WO2018110655A1 - 二次電池用電極及び二次電池 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for a secondary battery and a secondary battery.
  • the positive electrode layer and the negative electrode layer which are non-binding bodies have fluidity.
  • fluid properties include powders, slurries, and suspensions.
  • positive electrode active material particles and negative electrode active material particles are mixed with an electrolyte that is an example of an ion conductive solution, By adjusting the mixing mass ratio, it is possible to obtain a property close to a gel or powder.
  • an electrode for a secondary battery that can realize excellent discharge capacity and charge / discharge efficiency can be provided. Further, it is preferable to set the viscosity of the electrode layer forming material to 3.2 Pa ⁇ s or more because the electrode shape stability is more excellent. In addition, it is preferable to set the viscosity of the electrode layer forming material to 7.1 Pa ⁇ s or less because ion conductivity is more excellent.
  • the size of the gas flow path in the thickness direction of the electrode layer is more preferably 100 ⁇ m or more. Is preferably 700 ⁇ m or less, more preferably 650 ⁇ m or less, and still more preferably 370 ⁇ m or less.
  • the secondary battery electrode of the present embodiment is preferably a bipolar electrode.
  • Such an electrode for a secondary battery is less likely to discharge air or a side reaction gas from the electrode layer than a non-bipolar electrode. Therefore, it is difficult for air to be caught in the electrode layer, and the effect of improving the discharge capacity and charge / discharge efficiency due to the fact that the side reaction gas is easily discharged from the electrode layer is more noticeable. As a result, it is possible to provide a secondary battery electrode capable of realizing particularly excellent discharge capacity and charge / discharge efficiency.
  • the surface pressure applied in the thickness direction of the electrode layer is 68.6 kPa or more. Even when the secondary battery electrode is formed without drying, when a secondary battery is formed by stacking such secondary battery electrodes, gas is easily discharged, so that air is caught in the electrode layer. Is less likely to occur, and the side reaction gas is more easily discharged from the electrode layer. As a result, it is possible to provide a secondary battery that can realize more excellent discharge capacity and charge / discharge efficiency.
  • the bipolar lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment includes an outer package 31 in which a substantially rectangular power generating element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is formed of a laminate film. It has a structure sealed inside.
  • the active hydrogen component (a1) has a polymer diol (a11) having a number average molecular weight of 2,500 to 15,000 as an essential component, and the solubility parameter (hereinafter abbreviated as SP value) of the polymer diol (a11) is as follows. It is preferably 8.0 to 12.0 (cal / cm 3 ) 1/2 .
  • the SP value of the polymer diol (a11) is more preferably 8.5 to 11.5 (cal / cm 3 ) 1/2 , and 9.0 to 11.0 (cal / cm 3 ) 1/2 . More preferably it is.
  • the SP value is calculated by the Fedors method.
  • the SP value can be expressed by the following equation.
  • Nitrogen-containing vinyl compound (b33-1) Amido group-containing vinyl compound (i) (Meth) acrylamide compound having 3 to 30 carbon atoms, such as N, N-dialkyl (1 to 6 carbon atoms) or diaralkyl (carbon number) 7 to 15) (meth) acrylamide [N, N-dimethylacrylamide, N, N-dibenzylacrylamide, etc.], diacetone acrylamide (ii) amide group having 4 to 20 carbon atoms, excluding the above (meth) acrylamide compound Vinyl compounds such as N-methyl-N-vinylacetamide, cyclic amides (pyrrolidone compounds (having 6 to 13 carbon atoms, such as N-vinylpyrrolidone))
  • the use amount of the crosslinking agent (C) is preferably the equivalent ratio of the active hydrogen-containing group in the polymer (B) and the reactive functional group in (C) from the viewpoint of absorbing the electrolyte.
  • the amount is 0.01 to 2, more preferably 1: 0.02 to 1.
  • Examples of the other tribasic acid or tetrabasic acid include trimellitic acid, pyromellitic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, butanetetracarboxylic acid (including these acid anhydrides and alkyl esters having 1 to 3 carbon atoms). Etc.
  • a microporous material used as a separator in a known lithium ion secondary battery
  • the porous sheet made of the polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP) And a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.
  • Example 2 has excellent discharge capacity and charge / discharge efficiency.

Abstract

二次電池用電極は、集電体と、集電体の表面に配置された電極層とを備える。電極層は、電極層の表面及び/又は内部に配設されたガス流路を有する。ガス流路は、電極層の面内方向に延伸している。電極層は、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなり、かつ、非結着体である。 二次電池は、電解質層、電解質層の一方の面側に配置された二次電池用正極、及び電解質層の他方の面側に配置された二次電池用負極を備える発電要素と、発電要素を収納する外装体とを具備する。二次電池用正極及び二次電池用負極のうちの少なくとも一方は、上記二次電池用電極である。

Description

二次電池用電極及び二次電池
 本発明は、二次電池用電極及び二次電池に関する。
 近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっている。そして、これらの実用化の鍵となるモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。
 モータ駆動用二次電池としては、高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、二次電池をより高性能にするため、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、正極と負極とこれらの間に位置する電解質とが電池ケースに収納された構成を有する。正極は、正極活物質を含む正極用スラリーを集電体の表面に塗布し、乾燥して形成され、負極は負極活物質を含む負極用スラリーを集電体の表面に塗布し、乾燥して形成される。
 従来、充放電サイクルの繰り返しにより生じる非水電解液の分布の不均一及びそれに起因する容量の低下及び電池電圧の低下が少ない長寿命の非水電解液二次電池が提案されている。この非水電解液二次電池は、集電体の表面に帯状の正極活物質層が形成されてなる正極、集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる帯状の負極、及び前記正極及び前記負極との間に介在するセパレータが積層されて渦巻状に捲回されてなる電極群と、非水電解液とが容器に収納されてなる。そして、前記正極及び前記負極の少なくとも一方は前記活物質層に溝を有し、前記溝の少なくとも一端が前記活物質層の長辺上で終止している(特許文献1参照。)。
日本国特開2001-176558号公報
 ところで、本発明者らが、二次電池における放電容量の向上や二次電池の製造方法における生産性の向上について検討したところ、電極を形成する際に、塗布した電極用スラリーを乾燥させる工程を省略し得るという技術知見を得た。
 そして、このような技術知見に基づいてさらに検討したところ、このような電極は、下記のような解決すべき新たな課題があることを見出した。
 乾燥させて形成した電極を積層して電極構造体を形成した後に非水電解液を浸透させて二次電池を形成する場合と比較して、乾燥させずに形成した電極を積層して二次電池を形成する場合には、電極層において空気の挟み込みが発生し易い。また、乾燥させて形成した電極を積層して電極構造体を形成した後に非水電解液を浸透させて形成した二次電池と比較して、乾燥させずに形成した電極を積層して形成した二次電池は、例えば、充放電をする際に起こる副反応などに起因して二次電池の内部で発生することがあるガスが電極層から排出され難い。そして、これらは二次電池の性能低下の要因となる。
 本発明は、このような解決すべき新たな課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、乾燥させずに形成した電極を積層して二次電池を形成する場合でも、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、副反応に起因して二次電池の内部で発生することがあるガスの電極層からの排出が容易な二次電池用電極を得て、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極及び二次電池を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなり、所定のガス流路を有し、かつ、非結着体である電極層を集電体の表面に設けることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
 本発明によれば、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極及び二次電池を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池の外観を模式的に示す斜視図である。 図2は、図1に示した二次電池のII-II線に沿った断面を模式的に示す断面図である。 図3は、図2に示した二次電池用電極の一部を模式的に示す平面図である。 図4は、図2に示した二次電池の単電池層の一例を模式的に示す断面図である。 図5は、図2に示した二次電池の単電池層の他の一例を模式的に示す断面図である。 図6は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図7は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図8は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図9は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図10は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図11は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図12は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。 図13は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。
 以下、本発明の一実施形態に係る二次電池用電極及び二次電池について詳細に説明する。
 まず、本発明の一実施形態に係る二次電池用電極について詳細に説明する。本実施形態の二次電池用電極は、集電体と、集電体の表面に配置された電極層とを備えるものである。そして、電極層は、電極層の表面及び/又は内部に配設された所定のガス流路を有する。また、電極層は、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなる。さらに、電極層は、非結着体である。
 乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応に起因して二次電池の内部で発生することがあるガス(以下「副反応ガス」ともいう。)の電極層からの排出もされ易い。その結果、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 ここで、本発明において、「所定のガス流路」とは、電極層の面内方向に延伸しているガス流路を意味する。特に限定されるものではないが、所定のガス流路は、例えば、直線部及び曲線部の一方又は双方を有するガス流路であることが好ましい。また、特に限定されるものではないが、所定のガス流路は、例えば、規則的に配設された直線部及び曲線部の一方又は双方を有するガス流路であることが好ましい。さらに、所定のガス流路は、代表的には、直線状の溝形状や管形状を有するガス流路を好適例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。但し、電極層の乾燥工程等における溶媒の除去によって電極層にランダムに形成される開気孔は、所定のガス流路には含まれない。
 また、本発明において、「非結着体」とは、バインダーで電極活物質同士が相互に結着されていないことを意味する。すなわち、電極層である正極層や負極層に含まれる正極活物質粒子や負極活物質粒子は、それぞれ外力に応じて移動できる状態であり、非結着体である正極層や負極層は外力に応じて自在に変形可能である。正極層や負極層にそれぞれ含まれる正極活物質粒子や負極活物質粒子は、正極層や負極層の変形に追従して移動することができるため、隣接する正極活物質粒子や負極活物質粒子との電気的接続が切れることがない。そのため、二次電池が大きく変形した場合でも導電経路を維持することができ、充放電特性を発揮できる。
