(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質としてリチウム金属酸化物を含む正極極板と、
負極活物質として炭素を含む負極極板と、
第一面が前記負極極板と接し、前記第一面の裏面となる第二面が前記正極極板と接するように前記正極極板と前記負極極板との間に配置されるセパレータと、
有機溶媒に電解質としてリチウムイオンが溶解する電解液と
を有し、
前記セパレータが、支持層と前記支持層より空孔径が小さく空孔率が低い分離機能層とからなり、
前記支持層および前記分離機能層の一方が前記第一面の側に配置され、他方が前記第二面の側に配置され、
前記セパレータの前記第一面の側に前記分離機能層が配置され、前記第二面の側に前記支持層が配置され、
前記分離機能層の空孔径の平均が、前記電解液で溶媒和した多価イオンより小さく前記電解液で溶媒和したリチウムイオンよりも大きいことを特徴とする、
リチウムイオン電池。
【請求項２】
前記分離機能層の平均膜厚が、前記支持層の平均膜厚より小さいことを特徴とする、
請求項１記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
前記分離機能層の材料が、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリルニトリル、テフロン、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニル共重合体、及びポリ塩化ビニルの内の何れか一つであることを特徴とする、
請求項１または２記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
前記支持層の材料が、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ビニロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びポリフッ化ビニリデンの内の何れか一つであることを特徴とする、
請求項１から３の何れか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記分離機能層は、前記支持層の側壁に接する領域にも形成されることを特徴とする、
請求項１から４の何れか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
前記分離機能層は、前記正極極板または前記負極極板と接する部分の膜厚より、前記支持層の側壁と接する部分の膜厚の方が小さいことを特徴とする、
請求項４記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
前記分離機能層の前記正極極板または前記負極極板と接する部分の膜厚は、前記支持層の側壁側に近づくほど厚いことを特徴とする、
請求項１記載の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、正極と負極の間にセパレータを備えるリチウムイオン電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、活物質としてリチウム遷移金属酸化物を含む正極と、活物質としてカーボンを含む負極と、リチウム塩が溶解した有機系溶媒を含む電解液と、正極と負極の間に配されるセパレータとを備える構成である。
【０００３】
リチウムイオン電池の電極には、鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムなどの金属異物が混入する場合がある。混入した金属異物は、固体もしくはイオンの状態で電池内部に混入する可能性がある。リチウムイオン電池は、混入した金属異物に起因して出力電圧が低下したり発熱・発火不良が生じたりする場合がある。特に正極近傍に金属異物が混入されている場合、内部電界により金属異物がイオン化し負極側へ誘導される。このイオンが負極で析出することによりデンドライドが形成され、デンドライドが成長して負極から正極へ到達し、正負極を短絡させる。このような短絡は出力電圧が低下するＯＣＶ（ Open Circuit Voltage ）不良、さらには発熱・発火不良を引き起こす。
【０００４】
従来のリチウムイオン電池では、このような金属異物に起因する不良を抑制するために、正極・負極を塗布系セパレータと密着させてハンドリングする構成が提案されている。このような構造とすることで電極／セパレータ間に隙間が無くなり、組立時に混入した金属異物が電極に触れることが無く、金属異物起因のデンドライドが生じにくくなる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２７８５７号公報
