(57)【要約】【課題】耐熱性、突刺強度が高く、非水電解液に高いイオン伝導度を付与することのできる電池用セパレータと、その電池用セパレータを適用した耐ショート性及び充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン電池を提供する。【解決手段】酸化物無機粒子とバインダにより形成される電池用セパレータにおいて、該バインダが、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に有する含窒素芳香族ポリマーであることを特徴とする電池用セパレータ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも酸化物無機粒子とバインダにより形成される電池用セパレータにおいて、該バインダが、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に有する含窒素芳香族ポリマーであることを特徴とする電池用セパレータ。
【請求項２】
前記含窒素芳香族ポリマーが、アミドイミドポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の電池用セパレータ。
【請求項３】
前記酸化物無機粒子が、アルミナまたはシリカであることを特徴とする請求項１または２に記載の電池用セパレータ。
【請求項４】
前記含窒素芳香族ポリマーの末端に有する酸化物無機粒子と架橋しうる官能基が、アルミニウムアルコキシド基またはアルコキシシラン基であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
【請求項５】
前記酸化物無機微粒子の平均粒径が、１．０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池用セパレータを有し、電解液にイオン液体を含有することを特徴とするリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池用セパレータとそれを用いたリチウムイオン電池であり、さらに詳しくは、耐熱性が高く、突刺強度が高く、非水電解液に高いイオン伝導度を付与することのできる電池用セパレータと、その電池用セパレータを適用した耐ショート性及び充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの携帯端末の普及が著しい。この様な携帯端末に対しては、より快適な携帯性が求められ、小型化が急速に進んでいる。そして、かかる携帯端末の電源には、二次電池として、リチウムイオン電池が多用されている。
【０００３】
リチウムイオン電池においては、正極と負極の間に介在させるセパレータとして、ポリオレフィン系の微多孔性フィルムが使用されており、この微多孔性フィルムは、要求される多孔性とフィルム強度の観点から、一軸延伸あるいは二軸延伸して製造されている。
【０００４】
この延伸により製造されるフィルムでは歪みが生じ、これが高温に晒されると、残留応力により収縮が起きるという問題があり、異常充電等により電池が発熱し始めると、セパレータが収縮して内部短絡による発火の危険性を抱えている。
【０００５】
この課題を解決すべく、絶縁性無機粒子とバインダ樹脂とを含む多孔質粒子層をセパレータに適用し、高温に晒されてもセパレータの収縮を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００６】
上記各特許文献に記載されている方法では、無機粒子を使用することにより、セパレータの耐熱性を向上させることができ、加えてバインダ樹脂として含窒素芳香族ポリマーを使用することで、更に高い耐熱性を発現することができるとされている。しかしながら、無機粒子と使用しているバインダ樹脂とでは相互作用が低いため、バインダとしての機能を十分に果たしているとは言い難い。そのため、形成するセパレータは機械的強度が低く、リチウムデンドライドの発生により、セパレータが破壊され短絡を起こしてしまうという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２７６５０３号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、耐熱性、突刺強度が高く、非水電解液に高いイオン伝導度を付与することのできる電池用セパレータと、その電池用セパレータを適用した耐ショート性及び充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
【００１０】
１．少なくとも酸化物無機粒子とバインダにより形成される電池用セパレータにおいて、該バインダが、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に有する含窒素芳香族ポリマーであることを特徴とする電池用セパレータ。
【００１１】
２．前記含窒素芳香族ポリマーが、アミドイミドポリマーであることを特徴とする前記１に記載の電池用セパレータ。
【００１２】
３．前記酸化物無機粒子が、アルミナまたはシリカであることを特徴とする前記１または２に記載の電池用セパレータ。
【００１３】
４．前記含窒素芳香族ポリマーの末端に有する酸化物無機粒子と架橋しうる官能基が、アルミニウムアルコキシド基またはアルコキシシラン基であることを特徴とする前記１から３のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
【００１４】
５．前記酸化物無機微粒子の平均粒径が、１．０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることを特徴とする前記１から４のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
【００１５】
６．前記１から５のいずれか１項に記載の電池用セパレータを有し、電解液にイオン液体を含有することを特徴とするリチウムイオン電池。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、耐熱性、突刺強度が高く、非水電解液に高いイオン伝導度を付与することのできる電池用セパレータと、その電池用セパレータを適用した耐ショート性及び充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン電池を提供することができた。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１８】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、少なくとも酸化物無機粒子とバインダにより形成される電池用セパレータにおいて、該バインダが、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に有する含窒素芳香族ポリマーであることを特徴とする電池用セパレータにより、耐熱性、突刺強度が高く、非水電解液に高いイオン伝導度を付与することのできる電池用セパレータを実現することができることを見出し、本発明に至った次第である。
【００１９】
以下、本発明の電池用セパレータ及びそれを適用したリチウムイオン電池の詳細について説明する。
【００２０】
《電池用セパレータ》
本発明の電池用セパレータ（以下、単にセパレータともいう）は、酸化物無機粒子と、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に持つ含窒素芳香族ポリマーで構成されることを特徴とする。
【００２１】
〔酸化物無機微粒子〕
