(57)【要約】【課題】優れたサイクル特性、及び良好な充放電初期効率を示す負極電極を提供する。【解決手段】集電体と、該集電体上に形成されてなる負極活物質層とを含むリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極活物質層が人造黒鉛と天然黒鉛とを含み、前記人造黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）が６．５〜１５μｍであり、前記天然黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）が５〜１８μｍであり、前記人造黒鉛と天然黒鉛との質量比（人造黒鉛／天然黒鉛）が１０／９０〜４０／６０である、リチウムイオン二次電池用負極である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体と、該集電体上に形成されてなる負極活物質層とを含むリチウムイオン二次電池用負極であって、
前記負極活物質層が人造黒鉛と天然黒鉛とを含み、
前記人造黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）が６．５〜１５μｍであり、
前記天然黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）が５〜１８μｍであり、
前記人造黒鉛と天然黒鉛との質量比（人造黒鉛／天然黒鉛）が１０／９０〜４０／６０である、リチウムイオン二次電池用負極。
【請求項２】
前記人造黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）が０．２〜１である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
【請求項３】
前記天然黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）が０．０５〜０．８である請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
【請求項４】
電極密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用負極を含むリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、金属箔の表面に電極活物質層を形成した正極及び負極と、両電極の間に配置されるセパレータを備えるものが一般的である。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いことから、電力貯蔵用の大型定置用電源、電気自動車用等の電源として利用されている。そしてリチウムイオン二次電池は例えば、サイクル特性、充放電効率（特に充放電初期効率）、及びエネルギー密度等が優れていることが重要となる。
【０００３】
例えば特許文献１は、リチウムイオン電池の負極に着目し、人造黒鉛からなる黒鉛（Ａ）と、天然黒鉛を球塊状に加工してなる黒鉛（Ｂ）とを含む混合黒鉛材を含有するリチウムイオン二次電池用負極を開示している。当該負極によれば、高い出力と優れたサイクル特性とを維持したまま、高エネルギー密度等に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１５４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように人造黒鉛と天然黒鉛を単に混合しただけでは、それぞれの特性を十分に生かしきれないことが懸念される。すなわち、人造黒鉛及び天然黒鉛は、それぞれ構造上の違いや得られる特性が相違するため、この点について考慮されていない特許文献１では、サイクル特性とともに充放電初期効率をも良好にできるかは不明である。
【０００６】
以上から本発明は、優れたサイクル特性、及び良好な充放電初期効率を示す負極電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意検討の結果、負極における負極活物質層に特定の人造黒鉛と天然黒鉛とを所定比率で含有させることによって、上記課題が解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。すなわち本発明は、下記のとおりである。
【０００８】
［１］  集電体と、該集電体上に形成されてなる負極活物質層とを含むリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極活物質層が人造黒鉛と天然黒鉛とを含み、前記人造黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）が６．５〜１５μｍであり、前記天然黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）が５〜１８μｍであり、前記人造黒鉛と天然黒鉛との質量比（人造黒鉛／天然黒鉛）が１０／９０〜４０／６０である、リチウムイオン二次電池用負極。