【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、従来のリチウムイオン電池では、組立時に混入した金属異物は不活性化できるが、源泉工程ですでに正極に混入した金属異物は除去できず、正極で金属異物がイオン化すると、イオン化した金属異物が負極に移動し、負極でデンドライドが生成される。デンドライドが生成されることにより、正極と負極とが短絡し、リチウムイオン電池の出力電圧が低下したり、リチウムイオン電池が発熱・発火したりして電池性能と安全性が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するもので、リチウムイオン電池の電池性能と安全性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のリチウムイオン電池は、正極活物質としてリチウム金属酸化物を含む正極極板と、負極活物質として炭素を含む負極極板と、第一面が前記負極極板と接し、前記第一面の裏面となる第二面が前記正極極板と接するように前記正極
極板と前記負極極板との間に配置されるセパレータと、有機溶媒に電解質としてリチウムイオンが溶解する電解液とを有し、前記セパレータが、支持層と前記支持層より空孔径が小さく空孔率が低い分離機能層とからなり、前記支持層および前記分離機能層の一方が前記第一面の側に配置され、他方が前記第二面の側に配置され、前記セパレータの前記第一面の側に前記分離機能層が配置され、前記第二面の側に前記支持層が配置され、前記分離機能層の空孔径の平均が、前記電解液で溶媒和した多価イオンより小さく前記電解液で溶媒和したリチウムイオンよりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この構成によると、分離機能層と支持層とからなるセパレータを用い、支持層に比べて分離機能層を空孔径が小さく空孔率の低い緻密な構成とすることにより、金属異物の正極側から負極側への移動を抑制でき、これにより負極側での金属異物の析出が抑制されるので、電池性能と安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態として円筒型のリチウムイオン電池の構成について示す断面図
【図２】本発明の一実施の形態における正極極板、負極極板、セパレータの要部構成を模式的に例示する断面図
【図３】実施例１におけるセパレータの構成を例示する図
【図４】実施例２におけるセパレータの構成を例示する図
【図５】実施例３におけるセパレータの構成を例示する図
【図６】実施例と比較例におけるリチウムイオン電池の充放電サイクル特性評価の結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明においては、同様の作用をなす構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略している。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態として円筒型のリチウムイオン電池の構成について示す断面図である。図１に例示する円筒型のリチウムイオン電池は、正極極板１と負極極板２とを備え、正極極板１と負極極板２とが交互に積層される。正極極板１と負極極板２との間には、正極極板１と負極極板２とが物理的に接触することを防ぐようにセパレータ３が配置される。積層された正極極板１，負極極板２およびセパレータ３は円筒状に巻回され、正極タブ４、負極タブ５、電解液７などを有するケース６内に配置されて円筒型のリチウムイオン電池を構成する。電解液７は、例えば有機系溶媒にリチウム塩が溶解した溶液からなり、電解質としてリチウムイオンを含む。
【００１３】
次に図２を用いてセパレータ３の構造を説明する。
図２は、本発明の一実施の形態における正極極板、負極極板、セパレータの要部構成を模式的に例示する断面図である。
【００１４】
本発明の望ましいセパレータ３の構成は、空孔が形成される分離機能層３ａと支持層３ｂとが積層して構成される。分離機能層３ａは空孔径が小さく空孔率の低い緻密な構成であり、支持層３ｂは分離機能層３ａより空孔径が大きく空孔率の高い、粗な構成である。
【００１５】
なお、空孔径とは膜の空孔部分の長手方向と垂直な断面の径であり、空孔率とは膜の体積に占める空孔部分の体積の割合である。空孔径が大きく、空孔率が高いほど透液性は高くなるが、機械的な強度は低下する。また、空孔径が小さい程、阻止できる金属異物のサイズが小さくなる。空孔による物質の阻止率は空孔径の大きさ、その空孔の密度、その層の厚みによって決定される。例えば、混入される金属異物のイオンが溶媒和しており、その径が０．８ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の場合、分離機能層３ａの空孔の平均径を０．３ｎｍ以上０．８ｎｍ以下とし、空孔率を０％より大きく１％以下とすることができる。
【００１６】
なお、表現上ここでは平均径０．３ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の空孔としているが、このサイズでは膜を構成する分子の結合鎖の間隔がこの空孔となる。これは水銀ポロシメーターなどの通常の空孔径を測定する方法では測定が困難であり、陽電子消滅法など逆浸透膜の機能層の細孔を測定する手法で測定できるサイズである。
【００１７】
セパレータ３において、分離機能層３ａが露出する面を第一面とし、支持層３ｂが露出する面を第二面とする。つまり第一面側のセパレータ３の空孔径、空孔率は第二面側のセパレータ３の空孔径、空孔率よりそれぞれ小さい。