本発明における酸化物無機粒子の組成は、公知の無機酸化物を用いることができるが、具体的には、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ゼオライト、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３）、ホウ酸アルミニウム、酸化鉄、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、酸化鉛、酸化スズ、酸化セリウム、酸化カルシウム、四酸化三マンガン、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化アンチモン、リン酸アルミニウム、カルシウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ＩＴＯ、チタンシリケート、ＦＳＭ１６、ＭＣＭ４１、モンモリロナイト、サポナイト、バーミキュライト、ハイドロタルサイト、カオリナイト、カネマイト、アイラライト、マガディアイト、ケニアイト等を挙げることができ、更にはこれらの複合酸化物を好ましく使用できる。中でも中性〜酸性の酸化物無機粒子が、高い強度のセパレータが得られる観点で好ましく、例えば、酸化ジルコニウム、モンロリロナイト、サポナイト、バーミキュライト、ハイドロタルサイト、カオリナイト、カネマイト、酸化スズ、酸化タングステン、酸化チタン、リン酸アルミニウム、シリカ、酸化亜鉛、アルミナなどがこれに相当し、更に、本発明において特に適しているのは、アルミナ粒子またはシリカ粒子である。アルミナ粒子やシリカ粒子は、工業上も安価で容易に入手できること、表面に反応活性な水酸基を有するため、架橋性官能基を表面に修飾することが比較的容易である点から好ましい。
【００２２】
本発明に係る酸化物無機粒子では、多孔性を有していることが好ましい。多孔性酸化物無機粒子とは、粒子表面あるいは内部に無数の微細な穴があいている酸化物粒子であり、その比表面積は好ましくは５００〜１０００ｍ２／ｇである。比表面積が５００ｍ２／ｇ以上であれば、本発明のセパレータをリチウムイオン二次電池に適応した場合、リチウムイオン伝導度が向上する傾向にあり、また１０００ｍ２／ｇ以下であれば、セパレータの強度が向上する傾向にある。比表面積は従来ある水銀圧入法やガス吸着法（ＢＥＴ法）により測定することができ、本発明においてはＢＥＴ法を好適に利用することができる。ＢＥＴ法とは、粒子表面に吸着占有面積の分かっている分子（例えば、Ｎ２）を液体窒素の温度で吸着させ、その量から試料の比表面積を求める方法である。また、多孔性のもう一つの指標となる細孔径としては、メソ領域に細孔径を有することが好ましい。メソ領域とはケルビンの毛管凝縮理論が適応できる、２〜５０ｎｍの領域である。細孔径が２ｎｍ以上であれば、固体電解質のイオン伝導度が向上する傾向であり、細孔径が５０ｎｍ以下であれば、固体電解質の強度が向上する傾向にある。細孔径は細孔径分布測定装置によりガス吸着法で得た吸脱着等温線のヒステリシスパターンを解析することで算出した細孔分布のメディアン径で知ることもできるし、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）での観察により知ることもできる。
【００２３】
酸化物無機粒子としては、例えば、特開平７−１３３１０５号公報に記載されているように、多孔性の酸化物無機粒子の表面をシリカ等で被覆した、低屈折率のナノメーターサイズの複合酸化物微粒子、また特開２００１−２３３６１１号公報に記載されているように、シリカとシリカ以外の無機酸化物からなり、内部に空洞を有する低屈折率のナノメーターサイズのシリカ系微粒子等も適している。
【００２４】
本発明に係る酸化物無機粒子の平均粒径は、１．０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。平均粒径が１．０ｎｍ以上であれば、本発明のセパレータをリチウムイオン二次電池に適応した場合、リチウムイオン伝導度が向上する傾向にあり、平均粒径が２００ｎｍ以下であれば、セパレータ強度が向上する傾向にある。
【００２５】
本発明でいう平均粒径とは、酸化物無機粒子を同体積の球に換算した時の直径（球換算粒径）の体積平均値であり、この値は電子顕微鏡観察により求めることができる。すなわち、酸化物無機粒子の電子顕微鏡観察から、一定の視野内にある酸化物無機粒子を２００個以上測定し、各粒子の球換算粒径を求め、その平均値を求めることにより得られた値である。
【００２６】
本発明に係る酸化物無機粒子として、粒子表面をシランカップリング剤等で表面修飾したものも使用することができる。表面修飾基としては特に限定は無いが、末端に架橋官能基を有する本発明に係る含窒素芳香族ポリマーと架橋しうる架橋性官能基が好ましく用いられる。ここでいう架橋性官能基とは、例えば、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、アリル基などの炭素−炭素不飽和基、エポキシ基、オキセタン基などの環状アルコキシド基やイソシアネート基、水酸基、カルボキシル基などであり、本発明において特に好ましいのはビニル基である。
【００２７】
酸化物無機粒子の表面に架橋性官能基を付与する手段としては、架橋性官能基を持つシラン化合物を、酸化物無機粒子表面に反応させる方法が好ましく用いられる。架橋性官能基を有するシラン化合物とは、１〜３官能のアルコキシシラン、クロロシランに架橋性官能基を有する化合物、または、ジシラザン化合物に架橋性官能基を有する化合物等である。
【００２８】
表面修飾の方法としては、これら架橋性官能基を有するシラン化合物を酸化物無機粒子に直接粉体として噴霧して加熱定着させる乾式法、溶液中に粒子を分散させておき、表面処理剤を添加して表面処理する湿式法とあるが、より均一に粒子が分散する湿式法が好ましい。表面修飾の具体的方法としては、例えば、特開２００７−２６４５８１号公報に記載されているような方法で、この様な湿式で処理した粒子は、高い分散性を持つため好適である。また、上記乾式、湿式いずれにおいても、事前に酸化物無機粒子を熱水処理することで、シランカップリング反応を促進することもできる。
【００２９】
本発明に係る酸化物無機粒子の含有量は特に限定はないが、全セパレータ質量の、１０質量％以上、９５質量％以下が好ましく、更に好ましくは５０質量％以上、９０質量％以下である。含有量が１０質量％以上であれば、リチウムイオン伝導度が高くなる傾向にあり、９５質量％以下であると、セパレータの機械的強度が高い傾向にある。
【００３０】
〔含窒素芳香族ポリマー〕
本発明に係る含窒素芳香族ポリマーは、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に有することを特徴とする。
【００３１】
本発明に係る含窒素芳香族ポリマーとは、主鎖に窒素原子と芳香族環を含む重合体であり、例えば、芳香族ポリアミド、（以下、アラミドともいう）、芳香族ポリイミド（以下、ポリイミドともいう）、芳香族ポリアミドイミド（以下、ポリアミドイミドともいう）などがあり、その中でも、本発明においては、柔軟性に富み伸張率が高い芳香族ポリアミドイミドが好ましい。
【００３２】
これらアラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドの分子末端に架橋性基を置換するためには、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドの分子末端にカルボキシル基または酸無水物基が存在するように調整する必要がある。その様なアラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドの合成法に特に制限はないが、アラミドはジカルボン酸類とジイソシアネート類を縮合物、またはジカルボン酸類とジアミン類を反応させてアミド結合を導入することで得ることができる。また、ポリイミドは、トリカルボン酸類とジイソシアネート類を縮合物、またはトリカルボン酸類とジアミン類を反応させてイミド結合を導入することで得られる。また、ポリアミドイミドは、トリカルボン酸類とジイソシアネート類を縮合物、またはトリカルボン酸類とジアミン類を反応させて、まずイミド結合を導入したものに、ジイソシアネート類を反応させてアミド化することにより合成できる。
【００３３】
上記反応に用いられるジカルボン酸類としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ジフェニルメタン−４，４′−ジカルボン酸、及びこれらの酸無水物、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００３４】
トリカルボン酸類としては、トリメリット酸無水物、ブタン−１，２，４−トリカルボン酸、ナフタレン−１，２，４−トリカルボン酸及びこれらの酸無水物、並びにこれらの混合物が挙げられる。これらのジカルボン酸及びトリカルボン酸の中でも、芳香環を有するカルボン酸を用いることが好ましい。
【００３５】
ジイソシアネート類としては、ジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−４，４′−ジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート類を使用することができる。
【００３６】