［２］  前記人造黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）が０．２〜１である［１］に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
［３］  前記天然黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）が０．０５〜０．８である［１］又は［２］に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
［４］  電極密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上である［１］〜［３］のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。
［５］  ［１］〜［４］のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極を含むリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、優れたサイクル特性、及び良好な充放電初期効率を示す負極電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のリチウムイオン二次電池用負極の一実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜リチウムイオン二次電池用負極＞
以下、本発明のリチウムイオン二次電池用負極について詳細に説明する。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池用負極１０は、集電体１３と、該集電体上に形成されてなる負極活物質層１１とを含む。なお、負極活物質層１１は、集電体１３の両表面に積層されてもよい。
【００１２】
ここで、負極活物質層１１は負極活物質として、人造黒鉛と天然黒鉛とを含む。当該人造黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）は６．５〜１５μｍであり、当該天然黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）は５〜１８μｍである。また、人造黒鉛と天然黒鉛との質量比（人造黒鉛／天然黒鉛）は１０／９０〜４０／６０となっている。
【００１３】
人造黒鉛及び天然黒鉛を負極活物質層に含有させる場合、負極活物質層の形成の段階で行うプレス処理により、これらに亀裂が入って割れることがある。例えば、人造黒鉛が割れてしまうと、人造黒鉛の基本的な物性（特にサイクル特性）が十分に発揮されない。天然黒鉛が割れてしまうと活性表面積が増大し電解液との反応により副反応が進行して電極特性（特に充放電初期効率）を低下させてしまう。
そこで本発明では、通常のプレス圧では割れない、あるいは割れにくい人造黒鉛及び天然黒鉛のメジアン径を見出した。また、天然黒鉛は人造黒鉛よりもその構造上潰れやすいことに着目し、プレス処理により天然黒鉛が割れない程度にこれを優先的に潰すことで、人造黒鉛の形状を維持できる人造黒鉛と天然黒鉛との質量比を見出した。そして、これらメジアン径及び質量比を上記の特定の範囲に調整することで、優れたサイクル特性及び充放電初期効率を示すリチウムイオン二次電池用負極を完成させた。
【００１４】
人造黒鉛（複数種使用する場合は全体）のメジアン径（Ｄ５０）が６．５μｍ未満であると、比表面積増加による副反応が増加し、初期充放電特性が低下してしまう。Ｄ５０が１５μｍを超えるとプレス時の活物質の破壊が発生し初期特性が低下してしまう。人造黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）は７μｍ以上であることが好ましく、また、１２μｍ以下であることが好ましい。
なお、メジアン径（Ｄ５０）はレーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布において、体積積算が５０％での粒径である。
【００１５】
天然黒鉛（複数種使用する場合は全体）のメジアン径（Ｄ５０）が５μｍ未満であると、比表面積増加による副反応が増加し、初期充放電特性が低下してしまう。Ｄ５０が１８μｍを超えると、パッキング性の悪化により密度が低下してしまう。天然黒鉛のメジアン径（Ｄ５０）は７μｍ以上であることが好ましく、また、１５μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、人造黒鉛と天然黒鉛との質量比（人造黒鉛／天然黒鉛）は１０／９０〜４０／６０である。当該質量比が１０／９０未満であると、人造黒鉛の基本物性が十分に発揮されない。４０／６０を超えるとプレス時の活物質の破壊が発生し初期特性が低下してしまう。当該質量比は、１５／８５〜４０／６０であることが好ましい。
以下、リチウムイオン二次電池用負極の構成を詳細に説明する。
【００１７】
［負極活物質層］
負極活物質層は負極活物質として、特定の人造黒鉛と天然黒鉛とを含み、導電助剤及び負極用バインダーをさらに含んでもよい。
【００１８】
（負極活物質）