【００１８】
ここで、本実施の形態における分離機能層３ａとは、一定の大きさ以上のイオンや分子の透過を阻止し、一定の大きさ未満のイオンは透過させる機能を持つ層である。
本実施の形態で用いる分離機能層３ａの厚さである平均膜厚は、特に限定されるものではないが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ未満であると強度不足により膜に欠陥が生じる可能性が高くなり、１００ｎｍより大きいと、電池反応に必要な透過対象物の移動が阻害されるため、電池性能の低下が生じる。また、分離機能層３ａの平均膜厚は、支持層３ｂの平均膜厚より薄いことが好ましい。
【００１９】
分離機能層３ａの材料としては、特に限定されるものではないが、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニル共重合体、及びポリ塩化ビニルの内の何れか一つが好ましい。特に芳香族ポリアミド、酢酸セルロースがより好ましい。
【００２０】
ここで、本実施の形態における支持層３ｂとは、分離機能層３ａを支持する多孔性の層である。特に限定されるものではないが、例えば不織布、多孔質フィルム等が挙げられる。支持層３ｂは分離機能層３ａより空孔径が大きく空孔率が高いため、分離機能層３ａを透過したイオンは支持層３ｂを透過する。
【００２１】
本実施の形態で用いる支持層３ｂの厚さである平均膜厚は特に限定されるものではないが、１５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。１５μｍ未満であると強度不足により膜の破断が生じる可能性が高くなり、１００μｍより大きいと、アルカリ電池の内容積のうちセパレータの体積の比率が高く、正極活物質および負極活物質の比率は低くなるため、電池容量の低下に繋がる。
【００２２】
また、支持層３ｂに形成される空孔径は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍ未満であると電池反応に必要な透過対象物の移動が阻害されるため、電池性能の低下が生じ、１μｍより大きいと、正極と負極の絶縁性が担保できなくなる可能性が高くなる。また空孔率としては、５０％以上８０％以下が好ましい。５０％未満であると、電池反応に必要な透過対象物の移動が阻害されるため、電池性能の低下が生じ、８０％より大きいと強度不足により膜の破断が生じる可能性が高くなる。
【００２３】
支持層３ｂの材料としては、特に限定されるものではないが、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ビニロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びポリフッ化ビニリデンの内の何れか一つが好ましい。
【００２４】
本実施の形態のセパレータ３の製造方法としては、まず、支持層３ｂを作製し、その後支持層３ｂ上に分離機能層３ａを形成する。支持層３ｂは支持層３ｂの材料を溶融または所定の溶媒に溶解させた後に乾式延伸法、湿式抽出法、または発泡法などで作製することができる。次に支持層３ｂ上に分離機能層３ａの材料の溶液を、ダイコート法を用いて塗布・乾燥することでセパレータ３が得られる。
【００２５】
図２に示す正極極板１、負極極板２の断面構造を用いて、正極極板１、負極極板２の構造を説明する。正極極板１は、リチウム金属酸化物やバインダー剤を含む２つの正極活物質１ａでアルミ箔などを用いた正極用集電材１ｂを挟み込んで、バインダー剤を用いて積層した構造となっている。また、負極極板２は、炭素やバインダー剤を含む２つの負極活物質２ａで銅箔などを用いた負極用集電材２ｂを挟み込んで、バインダー剤を用いて積層した構造となっている。
【００２６】
上記のような構造である正極極板１と負極極板２とセパレータ３を用い、図１に示すように正極極板１、セパレータ３、負極極板２、セパレータ３の順に積層し、巻回したものを、正極タブ４、負極タブ５、電解液７などと共にケース６内に挿入、封口してリチウムイオン電池が完成される。
【００２７】
なお、図２に示す例では、巻回した際に支持層３ｂが正極活物質１ａに、分離機能層３ａが負極活物質２ａに触れる向きに正極極板１、負極極板２、セパレータ３を配置している。ただし、支持層３ｂが負極活物質２ａに接し、分離機能層３ａが正極活物質１ａに接するようにセパレータ３を配置しても良い。
【００２８】
以上のように、分離機能層３ａと支持層３ｂとからなるセパレータ３を用い、支持層３ｂに比べて分離機能層３ａを空孔径が小さく空孔率の低い緻密な構成とすることにより、分離機能層３ａに多価金属イオンの透過を抑制する機能を持たせ、支持層３ｂに液の透過性を低下させずにセパレータ３全体の機械的強度を確保させることができる。
【００２９】
ここで、分離機能層３ａは、空孔径や空孔率が電解液７中のリチウムイオンを十分に透過させながら金属異物イオンの透過を抑制させる程度であり、膜厚は電解液７とリチウムイオンの透過性を低下させないために一定以下の薄膜である。
【００３０】