ジアミン類としては、これらジイソシアネート類に対応するジアミン類を使用することができる。
【００３７】
これらアラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドを得るに際しては、さらにモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸を混合しても良く、特にモノカルボン酸、テトラカルボン酸の量はカルボン酸類全体の１０モル％以下とするのが好ましい。
【００３８】
これらのモノカルボン酸類、テトラカルボン酸類、特に限定無いが、モノカルボン酸としては、ギ酸、脂肪族カルボン酸、脂環族カルボン酸、芳香族カルボン酸及びこれらの酸無水物、並びにこれらの混合物が挙げられ、テトラカルボン酸類としては、ジフェニルエーテル−３，３′，４，４′−テトラカルボン酸、ブタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸、ベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸、ビフェニル−３，３′，４，４′−テトラカルボン酸、ナフタレン−１，２，４，５−テトラカルボン酸及びこれらの酸無水物、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００３９】
アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドを合成する際に上記原料の配合割合は、実質的にカルボキシル基または酸無水物が分子末端に存在する割合であれば特に限定されない。ジイソシアネート類が空気中や溶剤中の水分によって失活することを考慮して、カルボキシル基または酸無水物基のモル数に対するイソシアネート基のモル数、またはカルボキシル基または酸無水物基のモル数に対するアミノ基のモル数が０．８５以上であって、１．０５未満の範囲とすることが好ましい。
【００４０】
〔酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を有する含窒素芳香族ポリマー〕
本発明に係る含窒素芳香族ポリマーは、酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に有することを特徴とする。
【００４１】
酸化物無機粒子と架橋しうる官能基としては、例えば、アルコキシ基、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、アリル基などの炭素−炭素不飽和基、エポキシ基、オキセタン基などの環状アルコキシド基やイソシアネート基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、塩化シリル基、塩化アルミニウム基等が挙げられるが、カルボキシル基、アルコキシ基、ビニル基が好ましい。
【００４２】
これらの官能基の導入方法には特に制限はないが、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドの分子末端のカルボキシル基または酸無水物基に、上記の官能基及びグリシジルエーテル基を持つアルコキシシランまたはアルミニウムアルコキシドを反応させることにより導入させることができる。
【００４３】
架橋基を有するアルコキシシランまたはアルミニウムアルコキシド部分縮合物は、加水分解性アルコキシシランモノマーまたはアルミニウムアルコキシドモノマーを、酸またはアルカリ存在下で加水分解し、部分的に縮合させて得ることができる。
【００４４】
加水分解性アルコキシシランモノマーとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルエチルジエトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン、エポキシメチルトリメトキシシラン、エポキシメチルトリエトキシシラン、エポキシエチルトリメトキシシラン、エポキシメチルトリエトキシシラン、エポキシエチルトリエトキシシラン、アミノエチルトリメトキシシラン、アミノメチルトリエトキシシラン、テトラクロロシランが使用できる。
【００４５】
加水分解性アルミニウムアルコキシドモノマーとしては、例えば、アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムメチルジエトキシド、アルミニウムメチルジイソプロポキシド、アルミニウムエチルジエトキシシラン、アルミニウムエチルジイソプロポキシド、アルミニウムイソプロピルジエトキシド、アルミニウムイソプロピルジイソプロポキシド、アルミニウムビニルジエトキシド、アルミニウムビニルジイソプロポキシド、アルミニウムビニルエチルイソプロポキシド、アルミニウムジビニルイソプロポキシド、アルミニウムエポキシメチルジイソプロポキシド、アルミニウムエポキシエチルジイソプロポキシド、アルミニウムアミノエチルジイソプロポキシド、アルミニウムアミノメチルジイソプロポキシド、アルミニウムトリクロライド等が使用できる。
【００４６】
これらモノマーを部分的に縮合し、部分縮合生成物にアルコキシ基、ビニル基、エポキシ基、塩化シリル基、塩化アルミニウム基等の架橋性官能基を存在させる割合であれば、上記モノマーを任意の割合で混ぜることができる。また、部分縮合の際にグリシドールを混合しておくことで、グリシジルエーテル基と架橋性官能基を共に有する部分縮合物を得ることができる。この部分縮合物の反応は脱アルコール反応であり、反応温度は５０〜１５０℃、１〜１５時間の範囲で行うことができる。
【００４７】
上記アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドが分子末端に持つカルボキシル基または酸無水物と、上記部分縮合物のグリシジルエーテル基の開環エステル化反応で、酸化物無機粒子と架橋しうる官能基を末端に持つ含窒素芳香族ポリマーを得ることができる。この開環エステル化反応は、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶媒の存在下で、５０〜１３０℃、１〜７時間の範囲で行うことができる。
【００４８】
本発明に係る架橋性官能基を有する含窒素芳香族ポリマーの分子量は、ＧＰＣ測定によるスチレン換算値で、重量平均分子量として５０００以上、１００００未満が好ましい。５０００以上であればポリマーの伸張率が高くなり、セパレータの柔軟性が増し、１００００未満であると粘度が低下し取り扱い作業性が向上する傾向にある。
【００４９】
本発明に係る酸化物無機粒子と架橋しうる官能基を末端に持つ含窒素芳香族ポリマーの含有量は、特に限定はないが、全セパレータ全質量の、１質量％以上、８０質量％以下が好ましく、更に好ましくは３質量％以上、６０質量％以下である。
【００５０】
〔電池用セパレータの製造方法〕
次いで、本発明の電池用セパレータを製造する方法について説明する。
【００５１】
本発明の電池用セパレータの製造方法としては、特に限定はないが、湿式塗布方式が好ましい。具体的には酸化物無機粒子と、酸化物無機粒子と架橋しうる官能基を末端に持つ含窒素芳香族ポリマーとを有機溶媒に混合してスラリーを調製し、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上に塗布、乾燥させた後、塗膜を剥がすことで、本発明のセパレータが得られる。また、本発明のセパレータを、リチウムイオン電池に使用する場合は、集電体金属箔に活物質が塗布された正極板または負極板上に塗付することで、電極と一体となったセパレータ層が得られる。
【００５２】
（有機溶媒）
上記の方法で用いる有機溶媒としては、含窒素芳香族ポリマーを均一に且つ安定に溶解または分散できるもの、また酸化物無機粒子を均一に分散できるものであればよく、具体的には、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−ジメチルホルムアルデヒド等を用いることができる。また、上記塗布溶液あるいは分散液を安定化させるために、添加物を加えても良い。この添加物は、加熱によって除去できる物でも良いし、本発明のセパレータをリチウムイオン電池に適応したときに、高温下や高電圧下で安定に存在し、電池反応を阻害しない物であれば、電池内に残存しても良い。
【００５３】
（塗布方式）
上記塗布液を、所望の厚みに均一に塗布できる方法であれば、塗布方式は特に限定はない。例えば、スクリーン印刷、バーコーター法、ロールコーター法、リバースコーター法、グラビア印刷法、ドクターブレード法、ダイコーター法等をあげることができ、連続塗布、間欠塗布、ストライプ塗布等必要に応じ使い分けることができる。