 そして、非結着体である正極層や負極層は、流動性を有する性状であることが好ましい。流動性を有する性状としては、粉体状、スラリー状、懸濁液体状等が挙げられ、正極活物質粒子や負極活物質粒子をそれぞれイオン伝導液の一例である電解液と混合した場合に、その混合質量比を調整することによって、ゲル状や粉体状に近い性状等にすることもできる。
 そして、本実施形態の二次電池用電極は、電極層形成材料の粘度が、2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下であることが好適である。
 つまり、電極層形成材料の粘度が2.8Pa・s未満では、電極層の所望の形状を保ち難い。また、電極層形成材料の粘度が7.7Pa・s超では、電極層の所望の形状を形成し難い。一方で、電極層形成材料の粘度を2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下とすることにより、乾燥させずに形成した二次電池用電極を積層して二次電池を形成する場合に、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。その結果、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。また、電極層形成材料の粘度を3.2Pa・s以上とすることにより、電極形状安定性がより優れるため好ましい。また、電極層形成材料の粘度を7.1Pa・s以下とすることにより、イオン伝導度がより優れるため好ましい。
 ここで、本明細書において、「電極層形成材料の粘度」とは、25℃、46.4s-1における電極層形成材料の粘度であり、回転式粘度計を用いて測定することができる。より具体的には、アントンパール社製レオメータ・MCR502を用い、対象試料をスパチュラ等で容器より適量取得しステージに設置する。ステージ上の試料を円盤形状のプレートで挟み、円盤形状のプレートからはみ出した余分な試料をスキージ等で取り除いたうえで、25℃に達した後、せん断速度0.1s-1から開始して測定する。
 さらに、本実施形態の二次電池用電極は、ガス流路が、溝形状又は管形状を有することが好適であり、特に直線状の溝形状や管形状を有することが好適である。
 つまり、溝形状のガス流路及び管形状のガス流路の少なくとも一方、好ましくは直線状の溝形状のガス流路及び管形状のガス流路の少なくとも一方を有することにより、乾燥させずに形成した二次電池用電極を積層して二次電池を形成する場合に、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。その結果、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 また、本実施形態の二次電池用電極は、電極層の厚みに対する電極層の面内方向におけるガス流路の寸法(なお、ガス流路の長さでなく、ガス流路のいわゆる横幅に相当するものである。)の比が、0.32以下であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。さらに、所定のガス流路を形成しつつ、電極層の厚みを確保することができる。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 つまり、電極層の厚みに対する電極層の面内方向におけるガス流路の寸法の比を0.32以下とすることにより、所定のガス流路を形成しつつ、電極層の厚みを確保することができ、放電容量を向上させることができるため好ましい。また、電極層の厚みに対する電極層の面内方向におけるガス流路の寸法の比を0.004以上とすることにより、発生ガス排出が容易となるため好ましく、0.009以上とすることがより好ましく、0.03以上とすることがさらに好ましい。
 なお、本発明において「電極層の厚み」、「ガス流路の寸法」及び後述する「ガス流路の間隔」は、例えば、必要に応じて電極層を凍結させた後、電極層の断面を走査型電子顕微鏡等で観察することにより測定すればよく、また、X線CTを用いて測定することもできる。
 さらに、本実施形態の二次電池用電極は、ガス流路が、電極層の外周端まで連通していることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 また、本実施形態の二次電池用電極は、電極層の厚み方向におけるガス流路の寸法(なお、ガス流路の長さでなく、ガス流路のいわゆる縦幅に相当するものである。)及び電極層の面内方向におけるガス流路の寸法(なお、ガス流路の長さでなく、ガス流路のいわゆる横幅に相当するものである。)のいずれか一方又は双方が、2μm以上であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 つまり、電極層の厚み方向におけるガス流路の寸法及び電極層の面内方向におけるガス流路の寸法のいずれか一方又は双方を2μm以上とすることにより、空気や副反応ガスを電極層から排出し易いため好ましく、3μm以上とすることがより好ましい。また、特に限定されるものではないが、より優れた放電容量と充放電効率を確保する観点からは、電極層の厚み方向におけるガス流路の寸法が、100μm以上であることが更に好ましく、一方で700μm以下であることが好ましく、650μm以下であることがより好ましく、370μm以下であることが更に好ましい。さらに、特に限定されるものではないが、より優れた放電容量と充放電効率を確保する観点からは、電極層の面内方向におけるガス流路の寸法が、40μm以上であることが更に好ましく、一方で200μm以下であることが好ましく、80μm以下であることがより好ましい。
 さらに、本実施形態の二次電池用電極は、電極層が、ガス流路を複数有し、隣り合うガス流路の間隔が、30mm以下であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 つまり、隣り合うガス流路の間隔を30mm以下とすることにより、空気や副反応ガスを電極層から排出し易いため好ましく、15mm以下とすることがより好ましい。また、特に限定されるものではないが、より優れた放電容量と充放電効率を確保する観点からは、隣り合うガス流路の間隔が、1mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがより好ましく、10mm以上であることがさらに好ましい。
 また、本実施形態の二次電池用電極は、双極型電極であることが好適である。このような二次電池用電極は、非双極型電極と比較して、空気や副反応ガスが電極層から排出し難い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 さらに、本実施形態の二次電池用電極は、集電体が、樹脂集電体であることが好適である。このような二次電池用電極は、集電体が樹脂集電体でない場合と比較して、空気や副反応ガスが電極層から排出し難い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 また、本実施形態の二次電池用電極は、電極層形成材料が、樹脂を含有し、電極層形成材料における樹脂の含有量が、1質量%以下であることが好適である。このような二次電池用電極は、電極層形成材料が1質量%を超えて樹脂を含有する場合と比較して、空気や副反応ガスが電極層から排出し難い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池用電極を提供することができる。
 次に、本発明の一実施形態に係る二次電池について詳細に説明する。本実施形態の二次電池は、電解質層、電解質層の一方の面側に配置された二次電池用正極、及び電解質層の他方の面側に配置された二次電池用負極を備える発電要素と、発電要素を収納する外装体とを具備するものである。そして、二次電池用正極及び二次電池用負極のうちの少なくとも一方の二次電池用電極は、集電体と、集電体の表面に配置された電極層とを備える。また、電極層は、上述した幾何学的な人工ガス流路を有する。さらに、電極層は、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなる。さらにまた、電極層は、非結着体である。
 乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。その結果、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 そして、本実施形態の二次電池は、電極層形成材料の粘度が、2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下であることが好適である。
 つまり、電極層形成材料の粘度が2.8Pa・s未満では、電極層の所望の形状を保ち難い。また、電極層形成材料の粘度が7.7Pa・s超では、電極層の所望の形状を形成し難い。一方で、電極層形成材料の粘度を2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下とすることにより、乾燥させずに形成した二次電池用電極を積層して二次電池を形成する場合に、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。その結果、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。また、電極層形成材料の粘度を3.2Pa・s以上とすることにより、電極形状安定性がより優れるため好ましい。また、電極層形成材料の粘度を7.1Pa・s以下とすることにより、イオン伝導度がより優れるため好ましい。
 さらに、本実施形態の二次電池は、ガス流路が、溝形状又は管形状を有することが好適であり、特に直線状の溝形状や管形状を有することが好適である。
 つまり、溝形状のガス流路及び管形状のガス流路の少なくとも一方、好ましくは直線状の溝形状のガス流路及び管形状のガス流路の少なくとも一方を有することにより、乾燥させずに形成した二次電池用電極を積層して二次電池を形成する場合に、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。その結果、優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 また、本実施形態の二次電池は、電極層の厚みに対する電極層の面内方向におけるガス流路の寸法(なお、ガス流路の長さでなく、ガス流路のいわゆる横幅に相当するものである。)の比が、0.32以下であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスも電極層から排出され易い。さらに、所定のガス排出路を形成しつつ、電極層の厚みを確保することができる。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 つまり、電極層の厚みに対する電極層の面内方向におけるガス流路の寸法の比を0.32以下とすることにより、所定のガス流路を形成しつつ、電極層の厚みを確保することができ、放電容量を向上させることができるため好ましい。また、電極層の厚みに対する電極層の面内方向におけるガス流路の寸法の比を0.004以上とすることにより、発生ガス排出が容易となるため好ましく、0.009以上とすることがより好ましく、0.03以上とすることがさらに好ましい。
 さらに、本実施形態の二次電池は、ガス流路が、電極層の外周端まで連通していることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 また、本実施形態の二次電池は、電極層の厚み方向にかかる面圧が、68.6kPa以上であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 なお、上記面圧は、例えば、ラミネートフィルムで形成された外装体に発電要素を収納する際に行う、真空密封によって付与することができる。なお、電極層の所望の形状を保つことができれば、反応時に発生するガスの排出の観点から、電極層の厚み方向にかかる面圧は高いことが好ましい。特に限定されるものではないが、電極層が所望の形状を保ち易いという観点からは、600kPa以下とすることが好適である。
 さらに、本実施形態の二次電池は、電極層の厚み方向におけるガス流路の寸法(なお、ガス流路の長さでなく、ガス流路のいわゆる縦幅に相当するものである。)及び電極層の面内方向におけるガス流路の寸法(なお、ガス流路の長さでなく、ガス流路のいわゆる横幅に相当するものである。)のいずれか一方又は双方が、2μm以上であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 つまり、電極層の厚み方向におけるガス流路の寸法及び電極層の面内方向におけるガス流路の寸法のいずれか一方又は双方を2μm以上とすることにより、空気や副反応ガスを電極層から排出し易いため好ましく、3μm以上とすることがより好ましい。また、特に限定されるものではないが、より優れた放電容量と充放電効率を確保する観点からは、電極層の厚み方向におけるガス流路の寸法が、100μm以上であることが更に好ましく、一方で700μm以下であることが好ましく、650μm以下であることがより好ましく、370μm以下であることが更に好ましい。さらに、特に限定されるものではないが、より優れた放電容量と充放電効率を確保する観点からは、電極層の面内方向におけるガス流路の寸法が、40μm以上であることが更に好ましく、一方で200μm以下であることが好ましく、80μm以下であることがより好ましい。
 また、本実施形態の二次電池は、電極層が、ガス流路を複数有し、隣り合うガス流路の間隔が、30mm以下であることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みがより発生し難く、また、副反応ガスも電極層からより排出され易い。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 つまり、隣り合うガス流路の間隔を30mm以下とすることにより、空気や副反応ガスを電極層から排出し易いため好ましく、15mm以下とすることがより好ましい。また、特に限定されるものではないが、より優れた放電容量と充放電効率を確保する観点からは、隣り合うガス流路の間隔が、1mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがより好ましく、10mm以上であることがさらに好ましい。
 さらに、本実施形態の二次電池は、少なくとも二次電池用正極が、上述の所定の二次電池用電極であり、正極層の厚みが、140μm以上であり、正極層の充電容量に対する負極層の充電容量の比が1.05以上であることが好適である。なお、特に限定されるものではないが、正極目付は30mg/cm以上であることが好ましい。このような二次電池は、副反応ガスの単位面積当たりの発生量が多い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 つまり、正極層の厚みを140μm以上とすることにより、副反応ガス排出の効果が顕著となるため好ましく、250μm以上とすることがより好ましく、300μm以上とすることがさらに好ましい。さらに、正極層の充電容量に対する負極層の充電容量の比を1.05以上とすることにより、負極側の充電受け入れ能力に余裕があるため好ましく、1.08以上とすることがより好ましい。また、正極層の充電容量に対する負極層の充電容量の比を1.3以下とすることにより、過剰な負極を削減できるため好ましく、1.2以下とすることがより好ましい。
 また、本実施形態の二次電池は、二次電池用正極及び二次電池用負極が、上述の所定の二次電池用電極であり、正極層の正極層の面内方向におけるガス流路の配置と負極層の負極層の面内方向におけるガス流路の配置とが重なっていることが好適である。乾燥させずに形成した二次電池用電極であっても、このような二次電池用電極を積層して二次電池を形成した場合には、ガスが排出され易いため電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスの電極層からの排出がされ易い。さらに、局所的な正極層の充電容量に対する負極層の充電容量の比のばらつきを抑制することができる。その結果、より優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。また、二次電池の長期信頼性を向上させることができるという利点もある。
 さらに、本実施形態の二次電池は、双極型電池であることが好適である。このような二次電池用電極は、非双極型電池と比較して、空気や副反応ガスが排出し難い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 また、本実施形態の二次電池は、集電体が、樹脂集電体であることが好適である。このような二次電池は、集電体が樹脂集電体でない場合と比較して、空気や副反応ガスが電極層から排出し難い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 さらに、本実施形態の二次電池は、電極層形成材料が、樹脂を含有し、電極層形成材料における樹脂の含有量が、1質量%以下であることが好適である。このような二次電池用電極は、電極層形成材料が1質量%を超えて樹脂を含有する場合と比較して、空気や副反応ガスが電極層から排出し難い。したがって、電極層における空気の挟み込みが発生し難く、また、副反応ガスが電極層から排出され易いことによる放電容量や充放電効率の向上効果がより顕著に表れる。その結果、特に優れた放電容量と充放電効率を実現し得る二次電池を提供することができる。
 以下、本発明の一実施形態に係る二次電池用電極及び二次電池について双極型リチウムイオン二次電池を一例に挙げて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、図中において、同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
 図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池の一例である双極型リチウムイオン二次電池の外観を模式的に示す斜視図である。また、図2は、図1に示した双極型リチウムイオン二次電池のII-II線に沿った断面を模式的に示す断面図である。さらに、図3は、図2に示した双極型リチウムイオン二次電池用電極の一部を模式的に示す平面図である。また、図4は、図2に示した双極型リチウムイオン二次電池の単電池層の一例を模式的に示す断面図である。
 図1~図4に示すように、本実施形態の双極型リチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、ラミネートフィルムで形成された外装体31の内部に封止された構造を有する。
 そして、双極型リチウムイオン二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の表面に電気的に結合した正極層13が形成され、集電体11の他方の表面に電気的に結合した負極層15が形成された複数の双極型電極23を有する。なお、正極層や負極層は電極層の具体例である。各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面内方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23及び電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。