また、支持層３ｂは、セパレータ３の機械的強度を確保するために一定以上の膜厚であり、電解液７とリチウムイオンの透過性に影響を与えないために一定以上の空孔径，空孔率となる。これにより、源泉工程において正極極板１に金属異物が混入したとしてもデンドライド生成を阻止することができ、負極極板２での金属異物の析出を抑制することができるため、電池性能と安全性を確保することができる。
【００３１】
以下、具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。
図３は実施例１におけるセパレータの構成を例示する図、図４は実施例２におけるセパレータの構成を例示する図、図５は実施例３におけるセパレータの構成を例示する図、図６は実施例と比較例におけるリチウムイオン電池の充放電サイクル特性評価の結果を示す図である。
【００３２】
（実施例１）
実施の形態１において、正極活物質１ａに、金属異物として直径φ２０μｍ以上３０μｍ以下の鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極活物質１ａの質量に対して１００ｐｐｍ混入させたリチウムイオン電池を作製し、これを実施例１とする。この際、セパレータ３として分離機能層３ａが支持層３ｂの側壁１０には配置されていないものを用いる。
【００３３】
つまり、実施例１におけるセパレータ３は、図３に示すように、分離機能層３ａが表面となるセパレータ３の第一面８のみで負極極板２と接し、支持層３ｂが表面となるセパレータ３の第二面９のみで正極極板１と接する。そのため、支持層３ｂの正極タブ４および負極タブ５と向かい合う側壁１０に接する位置には分離機能層３ａが構成されていない。
【００３４】
（実施例２）
実施の形態１において、正極活物質１ａに金属異物として直径φ２０μｍ以上３０μｍ以下の鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極活物質１ａの質量に対して１００ｐｐｍ混入させたリチウムイオン電池を作製し、これを実施例２とする。この際、図４に示すように、セパレータ３として分離機能層３ａが支持層３ｂの側壁１０にも接して配置されているものを用いる。つまり、分離機能層３ａは負極極板２および支持層３ｂの側壁１０に接する位置に形成される。
【００３５】
（実施例３）
実施の形態１において、正極活物質１ａに金属異物として直径φ２０μｍ以上３０μｍ以下の鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極活物質１ａの質量に対して１００ｐｐｍ混入させたリチウムイオン電池を作製し、これを実施例３とする。この際、セパレータ３として分離機能層３ａが支持層３ｂの側壁１０にも配置されており、かつ分離機能層３ａの中央部分の厚みが両端（正極タブ側および負極タブ側）の厚みより小さいものを用いる。つまり、分離機能層３ａの膜厚Ｔ３ａを、正極タブ４（図１参照）と負極タブ５（図１参照）との間である中央部分の膜厚が外周側である正極タブ４（図１参照），負極タブ５（図１参照）側の膜厚より厚くなるようにする。この際の局所的にかかる応力の集中を避けるため、徐々に膜厚が変化するようにしている。なお、実施例３では分離機能層３ａが支持層３ｂの側壁１０にも配置される構成を例に説明したが、支持層３ｂの側壁１０に分離機能層３ａが配置されない構成においても、分離機能層３ａの中央部分の膜厚が両端の膜厚より薄い構成とすることもできる。
【００３６】
（比較例１）
実施の形態１に対し、分離機能層を備えない従来のセパレータを用い、正極活物質１ａに金属異物として直径φ２０μｍ以上３０μｍ以下の鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極活物質１ａの質量に対して１００ｐｐｍ混入させたリチウムイオン電池を作製し、これを比較例１とした。
【００３７】
上記の条件で作製された実施例１〜３および比較例１のリチウムイオン電池について２５℃の雰囲気下で充電電流１．８ｍＡ、電気量５．４ｍＡｈの定電流・定電気量充放電試験（上限電圧４．２Ｖ、下限電圧３．０Ｖ）を行った。その結果を図６に示す。
【００３８】
図６の結果から明らかなように、実施例１〜３は比較例１よりも充放電サイクル特性が良いことがわかる。つまり、従来の構成のセパレータを備えるリチウムイオン電池に係る比較例１に比べて、分離機能層３ａを備えるセパレータから構成される実施例１〜３に係るリチウムイオン電池では、充放電を繰り返しても電池容量の減少が小さい。
【００３９】
正極活物質１ａに金属異物として直径φ２０μｍ以上３０μｍ以下の鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極活物質１ａの質量に対して１００ｐｐｍ混入した影響により、比較例１においては電池性能が大きく低下している。これは、正極側でイオン化された金属異物が負極側へ移動して負極極板２で金属異物が表面に析出し、この析出物が正極極板１に向かって成長することで、正極極板１と負極極板２とが内部短絡を引き起こした為と考えられる。
【００４０】
