(57)【要約】【課題】出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】正極集電体の表面に正極活物質を含む非結着体である正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体である負極活物質層が形成されてなる負極と、セパレータにリチウム塩を含む電解液が含浸されてなる電解質層と、を含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、正極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｘ(ｍｏｌ／ｍ２)と、負極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｙ(ｍｏｌ／ｍ２)とが、下記式（１）を満たす、リチウムイオン二次電池である。2020057473.tif 000012【選択図】図３
2020057473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の表面に正極活物質を含む非結着体である正極活物質層が形成されてなる正極と、
負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体である負極活物質層が形成されてなる負極と、
セパレータにリチウム塩を含む電解液が含浸されてなる電解質層と、
を含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、
正極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｘ（ｍｏｌ／ｍ２）と、負極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｙ（ｍｏｌ／ｍ２）とが、下記式（１）を満たす、リチウムイオン二次電池。
【数１】
2020057473.tif 000009
【請求項２】
下記式（２）をさらに満たす、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【数２】
2020057473.tif 000010
【請求項３】
下記式（３）をさらに満たす、請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【数３】
2020057473.tif 000011
【請求項４】
前記電解液中のリチウム塩濃度は、１〜６．５ｍｏｌ／Ｌ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。
【請求項５】
前記正極活物質は、層状結晶構造を有するリチウム−遷移金属複合酸化物を含む、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。
【請求項６】
前記負極活物質は、炭素材料を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力が期待できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池については、高容量化など、電池特性のさらなる向上を求めて種々の検討が行われている。また一方で、急速充電、急速放電に対応できることも必要とされている。
【０００４】
電池の高容量化を図りつつ、大電流での充放電負荷特性を向上させるための技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、正極活物質層および負極活物質の空孔率、セパレータの透気度、電解液の伝導度に対する電解液を構成する非水溶媒の動粘度を適切に制御する方法が記載されている。このようにすることで、優れた充放電特性を有するリチウムイオン二次電池が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４１１６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、上記特許文献１に記載の技術を用いた場合であっても、出力特性が十分ではない場合があることが判明した。
【０００７】
したがって本発明は、出力特性に優れたリチウムイオン二次電池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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、電極活物質層にバインダを用いないリチウムイオン二次電池において、正極活物質層の空孔におけるリチウムイオン濃度および負極活物質層の空孔におけるリチウムイオン濃度を同時に調節することによって、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、正極集電体の表面に正極活物質を含む非結着体である正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体である負極活物質層が形成されてなる負極と、セパレータにリチウム塩を含む電解液が含浸されてなる電解質層と、を含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、正極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｘ(ｍｏｌ／ｍ２)と、負極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｙ(ｍｏｌ／ｍ２)とが、下記式（１）を満たす、リチウムイオン二次電池を提供する。
【００１０】
【数１】
2020057473.tif 000003
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、充電時および放電時における電極活物質層内のリチウムイオン濃度分布が最適化される。その結果、放電時における正極活物質層のリチウムイオンの供給、充電時における負極活物質層のリチウムイオンの供給の過不足が生じにくくなり、ハイレート時の出力特性が改善されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。
【図２】負極活物質としてハードカーボン、正極活物質としてＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１5Ａｌ０．０５Ｏ２を用いたリチウムイオン二次電池において、電極空孔率と必要なリチウム塩濃度との関係を示す図である。
【図３】本発明の正極空孔Ｌｉ密度ｘと負極空孔Ｌｉ密度ｙを示す図である。
【図４】二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一形態は、正極集電体の表面に正極活物質を含む非結着体である正極活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体である負極活物質層が形成されてなる負極と、セパレータにリチウム塩を含む電解液が含浸されてなる電解質層と、を含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、正極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｘ(ｍｏｌ／ｍ２)と、負極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積（ｍ３）と電解液のリチウム塩濃度（ｍｏｌ／ｍ３）との積ｙ(ｍｏｌ／ｍ２)とが、下記式を満たす、リチウムイオン二次電池である。
【００１４】
【数２】
2020057473.tif 000004
【００１５】
当該構成とすることで、充電時および放電時における電極活物質層内のリチウムイオン濃度分布が最適化されるため、電池の出力特性が改善されうる。
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。以下では、リチウムイオン二次電池の一形態である、双極型リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明を説明する。なお、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、本明細書では、双極型リチウムイオン二次電池を単に「双極型二次電池」とも称し、双極型リチウムイオン二次電池用電極を単に「双極型電極」と称することがある。本明細書において、範囲を示す「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温（２０〜２５℃）／相対湿度４０〜５０％の条件で行う。
【００１７】
＜双極型二次電池＞
図１は、本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。図１に示す双極型二次電池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、電池外装体であるラミネートフィルム２９の内部に封止された構造を有する。
【００１８】