 また、隣接する正極層13、電解質層17及び負極層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型リチウムイオン二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周部にはシール部29が配置されている。これにより、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止し、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりすることを防止している。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極層15が形成されている。
 さらに、双極型リチウムイオン二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されてラミネートフィルムで形成された外装体31から導出されている。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて外装体31から導出されている。
 なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型リチウムイオン二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型リチウムイオン二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21をラミネートフィルムで形成された外装体31に減圧封入し、正極集電板25及び負極集電板27を外装体の外部に取り出した構造とするのがよい。
 以下、本実施形態の双極型リチウムイオン二次電池の主な構成要素について説明する。
<集電体>
 集電体11は、正極層と接する一方の面から、負極層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料は特に限定されるものではないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂を採用することができる。
 具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、又はこれらの金属の組み合わせのめっき材などを用いることが好ましい。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。中でも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。
 また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリオキサジアゾールなどが挙げられる。このような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化又は集電体の軽量化の点において有利である。
 非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリスチレン(PS)などが挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性又は耐溶媒性を有する。
 上記の導電性高分子材料又は非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーを添加することができる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。
 導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に限定されるものではない。例えば、導電性、耐電位性、リチウムイオン遮断性などに優れた材料として、金属、導電性カーボンなどを用いることができる。金属としては、特に限定されるものではないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In及びSbからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属若しくはこれらの金属を含む合金又は金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に限定されるものではない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノバルーンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものである。
 導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に限定されるものではなく、一般的には、5~35質量%程度である。
 なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であってもよい。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。
<正極層>
 正極層13は、溝形状のガス流路131を有している。そして、正極層13は、正極活物質とイオン伝導液とを含有する正極層形成材料からなる。また、正極層13は、正極活物質の非結着体である。なお、正極層形成材料は、ゲル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤、イオン伝導性ポリマーなどのリチウムイオン二次電池の正極に含まれる公知の成分を含み得る。また、正極層形成材料は、その粘度が2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下であることが好適である。さらに、正極層形成材料の粘度は、好ましくは3.2Pa・s以上であり、好ましくは7.1Pa・s以下である。
 正極層形成材料の粘度を2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下に調整するには、正極層に含まれる固形成分(正極活物質、ケル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤、イオン伝導性ポリマー)とイオン伝導液との比率を調整すればよい。また、正極層に含まれる固形成分とイオン伝導液との比率は、ケル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤及びイオン伝導性ポリマーの有無や、正極活物質、ケル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤、イオン伝導性ポリマー及びイオン伝導液の含有量によって調整することができる。
 また、図示した好適例においては、正極層13の厚みTに対する正極層13の面内方向におけるガス流路131の寸法dの比が、好ましくは0.32以下であるが、特に限定されるものではない。また、正極層13の厚みTに対する正極層13の面内方向におけるガス流路131の寸法dの比が、好ましくは0.004以上であり、より好ましくは0.009以上であり、さらに好ましくは0.03以上であるが、特に限定されるものではない。
 さらに、図示した好適例においては、ガス流路131が、正極層13の外周端13aまで連通しているが、これに限定されるものではない。例えば、図示しないが、ガス流路が外周端に連通していない構成やガス流路の一方が外周端に連通している構成としてもよい。さらに、図示例においては、ガス流路131が、直交する格子形状をなしているが、これに限定されるものではない。例えば、図示しないが、ガス流路が、一方向に並んだ縦(又は横)格子形状をなしていてもよい。
 また、図示した好適例においては、正極層13の厚み方向にかかる矢印Zで示す面圧が、68.6kPa以上であることが好ましく、600kPa以下であることが好ましいが、特に限定されるものではない。
 さらに、図示した好適例においては、正極層13の厚み方向におけるガス流路131の寸法d及び正極層13の面内方向におけるガス流路131の寸法dのいずれか一方又は双方が、好ましくは2μm以上であり、より好ましくは3μm以上であるが、特に限定されるものではない。
 また、図示した好適例においては、正極層13がガス流路131を複数有し、隣り合うガス流路131の間隔dが、好ましくは30mm以下であり、より好ましくは15mm以下であるが、特に限定されるものではない。
 さらに、図示した好適例においては、正極層13の厚みTが好ましくは140μm以上であり、正極層13の充電容量に対する負極層15の充電容量の比が好ましくは1.05以上であるが、特に限定されるものではない。そして、正極層13の厚みTがより好ましくは250μm以上であり、さらに好ましくは300μm以上であるが、特に限定されるものではない。そして、正極層13の充電容量に対する負極層15の充電容量の比がより好ましくは1.08以上であるが特に限定されるものではない。また、正極層13の充電容量に対する負極層15の充電容量の比が好ましくは1.3以下であり、より好ましくは1.2以下であるが、特に限定されるものではない。
 また、図示しないが、正極層用材料が、ゲル形成性ポリマーやバインダーなどの樹脂を含有し、正極層用材料における樹脂の含有量が1質量%以下であること、又は樹脂を含まないことが好ましいが、特に限定されるものではない。
(正極活物質)
 正極活物質としては、特に限定されるものではなく、公知の正極活物質粒子を用いることができるが、正極活物質粒子の表面が樹脂で被覆された正極活物質を用いることが好ましい。
 正極活物質を被覆する被覆用樹脂は、イオン伝導液を吸収し、膨潤して、ゲル状態となるゲル形成ポリマーを含むことが好適である。ゲル形成性ポリマーは、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂又はこれらの混合物を含むことが好適である。また、ビニル樹脂としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートを必須構成単量体とするいわゆるアクリル樹脂が好ましい。
 特に限定されるものではないが、被覆用樹脂は、上記ウレタン樹脂が、活性水素成分(a1)とイソシアネート成分(a2)とを反応させて得られるウレタン樹脂(A)であることが好適である。
 ウレタン樹脂(A)は柔軟性を有するため、リチウムイオン二次電池の正極活物質をウレタン樹脂(A)で被覆することにより電極の体積変化を緩和し、電極の膨張を抑制することができる。
 活性水素成分(a1)としては、特に限定されるものではないが、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種を含むことが好適である。
 ポリエーテルジオールとしては、ポリオキシエチレングリコール(以下、PEGと略記)、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロック共重合ジオール、ポリオキシエチレンオキシテトラメチレンブロック共重合ジオール;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、4,4’-ビス(2-ヒドロキシエトキシ)-ジフェニルプロパンなどの低分子グリコールのエチレンオキシド付加物;数平均分子量2,000以下のPEGと、ジカルボン酸[炭素数4~10の脂肪族ジカルボン酸(例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸など)、炭素数8~15の芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸など)など]の1種以上とを反応させて得られる縮合ポリエーテルエステルジオール;及びこれらの2種以上混合物が挙げられる。
 ポリエーテルジオール中にオキシエチレン単位が含まれる場合、オキシエチレン単位の含有量は好ましくは20質量%、より好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上である。
 また、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール(以下、PTMGと略記)、ポリオキシプロピレンオキシテトラメチレンブロック共重合ジオールなども挙げられる。
 これらのうち、好ましくはPEG、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロック共重合ジオール及びポリオキシエチレンオキシテトラメチレンブロック共重合ジオールであり、特に好ましくはPEGである。
 また、ポリエーテルジオールを1種のみ用いてもよいし、これらの2種以上の混合物を用いてもよい。
 ポリカーボネートジオールとしては、炭素数4~12、好ましくは炭素数6~10、さらに好ましくは炭素数6~9のアルキレン基を有するアルキレンジオールの1種又は2種以上と、低分子カーボネート化合物(例えば、アルキル基の炭素数1~6のジアルキルカーボネート、炭素数2~6のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート及び炭素数6~9のアリール基を有するジアリールカーボネートなど)から、脱アルコール反応させながら縮合させることによって製造されるポリカーボネートポリオール(例えばポリヘキサメチレンカーボネートジオール)が挙げられる。
 ポリエステルジオールとしては、低分子ジオール及び/又は数平均分子量1,000以下のポリエーテルジオールと前述のジカルボン酸の1種以上とを反応させて得られる縮合ポリエステルジオールや、炭素数4~12のラクトンの開環重合により得られるポリラクトンジオールなどが挙げられる。上記低分子ジオールとして上記ポリエーテルジオールの項で例示した低分子グリコールなどが挙げられる。上記数平均分子量1,000以下のポリエーテルジオールとしてはポリオキシプロピレングリコール、PTMGなどが挙げられる。上記ラクトンとしては、例えばε-カプロラクトン、γ-バレロラクトンなどが挙げられる。該ポリエステルジオールの具体例としては、ポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリネオペンチレンアジペートジオール、ポリ(3-メチル-1,5-ペンチレンアジペート)ジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリカプロラクトンジオール及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
 また、活性水素成分(a1)は上記ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオールのうちの2種以上の混合物であってもよい。
 活性水素成分(a1)は数平均分子量2,500~15,000の高分子ジオール(a11)を必須成分とすることが好ましい。高分子ジオール(a11)としては上述したポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオール等が挙げられる。
 数平均分子量が2,500~15,000の高分子ジオール(a11)は、ウレタン樹脂(A)の硬さが適度に柔らかく、また、活物質上に形成した被膜の強度が強くなるため好適である。
 また、高分子ジオール(a11)の数平均分子量が3,000~12,500であることがより好ましく、4,000~10,000であることがさらに好ましい。
 高分子ジオール(a11)の数平均分子量は、高分子ジオールの水酸基価から算出することができる。
 また、水酸基価は、JIS K1557-1の記載に準じて測定できる。
 また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500~15,000の高分子ジオール(a11)を必須成分とし、上記高分子ジオール(a11)の溶解度パラメータ(以下、SP値と略記)が8.0~12.0(cal/cm1/2であることが好ましい。高分子ジオール(a11)のSP値は8.5~11.5(cal/cm1/2であることがより好ましく、9.0~11.0(cal/cm1/2であることがさらに好ましい。
 SP値は、Fedors法によって計算される。SP値は、次式で表せる。
SP値(δ)=(ΔH/V)1/2
 但し、式中、ΔHはモル蒸発熱(cal)を、Vはモル体積(cm)を表す。
 また、ΔH及びVは、「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,1974,Vol.14,No.2,ROBERT F.FEDORS.(151~153頁)」に記載の原子団のモル蒸発熱の合計(ΔH)とモル体積の合計(V)を用いることができる。
 この数値が近いもの同士はお互いに混ざりやすく(相溶性が高い)、この数値が離れているものは混ざりにくいことを表す指標である。
 高分子ジオール(a11)のSP値が8.0~12.0(cal/cm1/2であると、ウレタン樹脂(A)の電解液の吸液の点で好ましい。
 また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500~15,000の高分子ジオール(a11)を必須成分とし、上記高分子ジオール(a11)の含有量が上記ウレタン樹脂(A)の質量を基準として20~80質量%であることが好ましい。高分子ジオール(a11)の含有量は30~70質量%であることがより好ましく、40~65質量%であることがさらに好ましい。
 高分子ジオール(a11)の含有量が20~80質量%であると、ウレタン樹脂(A)の電解液の吸液の点で好ましい。
 また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500~15,000の高分子ジオール(a11)及び鎖伸長剤(a13)を必須成分とすることが好ましい。
 鎖伸長剤(a13)としては、例えば炭素数2~10の低分子ジオール[例えばエチレングリコール(以下、EGと略記)、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール(以下、1,4-BGと略記)、ジエチレングリコール(以下、DEGと略記)、1,6-ヘキサメチレングリコールなど];ジアミン類[炭素数2~6の脂肪族ジアミン(例えばエチレンジアミン、1,2-プロピレンジアミンなど)、炭素数6~15の脂環式ジアミン(例えばイソホロンジアミン、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタンなど)、炭素数6~15の芳香族ジアミン(例えば4,4’-ジアミノジフェニルメタンなど)など];モノアルカノールアミン(例えばモノエタノールアミンなど);ヒドラジン若しくはその誘導体(例えばアジピン酸ジヒドラジドなど)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらのうち好ましいものは低分子ジオールであり、特に好ましいものはEG、DEG及び1,4-BGである。
 高分子ジオール(a11)及び鎖伸長剤(a13)の組み合わせとしては、高分子ジオール(a11)としてのPEGと鎖伸長剤(a13)としてのEGの組み合わせ、又は、高分子ジオール(a11)としてのポリカーボネートジオールと鎖伸長剤(a13)としてのEGの組み合わせが好ましい。