一方、少なくとも分離機能層３ａを備えるセパレータ３を使用した実施例１〜３に係るリチウムイオン電池では、分離機能層の空孔径の平均が、前記電解液で溶媒和した多価イオンより小さくリチウムイオンよりも大きい。分離機能層３ａの空孔径が０．６ｎｍ以上２ｎｍ以下で、空孔率が１０％以上３０％以下の空孔を備える。電解液中の各種イオンは電荷量に応じて溶媒を吸着する溶媒和の状態となっており、価数が大きいイオンほど溶媒和した大きさが大きい傾向にある。
【００４１】
このため一価のイオンであるリチウムイオンより２価以上のイオンとなる鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムなどのイオンのほうが溶媒和した状態では大きい。このため正極側から負極側へのリチウムイオンを透過して金属異物イオンの移動を抑制することができ、リチウムイオン電池の出力電圧が低下したり、リチウムイオン電池が発熱・発火したりして電池性能と安全性が低下することを抑制して、リチウムイオン電池の電池性能と安全性を確保することができる。
【００４２】
次に、実施例１〜３における充放電サイクル特性が実施例１、実施例２、実施例３の順に良好であったことに関して説明する。
実施例１では支持層３ｂと負極極板２との間にだけ分離機能層３ａが配置されていて、支持層３ｂの側壁１０に分離機能層３ａが配置されていない。正極極板１に金属不純物が多く含まれてしまった場合、イオン化した金属不純物が正極極板１近傍を拡散し、分離機能層３ａを通過して負極極板２に到達することは抑制されるものの、セパレータ３の支持層３ｂの側壁１０と正極タブ４、負極タブ５の間を毛細管効果によって透過して負極極板２へ到達し、イオン化した金属不純物が負極極板２に析出されるものと考えられる。
【００４３】
一方、実施例２では分離機能層３ａが支持層３ｂの側壁にも配置されているため、セパレータ３の支持層３ｂの側壁１０と正極タブ４、負極タブ５の間を金属不純物が透過することを抑制することができ、実施例１で生じたようなイオン化した金属異物の透過がほとんど生じなかったものと考えられる。このため、実施例１に比べ、実施例２の方が充放電サイクル特性が良いものと考えられる。
【００４４】
なお、分離機能層３ａは空孔径が小さく空孔率が低いことで膜が緻密なため、支持層３ｂに比べて電解液が通り難い。このため分離機能層３ａの膜厚は電解液の流れを妨げず、金属異物イオンの透過を抑制する膜厚を用いる。実施例２の場合、図４に示すとおり、支持層３ｂの側壁に配置された分離機能層３ａの電解液の流れる方向に対するセパレータ３の膜厚Ｔ３ａｖは、分離機能層３ａの膜厚Ｔ３ａが十分に薄いため、支持層３ｂの膜厚Ｔ３ｂとほぼ同じとなり、前述の通り、この近傍での金属異物イオンの透過はほとんど生じない。一方、支持層３ｂの側壁１０に配置された分離機能層３ａの電解液の流れる方向と垂直方向の膜厚Ｔ３ａｈが厚いと電解液の流れに垂直方向の支持層３ｂの幅が狭くなり、その分電解液の流れが阻害される。このことから支持層３ｂの側壁に配置された分離機能層３ａの膜厚Ｔ３ａｈは、支持層３ｂ表面に配置されている分離機能層３ａの膜厚Ｔ３ａより薄い方が良い。
【００４５】
ここで、一般的なリチウムイオン電池における充放電に伴う電極形状の変化について記載する。リチウムイオン電池の充電時には、極板仕様により値は変化するが負極極板２は約１０％、正極極板１は約２％程度膨張する。一方放電時には、正極極板１、負極極板２ともほぼ元の状態に戻る。しかし、電解液は押出されたまま直ぐには戻らない。このような充電時の極板膨張により、極板群の最内側中央部は含有電解液量が半分になる程の圧力を受け、このストレスと電解液量の不均一化は充放電サイクル特性劣化の一因となっている。
【００４６】
ところで、実施例３の分離機能層３ａは中央部分の膜厚が両端（正極タブ側および負極タブ側）の膜厚より小さい。このため実施例２に比べ、両端部より中央部における空孔率が低い層による液透過の妨げが小さくなるため中央部分の電解液が透過しやすく、電解液量の不均一化が抑制されている。このため、実施例２に比べ、実施例３の方が充放電サイクル特性が良いものと考えられる。
【００４７】
なお、実施の形態１として、巻回した際に支持層３ｂが正極活物質１ａに触れ、分離機能層３ａが負極活物質２ａに触れる向きに正極極板１、負極極板２、セパレータ３を配置しているが、巻回した際に分離機能層３ａが正極活物質１ａに触れ、支持層３ｂが負極活物質２ａに触れる向きに正極極板１、負極極板２、セパレータ３を配置しても実施例１〜３のような金属異物イオンの移動を抑制する効果が得られる。
【００４８】
しかし、金属異物がイオン化しやすい正極活物質１ａに分離機能層３ａが接している場合、局所的に高濃度な金属異物イオンと分離機能層３ａが接することになり、分離機能層３ａの金属異物イオンの阻止率が高くても、分離機能層３ａを透過する金属異物イオン量が多くなる。一方、正極活物質１ａに支持層３ｂが接しており、金属異物イオンが支持層３ｂを透過して分離機能層３ａに到達する場合、支持層３ｂを透過する際に金属異物イオンは拡散し低濃度化しているため、金属異物イオン量は比較的少なくなる。したがって負極極板２表面に析出する金属異物が少ない為、良好な充放電サイクル特性および安全性が得られる。
【００４９】
次に実施例３で使用したセパレータ３について、リチウムおよび金属異物である鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率の評価を実施し、その結果を［表１］に示す。