図１に示すように、本形態の双極型二次電池１０の発電要素２１は、集電体１１の一方の面に電気的に結合した正極活物質層１３が形成され、集電体１１の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層１５が形成された複数の双極型電極２３を有する。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に電解液が含浸されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極２３の正極活物質層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の負極活物質層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および電解質層１７が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極２３の正極活物質層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の負極活物質層１５との間に電解質層１７が挟まれて配置されている。ただし、本発明の技術的範囲は図１に示すような双極型二次電池に限定されず、例えば国際公開第２０１６／０３１６８８号に開示されているような複数の単電池層が電気的に直列に積層されてなる結果として同様の直列接続構造を有する電池であってもよい。
【００１９】
なお、図示はしないが、図１の双極型二次電池１０において、正極活物質層１３または負極活物質層１５は、導電部材として導電性繊維である炭素繊維を含んでいてもよい。正極活物質層１３または負極活物質層１５が炭素繊維を含むことで、正極活物質層１３または負極活物質層１５の電解質層１７側に接触する第１主面から集電体１１側に接触する第２主面までを電気的に接続する導電通路を形成することができ、さらに当該導電通路と正極活物質または負極活物質とを電気的に接続することができる。また、負極活物質層１５および正極活物質層１３は、一般的な非水電解質二次電池の活物質層に含まれるバインダを含まない（すなわち、「非結着体」である）。
【００２０】
隣接する正極活物質層１３、電解質層１７、および負極活物質層１５は、一つの単電池層１９を構成する。したがって、双極型二次電池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（絶縁層）３１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どうしが接触したり、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のを防止している。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、片面のみに正極活物質層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、片面のみに負極活物質層１５が形成されている。
【００２１】
さらに、図１に示す双極型二次電池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（正極タブ）２５が配置され、これが延長されて電池外装体であるラミネートフィルム２９から導出している。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（負極タブ）２７が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム２９から導出している。
【００２２】
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を電池外装体であるラミネートフィルム２９に減圧封入し、正極集電板２５および負極集電板２７をラミネートフィルム２９の外部に取り出した構造とするのがよい。なお、ここでは、双極型二次電池を例に挙げて説明したが、本発明が適用可能なリチウムイオン二次電池の種類は特に制限されない。例えば、本発明は、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電池などの従来公知の任意のリチウムイオン二次電池にも適用可能である。
【００２３】
以下、上述した双極型二次電池の主な構成要素について説明する。
【００２４】
［集電体］
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質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に特に制限はないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
【００２５】
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、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。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。または、カーボン被覆アルミニウム箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位等の観点から、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。
【００２６】
導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料また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、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。か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、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。
【００２７】
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）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。
【００２８】
上記の導電性高分子材料また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が添加されうる。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。
【００２９】
導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属またはこれらの金属を含む合金もしく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、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン（登録商標）、ブラックパール（登録商標）、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むものである。
【００３０】
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制限はなく、一般的には、集電体の全質量１００質量％に対して５〜８０質量％程度である。
【００３１】
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、あるいは、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構わない。集電体の軽量化の観点から、導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含んでいてもよい。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、集電体の一部に金属層を設けてもよい。
【００３２】
［電極活物質層（正極活物質層、負極活物質層）］
電極活物質層（正極活物質層、負極活物質層）は、電極活物質（正極活物質、負極活物質）を含む。必要に応じて、導電助剤を含む。
【００３３】
本発明において、電極活物質（正極活物質層、負極活物質層）は、被覆用樹脂および必要に応じて導電助剤を含む被覆剤により被覆されている形態であってもよい。被覆剤により被覆された状態の電極活物質粒子は、電極活物質からなるコア部の表面に被覆用樹脂および必要に応じて導電助剤を含む被覆剤からなるシェル部が形成された、コア−シェル構造を有していてもよい。このような形態において、被覆剤に含まれる導電助剤は、被覆剤中で電子伝導パスを形成し、電極活物質層の電子移動抵抗を低減することで、電池の高レートでの出力特性向上に寄与しうる。当該形態は、例えば国際公開第２０１６／１０４６７９号に開示されている。
【００３４】
（正極活物質）