【００５４】
（乾燥方法）
塗布後の乾燥方法については、含有した有機溶媒が除去できれば特に制限が無く、熱風乾燥、赤外線乾燥、遠赤外線乾燥、マイクロウエーブ乾燥、電子線乾燥、真空乾燥等の方式を利用できる。
【００５５】
乾燥温度も特に制限はないが５０〜４００℃が好ましく、８０℃〜２００℃が好ましい。
【００５６】
（セパレータの厚さ）
セパレータの厚さは特に限定は無いが、１μｍ〜２００μｍが好ましく５μｍ〜３０μｍが好ましい。この範囲であれば、正負極間の短絡を防止することができ、電池特性を向上させることができる。
【００５７】
《リチウムイオン電池》
本発明においては、本発明のセパレータをリチウムイオン電池に適用することを特徴とする。
【００５８】
本発明のリチウムイオン二次電池を構成する正極活物質、負極活物質、電極合剤、集電体、及び二次電池の作製方法について、以下その詳細を説明する。
【００５９】
〔正極活物質〕
本発明のリチウムイオン電池に適用可能な正極活物質としては、無機系活物質、有機系活物質、これらの複合体が例示できるが、無機系活物質あるいは無機系活物質と有機系活物質の複合体が、特にエネルギー密度が大きくなる点から好ましい。
【００６０】
無機系活物質として、例えば、Ｌｉ０．２ＭｎＯ２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、Ｖ２Ｏ５、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏ１／２Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２、Ｌｉ１．２（Ｆｅ０．５Ｍｎ０．５）０．８Ｏ２、Ｌｉ１．２（Ｆｅ０．４Ｍｎ０．４Ｔｉ０．２）０．８Ｏ２、Ｌｉ１＋ｘ（Ｎｉ０．５Ｍｎ０．５）１−ｘＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ２ＭｎＯ３、Ｌｉ０．７６Ｍｎ０．５１Ｔｉ０．４９Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２、Ｆｅ２Ｏ３、等の金属酸化物、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＰＯ４Ｆ（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）、ＬｉＭｎ０．８７５Ｆｅ０．１２５ＰＯ４、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ２−ｘＭＳｉ１−ｘＰｘＯ４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）、ＬｉＭＢＯ３（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）などのリン酸、ケイ酸、ホウ酸系が挙げられ、化学式中、ｘは０〜１の範囲であることが好ましい。更に、ＦｅＦ３、Ｌｉ３ＦｅＦ６、Ｌｉ２ＴｉＦ６などのフッ素系、Ｌｉ２ＦｅＳ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＦｅＳ等の金属硫化物、これらの化合物とリチウムの複合酸化物が挙げられる。
【００６１】
有機系活物質としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン、等の導電性高分子、有機ジスルフィド化合物、有機イオウ化合物ＤＭｃＴ（２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール）、ベンゾキノン化合物ＰＤＢＭ（ポリ２，５−ジヒドロキシ−１，４−ベンゾキノン−３，６−メチレン）、カーボンジスルフィド、活性イオウ等のイオウ系正極材料、有機ラジカル化合物等が用いられる。
【００６２】
また、正極活物質の表面には、無機酸化物が被覆されていることが電池の寿命を延ばす点で好ましい。無機酸化物を被覆するに際しては、正極活物質の表面にコーティングする方法が好ましく、コーティングする方法としては、例えば、ハイブリタイザーなどの表面改質装置を用いてコーティングする方法などが挙げられる。
【００６３】
上記無機酸化物としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン等のIIＡ〜ＶＡ族、遷移金属、IIIＢ、IVＢの酸化物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、γ−ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＴｉＯ３等が挙げられ、特に酸化ケイ素が好ましい。
【００６４】
〔負極活物質〕
本発明のリチウムイオン電池に適用可能な負極としては、特に制限はなく、集電体に負極活物質を密着させたものが利用できる。黒鉛系やスズ合金系などの粉末を、スチレンブタジエンゴムやポリフッ化ビニリデンなどの結着材とともにペースト状として集電体上に塗布して、乾燥後、プレス成形して作製したものが利用できる。物理蒸着（スパッタリング法や真空蒸着法など）によって、３〜５ミクロンのシリコン系薄膜を集電体上に直接形成したシリコン系薄膜負極なども利用できる。
【００６５】
リチウム金属負極の場合は、銅箔上に厚さ１０〜３０μｍのリチウム箔を付着させたものが好適である。高容量化の観点からは、シリコン系薄膜負極やリチウム金属負極からなるものであることが好ましい。
【００６６】
〔電極合剤〕
本発明に用いる電極合剤としては、導電剤、結着剤やフィラーなどの他に、リチウム塩、非プロトン性有機溶媒等が添加されたものが挙げられる。
【００６７】
導電剤としては、構成されるリチウムイオン電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば、制限なく用いることができる。通常、天然黒鉛（例えば、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など）、人工黒鉛、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、炭素繊維や金属粉（例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀（特開昭６３−１４８５５４号公報に記載）等）、金属繊維あるいはポリフェニレン誘導体（例えば、特開昭５９−２０９７１号公報に記載）などの導電性材料を１種またはこれらの混合物として含ませることができる。その中でも、黒鉛とアセチレンブラックの併用が特に好ましい。
【００６８】
導電剤の添加量としては、電極合剤の１〜５０質量％であることが好ましく、２〜３０質量％がより好ましい。カーボンや黒鉛の場合は、２〜１５質量％が特に好ましい。
【００６９】
本発明では、電極合剤を保持するための結着剤を用いることができる。このような結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を有するポリマーなどが挙げられ、その中でも、例えば、でんぷん、カルボキシメチルセルロース、セルロース、ジアセチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルフェノール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリヒドロキシ（メタ）アクリレート、スチレン−マレイン酸共重合体等の水溶性ポリマー、ポリビニルクロリド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、ポリビニルアセタール樹脂、メチルメタアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート等の（メタ）アクリル酸エステルを含有する（メタ）アクリル酸エステル共重合体、（メタ）アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、ビニルアセテート等のビニルエステルを含有するポリビニルエステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等のエマルジョン（ラテックス）あるいはサスペンジョンが好ましく、ポリアクリル酸エステル系のラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフロロエチレン、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。