【００５０】
ここで阻止率の評価とは、セパレータによる分離対象の阻止率Ｒを指標とし、セパレータを介した供給液側の対象物質の濃度Ｃ１と透過液側の対象物質の濃度Ｃ２で定義され、阻止率Ｒ＝（１−Ｃ２÷Ｃ１）×１００で得られる。ここで、供給液としてエチレンカーボネートにトリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸鉄、トリフルオロメタンスルホン酸銅、トリフルオロメタンスルホン酸亜鉛、トリフルオロメタンスルホン酸錫、トリフルオロメタンスルホン酸コバルト、トリフルオロメタンスルホン酸ニッケル、トリフルオロメタンスルホン酸クロムを一定量添加した溶液とした。
【００５１】
セパレータを介して供給液側に約０．３ＭＰａの圧力をかけることで透過してきた溶液を透過液とした。その後、供給液と透過液に含有されるリチウム、鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムの濃度を測定し、上記数式によりそれぞれの物質の阻止率（％）を算出した。なお、それぞれの物質の阻止率をＲＬｉ、ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＺｎ、ＲＳｎ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒとした。
【００５２】
【表１】
0006604479.tif 000002
［表１］から明らかなように、実施例１で用いたセパレータ３については、リチウムの阻止率ＲＬｉに対して鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＺｎ、ＲＳｎ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒのほうが高いことがわかる。これはリチウムが１価のイオンであることに対して鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムは多価のイオンであり、溶媒和した際のイオンサイズが大きく異なることに起因している。本実施の形態のリチウムイオン電池に用いているセパレータ３は上記のイオンサイズの違いを利用し、電池反応に必要なリチウムはセパレータを透過し、分離対象である金属異物の移動はセパレータ３により阻止する機能を有していることがこの結果からもわかる。
【００５３】
次に、セパレータの分離機能と阻止率について述べる。
実施例１〜３で用いたセパレータ３に比べ、空孔径が小さく空孔率が小さく（５０％未満）、阻止サイズが小さい場合、リチウムの阻止率ＲＬｉおよび金属異物である鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＺｎ、ＲＳｎ，ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒが［表１］の値より大きくなる。つまり金属異物だけでなく、電池反応に必要なリチウムの移動が正負極間で阻害されることになるため、リチウムイオン電池のセパレータとしては適さない。
【００５４】
また実施例１〜３で用いたセパレータに比べ、空孔径が大きく空孔率が大きく（８０％より大きい）、阻止サイズが大きい場合には、リチウムの阻止率ＲＬｉおよび金属異物である鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＺｎ、ＲＳｎ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒが［表１］の値より小さくなる。つまりリチウムだけでなく、金属異物もセパレータを透過してしまうため、本発明の狙いとする効果が得られなくなる。
【００５５】
以上のことからリチウムの阻止率ＲＬｉより鉄、銅、亜鉛、錫、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＺｎ、ＲＳｎ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒが十分に大きいことが必要であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、電池性能と安全性を確保することができ、正極と負極の間にセパレータを備えるリチウムイオン電池等に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１    正極極板
１ａ    正極活物質
１ｂ    正極用集電材
２    負極極板
２ａ    負極活物質
２ｂ    負極用集電材
３    セパレータ
３ａ    分離機能層
３ｂ    支持層
４    正極タブ
５    負極タブ
６    ケース
７    電解液
８    第一面
９    第二面
１０    側壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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