 また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500~15,000の高分子ジオール(a11)、上記高分子ジオール(a11)以外のジオール(a12)及び鎖伸長剤(a13)を含み、(a11)と(a12)との当量比{(a11)/(a12)}が10/1~30/1であり、(a11)と(a12)及び(a13)の合計当量との当量比{(a11)/[(a12)+(a13)]}が0.9/1~1.1/1であることが好ましい。
 なお、(a11)と(a12)との当量比{(a11)/(a12)}はより好ましくは13/1~25/1であり、さらに好ましくは15/1~20/1である。
 高分子ジオール(a11)以外のジオール(a12)としては、ジオールであって上述した高分子ジオール(a11)に含まれないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、数平均分子量が2,500未満のジオール、及び、数平均分子量が15,000を超えるジオールが挙げられる。
 ジオールの種類としては、上述したポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオール等が挙げられる。
 なお、高分子ジオール(a11)以外のジオールであって、鎖伸長剤(a13)に含まれる炭素数2~10の低分子ジオールは、高分子ジオール(a11)以外のジオール(a12)には含まれないものとする。
 イソシアネート成分(a2)としては、従来からポリウレタン製造に使用されているものが使用できる。このようなイソシアネートには、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6~20の芳香族ジイソシアネート、炭素数2~18の脂肪族ジイソシアネート、炭素数4~15の脂環式ジイソシアネート、炭素数8~15の芳香脂肪族ジイソシアネート、これらのジイソシアネートの変性体(カーボジイミド変性体、ウレタン変性体、ウレトジオン変性体など)及びこれらの2種以上の混合物が含まれる。
 上記芳香族ジイソシアネートの具体例としては、1,3-又は1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-又は2,6-トリレンジイソシアネート、2,4’-又は4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、ジフェニルメタンジイソシアネートをMDIと略記)、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネートなどが挙げられる。
 上記脂肪族ジイソシアネートの具体例としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2-イソシアナトエチル)カーボネート、2-イソシアナトエチル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエートなどが挙げられる。
 上記脂環式ジイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロヘキシレン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-又は2,6-ノルボルナンジイソシアネートなどが挙げられる。
 上記芳香脂肪族ジイソシアネートの具体例としては、m-又はp-キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。
 これらのうち好ましいものは芳香族ジイソシアネート及び脂環式ジイソシアネートであり、さらに好ましいものは芳香族ジイソシアネートであり、特に好ましいのはMDIである。
 ウレタン樹脂(A)が高分子ジオール(a11)及びイソシアネート成分(a2)を含む場合、好ましい(a2)/(a11)の当量比は10~30/1であり、より好ましくは11~28/1である。イソシアネート成分(a2)の比率が30当量を超えると硬い塗膜となる。
 また、ウレタン樹脂(A)が高分子ジオール(a11)、鎖伸長剤(a13)及びイソシアネート成分(a2)を含む場合、(a2)/[(a11)+(a13)]の当量比は通常0.9~1.1/1、好ましくは0.95~1.05/1である。この範囲外の場合ではウレタン樹脂が充分に高分子量にならないことがある。
 ウレタン樹脂(A)の数平均分子量は、40,000~500,000であることが好ましく、より好ましくは50,000~400,000である。ウレタン樹脂(A)の数平均分子量が40,000未満では被膜の強度が低くなり、500,000を超えると溶液粘度が高くなって、均一な被膜が得られないことがある。
 ウレタン樹脂(A)の数平均分子量は、ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記)を溶剤として用い、ポリオキシプロピレングリコールを標準物質としてゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略記)により測定される。サンプル濃度は0.25質量%、カラム固定相はTSKgel SuperH2000、TSKgel SuperH3000、TSKgel SuperH4000(いずれも東ソー株式会社製)を各1本連結したもの、カラム温度は40℃とすればよい。
 ウレタン樹脂(A)は活性水素成分(a1)とイソシアネート成分(a2)を反応させて製造することができる。
 例えば、活性水素成分(a1)として高分子ジオール(a11)と鎖伸長剤(a13)を用い、イソシアネート成分(a2)と高分子ジオール(a11)と鎖伸長剤(a13)とを同時に反応させるワンショット法や、高分子ジオール(a11)とイソシアネート成分(a2)とを先に反応させた後に鎖伸長剤(a13)を続けて反応させるプレポリマー法が挙げられる。
 また、ウレタン樹脂(A)の製造は、イソシアネート基に対して不活性な溶媒の存在下又は非存在下で行うことができる。溶媒の存在下で行う場合の適当な溶媒としては、アミド系溶媒[DMF、ジメチルアセトアミドなど]、スルホキシド系溶媒(ジメチルスルホキシドなど)、ケトン系溶媒[メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど]、芳香族系溶媒(トルエン、キシレンなど)、エーテル系溶媒(ジオキサン、テトラヒドロフランなど)、エステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸ブチルなど)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらのうち好ましいものはアミド系溶媒、ケトン系溶媒、芳香族系溶媒及びこれらの2種以上の混合物である。
 ウレタン樹脂(A)の製造に際し、反応温度はウレタン化反応に通常採用される温度と同じでよく、溶媒を使用する場合は通常20~100℃、無溶媒の場合は通常20~220℃である。
 反応を促進させるために必要により、ポリウレタン反応に通常使用される触媒[例えばアミン系触媒(トリエチルアミン、トリエチレンジアミンなど)、錫系触媒(ジブチルチンジラウレートなど)]を使用することができる。
 また、必要により反応停止剤[例えば1価アルコール(エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなど)、1価アミン(ジメチルアミン、ジブチルアミンなど)など]を用いることもできる。
 ウレタン樹脂(A)の製造は当該業界において通常採用されている製造装置で行うことができる。また溶媒を使用しない場合はニーダーやエクストルーダーなどの製造装置を用いることができる。このようにして製造されるウレタン樹脂(A)は、30質量%(固形分)DMF溶液として測定した溶液粘度が通常10~10,000ポイズ/20℃であり、実用上好ましいのは100~2,000ポイズ/20℃である。
 また、特に限定されるものではないが、被覆用樹脂は、上記ビニル樹脂が、ビニルモノマー(b)を必須構成単量体とする重合体(B)を含んでなることが好適である。
 ビニルモノマー(b)を必須構成単量体とする重合体(B)は柔軟性を有するため、リチウムイオン二次電池の正極活物質を重合体(B)で被覆することにより電極の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することができる。
 特に、ビニルモノマー(b)としてカルボキシル基を有するビニルモノマー(b1)及び下記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)を含むことが好ましい。
CH=C(R)COOR・・・(1)
[式(1)中、Rは水素原子又はメチル基であり、Rは炭素数4~36の分岐アルキル基である。]
 カルボキシル基を有するビニルモノマー(b1)としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、桂皮酸等の炭素数3~15のモノカルボン酸;(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の炭素数4~24のジカルボン酸;アコニット酸等の炭素数6~24の3価~4価又はそれ以上の価数のポリカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも(メタ)アクリル酸が好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。
 上記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)において、Rは水素原子又はメチル基を表す。Rはメチル基であることが好ましい。
 Rは炭素数4~36の分岐アルキル基であり、Rの具体例としては、1-アルキルアルキル基(1-メチルプロピル基(sec-ブチル基)、1,1-ジメチルエチル基(tert-ブチル基)、1-メチルブチル基、1-エチルプロピル基、1,1-ジメチルプロピル基、1-メチルペンチル基、1-エチルブチル基、1-メチルヘキシル基、1-エチルペンチル基、1-メチルヘプチル基、1-エチルヘキシル基、1-メチルオクチル基、1-エチルヘプチル基、1-メチルノニル基、1-エチルオクチル基、1-メチルデシル基、1-エチルノニル基、1-ブチルエイコシル基、1-ヘキシルオクタデシル基、1-オクチルヘキサデシル基、1-デシルテトラデシル基、1-ウンデシルトリデシル基等)、2-アルキルアルキル基(2-メチルプロピル基(iso-ブチル基)、2-メチルブチル基、2-エチルプロピル基、2,2-ジメチルプロピル基、2-メチルペンチル基、2-エチルブチル基、2-メチルヘキシル基、2-エチルペンチル基、2-メチルヘプチル基、2-エチルヘキシル基、2-メチルオクチル基、2-エチルヘプチル基、2-メチルノニル基、2-エチルオクチル基、2-メチルデシル基、2-エチルノニル基、2-ヘキシルオクタデシル基、2-オクチルヘキサデシル基、2-デシルテトラデシル基、2-ウンデシルトリデシル基、2-ドデシルヘキサデシル基、2-トリデシルペンタデシル基、2-デシルオクタデシル基、2-テトラデシルオクタデシル基、2-ヘキサデシルオクタデシル基、2-テトラデシルエイコシル基、2-ヘキサデシルエイコシル基等)、3~34-アルキルアルキル基(3-アルキルアルキル基、4-アルキルアルキル基、5-アルキルアルキル基、32-アルキルアルキル基、33-アルキルアルキル基及び34-アルキルアルキル基等)、並びに、プロピレンオリゴマー(7~11量体)、エチレン/プロピレン(モル比16/1~1/11)オリゴマー、イソブチレンオリゴマー(7~8量体)及びα-オレフィン(炭素数5~20)オリゴマー(4~8量体)等に対応するオキソアルコールのアルキル残基のような1又はそれ以上の分岐アルキル基を含有する混合アルキル基等が挙げられる。
 これらのうち、電解液の吸液の観点から好ましいのは2-アルキルアルキル基であり、さらに好ましいのは2-エチルヘキシル基及び2-デシルテトラデシル基である。
 また、重合体(B)を構成する単量体には、ビニルモノマー(b1)及び上記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)の他に、活性水素を含有しない共重合性ビニルモノマー(b3)が含まれていてもよい。
 活性水素を含有しない共重合性ビニルモノマー(b3)としては、下記(b31)~(b35)が挙げられる。
 (b31)炭素数1~20のモノオールと(メタ)アクリル酸から形成されるカルビル(メタ)アクリレート
 上記モノオールとしては、(i)脂肪族モノオール[メタノール、エタノール、n-及びi-プロピルアルコール、n-ブチルアルコール、n-ペンチルアルコール、n-オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等]、(ii)脂環式モノオール[シクロヘキシルアルコール等]、(iii)芳香脂肪族モノオール[ベンジルアルコール等]及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
 (b32)ポリ(n=2~30)オキシアルキレン(炭素数2~4)アルキル(炭素数1~18)エーテル(メタ)アクリレート[メタノールのエチレンオキシド(以下EOと略記)10モル付加物(メタ)アクリレート、メタノールのプロピレンオキシド(以下POと略記)10モル付加物(メタ)アクリレートなど]
 (b33)窒素含有ビニル化合物
 (b33-1)アミド基含有ビニル化合物
(i)炭素数3~30の(メタ)アクリルアミド化合物、例えばN,N-ジアルキル(炭素数1~6)若しくはジアラルキル(炭素数7~15)(メタ)アクリルアミド[N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジベンジルアクリルアミドなど]、ジアセトンアクリルアミド
(ii)上記(メタ)アクリルアミド化合物を除く、炭素数4~20のアミド基含有ビニル化合物、例えばN-メチル-N-ビニルアセトアミド、環状アミド(ピロリドン化合物(炭素数6~13、例えば、N-ビニルピロリドンなど))
 (b33-2)(メタ)アクリレート化合物
(i)ジアルキル(炭素数1~4)アミノアルキル(炭素数1~4)(メタ)アクリレート[N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t-ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、モルホリノエチル(メタ)アクリレートなど]
(ii)4級アンモニウム基含有(メタ)アクリレート〔3級アミノ基含有(メタ)アクリレート[N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートなど]の4級化物(前記の4級化剤を用いて4級化したもの)など〕
 (b33-3)複素環含有ビニル化合物
 ピリジン化合物(炭素数7~14、例えば2-及び4-ビニルピリジン)、イミダゾール化合物(炭素数5~12、例えばN-ビニルイミダゾール)、ピロール化合物(炭素数6~13、例えばN-ビニルピロール)、ピロリドン化合物(炭素数6~13、例えばN-ビニル-2-ピロリドン)
 (b33-4)ニトリル基含有ビニル化合物
 炭素数3~15のニトリル基含有ビニル化合物、例えば(メタ)アクリロニトリル、シアノスチレン、シアノアルキル(炭素数1~4)アクリレート
 (b33-5)その他ビニル化合物
 ニトロ基含有ビニル化合物(炭素数8~16、例えばニトロスチレン)など
 (b34)ビニル炭化水素
 (b34-1)脂肪族ビニル炭化水素
 炭素数2~18又はそれ以上のオレフィン[エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセンなど]、炭素数4~10又はそれ以上のジエン[ブタジエン、イソプレン、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエンなど]など
 (b34-2)脂環式ビニル炭化水素
 炭素数4~18又はそれ以上の環状不飽和化合物、例えばシクロアルケン(例えばシクロヘキセン)、(ジ)シクロアルカジエン[例えば(ジ)シクロペンタジエン]、テルペン(例えばピネン、リモネン及びインデン)
 (b34-3)芳香族ビニル炭化水素
 炭素数8~20又はそれ以上の芳香族不飽和化合物及びそれらの誘導体、例えばスチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4-ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、スチレンスルホン酸リチウム
 (b35)ビニルエステル、ビニルエーテル、ビニルケトン、不飽和ジカルボン酸ジエステル
 (b35-1)ビニルエステル
 脂肪族ビニルエステル[炭素数4~15、例えば脂肪族カルボン酸(モノ-及びジカルボン酸)のアルケニルエステル(例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルメトキシアセテート)]
 芳香族ビニルエステル[炭素数9~20、例えば芳香族カルボン酸(モノ-及びジカルボン酸)のアルケニルエステル(例えばビニルベンゾエート、ジアリルフタレート、メチル-4-ビニルベンゾエート)、脂肪族カルボン酸の芳香環含有エステル(例えばアセトキシスチレン)]
 (b35-2)ビニルエーテル
 脂肪族ビニルエーテル〔炭素数3~15、例えばビニルアルキル(炭素数1~10)エーテル[ビニルメチルエーテル、ビニルブチルエーテル、ビニル2-エチルヘキシルエーテルなど]、ビニルアルコキシ(炭素数1~6)アルキル(炭素数1~4)エーテル[ビニル-2-メトキシエチルエーテル、メトキシブタジエン、3,4-ジヒドロ-1,2-ピラン、2-ブトキシ-2’-ビニロキシジエチルエーテル、ビニル-2-エチルメルカプトエチルエーテルなど]、ポリ(2~4)(メタ)アリロキシアルカン(炭素数2~6)[ジアリロキシエタン、トリアリロキシエタン、テトラアリロキシブタン、テトラメタアリロキシエタンなど]〕
 芳香族ビニルエーテル(炭素数8~20、例えばビニルフェニルエーテル、フェノキシスチレン)
 (b35-3)ビニルケトン
 脂肪族ビニルケトン(炭素数4~25、例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン)
 芳香族ビニルケトン(炭素数9~21、例えばビニルフェニルケトン)
 (b35-4)不飽和ジカルボン酸ジエステル
 炭素数4~34の不飽和ジカルボン酸ジエステル、例えばジアルキルフマレート(2個のアルキル基は、炭素数1~22の、直鎖、分枝鎖若しくは脂環式の基)、ジアルキルマレエート(2個のアルキル基は、炭素数1~22の、直鎖、分枝鎖若しくは脂環式の基)
 上記(b3)として例示したもののうち電解液の吸液及び耐電圧の観点から好ましいのは、(b31)、(b32)、(b33)及び(b34)であり、さらに好ましいのは、(b31)のうちのメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(b34)のうちのスチレンスルホン酸リチウムである。