負極活物質である人造黒鉛としては、例えば、原料としてコールタール・ピッチを用いて作製したメソフェーズ焼成炭素（バルクメソフェーズ）、コークス類（生コークス、グリーンコークス、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等）等を黒鉛化したもの、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール、ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂等の有機物を焼成し、２５００℃〜３２００℃の温度で黒鉛化したもの等が挙げられる。好ましい人造黒鉛は、メソフェーズ焼成炭素及びコークス類等を黒鉛化したものである。
人造黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）は０．２〜１であることが好ましい。アスペクト比が０．２〜１であることで、膨張収縮による破損抑制効果が得られやすくなる。
【００１９】
なお、本明細書における負極活物質のアスペクト比は、例えば、以下のようにして測定することができる。マイカ劈開面上に負極活物質である人造黒鉛若しくは天然黒鉛の分散液を少量滴下して乾燥させ、その表面をＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）を利用して長辺を測定し、３０個以上の負極活物質の平均値を計算することによって負極活物質の長辺の平均値を得ることができる。また、３０個の負極活物質に対して、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：透過電子顕微鏡）を利用して短辺を測定し、これらの平均値を計算して、負極活物質の短辺の平均値を得ることができる。そして、負極活物質の短辺の平均値を負極活物質の長辺の平均値で割り算して、負極活物質である人造黒鉛若しくは天然黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）を算出することができる。
【００２０】
人造黒鉛の比表面積は、サイクル特性を向上させる観点から、好ましくは０．５〜４ｍ２／ｇであり、より好ましくは０．８〜３ｍ２／ｇある。
【００２１】
負極活物質である天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛等が挙げられるが、これらの天然黒鉛の中で、土壌黒鉛は一般に粒径が小さい上、純度が低い。これに対して、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は、黒鉛化度が高く不純物量が低い等の長所があるため、本発明において好ましく使用することができる。
【００２２】
上記の天然黒鉛は、球状化されていることが好ましい。すなわち、好ましい天然黒鉛は球状化黒鉛である。黒鉛粒子は一般的に平板状であるがために比表面積が高く、高充填化が難しいほか、リチウムイオンの吸脱着がエッジ面でしか起きないことが課題であった。このため、比表面積の低減と、等方的な結晶構造を取らせることを目的に球状化処理が行われる。この球状化処理を行うことにより、黒鉛粒子の形状を制御することもできる。球状化黒鉛のアスペクト比は０．７〜１であることが好ましい。
【００２３】
球状化処理は、機械的な処理であっても、ピッチ等を使用して造粒を行う方法であってもよい。
天然黒鉛を複数集合させて黒鉛造粒物を形成する方法としては、例えば、黒鉛原料のバインダー共存下で複数の鱗片状黒鉛を混合する方法、複数の鱗片状黒鉛に機械的外力を付与する方法、及び、上述の２つの方法を併用する方法がある。好ましい方法は、バインダー成分を用いずに機械的外力を付与して造粒する方法である。機械的外力を付与するための装置には、例えば、カウンタジェットミルＡＦＧ（登録商標、ホソカワミクロン株式会社製）、カレントジェット（登録商標、日清エンジニアリング株式会社製）、ＡＣＭパルベライザ（登録商標、ホソカワミクロン株式会社製）等の粉砕機、ハイブリダイゼーションシステム（登録商標、株式会社奈良機械製作所製）、メカノハイブリッド（登録商標、日本コークス工業株式会社製）等が挙げられる。
天然黒鉛のアスペクト比（短辺／長辺）は０．０５〜０．８であることが好ましい。
なお、天然黒鉛は負極活物質層を形成する際のプレス処理により変形することがあるが、その場合も、当該アスペクト比は上記範囲であることが好ましい。
【００２４】
天然黒鉛の比表面積は、初期充放電効率を向上させる観点から、好ましくは３〜７ｍ２／ｇであり、より好ましくは４〜６ｍ２／ｇある。
【００２５】
負極活物質中、天然黒鉛及び人造黒鉛の合計は、これら負極活物質の機能を効率的に発揮させる観点から、８５質量％以上であることが好ましい。
【００２６】
天然黒鉛及び人造黒鉛といった負極活物質の嵩密度は、初期充放電効率の向上の観点から、０．３３〜０．８５ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、０．３５〜０．７５ｇ／ｃｍ３であることがより好ましく、０．４０〜０．７０ｇ／ｃｍ３であることがさらに好ましい。また、負極活物質の嵩密度がこのような範囲であると、パッキングの低下による電極密度低下を抑制することができる。
【００２７】
（導電助剤）