正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍｎ，Ｎｉ）２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ２およ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、ＬｉＦｅＰＯ４などのリチウム−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が、正極活物質として用いられる。なかでも、層状結晶構造を有するリチウム−遷移金属複合酸化物が容量および出力特性に特に優れるため好ましい。層状結晶構造を有するリチウム−遷移金属複合酸化物としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ａｌ０．１Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２などが挙げられる。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る。さらに好ましくはＬｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ２およ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）、またはリチウム−ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物（以下単に、「ＮＣＡ複合酸化物」とも称する）などが用いられる。ＮＭＣ複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属（Ｍｎ、Ｎｉおよび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有する。そして、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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（１）：ＬｉａＮｉｂＭｎｃＣｏｄＭｘＯ２（但し、式中、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、Ｃｒから選ばれる元素で少なくとも１種類である）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、Ｍｎの原子比を表し、ｄは、Ｃｏ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（１）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。
【００３７】
一般に、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびマンガン（Ｍｎ）は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量およ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。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式（１）において０＜ｘ≦０．３であることが好ましい。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、ＳｒおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。
【００３８】
より好ましい実施形態としては、一般式（１）において、ｂ、ｃおよびｄが、０．４４≦ｂ≦０．５１、０．２７≦ｃ≦０．３１、０．１９≦ｄ≦０．２６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、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２は、一般的な民生電池で実績のあるＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２などと比較して、単位重量あたりの容量が大きい。これにより、エネルギー密度の向上が可能となり、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いるため、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ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ａｌ０．１Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２がより有利である。他方、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２はＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２並みに優れた寿命特性を有している。
【００３９】
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が、正極活物質として用いられる。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。
【００４０】
正極活物質層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であり、より好ましくは１〜２０μｍである。
【００４１】
（負極活物質）
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、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、金属材料（スズ、シリコン）、リチウム合金系負極材料（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム−マンガン合金等）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、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。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。なかでも、炭素材料が容量および出力特性に優れるため好ましく、特にはハードカーボンである。
【００４２】
負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。
【００４３】
（導電助剤）
導電助剤は、電極活物質層中で電子伝導パス（導電通路）を形成する機能を有する。このような電子伝導パスが電極活物質層中に形成されると、電池の内部抵抗が低減しうる。特に、導電助剤の少なくとも一部が、電極活物質層の２つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している（本実施形態では、電極活物質層の電解質層側に接触する第１主面から集電体側に接触する第２主面までを電気的に接続する導電通路を形成している）ことが好ましい。このような形態を有することで、電極活物質層中の厚さ方向の電子移動抵抗がさらに低減しうる。なお、導電助剤の少なくとも一部が、電極活物質層の２つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している（本実施形態では、電極活物質層の電解質層側に接触する第１主面から集電体側に接触する第２主面までを電気的に接続する導電通路を形成している）か否かは、ＳＥＭや光学顕微鏡を用いて電極活物質層の断面を観察することにより確認することができる。
【００４４】
このような導電通路を確実に形成するという観点から、導電助剤は、繊維状の形態を有する導電性繊維を含むことが好ましい。具体的には、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、導電性に優れ、軽量であることから炭素繊維が好ましい。
【００４５】
ただし、繊維状の形態を有しない導電助剤が用いられてももちろんよい。例えば、粒子状（例えば、球状）の形態を有する導電助剤が用いられうる。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径（一次粒子径）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。
【００４６】
粒子状（例えば、球状）の形態を有する導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物；カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンブラック（具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、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）等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも１種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用しても構わない。
【００４７】