 重合体(B)において、カルボキシル基を有するビニルモノマー(b1)、上記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)及び活性水素を含有しない共重合性ビニルモノマー(b3)の含有量は、重合体(B)の質量を基準として、(b1)が0.1~80質量%、(b2)が0.1~99.9質量%、(b3)が0~99.8質量%であることが好ましい。
 モノマーの含有量が上記範囲内であると、電解液への吸液性が良好となる。
 より好ましい含有量は、(b1)が30~60質量%、(b2)が5~60質量%、(b3)が5~80質量%であり、さらに好ましい含有量は、(b1)が35~50質量%、(b2)が15~45質量%、(b3)が20~60質量%である。
 重合体(B)の数平均分子量の好ましい下限は3,000、さらに好ましくは50,000、特に好ましくは100,000、最も好ましくは200,000であり、好ましい上限は2,000,000、さらに好ましくは1,500,000、特に好ましくは1,000,000、最も好ましくは800,000である。
 重合体(B)の数平均分子量は、以下の条件でGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定により求めることができる。
装置:Alliance GPC V2000(Waters社製)
溶媒:オルトジクロロベンゼン
標準物質:ポリスチレン
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PLgel 10μm、MIXED-B 2本直列(ポリマーラボラトリーズ社製)
カラム温度:135℃
 重合体(B)の溶解度パラメータ(SP値)は9.0~20.0(cal/cm1/2であることが好ましい。重合体(B)のSP値は9.5~18.0(cal/cm1/2であることがより好ましく、9.5~14.0(cal/cm1/2であることがさらに好ましい。重合体(B)のSP値が9.0~20.0(cal/cm1/2であると、電解液の吸液の点で好ましい。
 また、重合体(B)のガラス転移点[以下Tgと略記、測定法:DSC(走査型示差熱分析)法]は、電池の耐熱性の観点から好ましくは80~200℃、さらに好ましくは90~180℃、特に好ましくは100~150℃である。
 重合体(B)は、公知の重合方法(塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合など)により製造することができる。
 重合に際しては、公知の重合開始剤〔アゾ系開始剤[2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリルなど)、パーオキシド系開始剤(ベンゾイルパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、ラウリルパーオキシドなど)]など〕を使用して行なうことができる。
 重合開始剤の使用量は、モノマーの全質量に基づいて好ましくは0.01~5質量%、より好ましくは0.05~2質量%である。
 溶液重合の場合に使用される溶媒としては、例えばエステル(炭素数2~8、例えば酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール(炭素数1~8、例えばメタノール、エタノール及びオクタノール)、炭化水素(炭素数4~8、例えばn-ブタン、シクロヘキサン及びトルエン)、アミド(例えばDMF及びジメチルアセトアミド)及びケトン(炭素数3~9、例えばメチルエチルケトン)が挙げられ、使用量はモノマーの合計質量に基づいて通常5~900%、好ましくは10~400%であり、モノマー濃度としては、通常10~95質量%、好ましくは20~90質量%である。
 乳化重合及び懸濁重合における分散媒としては、水、アルコール(例えばエタノール)、エステル(例えばプロピオン酸エチル)、軽ナフサなどが挙げられ、乳化剤としては、高級脂肪酸(炭素数10~24)金属塩(例えばオレイン酸ナトリウム及びステアリン酸ナトリウム)、高級アルコール(炭素数10~24)硫酸エステル金属塩(例えばラウリル硫酸ナトリウム)、エトキシ化テトラメチルデシンジオール、メタクリル酸スルホエチルナトリウム、メタクリル酸ジメチルアミノメチルなどが挙げられる。さらに安定剤としてポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどを加えてもよい。
 溶液又は分散液のモノマー濃度は通常5~95質量%、重合開始剤の使用量は、モノマーの全質量に基づいて通常0.01~5%、粘着力及び凝集力の観点から好ましくは0.05~2%である。
 重合に際しては、公知の連鎖移動剤、例えばメルカプト化合物(ドデシルメルカプタン、n-ブチルメルカプタン等)及びハロゲン化炭化水素(四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル等)を使用することができる。使用量はモノマーの全質量に基づいて通常2%以下、粘着力及び凝集力の観点から好ましくは0.5%以下である。
 また、重合反応における系内温度は通常-5~150℃、好ましくは30~120℃、反応時間は通常0.1~50時間、好ましくは2~24時間であり、反応の終点は、未反応単量体の量が使用した単量体全量の通常5質量%以下、好ましくは1質量%以下となることにより確認できる。
 さらに、特に限定されるものではないが、被覆用樹脂は、重合体(B)をポリエポキシ化合物(c1)及び/又はポリオール化合物(c2)で架橋してなる架橋重合体であってもよい。
 架橋重合体においては、重合体(B)中のカルボキシル基等の活性水素と反応する反応性官能基を有する架橋剤(C)を用いて重合体(B)を架橋することが好ましく、架橋剤(C)としてポリエポキシ化合物(c1)及び/又はポリオール化合物(c2)を用いることがより好ましい。
 ポリエポキシ化合物(c1)としては、エポキシ当量80~2,500のもの、例えばグリシジルエーテル[ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ピロガロールトリグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール(Mw200~2,000)ジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコール(Mw200~2,000)ジグリシジルエーテル、ビスフェノールAのアルキレンオキシド1~20モル付加物のジグリシジルエーテル等];グリシジルエステル(フタル酸ジグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル等);グリシジルアミン(N,N-ジグリシジルアニリン、N,N-ジグリシジルトルイジン、N,N,N’,N’-テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジルキシリレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジルヘキサメチレンジアミン等);脂肪族エポキシド(エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化大豆油等);脂環式エポキシド(リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド等)が挙げられる。
 ポリオール化合物(c2)としては、低分子多価アルコール〔炭素数2~20の脂肪族及び脂環式のジオール[EG、DEG、プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、1,4-BG、1,6-ヘキサンジオール、3-メチルペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,9-ノナンジオール、1,4-ジヒドロキシシクロヘキサン、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2,2-ビス(4,4’-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン等];炭素数8~15の芳香環含有ジオール[m-及びp-キシリレングリコール、1,4-ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン等];炭素数3~8のトリオール(グリセリン、トリメチロールプロパン等);4価以上の多価アルコール[ペンタエリスリトール、α-メチルグルコシド、ソルビトール、キシリット、マンニット、グルコース、フルクトース、ショ糖、ジペンタエリスリトール、ポリグリセリン(重合度2~20)等]等〕、及びこれらのアルキレン(炭素数2~4)オキサイド付加物(重合度=2~30)等が挙げられる。
 架橋剤(C)の使用量は、電解液の吸液の観点から、重合体(B)中の活性水素含有基と、(C)中の反応性官能基の当量比が好ましくは、1:0.01~2、さらに好ましくは1:0.02~1となる量である。
 架橋剤(C)を用いて重合体(B)を架橋する方法としては、リチウムイオン二次電池の正極活物質を重合体(B)からなる被覆用樹脂で被覆した後に架橋する方法が挙げられる。具体的には、リチウムイオン二次電池の正極活物質と重合体(B)を含む樹脂溶液を混合し脱溶剤することにより、リチウムイオン二次電池の正極活物質が樹脂で被覆された被覆活物質を製造した後に、架橋剤(C)を含む溶液を被覆活物質に混合して加熱することにより、脱溶剤と架橋反応を生じさせて、架橋重合体でリチウムイオン二次電池の正極活物質を被覆する方法が挙げられる。
 加熱温度は、架橋剤としてポリエポキシ化合物(c1)を用いる場合は70℃以上とすることが好ましく、ポリオール化合物(c2)を用いる場合は120℃以上とすることが好ましい。
 また、フッ素樹脂(D)も被覆用樹脂として好ましい。
 フッ素樹脂(D)としては、フッ素含有モノマー、例えば2~10の炭素原子及び1~20のフッ素原子を含有するフッ素化オレフィン(テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロヘキシルエチレンなど)、フッ素化アルキル(炭素数1~10)(メタ)アクリレート〔パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレートなど〕の1種以上の(共)重合体が挙げられる。
 また、ポリエステル樹脂(E)も被覆用樹脂として好ましい。
 ポリエステル樹脂(E)としては、ポリオールとポリカルボン酸の重縮合物などが挙げられる。
 ポリオールとしては、ジオール(e1)及び3価以上のポリオール(e2)が、ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸(e3)及び3価以上のポリカルボン酸(e4)が挙げられる。これらの中では、ジオール(e1)、ジカルボン酸(e3)とともに3価以上のポリオール(e2)及び/又は3価以上のポリカルボン酸(e4)を用いた非線状のポリエステル樹脂が好ましく、(e1)、(e2)、(e3)、(e4)の4成分からなるポリエステル樹脂が特に好ましい。
 ジオール(e1)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ドデカンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(DEG、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、PEG、ポリオキシプロピレングリコール、PTMGなど);脂環式ジオール(1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールFなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(EO、PO、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α-オレフィンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(EO、PO、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α-オレフィンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数6以上のアルキレングリコール、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、脂環式ジオールであり、特に好ましいものはビスフェノール類のPO、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α-オレフィンオキサイド付加物、炭素数8以上のアルキレングリコール、水素添加ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールF、及びこれらの併用である。
 3価以上のポリオール(e2)としては、3~8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど);ノボラック樹脂(フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記トリスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物;上記ノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、3~8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール及びノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物である。
 ジカルボン酸(e3)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸、オクタデセニルコハク酸、ダイマー酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマル酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数6~50のアルキレンジカルボン酸、炭素数6~50のアルケニレンジカルボン酸、炭素数8~20の芳香族ジカルボン酸及びこれらの併用であり、さらに好ましいものは、炭素数7~50のアルキレンジカルボン酸、及びこれらと炭素数8~20の芳香族ジカルボン酸の併用であり、特に好ましいものは、炭素数16~50のアルケニルコハク酸、及びこれらと炭素数8~20の芳香族ジカルボン酸の併用である。
 3価以上のポリカルボン酸(e4)としては、炭素数9~20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)、不飽和カルボン酸のビニル重合物(スチレン/マレイン酸共重合物、スチレン/アクリル酸共重合物、α-オレフィン/マレイン酸共重合物、スチレン/フマル酸共重合物など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数9~20の芳香族ポリカルボン酸であり、特に好ましいものはトリメリット酸である。
 なお、ジカルボン酸(e3)又は3価以上のポリカルボン酸(e4)としては、上述のものの酸無水物又は低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
 また、(e1)、(e2)、(e3)、(e4)とともにヒドロキシカルボン酸(e5)を共重合することもできる。ヒドロキシカルボン酸(e5)としては、ヒドロキシステアリン酸、硬化ヒマシ油脂肪酸などが挙げられる。
 ポリオールとポリカルボン酸の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1~1/2、好ましくは1.5/1~1/1.5、さらに好ましくは1.3/1~1/1.3である。3価以上のポリオール(e2)及び3価以上のポリカルボン酸(e4)の比率は、(e2)と(e4)のモル数の和が(e1)~(e4)のモル数の合計に対して、通常0~40モル%、好ましくは3~25モル%、さらに好ましくは、5~20モル%である。(e2)と(e3)とのモル比は、通常0/100~100/0、好ましくは80/20~20/80、さらに好ましくは、70/30~30/70である。
 ポリエステル樹脂(E)は、2,000~50,000の数平均分子量を有することが、電解液の吸液の観点で好ましい。
 ポリエステル樹脂(E)の数平均分子量は、GPCにより測定される。ポリエステル樹脂(E)の数平均分子量の測定に使用されるGPCの条件は、例えば以下の条件である。
装置:HLC-8220GPC(東ソー株式会社製液体クロマトグラフ)
カラム:TSK gel Super H4000+TSK gel Super H3000+TSK gel Super H2000(いずれも東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
検出器:RI(Refractive Index)
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.6ml/分
試料濃度:0.25質量%
注入量:10μl
標準:ポリスチレン(東ソー株式会社製;TSK STANDARD POLYSTYRENE)
 ポリエステル樹脂(E)は、ポリカルボン酸とポリオールとを、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150~280℃に加熱し、脱水縮合することで得られる。反応末期の反応速度を向上させるために減圧にすることも有効である。
 また、ポリエーテル樹脂(F)も被覆用樹脂として好ましい。
 ポリエーテル樹脂(F)としては、例えば、ポリオキシアルキレングリコール〔オキシアルキレンの重合度2~100(うちオキシエチレンの重合度は5~30が好ましく、オキシアルキレンの炭素数は2~4が好ましい。以下のポリエーテル樹脂に関しても同様)〕(例えば、ポリオキシエチレン(重合度20)/ポリオキシプロピレン(重合度20)ブロックコポリマー(プルロニック型等)など〕、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(オキシアルキレンの重合度2~100、アルキルの炭素数8~40)(例えば、オクチルアルコールEO20モル付加物、ラウリルアルコールEO20モル付加物、ステアリルアルコールEO10モル付加物、オレイルアルコールEO5モル付加物、ラウリルアルコールEO10モルPO20モルブロック付加物など);ポリオキシアルキレン高級脂肪酸エステル(オキシアルキレンの重合度2~100、高級脂肪酸の炭素数8~40)(例えば、ステアリル酸EO10モル付加物、ラウリン酸EO10モル付加物など);ポリオキシアルキレン多価アルコ-ル高級脂肪酸エステル(オキシアルキレンの重合度2~100、多価アルコールの炭素数2~40、高級脂肪酸の炭素数8~40)(例えば、ポリエチレングリコール(重合度20)のラウリン酸ジエステル、ポリエチレングリコール(重合度20)のオレイン酸ジエステルなど);ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル(オキシアルキレンの重合度2~100、アルキルの炭素数8~40)(例えば、ノニルフェノールEO4モル付加物、ノニルフェノールEO8モルPO20モルブロック付加物、オクチルフェノールEO10モル付加物、ビスフェノールA・EO10モル付加物、スチレン化フェノールEO20モル付加物など);ポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル(オキシアルキレンの重合度2~100、アルキルの炭素数8~40)及び(例えば、ラウリルアミンEO10モル付加物、ステアリルアミンEO10モル付加物など);ポリオキシアルキレンアルカノールアミド(オキシアルキレンの重合度2~100、アミド(アシル部分)の炭素数8~24)(例えば、ヒドロキシエチルラウリン酸アミドのEO10モル付加物、ヒドロキシプロピルオレイン酸アミドのEO20モル付加物など)が挙げられ、2種以上併用してもよい。