負極活物質層は、導電助剤を含有してもよい。導電助剤は、リチウムイオン二次電池の入力特性や出力特性の観点から、アスペクト比（直径／長さ）が０．０３〜０．７５であるものが好ましく、０．０５〜０．５５であるものがより好ましい。
【００２８】
リチウムイオン二次電池の入力特性及び容量特性の観点から、導電助剤の平均長さは、好ましくは５．５〜１６６６６ｎｍであり、より好ましくは９〜１００００ｎｍであり、導電助剤の平均直径は、好ましくは３〜５００ｎｍであり、より好ましくは５〜３００ｎｍである。
【００２９】
導電助剤のアスペクト比（直径／長さ）は例えば、以下のようにして測定することができる。マイカ劈開面上に導電助剤の分散液を少量滴下して乾燥させ、その表面をＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）を利用して長さを測定し、３０個以上の導電助剤の平均値を計算することによって導電助剤の長さの平均値を得ることができる。また、３０個の導電助剤に対して、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：透過電子顕微鏡）を利用して直径を測定し、これらの平均値を計算して、導電助剤の直径の平均値を得ることができる。そして、導電助剤の直径の平均値を導電助剤の長さの平均値で割り算して、導電助剤のアスペクト比（直径／長さ）の平均値を算出することができる。
【００３０】
導電助剤には、上記負極活物質よりも導電性が高い材料が使用され、具体的には、棒状カーボン、カーボンナノファイーバー、カーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられるが、導電性が高く、繊維径が細く、アスペクト比が大きいという理由から、気相成長法で製造される炭素繊維、いわゆる気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）が好ましい。
【００３１】
負極活物質層において、導電助剤が含有される場合、その含有量は、負極活物質層全量基準で、０．１〜３０質量％であることが好ましく、０．５〜２５質量％であることがより好ましい。
負極活物質層中の電気の流れを均一化して入力特性を改善するという観点から、導電助剤の比表面積は、好ましくは１０〜５００ｍ２／ｇである。なお、導電助剤が複数種ある場合は、これらを含めた全体で、比表面積が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００３２】
（負極用バインダー）
負極活物質層に含有される負極用バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素含有樹脂、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）等のアクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリ（メタ）アクリル酸、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース、及びポリビニルアルコール等が挙げられる。これらバインダーは、１種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。また、カルボキシメチルセルロース等は、ナトリウム塩等の塩の態様にて使用されていてもよい。
上記例示の中でも、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの塩との組み合わせが好ましい。この場合、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの塩との質量比率（スチレンブタジエンゴム／カルボキシメチルセルロースの塩）は、３０／７０〜７０／３０であることが好ましく、４０／６０〜６０／４０であることがより好ましい。
【００３３】
負極活物質層における負極用バインダーの含有量は、負極活物質層全量基準で、１．０〜４０質量％であることが好ましく、１．５〜２５質量％がより好ましい。
【００３４】
負極活物質層の厚みは、特に限定されないが、１０〜２００μｍであることが好ましく、５０〜１５０μｍであることがより好ましく、７０〜１１０μｍであることがさらに好ましい。
【００３５】
負極活物質層の電極密度は１．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１．６〜２．０であることがより好ましい。
負極活物質層の電極密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上であると、良好な容量を維持できて、エネルギー密度を向上させることができる。また、人造黒鉛はサイクル特性に優れているが圧密性が良くない。したがって、電極密度を高くするためにプレス圧を大きくすると、人造黒鉛が割れて特性が低下しやすくなる。しかし、本発明においては、人造黒鉛と天然黒鉛との質量比（人造黒鉛／天然黒鉛）を１０／９０〜４０／６０として、天然黒鉛を多く含有させているため、天然黒鉛が優先的に潰れて（変形して）、プレス時の人造黒鉛の破壊が抑制され副反応が大きく抑制される。