電極活物質層中における導電助剤の含有量は、電極活物質層の全固形分量（全ての部材の固形分量の合計）１００質量％に対して、２〜２０質量％であることが好ましい。導電助剤の含有量が上記範囲であると、電極活物質層中で電子伝導パスを良好に形成できるとともに、電池のエネルギー密度が低下するのを抑えることができるという利点がある。
【００４８】
電極活物質層は、電極活物質を含む非結着体である。「電極活物質を含む非結着体である」とは、電極活物質がバインダ（結着剤）により互いの位置を固定されていない状態であることを意味する。電極活物質層（正極活物質層、負極活物質層）に電極用バインダを含まないため、電池の内部抵抗が低いものとなる。このような構成とすることで、バインダを結晶化させるための加熱乾燥工程が省略できる。また、活物質層の厚膜化とバインダの省略により、高容量（つまり、高エネルギー密度）の電池を得ることも可能となる。また、電極活物質層が電極活物質の非結着体からなるか否かは、電極活物質層を電解液中に完全に含浸した場合に電極活物質層が崩壊するか否かを観察することで確認できる。電極活物質層が電極活物質を含む結着体である場合には、１分以上その形状を維持することができるが、電極活物質層が電極活物質を含む非結着体からなる場合には、１分未満で形状の崩壊が起こる。
【００４９】
ここで、電極活物質層が実質的にバインダを含まないとは、具体的には、バインダの含有量が、電極活物質層に含まれる全固形分量１００質量％に対して、１質量％以下（下限０質量％）であることを意味する。当該バインダの含有量は、より好ましくは０．５質量％以下であり、さらに好ましくは０．２質量％以下であり、特に好ましくは０．１質量％以下であり、最も好ましくは０質量％である。
【００５０】
なお、本明細書において電極活物質層が実質的に含まないとするバインダ（結着剤）とは活物質粒子同士及び活物質粒子と集電体とを結着固定するために用いられる公知の溶媒（分散媒）乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤を意味し、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン及びスチレン−ブタジエンゴムが挙げられる。これらのリチウムイオン電池用結着剤は、水又は有機溶媒に溶解又は分散して使用され、溶媒（分散媒）成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質粒子同士及び活物質粒子と集電体とを強固に固定する。
【００５１】
電極活物質層の厚さは、正極活物質層については、好ましくは１５０〜１５００μｍであり、より好ましくは１８０〜９５０μｍであり、さらに好ましくは２００〜８００μｍである。また、負極活物質層の厚さは、好ましくは１５０〜１５００μｍであり、より好ましくは１８０〜１２００μｍであり、さらに好ましくは２００〜１０００μｍである。上記範囲であれば、正極空孔Ｌｉ密度ｘおよび負極空孔Ｌｉ密度ｙを容易に所定の範囲に制御できる。また、電極活物質層の厚さが上述した下限値以上の値であれば、電池のエネルギー密度を十分に高めることができる。一方、電極活物質層の厚さが上述した上限値以下の値であれば、電極活物質層の構造を容易に維持することができる。本形態では、電極活物質層において結着剤（バインダ）を実質的に含まないため、電池を製造する際にバインダを含むスラリーを厚膜化する際に生じうるクラックの発生などが起こらず、厚膜である電極活物質層を得ることができる。
【００５２】
電極活物質層の空孔率は、正極活物質層については、好ましくは３５〜５０％であり、より好ましくは３５〜４５％である。また、負極活物質層の空孔率は、好ましくは３０〜６０％であり、より好ましくは４０〜５０％である。上記範囲であれば、正極空孔Ｌｉ密度ｘおよび負極空孔Ｌｉ密度ｙを容易に所定の範囲に制御できる。また、電極活物質層の空孔率が上述した下限値以上の値であれば、電極活物質層の形成時に電極活物質スラリーを塗布した後、塗膜をプレスする際のプレス圧を大きくする必要がない。その結果、所望の厚さおよび面積を有する電極活物質層を好適に形成することができる。一方、電極活物質層の空隙率が上述した上限値以下の値であれば、電極活物質層中の電子伝導性材料（導電助剤、電極活物質等）同士の接触を十分に維持することができ、電子移動抵抗の増大が防止できる。その結果、電極活物質層の全体において（特に厚さ方向において）、充放電反応を均一に進行させることができる。なお、電極活物質層の空孔率は、電極活物質層の単位面積あたりの重量を測定し、マイクロメーターを用いて電極活物質層の厚さを測定して、各材料の密度から空孔体積を算出して求めることができる。
【００５３】
また、電極活物質層の密度は、正極活物質層については、好ましくは２．１０〜３．００ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは２．１５〜２．８５ｇ／ｃｍ３であり、さらに好ましくは２．２０〜２．８０ｇ／ｃｍ３である。また、負極活物質層の密度は、好ましくは０．６０〜１．３０ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは０．７０〜１．２０ｇ／ｃｍ３であり、さらに好ましくは０．８０〜１．１０ｇ／ｃｍ３である。電極活物質層の密度が上述した下限値以上の値であれば、十分なエネルギー密度を有する電池を得ることができる。一方、電極活物質層の密度が上述した上限値以下の値であれば、空隙を満たす電解液が十分に確保され、電極活物質層におけるイオン移動抵抗の増大が防止できる。なお、本明細書において、電極活物質層の密度は、以下の方法により測定するものとする。
【００５４】
（電極活物質層の密度の測定方法）
電極活物質層の密度は、下記式（３）に従って算出する。
式（３）：電極活物質層密度（ｇ／ｃｍ３）＝固体材料重量（ｇ）÷電極活物質層体積（ｃｍ３）
なお、固体材料重量は、プレス後の電極活物質層中の各材料の重量のうち、固体材料の重量のみを足し合わせることにより算出する。電極活物質層体積は電極の厚みと塗布面積から算出する。
【００５５】
［電解質層］
本形態に係るリチウムイオン二次電池の電解質層は、セパレータに電解液が含浸されてなる構成を有する。
【００５６】
電解液（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電解液（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、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、酢酸メチル（ＭＡ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、４−メチルジオキソラン（４ＭｅＤＯＬ）、ジオキソラン（ＤＯＬ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリルなどが挙げられる。中でも、有機溶媒は、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）等を含むことが好ましい。有機溶媒は、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。
【００５７】
（リチウム塩）
リチウム塩としては、Ｌｉ（ＦＳＯ２）２Ｎ（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド；ＬｉＦＳＩ）、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等が挙げられる。なかでも、出力特性（レート特性）および充放電サイクル特性の観点から、ＬｉＰＦ６やＬｉ（ＦＳＯ２）２Ｎがより好ましい。特にＬｉ（ＦＳＯ２）２Ｎを用いることで出力特性に優れる電池が得られうる。リチウム塩は、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。
【００５８】
電解液におけるリチウム塩の濃度は、特に制限されないが、１〜６．５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。上記範囲であれば、電池容量および取扱い性に優れる。また、本発明の効果がより顕著に得られうる。より好ましくは、上記リチウム塩の濃度は１〜３ｍｏｌ／Ｌであり、さらに好ましくは２〜３ｍｏｌ／Ｌである。２種以上のリチウム塩を用いる場合はその合計量が上記範囲であることが好ましい。
【００５９】
電解液（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。か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。これらの添加剤は、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。また、添加剤を電解液に使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液１００質量％に対して、好ましくは０．５〜１０質量％であり、より好ましくは０．５〜５質量％である。
【００６０】
本形態に係るリチウムイオン二次電池において、電解質層にはセパレータが用いられる。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、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