 また、ポリアミド樹脂(G)も被覆用樹脂として好ましい。
 ポリアミド樹脂(G)としては、特に限定されないが、炭素数54の三塩基酸を少なくとも40質量%含有する重合脂肪酸(g1)、炭素数2~4の脂肪族モノカルボン酸(g2)、及びエチレンジアミンと炭素数3~9脂肪族ポリアミンとからなるポリアミン(g3)を縮合重合せしめて得られる樹脂が好ましい。
 重合脂肪酸(g1)としては、例えばオレイン酸やリノール酸等の不飽和脂肪酸又はこれらの低級アルキルエステル(炭素数1~3)を重合した後、利用価値の高い炭素数36の二塩基酸成分を蒸留により採取した後の残渣でトリマー酸とも呼ばれる、例えば下記のごとき組成のものが挙げられる。
炭素数18の一塩基酸:0~5質量%(好ましくは0~2質量%)
炭素数36の二塩基酸:60質量%未満(好ましくは50質量%未満)
炭素数54の三塩基酸:40質量%以上(好ましくは50質量%以上)
 また、必要により該(g1)の一部を他の三塩基酸若しくは四塩基酸に置き換えても良い。該他の三塩基酸若しくは四塩基酸としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフエノンテトラカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸(これらの酸無水物、炭素数1~3のアルキルエステルを含む)等が挙げられる。
 炭素数2~4の脂肪族系モノカルボン酸(g2)としては、酢酸、プロピオン酸及び酪酸が挙げられ、これらはそれぞれ単独若しくは任意の割合で混合して使用することができる。
 (g2)の使用量は、全カルボン酸成分〔(g1)+(g2)〕に対して通常20~40当量%、好ましくは30~40当量%である。
 ポリアミン(g3)を構成する炭素数3~9の脂肪族ポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、プロピレンジアミン、ジアミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン等が挙げられる。該(g3)は、エチレンジアミンと炭素数3~9の脂肪族ポリアミンの一種以上の混合物であり、且つ該(g3)に占めるエチレンジアミンの比率は通常60~85当量%、好ましくは70~80当量%である。
 ポリアミド樹脂(G)の数平均分子量は通常3,000~50,000、好ましくは5,000~10,000である。
 ポリアミド樹脂(G)の数平均分子量は、以下の条件でGPC測定により求めることができる。
装置:HLC-802A(東ソー株式会社製)
カラム:TSK gel GMH6 2本(東ソー株式会社製)
測定温度:40℃
試料溶液:0.25質量%DMF溶液
溶液注入量:200μl
検出装置:RI
標準:ポリスチレン(東ソー株式会社製;TSK STANDARD POLYSTYRENE)
 ポリアミド樹脂(G)の微量融点測定法(JIS K0064-1992,3.2に規定される融点測定方法に準じ、融点測定装置を用いて測定される)による融点は、電池の耐熱性の観点から好ましくは100~150℃、より好ましくは120~130℃である。
 ポリアミド樹脂(G)は、通常の重合脂肪酸系ポリアミド樹脂の製造方法と同じ方法で製造することができる。アミド化縮合重合反応の反応温度は、通常160~250℃、好ましくは180~230℃である。反応は着色を防止するため窒素ガス等の不活性ガス中で行うことが好ましく、反応末期には反応の完結あるいは揮発性成分の除去を促進するため、反応を減圧下で行ってもよい。また、アミド化縮合重合反応後に、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤で反応生成物を希釈して溶液状にすることもできる。
 また、被覆用樹脂として、電解液に浸漬した際の吸液率が10%以上であり、飽和吸液状態での引張破断伸び率が10%以上である樹脂が好ましい。さらに、その他の樹脂(H)として、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等を使用することもできる。
 本明細書において「引っ張り破断伸び率」とは、被覆用樹脂の柔軟性を示す指標であり、例えば、厚さ500μmのシート状の樹脂をダンベル状に打ち抜き、電解液(1mol/L LiPF、エチレンカーボネート(EC)/プロピレンカーボネート(PC)=50/50(質量比))に50℃にて3日間浸した後、ASTM D683(試験片形状TypeII)に準拠した測定方法により得られる値である。被覆用樹脂の引っ張り破断伸び率の値は、10%以上であればよいが、好ましくは20%以上であり、より好ましくは30%以上であり、特に好ましくは40%以上であり、最も好ましくは50%以上である。被覆用樹脂の引っ張り破断伸び率の値は、大きいほど好ましい。
 被覆用樹脂は、導電助剤(X)をさらに含んでいることが好ましい。
 導電助剤(X)としては、導電性を有する材料から選択される。
 具体的には、金属{アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅及びチタン等}、カーボン{グラファイト及びカーボンブラック[アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等]等}、及びこれらの混合物等が挙げられる。
 これらの導電助剤(X)は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよいが、これらに限定されるものではない。例えば、導電性高分子が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、さらに好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、特に好ましくはカーボンである。これらのうち、Liイオンの挿入脱離を抑制することによって、炭素材料の被覆を維持するという観点から、炭素材料は低結晶性を有することが好ましく、アセチレンブラックを使用することがより好ましい。またこれらの導電助剤(X)とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した(X)のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
 導電助剤(X)の形状(形態)は、粒子形態に限られず、例えば繊維形態など粒子形態以外の形態であってもよく、気相成長炭素繊維(VGCF)やカーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている形態であってもよい。
 導電助剤(X)の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電助剤(X)の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
 被覆のし易さの観点から、粒子形態が好ましく、導電性の点からは、繊維形態が好ましい。
 被覆用樹脂と導電助剤(X)の配合比率は、特に限定されるものではないが、質量比率で被覆用樹脂(樹脂固形分質量):導電助剤(X)=1:0.2~3.0であることが好ましい。
 被覆用樹脂及び導電助剤(X)は事前に混合して正極活物質の被覆を行ってもよい。事前に導電助剤と混合した被覆用樹脂をリチウムイオン二次電池の正極活物質とさらに混合することにより、リチウムイオン二次電池の正極活物質を導電助剤を含む被覆用樹脂で被覆することができる。
 また、リチウムイオン二次電池の正極活物質を被覆用樹脂で被覆する際に、被覆用樹脂、リチウムイオン二次電池の正極活物質及び導電助剤(X)を同時に混合して、リチウムイオン二次電池の正極活物質の表面上で導電助剤(X)を含む被覆用樹脂としてもよい。
 さらに、リチウムイオン二次電池の正極活物質を導電助剤(X)を含む被覆用樹脂で被覆する際に、リチウムイオン二次電池の正極活物質に被覆用樹脂を混合し、さらに導電助剤(X)を混合してリチウムイオン二次電池の正極活物質の表面上で導電助剤(X)を含む被覆用樹脂としてもよい。
 また、被覆用樹脂は、特に炭素材料に対して付着しやすいという性質を有している。このため、特に限定されるものではないが、構造的に安定した電極材料を提供するという観点から、正極活物質の表面に炭素材料を付着させ、さらに被覆用樹脂を被覆させることが好適である。
 正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。
 正極活物質としては、金属酸化物を用いると好ましい。一般的に、正極活物質を金属酸化物とすると電池特性(容量)の観点から実用的である。しかしながら、活物質として金属酸化物を使用すると、金属酸化物は、被覆用樹脂との親和性が高くないため、接着力が十分に得られないことがある。これに対し、導電助剤(X)によって正極活物質表面を被覆すると、正極活物質に対する被覆用樹脂の接着性を向上させることができる。したがって、導電助剤(X)を用いることによる効果が顕著に発現し得るという点で、正極活物質として金属酸化物を用いることは好ましい。
 正極活物質として用いられる好ましい金属酸化物としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、LiFeO、LiTi12、Li(Ni-Mn-Co)O及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物、LiFePO等のリチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム-遷移金属複合酸化物及びリチウム-遷移金属リン酸化合物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられ、さらに好ましくはLi(Ni-Mn-Co)O及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、Ni及びCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
 NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。
 NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(2):LiNiMnCo(但し、式(2)中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr及びCrからなる群より選ばれる少なくとも1種類の元素である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Coの原子比を表し、dは、Mnの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(2)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。
 一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びマンガン(Mn)は、材料の純度向上及び電子伝導性向上という観点から、容量及び出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。
 より好ましい形態としては、一般式(2)において、b、c及びdが、0.49≦b≦0.51、0.29≦c≦0.31、0.19≦d≦0.21であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位質量あたりの容量が大きく、エネルギー密度の向上が可能となることでコンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。
 なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。また、正極層13に含まれる正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。
(イオン伝導液)
 イオン伝導液は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。例えば、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態やイオン液体にリチウム塩が溶解した形態を有する。なお、イオン液体とは、カチオン及びアニオンのみから構成される塩であり、常温で液体である一連の化合物をいう。
 用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、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等のカーボネート類及びこれらの混合物が好ましく例示される。
 また、有機溶媒に溶解して用いられるリチウム塩としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等の公知のリチウムイオン二次電池用電解質塩を採用することができる。なお、当該リチウム塩の濃度は、0.1~2.0mol/Lであることが好ましく、0.8~1.2mol/Lであることがより好ましい。
 有機溶媒は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。このような添加剤の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2-ジビニルエチレンカーボネート、1-メチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-メチル-2-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-2-ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1-ジメチル-2-メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
 イオン液体を構成するカチオン成分は、置換されているか又は非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているか又は非置換のピリジニウムイオン、置換されているか又は非置換のピロリウムイオン、置換されているか又は非置換のピラゾリウムイオン、置換されているか又は非置換のピロリニウムイオン、置換されているか又は非置換のピロリジニウムイオン、置換されているか又は非置換のピペリジニウムイオン、置換されているか又は非置換のトリアジニウムイオン、及び置換されているか又は非置換のアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
 イオン液体を構成するアニオン成分の具体例としては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硝酸イオン(NO )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、(FSO、AlCl 、乳酸イオン、酢酸イオン(CHCOO)、トリフルオロ酢酸イオン(CFCOO)、メタンスルホン酸イオン(CHSO )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン((CFSO)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドイオン((CSO)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CFSO)、過塩素酸イオン(ClO )、ジシアンアミドイオン((CN))、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、RCOO、HOOCRCOO、-OOCRCOO、NHCHRCOO(この際、Rは置換基であり、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、又はアシル基であり、前記の置換基はフッ素原子を含んでいてもよい。)などが挙げられる。
 好ましいイオン液体の例としては、1-メチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-メチル-N-プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられる。これらのイオン液体は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
 イオン液体に溶解して用いられるリチウム塩は、上述の有機溶媒に使用されるリチウム塩と同様である。なお、当該リチウム塩の濃度は、0.1~2.0mol/Lであることが好ましく、0.8~1.2mol/Lであることがより好ましい。
 イオン液体は、さらに以下のような添加剤を含んでもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性及びサイクル特性がより向上し得る。添加剤の具体的な例としては、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチルラクトン、γ-バレロラクトン、メチルジグライム、スルホラン、トリメチルホスフェイト、トリエチルホスフェイト、メトキシメチルエチルカーボネート、フッ素化エチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。添加剤を使用する場合の使用量は、イオン伝導液の合計重量に対して、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは0.5~5質量%である。
(バインダー)
 バインダーとしては、カルボキシメチルセルロース、SBRラテックス、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、アクリル樹脂などの公知のリチウムイオン二次電池用バインダーが挙げられる。
(導電助剤)
 導電助剤とは、正極層(又は負極層)の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。つまり、正極層(又は負極層)は、上述した導電助剤(X)と異なり、被覆用樹脂によって固定されていない導電助剤(Y)をさらに含んでいてもよい。導電助剤(Y)としては、上述した導電助剤(X)と同様の、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。正極層(又は負極層)が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与し得る。