負極活物質層の電極密度は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
【００３６】
負極活物質層の電極密度を上記の範囲とするには、例えば、負極活物質層を形成する際のプレス圧を４００〜９００Ｎ／ｍの範囲、好ましくは４００〜７５０Ｎ／ｍの範囲で調整すればよい。
【００３７】
［負極集電体］
負極集電体を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属が挙げられ、これらの中ではアルミニウム又は銅が好ましく、銅がより好ましい。負極集電体は、一般的に金属箔からなり、その厚さは、特に限定されないが、１〜５０μｍが好ましい。
【００３８】
［負極の製造方法］
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質、負極用バインダー、及び必要に応じて配合される導電助剤、溶媒を含有する負極活物質層用組成物を、負極集電体上に塗布し乾燥した後、加圧プレスすることにより製造することができる。
【００３９】
負極活物質層用組成物における溶媒としては、水、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−エチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルホルムアミド等を使用する。負極活物質層用組成物の固形分濃度は、好ましくは５〜７５質量％、より好ましくは２０〜６５質量％である。
【００４０】
加圧プレスは、ロールプレス等により行えばよい。所望の負極活性層の電極密度を得る観点から、既述のとおり、プレス圧（線圧）は４００〜１２００Ｎ／ｍの範囲、好ましくは５００〜１０００Ｎ／ｍの範囲、より好ましくは５５０〜９００Ｎ／ｍの範囲で調整する。
【００４１】
＜リチウムイオン二次電池＞
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用負極を含み、具体的には、正極と、正極と対向するように配置される上記負極と、正極と負極との間に配置されるセパレータとを備えている。
【００４２】
（正極）
本発明のリチウムイオン二次電池における正極は、正極活物質層を有し、好ましくは正極集電体と、正極集電体上に積層された正極活物質層とを有する。
【００４３】
正極活物質層に使用される正極活物質としては、金属酸リチウム化合物が挙げられる。金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等が例示できる。また、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等であってもよい。さらに、リチウム以外の金属を複数使用したものでもよく、三元系と呼ばれるＮＣＭ（ニッケルコバルトマンガン）系酸化物、ＮＣＡ（ニッケルコバルトアルミニウム系）系酸化物等を使用してもよい。これら中では、ＮＣＡが好ましい。
正極活物質層における正極活物質の含有量は、正極活物質層全量基準で、５０〜９８．５質量％が好ましく、７０〜９８質量％がより好ましく、８５〜９６質量％がさらに好ましい。
【００４４】
正極活物質は、粒子状であることが好ましい。正極活物質は、特に限定されないが、そのメジアン径が０．５〜５０μｍであることが好ましく、１〜３０μｍであることがより好ましい。
【００４５】
（正極活物質用バインダー）
正極活物質層は、正極活物質及び導電助剤が正極用バインダーによって結着されて構成される。正極用バインダーの具体例としては、負極活物質層に含有される負極用バインダーで挙げられたものと同様である。
【００４６】
正極活物質層における正極用バインダーの含有量は、正極活物質層全量基準で、１〜４０質量％であることが好ましく、２〜２０質量％がより好ましく、３〜１０質量％がさらに好ましく、３〜７質量％が特に好ましい。
【００４７】
正極活物質層の厚みは特に限定されないが、１０〜２００μｍであることが好ましく、５０〜１５０μｍであることがより好ましい。
【００４８】
正極集電体を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属が挙げられ、好ましくはアルミニウム又は銅、より好ましくはアルミニウムが使用される。正極集電体は、一般的に金属箔からなり、その厚さは、特に限定されないが、１〜５０μｍが好ましい。
【００４９】
正極は、正極活物質、正極用バインダー、及び必要に応じて配合される導電助剤、溶媒を含有する正極活物質層用組成物を、正極集電体上に塗布し乾燥した後、加圧プレスすることにより製造することができる。加圧プレスは、ロールプレス等公知の方法によって行うことができる。加圧する際の圧力（線圧）は、好ましくは１００〜５００ｋＮ／ｍである。
【００５０】
（セパレータ）
本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、負極と正極との間に配置されるセパレータを備える。セパレータにより、正極及び負極の間の短絡が効果的に防止される。また、セパレータは、後述する電解質を保持してもよい。