【００６１】
セパレータの形態としては、例えば、上記電解液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。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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、単層あるいは多層で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。
【００６４】
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、単独または混合して用いる。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、特に制限されるべきものではない。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。
【００６５】
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、無機粒子およびバインダ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または熱軟化点が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が得られうる。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にくい電池構成になる。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にくい。さらに、熱収縮抑制効果およ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にくくなる。
【００６６】
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制限されない。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（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２）、水酸化物、および窒化物、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（ＳｉＯ２）またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることが好ましく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることがより好ましい。
【００６７】
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／ｍ２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。
【００６８】
耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、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、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。
【００６９】
耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、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として用いられうる。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、また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。
【００７０】
耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層１００質量％に対して、２〜２０質量％であることが好ましい。バインダの含有量が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。
【００７１】
耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、１５０℃、２ｇｆ／ｃｍ２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、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にくい電池構成になる。
【００７２】
［正極集電板および負極集電板］
集電板（２５、２７）を構成する材料は、特に制限されず、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が用いられうる。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。
【００７３】
［正極リードおよび負極リード］
また、図示は省略するが、集電体１１と集電板（２５、２７）との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
【００７４】
［シール部］
シール部（絶縁層）３１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）、等が用いられうる。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よく、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）などを用いてもよい。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。
【００７５】
［電池外装体］
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図１に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム２９を用いた袋状のケースが用いられうる。該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、これらに何ら制限されるものではない。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好ましく、アルミネートラミネートがより好ましい。
【００７６】
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積と電解液のリチウム塩濃度との積ｘ（正極空孔Ｌｉ密度）と、負極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積と電解液のリチウム塩濃度との積ｙ(負極空孔Ｌｉ密度)とが、それぞれ、上記式（１）の所定の値であることを特徴とする。正極空孔Ｌｉ密度と負極空孔Ｌｉ密度とを上記式（１）の範囲とすることで、放電時における正極活物質層のリチウムイオンの供給、充電時における負極活物質層のリチウムイオンの供給の過不足が生じにくくなり、出力特性が改善される。また、電極活物質層における充放電反応の反応分布のバラツキが低減され、サイクル耐久性を向上することができる。特にハイレート動作時の実効容量を増加させることができる。そのため、厚膜化した電極を用いた場合であっても優れた出力特性を示す電池が得られうる。
【００７７】
電解液の特性に関する評価としては、従来、リチウム金属を対極に用いた、いわゆるハーフセルによる正極または負極の出力特性のみから評価している場合が多く、実際のリチウムイオン二次電池においては、空孔と厚みを持った正負極活物質中のイオン輸送のバランスが重要である点に着目されていなかった。リチウム金属を対極に用いたハーフセルでは電解液の輸送現象が実際のリチウムイオン二次電池とは異なるため、実際のリチウムイオン二次電池の内部における電池反応、イオン輸送現象を評価することはできない。そのため、ハーフセルによる正極または負極の出力特性の傾向から、実際のリチウムイオン二次電池の出力特性を推定することは容易ではない。ここで、イオン輸送とは、電極層・セパレータ層の空孔に満たされた電解液中のＬｉイオンの移動をいう。電解液中にＬｉはイオンとして存在しており、電極の隙間部分（空孔）に満たされた電解液が電極活物質に対するＬｉイオンの供給源となる。より具体的には、単位空孔体積当たりに存在するＬｉ量が多いほど、大電流で流した際にＬｉの供給不足が生じにくい。
【００７８】