(イオン伝導ポリマー)
 イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系及びポリプロピレンオキシド(PPO)系の公知のポリオキシアルキレンオキサイドポリマーが挙げられる。
<負極層>
 負極層15は、溝形状のガス流路151を有している。そして、負極層15は、負極活物質とイオン伝導液とを含有する負極層形成材料からなる。また、負極層15は、負極活物質の非結着体である。なお、負極層形成材料は、正極層と同様のゲル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤、イオン伝導性ポリマー等を含み得る。また、負極層形成材料は、その粘度が2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下であることが好適である。さらに、負極層形成材料の粘度は、好ましくは3.1Pa・s以上であり、好ましくは7.1Pa・s以下である。
 負極層形成材料の粘度を2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下に調整するには、負極層に含まれる固形成分(負極活物質、ゲル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤、イオン伝導性ポリマー)とイオン伝導液との比率を調整すればよい。また、負極層に含まれる固形成分とイオン伝導液との比率は、ゲル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤及びイオン伝導性ポリマーの有無や、負極活物質、ゲル形成性ポリマー、バインダー、導電助剤、イオン伝導性ポリマー及びイオン伝導液の含有量によって調整することができる。
 また、図示した好適例においては、負極層15の厚みTに対する負極層15の面内方向におけるガス流路151の寸法dの比が、好ましくは0.32以下であるが、特に限定されるものではない。また、負極層15の厚みTに対する負極層15の面内方向におけるガス流路151の寸法dの比が、好ましくは0.004以上であり、より好ましくは0.009以上であり、さらに好ましくは0.03以上であるが、特に限定されるものではない。
 さらに、図示しないが、負極層におけるガス流路が、負極層の外周端まで連通していることが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、図示しないが、負極層におけるガス流路が外周端に連通していない構成や負極層におけるガス流路の一方が外周端に連通している構成としてもよい。
 また、図示した好適例においては、負極層15の厚み方向にかかる矢印Zで示す面圧が、68.6kPa以上であることが好ましく、600kPa以下であることが好ましいが、特に限定されるものではない。
 さらに、図示した好適例においては、負極層15の厚み方向におけるガス流路151の寸法d及び負極層15の面内方向におけるガス流路151の寸法dのいずれか一方又は双方が、好ましくは2μm以上であり、より好ましくは3μm以上であるが、特に限定されるものではない。
 また、図示した好適例においては、負極層15がガス流路151を複数有し、隣り合うガス流路151の間隔dが、好ましくは30mm以下であり、より好ましくは15mm以下であるが、特に限定されるものではない。
 また、図示しないが、負極層用材料が、バインダーやゲル形成性ポリマーなどの樹脂を含有し、負極層用材料における樹脂の含有量が1質量%以下であること、又は樹脂を含まないことが好ましいが、特に限定されるものではない。
 なお、負極層は、負極活物質の種類以外が、基本的に「正極層」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。すなわち、負極活物質としては、表面が樹脂で被覆された負極活物質や、表面が導電助剤を含む樹脂で被覆された負極活物質を用いることが好ましい。
 負極活物質としては、例えば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム-遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料又はリチウム-遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
 また、被覆用樹脂は、特に炭素材料に対して付着しやすいという性質を有している。このため、構造的に安定した電極材料を提供するという観点からも、負極活物質として炭素材料を用いることが好ましい。このような構成により、負極活物質表面に被覆用樹脂が付着しやすくなるため、より構造的に安定した電極材料が提供される。
 負極活物質の平均粒子径は特に限定されるものではないが、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。
 ここで、正極層13と負極層15の変形例について単電池層19を示す図面を参照しながら詳細に説明する。図5は、図2に示した二次電池の単電池層の他の一例を模式的に示す断面図である。また、図6は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。さらに、図7は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。また、図8は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。さらに、図9は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。また、図10は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。さらに、図11は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。また、図12は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。さらに、図13は、図2に示した二次電池の単電池層のさらに他の一例を模式的に示す断面図である。なお、図5~図13に示した単電池層19には、集電体11が付加されている。
 図4においては、単電池層19を構成する正極層13及び負極層15の双方が、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなり、所定のガス流路131,151を有し、かつ、非結着体である場合を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、図5~図12に示すように、単電池層19を構成する正極層13及び負極層15のいずれか一方が、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなり、所定のガス流路131,151を有し、かつ、非結着体であるものであってもよい。また、正極層や負極層などの電極層の厚み方向に対するガス流路131,151の位置も任意である。つまり、ガス流路131,151は、電極層の厚み方向において、ガス流路131,151が電解質層17及び集電体11のいずれか一方又は双方まで連通している溝形状であってもよく、ガス流路131,151が電解質層17及び集電体11のいずれにも連通していない管形状であってもよい。
 また、図4においては、単電池層19を構成する正極層13におけるガス流路131の正極層13の面内方向におけるガス流路131の配置と負極層15におけるガス流路151の負極層15の面内方向におけるガス流路151の配置とがずれている場合を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、図13に示すように、単電池層19を構成する正極層13におけるガス流路131の正極層13の面内方向におけるガス流路131の配置と負極層15におけるガス流路151の負極層15の面内方向におけるガス流路151の配置とが重なっていても良い。
<電解質層>
 電解質層17に使用される電解質は、特に限定されるものではなく、液体電解質、ゲルポリマー電解質、又はイオン液体電解質を用いることができる。
 液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、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等のカーボネート類及びこれらの混合物が好ましく例示される。また、有機溶媒に溶解して用いられるリチウム塩としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等の公知のリチウムイオン二次電池用電解質塩を採用することができる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。このような添加剤の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2-ジビニルエチレンカーボネート、1-メチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-メチル-2-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-2-ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1-ジメチル-2-メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
 ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HEP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、これらの共重合体等が挙げられる。
 ゲルポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現し得る。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。
 イオン液体電解質は、イオン液体にリチウム塩が溶解したものである。なお、イオン液体とは、カチオン及びアニオンのみから構成される塩であり、常温で液体である一連の化合物をいう。
 イオン液体を構成するカチオン成分は、置換されているか又は非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているか又は非置換のピリジニウムイオン、置換されているか又は非置換のピロリウムイオン、置換されているか又は非置換のピラゾリウムイオン、置換されているか又は非置換のピロリニウムイオン、置換されているか又は非置換のピロリジニウムイオン、置換されているか又は非置換のピペリジニウムイオン、置換されているか又は非置換のトリアジニウムイオン、及び置換されているか又は非置換のアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
 イオン液体を構成するアニオン成分の具体例としては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硝酸イオン(NO )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、(FSO、AlCl 、乳酸イオン、酢酸イオン(CHCOO)、トリフルオロ酢酸イオン(CFCOO)、メタンスルホン酸イオン(CHSO )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン((CFSO)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドイオン((CSO)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CFSO)、過塩素酸イオン(ClO )、ジシアンアミドイオン((CN))、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、RCOO、HOOCRCOO、-OOCRCOO、NHCHRCOO(この際、Rは置換基であり、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、又はアシル基であり、前記の置換基はフッ素原子を含んでいてもよい。)などが挙げられる。
 好ましいイオン液体の例としては、1-メチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-メチル-N-プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられる。これらのイオン液体は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
 イオン液体電解質に溶解して用いられるリチウム塩は、上述の液体電解質に使用されるリチウム塩と同様である。なお、当該リチウム塩の濃度は、0.1~2.0mol/Lであることが好ましく、0.8~1.2mol/Lであることがより好ましい。
 また、イオン液体は、さらに以下のような添加剤を含んでもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性及びサイクル特性がより向上し得る。添加剤の具体的な例としては、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチルラクトン、γ-バレロラクトン、メチルジグライム、スルホラン、トリメチルホスフェイト、トリエチルホスフェイト、メトキシメチルエチルカーボネート、フッ素化エチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。添加剤を使用する場合の使用量は、イオン液体電解質の合計重量に対して、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは0.5~5質量%である。
 双極型リチウムイオン二次電池では、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能及び正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。特に電解質として液体電解質、イオン液体電解質を使用する場合には、セパレータを用いることが好ましい。
 セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。
 ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、公知のリチウムイオン二次電池にセパレータとして用いられる微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。
 微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。一例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層又は多層で4~60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。
 不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独で又は混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に限定されるものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5~200μmであり、特に好ましくは10~100μmである。
 また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子及びバインダーを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点又は熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果を得ることができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こり難い電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こり難い。さらに、熱収縮抑制効果及び機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールし難くなる。
 耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に限定されるものではない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、及び窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)又はアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。
 耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5~15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。
 耐熱絶縁層におけるバインダーは、無機粒子同士や、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダーによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層及び耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。
 耐熱絶縁層に使用されるバインダーは、特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、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)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダーとして用いることができる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、又はポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
 耐熱絶縁層におけるバインダーの含有量は、2~20質量%であることが好ましい。バインダーの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダーの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。
 耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、正極発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こり難い電池構成になる。
<正極集電板及び負極集電板>