セパレータとしては、多孔性の高分子膜、不織布、ガラスファイバー等が挙げられ、これらの中では多孔性の高分子膜が好ましい。多孔性の高分子膜としては、エチレン系多孔質フィルム等のオレフィン系多孔質フィルムが例示される。
【００５１】
（絶縁層）
本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質層上又は正極活物質層上に絶縁層を備えるものであってもよい。絶縁層により正極及び負極の間の短絡が効果的に防止される。絶縁層は、好ましくは、絶縁性微粒子と絶縁層用バインダーとを含み、絶縁性微粒子が絶縁層用バインダーによって結着されて構成された多孔質構造を有する層である。
【００５２】
絶縁性微粒子は、絶縁性であれば特に限定されず、有機粒子、無機粒子の何れであってもよい。具体的な有機粒子としては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋スチレン−アクリル酸共重合体、架橋アクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸リチウム）、ポリアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の有機化合物から構成される粒子が挙げられる。無機粒子としては二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ベーマイト、チタニア、ジルコニア、窒化ホウ素、酸化亜鉛、二酸化スズ、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、フッ化カリウム、フッ化リチウム、クレイ、ゼオライト、炭酸カルシウム等の無機化合物から構成される粒子が挙げられる。また、無機粒子は、ニオブ−タンタル複合酸化物、マグネシウム−タンタル複合酸化物等の公知の複合酸化物から構成される粒子であってもよい。絶縁性微粒子は１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。
絶縁性微粒子のメジアン径は、絶縁層の厚さよりも小さければ特に限定されず、例えば０．００１〜１μｍ、好ましくは０．０５〜０．８μｍ、より好ましくは０．１〜０．６μｍである。
絶縁層に含有される絶縁性微粒子の含有量は、絶縁層全量基準で、好ましくは１５〜９５質量％、より好ましくは４０〜９０質量％、更に好ましくは６０〜８５質量％である。絶縁性微粒子の含有量が上記範囲内であると、絶縁層は、均一な多孔質構造が形成でき、かつ適切な絶縁性が付与される。
【００５３】
絶縁層用バインダーとしては、上記した負極用バインダーと同種のものが使用できる。絶縁層における絶縁層用バインダーの含有量は、絶縁層全量基準で、５〜５０質量％であることが好ましく、１０〜４５質量％がより好ましく、１５〜４０質量％が更に好ましい。
絶縁層の厚さは、１〜１０μｍが好ましく、２〜８μｍがより好ましく、３〜７μｍが更に好ましい。
【００５４】
（電解質）
本発明のリチウムイオン二次電池は、電解質を備える。電解質は特に限定されず、リチウムイオン二次電池で使用される公知の電解質を使用すればよい。電解質としては例えば電解液を使用する。
【００５５】
電解液としては、有機溶媒と、電解質塩を含む電解液が例示できる。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、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトロヒドラフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテート等の極性溶媒、又はこれら溶媒の２種類以上の混合物が挙げられる。
電解質塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＰＦ６ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ３ＣＦ３）２、Ｌｉ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２及びＬｉＮ（ＣＯＣＦ２ＣＦ３）２、リチウムビスオキサレートボラート（ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２等のリチウムを含む塩が挙げられる。また、有機酸リチウム塩−三フッ化ホウ素錯体、ＬｉＢＨ４等の錯体水素化物等の錯体が挙げられる。これらの塩又は錯体は、１種単独で使用してもよいが、２種以上の混合物であってもよい。
【００５６】
また、電解質は、上記電解液に更に高分子化合物を含むゲル状電解質であってもよい。高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー、ポリ（メタ）アクリル酸メチル等のポリアクリル系ポリマーが挙げられる。なお、ゲル状電解質は、セパレータとして使用されてもよい。
【００５７】
電解質は、負極及び正極間に配置されればよく、例えば、電解質は、上記した負極、正極、及びセパレータが内部に収納されたバッテリーセル内に充填される。また、電解質は、例えば、負極又は正極上に塗布されて負極及び正極間に配置されてもよい。
