを、これら材料の質量％比が様々な値をとり得るようにＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）を加えて混合し、ペースト状の正極合材層形成用組成物を調製した。
　そして、正極集電体としての厚み約１５μｍのアルミニウム箔の両面に上記ペースト状組成物を塗布量が１２ｍｇ／ｃｍ２～２０ｍｇ／ｃｍ２になるように塗布した。塗布後、乾燥させてローラプレス機にてプレスを行い、層密度が凡そ１．５～２．８ｇ／ｃｍ３となるように正極合材層を形成し、計１５通りの正極シートを作製した。
＜細孔分布測定＞
　上記作製した各正極シートを約２ｃｍ×１ｃｍ角に切り分けて試料片を調製し、正極合材層内の細孔分布を測定した。試料片重量は凡そ０．５ｇ、ステム使用率１０～２５％とした。測定には、水銀ポロシメータ（株式会社島津製作所製「オートポアIII９４１０」）を用いた。上記試料片をセルに入れ、圧力４ｐｓｉ～６００００ｐｓｉで、正極合材層内の細孔分布を測定した。そして、細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲の細孔分布曲線から、上述のとおり、大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、上記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］との細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）を算出した（図１参照）。
［試験用リチウム二次電池の負極の作製］
　次に、試験用リチウム二次電池の負極を作製した。まず、負極における負極合材層を形成するにあたり、負極活物質としての黒鉛と、結着材としてのスチレンブタジエンブロック共重合体（ＳＢＲ）と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、これら材料の質量％比が９８：１：１となるようにイオン交換水を加えて混合し、ペースト状の負極活物質層形成用組成物を調製した。
　そして、負極集電体としての厚み約１０μｍの銅箔に単位面積あたりの塗布量が６．４～１１ｍｇ／ｃｍ２になるように上記ペースト状組成物を負極集電体の両面に塗布した。塗布後、乾燥させてローラプレス機にてプレスを行い、負極シートを作製した。
［試験用リチウム二次電池の構築］
　上記作製した各正極シートと負極シートとを用いて試験用リチウム二次電池を構築した。すなわち、正極シート及び負極シートを２枚のセパレータとともに積層し、この積層シートを捲回して捲回電極体を作製した。そして、この電極体を電解質とともに容器に収容して、１８６５０型電池（径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ）を構築した。非水電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との３：４：３（体積比）混合溶媒に１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６を溶解させた組成を用いた。
＜ハイレートサイクル特性評価＞
　上記構築した各電池をＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）６０％に調整し、－１５℃の温度下にて２０Ｃの定電流で放電させ、その１０秒後電圧降下から初期ＩＶ抵抗を求めた。
　次に、各電池を再びＳＯＣ６０％に調整し、－１５℃において、以下の(１)～(４)からなる充放電サイクルを２５００回繰り返すハイレートサイクル試験を行った。その間、１００サイクル毎に、ＳＯＣを６０％に調整する操作を行った。
　(１)２０Ｃの定電流で１０秒間放電させる。
　(２)５秒間休止する。
　(３)１Ｃの定電流で２００秒間充電する。
　(４)１４５秒間休止する。
　上記ハイレートサイクル試験後の各電池につき、初期ＩＶ抵抗の測定と同様にして、ハイレートサイクル後ＩＶ抵抗を測定した。そして、ハイレートサイクル後のＩＶ抵抗値を初期のＩＶ抵抗値で除すことにより、上記ハイレートサイクル試験による抵抗上昇率を算出した。また、上記算出した大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］との細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）とハイレートサイクル後の抵抗上昇率との関係を図６に示す。
　図６に示されるように、大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］との細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）が凡そ０．１μｍ～０．８μｍを示すリチウム二次電池では、ハイレートサイクル後の抵抗上昇率が２．０よりも低い数値を示した。このことから、細孔径比（Ｐｂ／Ｐａ）とハイレートサイクル後の抵抗上昇率とは明らかな相関が示された。
　以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上述した捲回型の電池に限られず、種々の形状のリチウム二次電池に適用することができる。また、該電池の大きさおよびその他の構成についても、用途（典型的には車載用）によって適切に変更することができる。
　本発明に係るリチウム二次電池１００は、正極合材層内の細孔に非水電解液が十分に保持し得る細孔分布を有し、優れた電池特性（ハイレート特性またはサイクル特性）を備える。かかる特性により、本発明に係るリチウム二次電池１００は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。従って、図５に示されるように、かかるリチウム二次電池１００（当該リチウム二次電池１００を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。）を電源として備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供する。

Claims (10)

  1. 　正極集電体および該集電体の表面に正極活物質および導電材を含む正極合材層を有する正極を備えるリチウム二次電池であって、
    　前記正極合材層は、水銀ポロシメータで測定される細孔分布曲線において、細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有し、
    　前記大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていることを特徴とする、リチウム二次電池。
  2. 　前記細孔分布曲線において、前記大小２つのピークの間の最小値における細孔径Ｐ［μｍ］が、０．１μｍ～０．７μｍの間に存在する、請求項１に記載のリチウム二次電池。
  3. 　前記細孔分布曲線において、前記大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、前記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］とが、０．１≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．８を満たしている、請求項１または２に記載のリチウム二次電池。
  4. 　前記細孔分布曲線において、前記細孔径Ｐａ［μｍ］は、０．２μｍ～１．２μｍの間に存在する、請求項１～３のいずれかに記載のリチウム二次電池。
  5. 　前記正極合材層に含まれる正極活物質として、平均粒径１μｍ～１０μｍからなるリチウム遷移金属複合酸化物が使用される、請求項１～４のいずれかに記載のリチウム二次電池。
  6. 　前記正極合材層に含まれる導電材として、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラックおよびグラファイト粉末からなる群より選択される少なくとも１種が使用される、請求項１～５のいずれかに記載のリチウム二次電池。
  7. 　正極集電体および該集電体の表面に正極活物質および導電材を含む正極合材層を有する正極を備えるリチウム二次電池の製造方法であって、以下の工程：
    　前記正極集電体の表面に前記正極合材層を形成する工程；
    　前記正極合材層の細孔分布を水銀ポロシメータで測定し、該測定で得られる細孔分布曲線が以下の条件：
    　細孔径０．０１μｍ～１０μｍの範囲に大小２つの微分細孔容積のピークを有すること：
    　前記大小２つのピークのうち、微分細孔容積の小さい方のピークＢの細孔径は、微分細孔容積の大きい方のピークＡの細孔径よりも小孔径に構成されていること：
    　を具備する正極を選択する工程；
    　前記選択した正極を用いてリチウム二次電池を構築する工程；
    　を包含することを特徴とする、製造方法。
  8. 　前記測定で得られる細孔分布曲線において、前記大小２つのピークの間の最小値における細孔径Ｐ［μｍ］が、０．１μｍ～０．７μｍの間に存在する正極を選択する、請求項７に記載の製造方法。
  9. 　前記測定で得られる細孔分布曲線において、さらに条件として、前記大孔径ピークＡの最大値における細孔径Ｐａ［μｍ］と、前記小孔径ピークＢの最大値における細孔径Ｐｂ［μｍ］とが、０．１≦（Ｐｂ／Ｐａ）≦０．８を満たしている正極を選択する、請求項７または８に記載の製造方法。
  10. 　請求項１～６のいずれかに記載のリチウム二次電池を備える車両。
     
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