本発明者らは、リチウムイオン二次電池において、正負極活物質層中のイオン輸送のバランスが重要である点に着目した結果、充電時には、正極活物質層の空孔中の高リチウムイオン濃度化による輸送速度、負極活物質層の空孔中の低リチウムイオン濃度化によるリチウム塩の供給を考慮する必要があることを見出した。一方、放電時には、正極活物質層の空孔中の低リチウムイオン濃度化によるリチウム塩の供給、負極活物質層空孔中の高リチウムイオン濃度化による輸送速度を考慮する必要があることを見出した。かかる知見に基づき検証した結果、正極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積と電解液のリチウム塩濃度との積ｘ（正極空孔Ｌｉ密度）および負極活物質層１ｍ２あたりの空孔体積と電解液のリチウム塩濃度との積ｙ(負極空孔Ｌｉ密度)という新たな指標を見出したのである。そして、上記ｘおよびｙを所定の値に制御することで、イオン輸送のバランスが最適化され、放電時における正極活物質層のリチウムイオンの供給、および充電時における負極活物質層のリチウムイオンの供給の過不足が生じにくくなる。その結果、ハイレート時の出力特性が改善される。
【００７９】
特に、高エネルギー密度の厚い電極を用いたリチウムイオン二次電池において、電極の厚さ方向の全体にわたってイオン輸送のバランスに優れるため、優れた出力特性を示すという効果がより顕著に得られうる。また、電極活物質層中の反応分布のバラツキを充分に抑制することができるため、電池のサイクル耐久性を向上することができる。
【００８０】
上述のように、ハーフセルを用いた出力特性の検討において、正極または負極における電極活物質中の空孔体積や電解液のリチウムイオン濃度を調節する際に、正極、負極の反応分布のバランスを考慮し、正極活物質層および負極活物質層における適切な空孔中のリチウムイオン濃度分布の範囲がどれ位であるか、といった検討は今までなされていなかった。本発明で規定する正極空孔Ｌｉ密度ｘおよび負極空孔Ｌｉ密度ｙの範囲は、本発明者らの詳細な電池反応、リチウム輸送論の検討に基づき新たに見出されたものである。
【００８１】
図２は、負極活物質としてハードカーボン、正極活物質としてＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２を用いたリチウムイオン二次電池において、電極空孔率と必要なリチウム塩濃度（必要塩濃度）との関係を示す図である。
【００８２】
ここでは、電解液に用いる溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）を１：１の容積比で混合した混合非水溶媒を用い、リチウム塩としてＬｉＮ（ＦＳＯ２）２を用いた。
【００８３】
ここで電解質中の必要塩濃度（ｍｏｌ／Ｌ）は電池非動作時の濃度であればよいが、電池に用いる前の電解液中の塩濃度を用いてもよい。これは、電池は作動させることにより、電解液中の塩濃度が非平衡状態となり分布を形成する。この時、電解液の局所的（濃度の変化に基づく）な物性が変わるため、その際に最適なイオン輸送能（特性）を得るために、平衡状態である電池非動作時（電池に用いる前の電解液）の物性値（塩濃度）を用いている。なお、電池非動作時とは、電流を流さない状態で、その状態になる前に電流を流し、電池内部で非平衡状態になっていない状態を指す。平衡状態になる速度は、電池の仕様により異なる。通電せず、電圧が一定に落ち着いた状態と同意である。
【００８４】
なお、図２は、以下の電池サンプルを用いて、以下の反応シミュレーション計算により算出している。詳しくは、実施例で作製したラミネート型電池（正極膜厚３５０〜４００μｍ、負極膜厚３００〜４５０μｍ、セパレータ膜厚２０μｍ）をモデル化した電池反応シミュレーション計算により算出している。負極活物質としてハードカーボン、正極活物質としてＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２を用いたリチウムイオン二次電池において、いくつかのリチウム塩濃度を設定し、満充電状態（４．２Ｖ充電）後に０．３３Ｃレートで放電、その後充電したときの充放電曲線を求めた。そして、充放電にともなう電極活物質層の厚さ方向のリチウムイオン濃度分布の変化を求めた。正極活物質および負極活物質の目付（単位面積あたりの電極重量）が一定となるように空孔率と電極活物質層の厚さを変化させた。
【００８５】
電池反応シミュレーションにはＮｅｗｍａｎモデルの１次元拡散モデルを用い、下記の６つの微分方程式からなる連立微分方程式の解を求めることで、６つの変数を求めている。なお、これらの計算には、計算ソフト；ＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓを用いて行った。詳しくは、ＣＯＭＳＯＬの計算ではバッテリーモジュールという予めＮｅｗｍａｎモデルベースの電池反応式が構築された計算モデルデータが内包されている。ここでは、検討している電池構造（実施例で作製したラミネート型電池の製造条件や評価試験条件等）につき計算を行った。必要なデータ（条件）は下記の通りである。
【００８６】
［電極構造情報］：電極厚み、セパレータ厚み、電極空孔率、セパレータ空孔率、活物質の体積分率、導電助剤の体積分率；
［材料物性情報］：活物質のＯＣＶ曲線、電極材料の電子伝導度、電極活物質中の初期Ｌｉ濃度、活物質参照Ｌｉ濃度、密度、平均粒子径、固体内拡散係数、反応速度乗数、電解液自己拡散係数、電解液イオン伝導度、電解液Ｌｉイオン輸率、電解液活量係数、電解液濃度；
［評価条件］：１Ｃレート電流値、カットオフ電圧、評価温度。
【００８７】
【数３】
2020057473.tif 000005
【００８８】
上記式において、パラメータは以下の通りである；
Φ：電位、ｃ：濃度、ｔ＋：輸率、Ｄ：拡散係数、σ：導電率、ｉ：電流。
【００８９】
ここで、６個の求める解は以下の通りである；
・Ｃ（ｘ，ｔ）：電解液中のＬｉ濃度
・Φ２（ｘ，ｔ）：電解液電位
・Ｃｓｓ（ｘ，ｔ）：活物質表面のＬｉ濃度
・ｉ２（ｘ，ｔ）：電解液電流
・ｊｉｎ（ｘ，ｔ）：活物質と電解液との界面での流束密度
・Φ１（ｘ，ｔ）：固体相電位（＝活物質表面電位）。
【００９０】
上記Ｎｅｗｍａｎモデル計算から、リチウム塩濃度を変化させて、空孔率に関するパラメトリックスタディを行い、空孔率の最適値を求めた。最適空孔率から算出される空孔体積中に含まれる電解液量からＬｉイオン量を算出し、これを最適な単位体積当たりの必要Ｌｉ密度とした。この最適な必要Ｌｉ密度が一定となるような電極空孔率と電解液中の必要なリチウム塩濃度（必要塩濃度）との関係を求め、図２に示した。併せて、リチウム塩濃度が３Ｍの電解液を用いた場合の正極最適空孔率と負極最適空孔率の範囲を示す。
【００９１】
図２に示すように、放電時は、正極は電解液からリチウムを受け取る。空孔率が低くなると、単位体積当たりに正極中に必要なリチウムイオンの量が多くなる。そのため、空孔率が低くなると、リチウムイオン供給不足になる。充電時は、正極はリチウムイオンを放出するが、空孔率が高くなると必要なリチウムイオンが少なくなりリチウムイオン過剰になる。エネルギー密度を考慮した場合、空孔率は低いほうが活物質を多く充填できるため好ましいが、必要なリチウム塩濃度を考慮すると、図２の範囲であることが好ましい。
【００９２】
また、充電時は、負極は電解液からリチウムを受け取る。空孔率が低くなると、負極中に必要なリチウムイオンの量が多くなる。そのため、空孔率が低くなると、リチウムイオン供給不足になる。放電時は、負極はリチウムイオンを放出するが、空孔率が高くなると必要なリチウムイオンが少なくなりリチウムイオン過剰になる。エネルギー密度を考慮した場合、空孔率は低いほうが活物質を多く充填できるため好ましいが、必要なリチウム塩濃度を考慮すると、図２の範囲であることが好ましい。
【００９３】
図３に示すように、正極、負極で用いる材料、密度が異なることから、正極についての電極空孔率と電解液中の必要なリチウム塩濃度（必要塩濃度）との関係は負極のものとは同じ線上には乗らず、それぞれ最適な空孔率は相違する。
【００９４】
上記の空孔率と必要なリチウム塩濃度（必要塩濃度）から、最適な正極空孔Ｌｉ密度ｘと負極空孔Ｌｉ密度ｙを求め、図３に示した。
【００９５】
ｘ、ｙが図３の式（１）で示す範囲内であれば、充放電時における正極活物質層および負極活物質層のリチウムイオン濃度のバランスが改善され、効率的に電池反応が進行しうるため、レート特性が向上しうる。
【００９６】
好ましくは、正極空孔Ｌｉ密度ｘと負極空孔Ｌｉ密度ｙは、下記式（２）をさらに満たす。
【００９７】
【数４】
2020057473.tif 000006
【００９８】
上記範囲内の値であれば、充放電時における正極活物質層および負極活物質層のリチウムイオン濃度のバランスが改善され、効率的に電池反応が進行しうる効果がより高くなり、さらにレート特性が向上するため好ましい。
【００９９】
より好ましくは、正極空孔Ｌｉ密度ｘと負極空孔Ｌｉ密度ｙは、下記式（３）をさらに満たす。
【０１００】
【数５】
2020057473.tif 000007
【０１０１】
上記範囲であれば、好適なレート特性が得られるとともに、厚膜であり高エネルギー密度の電池が容易に得られうる。
【０１０２】
＜リチウムイオン二次電池の製造方法＞
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は特に制限されないが、正極および負極は、例えば、電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより塗膜を形成する工程（工程（２））を含む方法によって作製される。好適には、工程（２）の前に電極活物質、リチウム塩および非水溶媒を混合することにより電極活物質スラリーを調製する工程（工程（１））を含む。