【００７０】
上記結着剤は、一種単独または二種以上を混合して用いることができる。結着剤の添加量が少ないと、電極合剤の保持力、凝集力が弱くなる。多すぎると、電極体積が増加し電極単位体積あるいは単位質量あたりの容量が減少する。このような理由で、結着剤の添加量は電極合剤に対し１〜３０質量％が好ましく、２〜１０質量％がより好ましい。
【００７１】
前記フィラーは、本発明のリチウムイオン電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、０〜３０質量％が好ましい。
【００７２】
〔集電体〕
正・負極の集電体としては、本発明のリチウムイオン電池において、化学変化を起こさない電子伝導体が用いられる。正極の集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンなどの他にアルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが好ましく、その中でも、アルミニウム、アルミニウム合金がより好ましい。負極の集電体としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンが好ましく、銅あるいは銅合金がより好ましい。
【００７３】
集電体の形状としては、通常フィルムシート状のものが使用されるが、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体なども用いることができる。前記集電体の厚みとしては、特に限定されないが、１〜５００μｍが好ましい。また、集電体表面は表面処理により凹凸を付けることも好ましい。
【００７４】
〔電解液溶媒〕
本発明のリチウムイオン電池の電解液に使用する溶媒は、粘度が低くイオン伝導性を向上したり、または誘電率が高く、有効キャリアー濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。
【００７５】
このような溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート化合物、３−メチル−２−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、カルボン酸エステル、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等のエステル類、ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質などが挙げられる。
【００７６】
この中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、３−メチル−２−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、エステル類が特に好ましい。これらは単独で用いても２種以上を併用してもよい。
【００７７】
溶媒としては、耐揮発性による耐久性向上の観点から、常圧（１気圧）における沸点が２００℃以上のものが好ましく、２５０℃以上のものがより好ましく、２７０℃以上のものが更に好ましい。
【００７８】
〔イオン液体〕
本発明のセパレータを適応したリチウムイオン電池では、電解液にイオン液体を含有することが好ましい。イオン液体を使用することで、電解液中でのセパレータの膨潤が抑えられるため、サイクル特性が向上する。
【００７９】
本発明に係るイオン液体とは、アンモニウム、ホスホニウム、ヨードニウムから選ばれるオニウムカチオンとアニオンとで形成される化合物であり、０℃以上、２００以下の環境下で液体状態を呈する液体が用いられる。
【００８０】
オニウムカチオンとしてはアンモニウムが好適であり、脂肪族、脂環族、芳香族、複素環の４級アンモニウムカチオンから選ばれ、代表的にはイミダゾリウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、チアゾリウム、ピロリウム、ピラゾリウム、ベンズイミダゾリウム、インドリウム、カルバゾリウム、キノリニウム、ピロリジニウム、ピペラジニウム、アルキルアンモニウム等が挙げられる。それぞれに置換基がついていてもかまわない。
【００８１】
また、アニオン部としてフッ素原子を含有するアニオンが好ましく、代表的なアニオンとしては、イミドアニオン、ボレートアニオン、ホスフェートアニオンが挙げられる。
【００８２】
本発明で好ましいカチオン群としては、例えば、１−ｅｔｈｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ（ＥＭＩ）、Ｎ，Ｎ−ｄｉｅｔｈｙｌ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−Ｎ−（２−ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｙｌ）ａｍｍｏｎｉｕｍ（ＤＥＭＥ）、Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｎ−ｐｒｏｐｙｌ  ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｉｕｍ（Ｐ１３）、Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｎ−ｐｒｏｐｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｉｕｍ（ＰＰ１３）、Ｎ−ｅｔｈｙｌ−Ｎ−ｂｕｔｈｙｌ  ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｉｕｍ（Ｐ２４）等を単独、もしくは混合して用いてもよく、電池作動電圧範囲内で安定な構造を有するのであれば、特に構造を限定するものではない。
【００８３】
本発明で好ましいアニオン群としては、例えば、ｂｉｓ（ｆｌｕｏｒｏｓｕｌｆｏｎｙｌ）ｉｍｉｄｅ（ＦＳＩ）、（ｆｌｕｏｒｏｓｕｌｆｏｎｙｌ）（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆｏｎｙｌ）ｉｍｉｄｅ（ＦＴＩ）、ｂｉｓ（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆｏｎｙｌ）ｉｍｉｄｅ（ＴＦＳＩ）、ｂｉｓ（ｐｅｎｔａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｓｕｆｏｎｙｌ）ａｍｉｄｅ（ＢＥＴＩ）、ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ（ＢＦ４）、ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｔｒｉｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ（ＣＦ３ＢＦ３）、ｐｅｎｔａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｔｒｉｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ（ＣＦ３ＣＦ２ＢＦ３）、ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐａｔｅ（ＰＦ６）等を単独、もしくは混合して用いてもよく、電池作動電圧範囲内で安定な構造を有するのであれば、特に構造を限定するものではない。
【００８４】
本発明に適用可能なイオン液体の代表的な例は、上記カチオン群、アニオン群の組み合わせであり、任意の混合率で使用できる。
【００８５】
本発明において、イオン液体の含有量は特に限定はないが、電解液溶媒の１０質量％以上、１００質量％以下が好ましい。
【００８６】
〔支持電解質塩〕