 集電板(25、27)を構成する材料は、特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集電板として従来用いられている公知の高導電性材料を用いることができる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
<シール部>
 シール部29は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム(エチレン-プロピレン-ジエンゴム:EPDM)、等を用いることができる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いても良く、ホットメルト接着剤(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂)などを用いても良い。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることが、好ましい。
<外装体>
 外装体31としては、例えば、アルミニウムを含むラミネートフィルムで形成されたものを用いることができる。具体的には、アルミニウムを含むラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら限定されるものではない。また、外装体として、公知の金属缶で形成されたものを用いることもできる。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用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、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
 以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1~実施例11)
<正極スラリーの調製>
 リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物93.9質量部、アクリル樹脂0.3質量部、アセチレンブラック5.8質量部及び炭素繊維2.0質量部を120℃で16時間減圧乾燥して、含有水分を除去した粉体材料を作製した。
 得られた粉体材料100質量部に、エチレンカーボネート(EC)50質量%とプロピレンカーボネート(PC)50質量%の混合溶媒に1.0mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解して得られた電解液47質量部を添加して、混合物を作製した。
 得られた混合物を混合脱泡機(株式会社シンキー製、ARE250)で2000rpmの回転数で120秒間混合して、正極スラリーを調製した。
<負極スラリーの調製>
 ハードカーボン88.4質量部、アクリル樹脂10質量部、アセチレンブラック1.6質量部及び炭素繊維2.0質量部を120℃で16時間減圧乾燥して、含有水分を除去した粉体材料を作製した。
 得られた粉体材料100質量部に、エチレンカーボネート(EC)50質量%とプロピレンカーボネート(PC)50質量%の混合溶媒に1.0mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解して得られた電解液90質量部を添加して、混合物を作製した。
 得られた混合物を混合脱泡機(株式会社シンキー製、ARE250)で2000rpmの回転数で120秒間混合して、負極スラリーを調製した。
 ここで、各例におけるアクリル樹脂としては、以下のように作製したものを用いた。
 撹拌機、温度計、環流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、酢酸エチル83質量部とメタノール17質量部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、メタクリル酸242.8質量部、メチルメタクリレート97.1質量部、2-エチルヘキシルメタクリレート242.8質量部、酢酸エチル52.1質量部及びメタノール10.7質量部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.263質量部を酢酸エチル34.2質量部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.583質量部を酢酸エチル26質量部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、樹脂582質量部を得た後、イソプロパノールを1,360質量部加えて、樹脂濃度30質量%の共重合体溶液を得た。GPCで測定した共重合体の数平均分子量は100,000、SP値は11.2であった。
<正極の作製>
 得られた正極スラリーを所定のガス流路の寸法や間隔を有するスクリーン版を用い、塗布量を制御し、カーボンコートアルミニウム箔(昭和電工株式会社製、C厚み:1μm、Al厚み:20μm)上に塗布した。正極スラリー塗布後の電極シート表面にアラミドシート(日本バイリーン株式会社製、45μm)を設置し、プレスをして正極(29×40mm)を得た。ガス流路の形成は目視及び走査型電子顕微鏡による観察によって確認した。なお、正極目付はリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物として50mg/cmである。なお、正極の理論容量は前述の正極目付(mg/cm)に、用いている正極活物質の理論充電容量(mAh/g)を乗じて算出した(mAh/cm)。
<負極の作製>
 得られた負極スラリーを所定のガス流路の寸法や間隔を有するスクリーン版を用い、塗布量を制御し、銅箔(株式会社サンクメタル製、厚み:10μm)上に塗布した。負極スラリー塗布後の電極シート表面にアラミドシート(日本バイリーン株式会社製、45μm)を設置し、プレスをして負極(33×44mm)を得た。ガス流路の形成は目視及び走査型電子顕微鏡による観察によって確認した。なお、負極の理論容量は負極目付(mg/cm)に、用いている各材料の理論充電容量(mAh/g)を乗じて算出した(mAh/cm)。
<電池の作製>
 得られた負極と正極とを、所望のA/C比、すなわち正極理論容量に対する負極理論容量の比とするようにそれぞれ選定し、これらでセパレータ(セルガード社製、#3501、厚み:25μm)を挟持するように配置し、必要に応じて上述した電解液を適量添加し、アルミニウムラミネートシートからなる外装体内に真空密封することによって収納して、各例のリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池状態でのガス流路の形成はX線CTによる観察によって確認した(以下同様)。また、電池状態での正極層及び負極層形成材料の粘度は、25℃において回転式粘度計を用いて測定し、46.4s-1の値を指標とした(以下同様)。さらに、各種寸法及び厚みに関しても、必要に応じて電極層を凍結させた後、正極層及び負極層の断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより測定した(以下同様)。
 なお、スラリーの調製から電池の作製まで全ての工程をドライルーム内で実施した。
(比較例1)
<正極スラリーの調製>
 リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物93.9質量部、上記各例で用いたアクリル樹脂0.3質量部、アセチレンブラック5.8質量部及び炭素繊維2.0質量部を120℃で16時間減圧乾燥して、含有水分を除去した粉体材料を作製した。
 得られた粉体材料100質量部に、エチレンカーボネート(EC)50質量%とプロピレンカーボネート(PC)50質量%の混合溶媒に1.0mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解して得られた電解液47質量部を添加して、混合物を作製した。
 得られた混合物を混合脱泡機(株式会社シンキー製、ARE250)で2000rpmの回転数で120秒間混合して、正極スラリーを調製した。
<負極スラリーの調製>
 ハードカーボン88.4質量部、上記各例で用いたアクリル樹脂10質量部、アセチレンブラック1.6質量部及び炭素繊維2.0質量部を120℃で16時間減圧乾燥して、含有水分を除去した粉体材料を作製した。
 得られた粉体材料100質量部に、エチレンカーボネート(EC)50質量%とプロピレンカーボネート(PC)50質量%の混合溶媒に1.0mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解して得られた電解液90質量部を添加して、混合物を作製した。
 得られた混合物を混合脱泡機(株式会社シンキー製、ARE250)で2000rpmの回転数で120秒間混合して、負極スラリーを調製した。
<正極の作製>
 得られた正極スラリーを自走式コーターで塗布量を制御し、カーボンコートアルミニウム箔(昭和電工株式会社製、C厚み:1μm、Al厚み:20μm)上に塗布した。正極スラリー塗布後の電極シート表面にアラミドシート(日本バイリーン株式会社製、45μm)を設置し、プレスをしてガス流路形成のない正極(29×40mm)を得た。なお、正極目付はリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物として50mg/cmである。なお、正極の理論容量は前述の正極目付(mg/cm)に、用いている正極活物質の理論充電容量(mAh/g)を乗じて算出した(mAh/cm)。
<負極の作製>
 得られた負極スラリーを自走式コーターで塗布量を制御し、銅箔(株式会社サンクメタル製、厚み:10μm)上に塗布した。負極スラリー塗布後の電極シート表面にアラミドシート(日本バイリーン株式会社製、45μm)を設置し、プレスをしてガス流路形成のない負極(33×44mm)を得た。なお、負極の理論容量は負極目付(mg/cm)に、用いている各材料の理論充電容量(mAh/g)を乗じて算出した(mAh/cm)。
<電池の作製>
 得られた負極と正極とを、所望のA/C比、すなわち正極理論容量に対する負極理論容量の比とするようにそれぞれ選定し、これらでセパレータ(セルガード社製、#3501、厚み:25μm)を挟持するように配置し、必要に応じて上述した電解液を適量添加し、アルミニウムラミネートシートからなる外装体内に真空密封することによって収納して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。電池状態での電極内部構造はX線CTによる観察によって確認した。
 なお、スラリーの調製から電池の作製まで全ての工程をドライルーム内で実施した。
 各例の仕様の一部を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[性能評価]
 上記各例のリチウムイオン二次電池について、25℃における充電容量及び放電容量を測定し、充放電効率を算出した。具体的には、以下のように測定した。上記各例のリチウムイオン二次電池の電極部を上下からシリコンラバー1枚ずつで挟み、さらにその上下からセル拘束治具(アルミニウム製板、7mm厚)1枚ずつで挟み、さらにこの2枚のセル拘束治具同士をネジで締め付けることで電極部へ圧力を印加した。なお、この圧力はネジの締め付けトルクを調整することで所望の圧力を得た。この状態のリチウムイオン二次電池を25℃の雰囲気下、電流密度が0.05C相当の定電流方式にて4.20Vまで充電した後、当該電圧において定電圧方式で充電した。充電は充電時間が30時間を超えた時点又は充電電流が0.005C相当を下回った時点で終了とした。1時間休止させた後、電流密度が0.05C相当の定電流方式にて2.50Vまで放電した。ここで、セルを試作して最初の充電の充電開始から終了までの充電容量(Ah)と、これに続く放電の開始から終了までの放電容量(Ah)との比率を充放電効率として算出した。得られた結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1及び表2より、本発明の範囲に属する実施例1~実施例11は、本発明外の比較例1と比較すると、優れた充放電容量と充放電効率を有することが分かる。これは、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなり、所定のガス流路を有し、かつ、非結着体である電極層を集電体の表面に設けたためであると考えられる。また、電極形成材料の粘度を2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下としたためとも考えられる。
 また、表1及び表2より、正極及び負極ともに所定のガス流路を有する実施例1に対して正極のみ所定のガス流路を有する実施例2は充放電効率が若干低下するものの、本発明外の比較例1と比較すると依然として優れた充放電容量と充放電効率を有することが分かる。これより、正極及び負極のいずれかのみが所定のガス流路を有することでも十分な効果が得られると考えられる。
 さらに、表1及び表2より、実施例2の正極層における寸法(d)/正極層における厚み(T)と実施例6の寸法(d)/厚み(T)とを比較すると、実施例2がよりガス流路を広くしたため、実施例2が優れた放電容量と充放電効率を有することが分かる。
 また、表1及び表2より、本発明の範囲に属する実施例1~実施例11は、本発明外の比較例1と比較すると、ガス流路が、正極層や負極層の外周端まで連通しているため、優れた放電容量と充放電効率を有しているとも考えられる。
 さらに、表1及び表2より、実施例2の正極層における寸法(d)及び寸法(d)と実施例3~5の正極層における寸法(d)及び寸法(d)とを比較すると、実施例2ではガス流路を多く取ることでガス排出性を向上させたため、実施例2が優れた放電容量と充放電効率を有することが分かる。
 また、表1及び表2より、実施例7の正極層における寸法(d)と実施例2の正極層における寸法(d)とを比較すると、実施例7はガス流路間隔を狭くしてガス排出性をより向上させたため、実施例7が優れた放電容量と充放電効率を有することが分かる。
 さらに、表1及び表2より、実施例8の二次電池における(A/C)と実施例9の二次電池における(A/C)とを比較すると、実施例8はA/Cを低くして不可逆容量を低減したため、実施例8が優れた放電容量と充放電効率を有することが分かる。
 また、表1及び表2より、本発明の範囲に属する実施例11は、実施例10と比較すると、正極層の正極層の面内方向におけるガス流路の配置と負極層の負極層の面内方向におけるガス流路の配置とが重なったものとしたため、優れた充放電容量と充放電効率を有しているとも考えられる。
 以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
 例えば、上述した実施形態においては、双極型リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、本発明が適用可能な電池の種類は特に限定されるものではなく、発電要素において単電池層が並列接続されてなる形式のいわゆる並列積層型リチウムイオン二次電池などの従来公知の任意の非水電解質二次電池、さらには従来公知の任意の水系電解質二次電池に適用可能である。
 10 リチウムイオン二次電池
 11 集電体
 11a,11b 最外層集電体
 13 正極層
 13a 外周端
 131 ガス流路
 15 負極層
 151 ガス流路
 17 電解質層
 19 単電池層
 21 電池要素
 23 双極型電極
 25 正極集電板
 27 負極集電板
 29 シール部
 31 外装体

Claims (13)

  1.  集電体と、該集電体の表面に配置された電極層と、を備え、
     上記電極層が、該電極層の表面及び/又は内部に配設されたガス流路を有し、該ガス流路は該電極層の面内方向に延伸しており、
     上記電極層が、電極活物質とイオン伝導液とを含有する電極層形成材料からなる
    二次電池用電極であって、
     上記電極層が、非結着体である
    ことを特徴とする二次電池用電極。
  2.  上記電極層形成材料の粘度が、2.8Pa・s以上7.7Pa・s以下であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用電極。
  3.  上記ガス流路が、溝形状又は管形状を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池用電極。
  4.  上記電極層の厚みに対する上記電極層の面内方向における上記ガス流路の寸法の比が、0.32以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極。
  5.  上記ガス流路が、上記電極層の外周端まで連通していることを特徴とする請求項1~4のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極。
  6.  上記電極層の厚み方向における上記ガス流路の寸法及び/又は上記電極層の面内方向における上記ガス流路の寸法が、2μm以上であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極。
  7.  上記電極層が、上記ガス流路を複数有し、
     隣り合う上記ガス流路の間隔が、30mm以下である
    ことを特徴とする請求項1~6のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極。
  8.  双極型電極であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極。
  9.  上記電極層形成材料が、樹脂を含有し、
     上記電極層形成材料における上記樹脂の含有量が、1質量%以下である
    ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極。
  10.  電解質層、該電解質層の一方の面側に配置された二次電池用正極、及び該電解質層の他方の面側に配置された二次電池用負極を備える発電要素と、該発電要素を収納する外装体と、を具備する二次電池であって、
     上記二次電池用正極及び上記二次電池用負極のうちの少なくとも一方の二次電池用電極が、請求項1~9のいずれか1つの項に記載の二次電池用電極である
    ことを特徴とする二次電池。
  11.  上記二次電池用電極の電極層の厚み方向にかかる面圧が、68.6kPa以上であることを特徴とする請求項10に記載の二次電池。
  12.  上記二次電池用正極が、上記二次電池用電極であり、
     上記二次電池用正極の正極層の厚みが、140μm以上であり、
     上記正極層の充電容量に対する上記二次電池用負極の負極層の充電容量の比が1.05以上である
    ことを特徴とする請求項10又は11に記載の二次電池。
  13.  上記二次電池用正極及び上記二次電池用負極が、上記二次電池用電極であり、
     上記二次電池用正極の正極層の面内方向における上記ガス流路の配置と上記二次電池用負極の負極層の面内方向における上記ガス流路の配置とが重なっている
    ことを特徴とする請求項10~12のいずれか1つの項に記載の二次電池。
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