【０１０３】
なお、本形態においては、電極活物質層はバインダを実質的に含まない非結着体である。このため、加熱・乾燥工程を要しない。生産性の観点からも、本発明の製造方法は、工程（１）以降に加熱・乾燥工程を含まないことが好ましい。
【０１０４】
［電極活物質スラリーの調製（工程（１））］
工程（１）では、電極活物質、リチウム塩および非水溶媒を混合し、電極活物質スラリーを調製する。この際、電極活物質、リチウム塩および非水溶媒を混合する前に電極活物質および導電助剤を乾燥することが好ましい。
【０１０５】
電極活物質、リチウム塩および非水溶媒を混合し、電極活物質スラリーを調製する方法は特に制限されず、各成分を混合する混合方法等、従来公知の知見が適宜参照される。また、部材の添加順についても特に制限されるものではないが、具体的には、リチウム塩および非水溶媒を混合して電解液を作製した後に、電極活物質を添加する方法などが挙げられる。また、混合機としては、自転公転ミキサー、プラネタリーミキサー、ホモミキサーなどのミキサーや、超音波分散機、ジェットミルなどの分散機が挙げられる。中でも、自転公転ミキサーなどの自転・公転型攪拌機にて混合を行うことが好ましい。混合時間は均一に混合されるよう、適宜設定され、例えば、１０秒〜１０分である。
【０１０６】
上記各製造段階は、水分含量の低減された環境下で行うことが好ましく、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気で行うことが好ましい。
【０１０７】
電極活物質スラリーの濃度は、特に制限されない。ただし、工程（２）における塗布や、後述の工程（３）におけるプレスを容易にする観点から、活物質スラリー１００質量％に対する全固形分の濃度は、好ましくは４０〜７５質量％であり、より好ましくは４５〜７０質量％であり、さらに好ましくは６０〜７０質量％である。濃度が上記範囲内であると、工程（２）における塗布で十分な厚さを有する活物質層を容易に形成することができると共に、工程（３）におけるプレスで空隙率や密度を調整することが容易となる。
【０１０８】
電極活物質スラリーは、その他の成分を含んでもよい。例えば、電極活物質層の構成成分として導電助剤などを用いる場合には、本工程において同時に含ませることができる。
【０１０９】
［電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより塗膜を形成する工程（工程（２））］
工程（２）では、電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工する。この塗工により形成
される塗膜は、電極活物質層を構成することとなる。塗工方法については、特に制限され
ず、従来公知の知見が適宜参照される。
【０１１０】
［工程（２）で塗工した塗膜をプレスする工程（３）］
上記工程（２）の後、必要に応じて工程（２）で塗工した塗膜をプレスする工程（３）を行ってもよい。
【０１１１】
このとき、塗膜状に多孔質シートを配置してもよい。多孔質シートは、電極活物質スラリーをプレスする際に、プレス装置にスラリーが付着するのを防ぐ目的、プレスの際に滲出する余分な電解液を吸収する目的で使用する。そのため、多孔質シートの材料や形態は、上記目的を達成できるものであれば特に制限されない。
【０１１２】
一例を挙げると、多孔質シートとして、本技術分野でセパレータとして使用される、微多孔膜、不織布などと同様のものを使用することができる。具体的には、微多孔膜としては、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膜が挙げられる。また、不織布としては、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、アラミドなどを、単独または混合して用いた不織布が挙げられる。
【０１１３】
なお、上記多孔質シートは、プレス後に取り除いてもよいし、そのまま電池のセパレータとして用いても構わない。プレス後に多孔質シートをそのままセパレータとして用いる場合は、当該多孔質シートのみをセパレータとして電解質層を形成してもよいし、当該多孔質シートと別のセパレータとを組み合わせて（すなわち、セパレータを２枚以上として）電解質層を形成してもよい。
【０１１４】
工程（３）のプレス装置は、塗膜の全面に均一に圧力を加えられる装置であることが好ましく、具体的には、ハイプレッシャージャッキ  Ｊ−１（アズワン株式会社製）が使用できる。プレスの際の圧力は、特に制限されないが、好ましくは１〜４５ＭＰａであり、より好ましくは３〜４０ＭＰａであり、さらに好ましくは１２〜４０ＭＰａである。圧力が上記範囲であると、上述した好ましい実施形態に係る電極活物質層の空隙率や密度を容易に実現することができる。
【０１１５】
上記のように正極および負極を作製した後、常法により非水電解質二次電池を作製することができる。具体的には、正極と負極が電解質層を介して対向するように積層させることにより、単電池を作製するとよい。そして、単電池の数が所望の数となるまで電解質層および電極の積層を繰り返し、積層体を得る。次に、得られた積層体に正極タブ、負極タブを溶接により接合する。必要に応じて、溶接後に余分なタブ等をトリミングにより除去するのが望ましい。接合方法としては特に制限されるものではないが、超音波溶接機にて行うのが、接合時に発熱（加熱）せず、極めて短時間で接合できる為、熱による電極活物質層の劣化を防止できる点で優れている。この際、正極タブと、負極タブとは、同じ辺（同じ取出し側）で対向（対峙）するように配置することができる。これにより、各正極の正極タブを１つに束ねて１つの正極集電板として外装体から取り出すことができる。同様に各負極の負極タブを１つに束ねて１つの負極集電板として外装体から取り出すことができる。また、正極集電板（正極集電タブ）と、負極集電板（負極集電タブ）とが、反対の辺（異なる取出し辺）となるように配置してもよい。
【０１１６】
次いで、積層体を外装体へ収納する。積層体を、電池外装体に用いるラミネートフィルムで、上下から、正極集電板（正極集電タブ）と、負極集電板（負極集電タブ）を電池外装体の外部に取り出せるようにして、挟み込む。
【０１１７】
次に、上下のラミネートフィルムの外周部（封止部）のうち３辺を熱圧着して封止する。外周部のうち３辺を熱圧着して封止することで、３辺封止体を得る。この際、正極集電板（正極集電タブ）、負極集電板（負極集電タブ）を取り出す辺の熱封止部は、封止しておくのが好ましい。これは、その後の注液時に、これらの正極集電板、負極集電板が開口部にあると、注液時に電解液が飛び散るなどする恐れがあるためである。
【０１１８】
なお、上記においては、積層構造の電池の説明を行ったが、積層型に限定されず、電池の構成としては、角形、ペーパー型、円筒型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。
【０１１９】
次に、注液装置にて３辺封止体の残る１辺の開口部より、３辺封止体内部に、電解液を注液する。これによりセパレータに電解質を含浸した電解質層が形成される。この際、電解質が３辺封止体内部の積層体、特にセパレータおよび電極活物質層にできるだけ早く含浸できるように、３辺封止体は、真空ポンプに連結された真空ボックスに収納することが好ましい。さらに、減圧して内部を高真空状態にした状態で注液を行うのが望ましい。注液後、３辺封止体を真空ボックスから取出し、３辺封止体の残る１辺を仮封止して、ラミネートタイプ（積層構造）の非水電解質二次電池を得る。なお、ここで注液される電解液は、電極活物質スラリーを形成する際に用いた電解液と同じものであっても異なるものであってもよいが、同じものであることが好ましい。
【０１２０】
［セルサイズ］
図４は、二次電池の代表的な実施形態である扁平な双極型リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
【０１２１】
図４に示すように、扁平な双極型二次電池５０では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ５８、負極タブ５９が引き出されている。発電要素５７は、双極型二次電池５０の電池外装体（ラミネートフィルム５２）によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素５７は、正極タブ５８および負極タブ５９を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素５７は、先に説明した図１に示す双極型二次電池１０の発電要素２１に相当するものである。発電要素５７は、双極型電極２３が、電解質層１７を介して複数積層されたものである。
【０１２２】
なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装体に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。
【０１２３】