本発明において、イオン伝導度向上の観点から、支持電解質塩を使用することができる。支持電解質塩としては、任意のものを用いることができるが、好ましくは、周期律表Ｉａ族またはIIａ族に属する金属イオンの塩が用いられる。周期律表Ｉａ族またはIIａ族に属する金属イオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムのイオンが好ましい。金属イオンの塩のアニオンとしては、ハロゲン化物イオン（Ｉ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−等）、ＳＣＮ−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−、ＳｂＦ６−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）（ＦＳＯ２）Ｎ−、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、Ｐｈ４Ｂ−、（Ｃ２Ｈ４Ｏ２）２Ｂ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＦ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｃ６Ｆ５ＳＯ３−等が挙げられる。その中でもＢＦ４−、ＰＦ６−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）（ＦＳＯ２）Ｎ−、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＦ３ＳＯ３−がより好ましい。
【００８７】
代表的な支持電解質塩としては、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＩ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、Ｌｉ（ＦＳＯ２）２Ｎ−、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）（ＦＳＯ２）Ｎ、ＮａＩ、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４、ＮａＡｓＦ６、ＫＣＦ３ＳＯ３、ＫＳＣＮ、ＫＰＦ６、ＫＣｌＯ４、ＫＡｓＦ６などが挙げられる。更に好ましくは、上記Ｌｉ塩である。これらは一種または二種以上を混合してもよい。
【００８８】
電解液中の支持電解質塩の配合量は、５〜４０質量％とすることが好ましく、特に１０〜３０質量％とすることが好ましい。
【００８９】
〔リチウムイオン電池の作製〕
本発明のセパレータを使用したリチウムイオン電池の作製について説明する。本発明のリチウムイオン二次電池の形状としては、シート、角、シリンダーなどいずれの形にも適用できる。正極活物質や負極活物質の電極合剤は、集電体の上に塗布（コート）、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。
【００９０】
電極合剤の塗布方法としては、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法等が好適に挙げられる。その中でも、ブレード法、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。
【００９１】
また、塗布は０．１〜１００ｍ／分の速度で実施されることが好ましい。この際、電極合剤の溶液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得ることができる。塗布は片面ずつ逐時でも、両面同時に行ってもよい。更に、前記塗布は連続でも間欠でもストライプでもそれらを組み合わせてもよい。
【００９２】
その塗布層の厚み、長さ及び巾は、電池の形状や大きさにより決められるが、片面の塗布層の厚みはドライ後の圧縮された状態で１〜２０００μｍが好ましい。
【００９３】
電極シート塗布物の乾燥及び脱水方法としては、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせた方法を用いることできる。乾燥温度は８０〜３５０℃が好ましく、１００〜２５０℃がより好ましい。含水量としては、電池全体で２０００ｐｐｍ以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質では、それぞれ５００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。
【００９４】
シートのプレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特にカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は特に限定されないが、０．２〜３ｔ／ｃｍ２が好ましい。前記カレンダープレス法のプレス速度としては、０．１〜５０ｍ／分が好ましく、プレス温度は室温〜２００℃が好ましい。正極シートに対する負極シート幅の比としては、０．９〜１．１が好ましく、０．９５〜１．０が特に好ましい。正極活物質と負極活物質との含有量比は、化合物種類や電極合剤処方により異なる。
【００９５】
本発明のセパレータは、上記のようにポリエチレンテレフタラート等の樹脂フィルム上に形成し、剥離することでフィルム化し正極板、負極板の間に重ね合わせ手も良いし、正極板及び／または負極板それぞれの上に直接塗布形成し、正極を重ね合わせ電池を組んでも良い。
【００９６】
本発明のリチウムイオン電池の形態は、特に限定されないが、コイン、シート、円筒等、種々の電池セルに封入することができる。
【００９７】
本発明のリチウムイオン電池の用途は特に限定されないが、例えば、電子機器としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルＣＤ、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。
【００９８】
その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器（ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など）などが挙げられる。更に各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
【実施例】
【００９９】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量％」を表す。
【０１００】
実施例１
《電池用セパレータの作製》
〔酸化物無機粒子の準備〕
酸化物無機粒子として、下記の各材料を準備した。なお、表１には、下記に示した略称で記載した。
【０１０１】
１）ＵＥＰ；第一稀元素社製  ジルコニア  平均粒径５００ｎｍ
２）サイリシア；富士シリシア化学社製  多孔質シリカ  比表面積９００ｍ２／ｇ  細孔径４ｎｍ  平均粒径６μｍ
３）Ｍ−１００ＳＡ；テイカ社製  酸化チタン  平均粒径１５ｎｍ
４）Ａ３４；日本軽金属社製  非多孔質アルミナ粒子  平均粒径４μｍ
５）Ａｌｕ−Ｃ；日本アエロジル社製  非多孔質アルミナ  平均粒径１３ｎｍ
６）Ａ２００；日本アエロジル社製  シリカ  平均粒径１０ｎｍ
なお、上記に記載した比表面積及び細孔径は、日本ベル（株）製の自動比表面積／細孔分布測定装置ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉIIを用いて測定した。また平均粒径は走査型電子顕微鏡により２００個以上の粒子を観察し、各粒子の球換算粒径の平均値を求めることにより得た。
【０１０２】
〈酸化物無機粒子の表面修飾〉
組み合わせる含窒素芳香族ポリマーがもつ架橋基に応じ、上記各酸化物無機粒子の表面をビニルトリクロロシランで化学修飾した。
【０１０３】
表面修飾の方法は、酸化物無機粒子１０ｇをトルエン中に分散し、攪拌しながらＫＡ−１００３（信越化学社製  ビニルトリクロロシラン）を３ｇ加えた。トルエンの沸点１１０℃にて還流を２４時間行った。得られた分散液を１００００ｒｐｍ、１０ｍｉｎ遠心分離し、沈殿した生成物を回収し、アセトンに再分散、１時間攪拌後、再度遠心分離し沈殿物を回収、室温にて乾燥させることで、表面修飾済みの各酸化物無機粒子を得た。
【０１０４】
〔含窒素芳香族ポリマーの合成〕
酸化物無機粒子表面と架橋しうる官能基を末端に持つ含窒素芳香族ポリマーを下記の方法に従って合成した。
【０１０５】
（アラミドの合成）