【００５８】
リチウムイオン二次電池は、負極、正極がそれぞれ複数積層された多層構造であってもよい。この場合、負極及び正極は、積層方向に沿って交互に設けられればよい。また、セパレータは各負極と各正極の間に配置されればよく、絶縁層を設ける場合は、負極−セパレータ間又は正極−セパレータ間に設ければよい。
【実施例】
【００５９】
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６０】
［測定及び評価］
得られたリチウムイオン二次電池用負極等は、以下の方法により測定、評価した。結果を下記表１に示す。
【００６１】
（プレス後の人造黒鉛及び天然黒鉛のアスペクト比）
後述の電極密度測定後の負極活物質層から、人造黒鉛及び天然黒鉛をそれぞれ３０個取り出し、既述の方法でアスペクト比を求めた。
【００６２】
（負極活物質の電極密度）
各実施例で作製した負極電極における負極活物質層の電極密度は、以下のように測定した。負極活物質層を形成する前の集電体の質量を測定した（Ｗ１）。次に、集電体に負極活物質層を形成することによって作製した負極の質量を測定した（Ｗ２）。そして、負極活物質層の面積（Ｓ）及び厚さ（ｄ）を測定した。そして、以下の式より電極密度を算出した。
電極密度（ｇ／ｃｍ３）＝（Ｗ２−Ｗ１）／（Ｓ×ｄ）
なお、負極活物質層の面積（Ｓ）は、集電体上の負極活物質層の投影面積とした。
【００６３】
（充放電初期効率）
各実施例及び比較例で作製した試験用コインセルを用い、初回の充放電において、０．２５ｍＡの定電流で０Ｖまで充電を行い、次いで０Ｖ（Ｖ  ｖｓ  Ｌｉ／Ｌｉ＋）の定電圧で０．０５ｍＡになるまで充電した。その後、０．２５ｍＡの定電流で１．５Ｖ（Ｖ  ｖｓ  Ｌｉ／Ｌｉ＋）まで放電した。その際の充放電初期効率を下記の式で計算した
（充放電初期効率（％））＝（放電容量（ｍＡｈ））／（充電容量（ｍＡｈ））
【００６４】
充放電初期効率評価結果（％）
Ａ：９０％以上
Ｂ：８８％以上９０％未満
Ｃ：８５％以上８８％未満
Ｄ：８５％未満
なお、Ａ及びＢが合格である。
【００６５】
（サイクル特性）
実施例、比較例で作製したセルを、以下の条件で充放電を繰り返した。
充電：８Ａ、４．２Ｖの定電流の後、０．８Ａの電流値となるまで定電圧充電
放電：８Ａの定電流、３．０Ｖの終止条件で放電
繰り返し数：３０００回
３０００回の充放電の後の放電容量を１回目の放電容量の値で除した割合を容量維持率とし、以下のように評価した。
Ａ：８０％≦容量維持率
Ｂ：７０％≦容量維持率＜８０％
Ｃ：６０％≦容量維持率＜７０％
Ｄ：容量維持率＜６０％
【００６６】
［使用した材料］
（１）負極活物質
人造黒鉛及び天然黒鉛を使用した。これらのＤ５０、アスペクト比は表１に示すとおりである。
【００６７】
（２）導電助剤
導電助剤Ａ・・・アスペクト比：５０、比表面積：２０ｍ２／ｇ
【００６８】
［実施例１］
（負極の作製）
負極活物質としての人造黒鉛及び天然黒鉛と、負極用バインダーとしてのスチレンブタジエンゴム１．５質量部及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のナトリウム塩１質量部と、溶媒としての水とを混合し、固形分５５質量％に調整した負極活物質層用組成物を得た。この負極活物質層用組成物を、負極集電体としての厚さ１０μｍの銅箔の両面に塗布して１００℃で乾燥した。その後、両面に負極活物質層用組成物を塗布した負極集電体を、線圧６００Ｎ／ｍでローラにより加圧プレスし負極とした。負極活物質層の密度は１．６ｇ／ｃｍ３であった。作製した負極電極を打ち抜き、セル作製に使用した。なお、負極の寸法はφ１６ｍｍであり、該寸法のうち、負極活物質層が塗布された寸法はφ１６ｍｍであった。また、両面に形成された負極活物質層の厚さは、片面あたり８０μｍであった。
【００６９】
（電解液の調製）
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を３：７の体積比（ＥＣ：ＤＥＣ）で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ６を１モル／リットルとなるように溶解して、電解液を調製した。
【００７０】
（リチウムイオン二次電池（試験用コインセル）の製造）
作製した負極と、対極としてφ１６ｍｍに打ち抜いたリチウム金属箔、セパレータとして厚さ２５μｍの多孔質ＰＰ膜、電解液を用い、試験用コインセル（ＣＲ２０３２型）を作製した。
【００７１】
［実施例２〜８、比較例１〜４］
下記表１に記載の配合とした以外は実施例１と同様にして負極を作製した。
その後、実施例１と同様にして試験用コインセルを作製し、各種評価を行った。結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
2020113425.tif 000003
【００７３】
実施例１〜８では、リチウムイオン二次電池の充放電初期効率が比較例に比べて優れており、サイクル特性も良好であった。
【符号の説明】
【００７４】
１０  リチウムイオン二次電池用電極
１１  電極活物質層
１３  電極集電体
【図１】
2020113425.tif 000004