また、図４に示すタブ（５８、５９）の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ５８と負極タブ５９とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ５８と負極タブ５９をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図４に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。
【０１２４】
一般的な電気自動車では、電池格格納納スペースが１７０Ｌ程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機をするため、通常セルの格納スペース効率は５０％程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。
【０１２５】
したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが１００ｍｍ以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常４００ｍｍ以下である。
【０１２６】
［体積エネルギー密度および定格放電容量］
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離（航続距離）をいかに長くするかが重要な開発目標である。かような点を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は１５７Ｗｈ／Ｌ以上であることが好ましく、かつ定格容量は２０Ｗｈ以上であることが好ましい。
【０１２７】
また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積（電池外装体まで含めた電池の投影面積）の比の値が５ｃｍ２／Ａｈ以上であり、かつ、定格容量が３Ａｈ以上である電池に対して本発明が適用されることが好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は１〜３であることが好ましく、１〜２であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。
【０１２８】
［組電池］
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも２つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
【０１２９】
電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて決めればよい。
【０１３０】
［車両］
本形態のリチウムイオン二次電池は、出力特性に優れ、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記リチウムイオン二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
【０１３１】
具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとＥＶ走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車（いずれも四輪車（乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など）のほか、二輪車（バイク）や三輪車を含む）に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
【実施例】
【０１３２】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、「部」は特に断りのない限り、「質量部」を意味する。なお、正極活物質スラリーおよび負極活物質スラリーの調製から電池の作製までの工程をグローブボックス内で行った。また、特に断りがない限り、大気圧下で行った。
【０１３３】
［実施例１］
＜電解液の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）との混合溶媒（体積比率１：１）に、ＬｉＮ（ＦＳＯ２）２を２ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解させて、電解液を得た。
【０１３４】
＜正極活物質スラリーの調製＞
上記で作製した電解液４７質量部と、正極活物質であるＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２粉末（平均粒子径：５μｍ）９２質量部、導電助剤であるアセチレンブラック（デンカ株式会社製、平均粒子径（一次粒子径）：０．０３６μｍ）６質量部および炭素繊維（大阪ガスケミカル株式会社製、平均繊維径：約５０ｎｍ、平均繊維長：約４０μｍ）２質量部とを、遊星撹拌型混合混錬装置（株式会社シンキー製）を用いて２０００ｒｐｍで６分間混合することで正極活物質スラリーを得た。ここで、電解液は所望の空孔率になるように密度計算して配合した。電極層の電解液を除く面積当たりの目付量は９９ｍｇ／ｃｍ２であった。
【０１３５】
＜負極活物質スラリーの調製＞
上記で調製した電解液の添加量を９０質量部に変更し、正極活物質に代えて、負極活物質としてハードカーボン（難黒鉛化炭素）粉末（平均粒子径：１０μｍ）９２質量部を用いたことを除いては上記正極活物質スラリーの調製と同様の手順で負極活物質スラリーを得た。電極層の電解液を除く面積当たりの目付量は３７ｍｇ／ｃｍ２であった。
【０１３６】
＜リチウムイオン二次電池の作製＞
上記で得られた正極活物質スラリーをＡｌ端子付きアルミニウム箔上に塗布して正極とした。正極活物質層の面積は１２ｃｍ２であった。なお、当該正極活物質層は、厚さ４６０μｍ、空孔率５２％、密度２．８ｇ／ｃｍ３であった。
【０１３７】
得られた正極活物質層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で確認したところ、導電助剤の少なくとも一部が、正極活物質層の電解質層側に接触する第１主面から集電体側に接触する第２主面までを電気的に接続する導電通路を形成していた。
【０１３８】
また、上記で得られた負極活物質スラリーをＮｉ端子付き銅箔上に塗布して負極とした。負極活物質層の面積は１２．４ｃｍ２であった。なお、当該負極活物質層は、厚さ４２０μｍ、空孔率４３％、密度１．４ｇ／ｃｍ３であった。
【０１３９】
得られた負極活物質層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で確認したところ、導電部材の少なくとも一部が、負極活物質層の電解質層側に接触する第１主面から集電体側に接触する第２主面までを電気的に接続する導電通路を形成していた。
【０１４０】
次いで、これらの電極の間に１４ｃｍ２のセパレータ（セルガード社製  セルガード（登録商標）３５０１  ＰＰ製）を挿入し、積層体とした後、熱融着型アルミラミネートフィルムに挟み真空封止することでパウチ型リチウムイオン二次電池とした。
【０１４１】
＜評価方法＞
出力評価は、４５℃に設定した恒温槽（ＡＲＳＦ−０２５０−１０、エスペック株式会社製）内に上記で作製したリチウムイオン二次電池を設置し実施した。上記で作製したリチウムイオン二次電池を厚み５ｍｍウレタンラバーとシリコーンスポンジシートで挟み込み、厚み１０ｍｍの金属板とＭ６ネジを用いて６点拘束した状態で評価を行った。初めに、低レート時の容量確認としてセル電圧範囲４．２−２．５Ｖ、電流値０．０５Ｃレートにて充放電評価を２回行い得られた容量を基準容量とした。Ｃレートは２．５Ｖカットオフにて得られるセル容量を基に算出した。次に、０．０５Ｃにて４．２Ｖまで充電した後、１Ｃレートにてセル電圧２．５Ｖ条件で放電を行った。得られた１Ｃ実効容量／基準容量×１００を１Ｃ実効容量比（％）とした。
【０１４２】
結果を表１に示す。また、各実施例、比較例におけるｘ、ｙを図３に示す。
【０１４３】
【表１】
2020057473.tif 000008
【０１４４】
上記表１のように、バインダを用いないリチウムイオン二次電池において、実施例１〜１４のように正極空孔Ｌｉ密度ｘと負極空孔リチウム密度ｙがともに上記式（１）で表される範囲の値を有する電池は、１Ｃ、４５℃の高レート動作時に高い実効容量を示す。すなわち、４０％以上の１Ｃ実効容量比を示す。これに対して、比較例１〜１２のようにｘまたはｙのいずれかまたは両方が式（１）を満たさない場合は十分なレート特性が得られない。特に、実施例１、２、４、７、８、１２〜１４のようにｘおよびｙが上記式（２）を満たす電池では、５０％以上の優れた１Ｃ実効容量比を示すことがわかった。
【符号の説明】
【０１４５】
１０、５０  双極型二次電池、
１１  集電体、
１１ａ  正極側の最外層集電体、
１１ｂ  負極側の最外層集電体、
１３  正極活物質層、
１５  負極活物質層、
１７  電解質層、
１９  単電池層、
２１、５７  発電要素、
２３  双極型電極、
２５  正極集電板（正極タブ）、
２７  負極集電板（負極タブ）、
２９、５２  ラミネートフィルム、
３１  シール部、
５８  正極タブ、
５９  負極タブ。
【図１】
2020057473.tif 000013
【図２】
2020057473.tif 000014
【図３】
2020057473.tif 000015
【図４】
2020057473.tif 000016