攪拌翼、温度計、窒素流入管及び粉体添加口を有する３リットルのセパラブルフラスコを使用して、アラミドの合成を行った。フラスコを十分乾燥し、Ｎ−メチルピロリドン２２００ｇを仕込み、パラフェニレンジイソシアネートを１５３ｇ添加して完全に溶解させた。その溶液を８０℃に保ったまま、テレフタル酸１７３ｇを１０分割して約５分おきに添加した。ただし、１０分割したテレフタル酸の一つは、テレフタル酸と同質量のＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する）に溶解して最終の添加を行った。その後も攪拌しながら２０℃に保った状態で１時間熟成した。最後にステンレス金網で濾過し、１０質量％のアラミドＮＭＰ溶液を得た。得られたアラミドについて、ＧＰＣによる分子量測定を行った結果、スチレン換算の重量平均分子量が１３０００であった。
【０１０６】
（ポリアミドイミドの合成）
攪拌翼、温度計、窒素流入管及び冷却管を備えた３リットルのセパラブルフラスコを使用して、ポリアミドイミドの合成を行った。フラスコを十分乾燥し、Ｎ−メチルピロリドン２２００ｇを仕込み、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネートの２０６ｇを添加して完全に溶解させた。その溶液を１３５℃に保ったまま、無水トリメリット酸１８４ｇを１０分割して約５分おきに添加した。ただし１０分割した無水トリメリット酸の一つは、無水トリメリット酸と同質量のＮＭＰに溶解して最終の添加を行った。その後も攪拌しながら２０℃に保った状態で１時間熟成した。最後にステンレス金網で濾過し、１０質量％のポリアミドイミドＮＭＰ溶液を得た。得られたポリアミドイミドを、ＧＰＣにより分子量を測定した結果、スチレン換算の重量平均分子量が１５０００であった。
【０１０７】
（グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシランの合成）
上記各ポリマーの合成に用いたのと同様の反応装置に、グリシドール（日本油脂社製  エピオールＯＨ）を２５０ｇと、テトラメトキシシラン部分縮合物（多摩化学社製  メチルシリケート５１）を８００ｇ仕込み、窒素雰囲気下、攪拌しながら９０℃に昇温した。さらに、テトラクロロシラン（関東化学社製）の５００ｇを仕込み、触媒としてジブチル錫ジラウリレートを１ｇ加えて５時間反応させた。
【０１０８】
次いで、５０℃に冷却した後に減圧し、発生したメタノールを除去し室温まで冷却して、１１００ｇのグリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシランを得た。
【０１０９】
（グリシジルエーテル基とビニル基を有するアルコキシシランの合成）
上記グリシジルエーテル基とクロロシリル基を含有したアルコキシシラン縮合物の合成方法から、テトラクロロシランをビニルトリメトキシシラン（信越化学社製  ＫＡ−１００３）の４３０ｇに変更した以外は同様の操作により、１０５０ｇのグリシジルエーテル基とビニル基を有するアルコキシシランを得た。
【０１１０】
（グリシジルエーテル基とメトキシシリル基を有するアルコキシシランの合成）
上記グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシランの合成方法から、テトラクロロシランの添加を除いた以外は同様の操作により、９３０ｇのグリシジルエーテル基とメトキシシリル基を有するアルコキシシランを得た。
【０１１１】
（グリシジルエーテル基とアルミニウムイソプロポキシ基を有するアルコキシシランの合成）
上記グリシジルエーテル基とクロロシリル基を含有したアルコキシシラン縮合物の合成方法から、テトラクロロシランをアルミニウムテトライソプロポキシド（関東化学社製）の７５０ｇに、反応温度を８０℃にそれぞれ変更した以外は同様の操作により、１２５０ｇのグリシジルエーテル基とアルミニウムイソプロポキシ基を有するアルコキシシランを得た。
【０１１２】
（含窒素芳香族ポリマー１の合成：ポリマー主鎖がアラミドで末端架橋基がクロロシランである含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマーの合成に用いたのと同様の反応容器に、上記で得たアラミド２００ｇと、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン６ｇを仕込み、１００℃に昇温した後３時間反応させた。反応後Ｎ−メチルピロリドンを６ｇ加えて冷却し、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー１を含む溶液を得た。
【０１１３】
（含窒素芳香族ポリマー２の合成：ポリマー主鎖がアラミドで末端架橋基がビニル基である含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマー１の合成において、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン（６ｇ）に代えて、グリシジルエーテル基とビニル基を有するアルコキシシランの８ｇを用いた以外は同様の反応操作により、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー２を含む溶液を得た。
【０１１４】
（含窒素芳香族ポリマー３の合成：ポリマー主鎖がアラミドで末端官能基がメトキシシランである含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマー１の合成において、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン（６ｇ）に代えて、グリシジルエーテル基とメトキシシリル基を有するアルコキシシランの５．５ｇを用いた以外は同様の反応操作により、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー３を含む溶液を得た。
【０１１５】
（含窒素芳香族ポリマー４の合成：ポリマー主鎖がアラミドで末端官能基がアルミニウムイソプロポキシドである含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマー１の合成において、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン（６ｇ）に代えて、グリシジルエーテル基とアルミニウムイソプロポキシ基を有するアルコキシシランの１０ｇを用い、反応温度を９０℃に変更した以外は同様の反応操作により、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー４を含む溶液を得た。
【０１１６】
（含窒素芳香族ポリマー５の合成：ポリマー主鎖がアミドイミドで末端官能基がビニル基である含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマー１の合成において、アラミドの２００ｇをポリアミドイミドの２００ｇに変更し、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン（６ｇ）に代えて、グリシジルエーテル基とビニル基を有するアルコキシシランの６ｇを用い、更に反応温度を９０℃に変更した以外は同様の反応操作により、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー５を含む溶液を得た。
【０１１７】
（含窒素芳香族ポリマー６の合成：ポリマー主鎖がアミドイミドで末端官能基がメトキシシランである含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマー１の合成において、アラミドの２００ｇをポリアミドイミドの２００ｇに変更し、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン（６ｇ）に代えて、グリシジルエーテル基とメトキシシリル基を有するアルコキシシランの７ｇを用い、更に反応温度を９０℃に変更した以外は同様の反応操作により、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー６を含む溶液を得た。
【０１１８】
（含窒素芳香族ポリマー７の合成：ポリマー主鎖がアミドイミドで末端官能基がアルミニウムイソプロポキシドである含窒素芳香族ポリマー）
上記ポリマー１の合成において、アラミドの２００ｇをポリアミドイミドの２００ｇに変更し、グリシジルエーテル基とクロロシリル基を有するアルコキシシラン（６ｇ）に代えて、グリシジルエーテル基とアルミニウムイソプロポキシ基を有するアルコキシシランの１０ｇを用い、更に反応温度を９０℃にした以外は同様の反応操作により、不揮発分が１０質量％の含窒素芳香族ポリマー７を含む溶液を得た。
【０１１９】
〔イオン液体の合成〕
下記の方法に従って、イオン液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（フルオロスルホニル）アミドを調製した。
【０１２０】
カリウム  ビス（フルオロスルホニル｝アミド（Ｋ−ＦＳＡ）の２１．９ｇ（０．１ｍｏｌ）を、１００ｍｌの水に７０℃で溶解し、５０℃で攪拌しながら、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライドの１４．６ｇ（０．１ｍｏｌ）を５０ｍｌの水に溶解した溶液を、１５分間かけて滴下・混合した。５０℃で激しく攪拌しながら更に２時間、複分解反応を行った後、生成した油相を分離した。生成物を各５０ｍｌの水で２回洗浄した後、６０℃、１３．３Ｐａで２時間乾燥し、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（フルオロスルホニル）アミド（以下、ＥＭＩ−ＦＳＡと略記する）の２４．７ｇ（収率８５％）を得た。
【０１２１】
〔セパレータフィルムの作製〕
上記で調製・準備した各酸化物無機微粒子とポリマーについて、表１に記載の組み合わせ、配合比率（質量比）で、ホモジナイザーを用いて５０００ｒｐｍで３０分間の分散混合を行った後、Ｎ−メチルピロリドンを加えて、不揮発分が１０質量％のセパレータ塗布液１〜２０を調製した。なお、架橋性基がビニル基の場合のみ、反応開始剤として、アゾビスイソブチロニトリル（表１にはＡＩＢＮと略記）を加えた。
【０１２２】
次いで、各セパレータ塗布液を、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）上にワイヤーバーで塗布し、１２０℃で１分乾燥し、更に６０℃で５分乾燥した。乾燥後、形成したセパレータ膜をＰＥＴフィルムから剥離し、厚さ１５μｍのセパレータフィルムである電池用セパレータ１〜２０を作製した。同時に、架橋性官能基を持たない含素芳香族ポリマーを用いて調製したセパレータ塗布液２１〜２３を用いて、比較例である電池用セパレータ２１〜２３を、同様にして作製した。
【０１２３】
《電池用セパレータの評価》
上記作製した電池用セパレータ１〜２３について、下記の方法に従って、突刺強度試験を行った。また、各電池用セパレータを用いたときの非水系電解液のイオン伝導度を測定した。
【０１２４】
〔電池用セパレータの突刺強度試験〕
圧縮試験器（カトーテック社製  ＫＥＳ−Ｇ５）を用いて、針径１．０ｍｍ、先端の曲率半径０．５ｍｍの針を、突刺速度２ｍｍ／ｓで突刺試験を行い、最大突刺加重（ｇ）を測定し、これを突刺強度の尺度とした。
【０１２５】
〔非水電解液のイオン伝導度測定〕
上記作製した電池用セパレータ１〜２３を、それぞれ１ｃｍ２の円形にくりぬき、非水電解液としてキシダ化学社製のＬＢＧ−９４９２３（ＥＣ：ＤＥＣ＝３：７、ＬｉＰＦ６  １．３ｍｏｌ／Ｌ）を各電池用セパレータに染み込ませた。同じく円形１ｃｍ２の白金電極間に試料を挟み、２３℃、５０％ＲＨの環境下で、交流インピーダンス法（０．１Ｖ、周波数１Ｈｚ〜１０ＭＨｚ）により膜抵抗を測定し、イオン伝導度を算出した。
【０１２６】
以上により得られた結果を、表１に示す。
【０１２７】
【表１】
2011187274.tif 000002
【０１２８】
表１に記載の結果より明らかなように、本発明の電池用セパレータは、比較例に対し高い機械的強度を有しており、さらに本発明の電池用セパレータを使用した場合、非水電解液は高いイオン伝導度を発現していることが分かる。
【０１２９】
実施例２
《リチウムイオン電池の作製》
〔正極シートの作製〕
５０ｇのＮ−メチルピロリドンに、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を４３ｇ、鱗片状黒鉛を２ｇ、アセチレンブラックを２ｇ、更に、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の３ｇを加え、混練して得られたスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔に、エクストルージョン式塗布機を使って塗設し、乾燥後にカレンダープレス機により圧縮成形し、端部にアルミニウム製のリード板を溶接し、厚さ９５μｍ、幅５４ｍｍ×長さ４９ｍｍの正極シートを作製し、露点−４０℃以下の乾燥空気中、２３０℃で３０分乾燥した。
【０１３０】
〔負極シートの作製〕
５０ｇの水に、負極活物質としてハードカーボンを４５ｇ、結着剤としてＢＭ−４００Ｂ（日本ゼオン社製  変性スチレンブタジエンゴムを４０質量％含む水分散液）を４ｇ、さらに粘度調整剤としてカルボキシメチルセルロースを１ｇ加え、混練して得られたスラリーを、厚さ２０μｍの銅箔にエクストルージョン式塗布機を使って塗設し、乾燥後にカレンダープレス機により圧縮成形し、端部にニッケル製のリード板を溶接して、厚さ１００μｍ、幅５５ｍｍ×長さ５０ｍｍの負極シートを作製し、露点−４０℃以下の乾燥空気中において、１５０℃で３０分乾燥した。
【０１３１】
〔セパレータ層の形成〕
上記作製した負極シート上に、実施例１に記載の電池用セパレータの作製と東洋にして、セパレータ塗布液１〜２３を、それぞれワイヤーバーで塗布し、１２０℃で１分間乾燥し、さらに６０℃で５分乾燥して、セパレータ層を形成した。得られたセパレータ層は厚さ１５μｍで、露点−４０℃以下の乾燥空気中において、１５０℃で３０分再度乾燥した。
【０１３２】
〔電解液に有機溶媒を含有するリチウムイオン電池１０１〜１２３の作製〕
露点−４０℃以下の乾燥空気中で、上記作製した正極シートとセパレータ層形成済みの負極シートとを重ね合わせ、減圧下、８０℃で３時間加熱して、電極積層体を作製した。その後、３縁をヒートシールしたポリエチレン（５０μｍ）−アルミ蒸着済みポリエチレンテレフタレート（５０μｍ）のラミネートフィルムから構成される外装材に、上記電極積層体を入れ、電解液としてキシダ化学社製のＬＢＧ−９４９２３（有機溶媒  エチレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝３：７、ＬｉＰＦ６：１．３ｍｏｌ／Ｌ）を注入した。注入後、最後の１縁を真空下でヒートシールして密閉することで、電解液として有機溶媒を含有するリチウムイオン電池１０１〜１２３を作製した。
【０１３３】
〔電解液としてイオン液体を含有するリチウムイオン電池２０１〜２２３の作製〕
上記リチウムイオン電池１０１〜１２３の作製において、電解液としてＬＢＧ−９４９２３に代えて、下記イオン液体電解液を用いた以外は同様にして、電解液としてイオン液体を含有するリチウムイオン電池２０１〜２２３を作製した。
【０１３４】
〈イオン液体〉
実施例１で調製した１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（フルオロスルホニル）アミド（ＥＭＩ−ＦＳＡ）に、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドを１．２ｍｏｌ／Ｌ添加して、イオン液体電解液を調製した。
【０１３５】
《リチウムイオン電池の評価》
〔耐ショート性の評価〕
各リチウムイオン電池をそれぞれ１００個作製し、２０℃の環境下で、３００ｍＡの定電流で２Ｖから４．３Ｖまで充電した。その後、各リチウムイオン電池を５０℃の環境下に２０日間放置し、再び電池電圧を計測した。５０℃環境に放置後の電池電圧が０．３Ｖ以上であった電池は、ショート電池と判定し、１００個作製した電池の内、何個ショートしたかを計測し、これをショート発生率とし、耐ショート性の尺度とした。
【０１３６】
〔充放電サイクル性の評価：放電容量保持率の測定〕
上記作製した各リチウムイオン電池について、計測器センター社製の充放電測定装置を用いて、３００ｍＡの定電流で電圧として２Ｖから４．２Ｖまで充電し、１０分間の休止後、３００ｍＡの定電流で電池電圧３Ｖまで放電した。この充放電サイクルを、２０℃の環境下で２０００サイクル繰り返し、初期と、２０００サイクル目の放電容量保持率（％）を測定し、これを放充電サイクル性の尺度とした。
【０１３７】
以上により得られた結果を、表２（リチウムイオン電池１０１〜１２３）、表３（リチウムイオン電池２０１〜２２３）に示す。
【０１３８】
【表２】
2011187274.tif 000003
【０１３９】
【表３】
2011187274.tif 000004
【０１４０】
表２、表３に記載の結果より明らかな様に、本発明の電池用セパレータを用いた本発明のリチウムイオン電池は、比較例に対し、耐ショート性に優れ、かつ充放電サイクル性（放電容量保持率）に優れていることが分かる。