(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に活物質層が配置された電極をセパレータを介して積層してなる発電要素と、前記発電要素の外周部の少なくとも一部を封止するための、シール材からなるシール部と、を有する電池本体部を有し、
前記シール材の線熱膨張率α１と前記集電体の線熱膨張率α２との差｜α１−α２｜、電極の最大長さＬ（ｍｍ）、および電極間距離Ｄ（ｍｍ）が下記式を満たし、
【数１】
0006726004.tif 000006
前記シール材の剛性は、０．００５〜２０ＭＰａ・ｍｍであり、前記集電体の剛性は、０．００５〜５００ＭＰａ・ｍｍであることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記シール材は、シート状である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記シール材の剛性が、前記集電体の剛性よりも小さい、請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記電極間距離Ｄ（ｍｍ）に対する前記電極の最大長さＬ（ｍｍ）の比（Ｌ／Ｄ）が、５×１０３〜７×１０４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】
集電体上に活物質層が配置された電極をセパレータを介して積層してなる発電要素と、
前記発電要素の外周部の少なくとも一部を封止するためのシール部と、を有する電池本体部を有するリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記シール部を、前記発電要素の外周部に配置されるシール材を熱融着することによって形成するシール部形成工程を有し、
前記シール材の線熱膨張率α１と前記集電体の線熱膨張率α２との差｜α１−α２｜、電極の最大長さＬ（ｍｍ）、および電極間距離Ｄ（ｍｍ）が下記式を満たし、
【数２】
0006726004.tif 000007
前記シール材の剛性は、０．００５〜２０ＭＰａ・ｍｍであり、前記集電体の剛性は、０．００５〜５００ＭＰａ・ｍｍであることを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法。
【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、リチウムイオン二次電池は、携帯電話などの電子機器だけでなく、ハイブリッド自動車や電気自動車にも使用されるようになり、高容量化が進んでいる。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、例えば、発電要素およびシール部を有する電池本体部を備えている。発電要素は、集電体上に正極活物質層または負極活物質層が配置された電極を、セパレータを介して正極活物質層と負極活物質層とが向かい合うように積層して構成される。シール部は、シール材を熱融着することによって形成されており、発電要素の外周部の少なくとも一部を封止するために使用される。熱融着は、電極の積層方向に関し電池本体部の両方の外側からシール材を加熱することによって実施されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、集電体の周囲をホットメルトタイプのシール材によって固定されたリチウムイオン二次電池が開示されている。このようにすることで、正極活物質層または負極活物質層が塗布された集電体どうしが強固に接着され、集電体の僅かな不揃い、使用中の振動による集電体のズレなどによる短絡が防止でき、信頼性の高いリチウムイオン二次電池が提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１０６３５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、特許文献１に記載されるように、集電体の周囲の少なくとも一部をシール材の熱融着によって固定された電池を製造するにあたり、熱シールの際の高温時と温度低下した時のシール材の形状差により、集電体が歪んだ状態で固定される場合がある。このように集電体が歪んだ状態で固定されることによって正極活物質層または負極活物質層が塗布された部分（電極部）に歪みが生じることがわかった。電極部に歪みが生じると、電池の充放電を繰り返すことで負極上にリチウムの析出が生じ、電池の容量の低下につながる。さらには、析出したリチウムが短絡の原因となる場合がある。
【０００７】
そこで本発明は、充放電を繰り返しても容量低下の少ない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、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、集電体を固定するシール材と集電体との線熱膨張率差と、電池の電極間距離に対する電極の大きさの比との関係を所定の値に制御することにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち本発明は、集電体上に活物質層が配置された電極をセパレータを介して積層してなる発電要素と、前記発電要素の外周部の少なくとも一部を封止するための、シール材からなるシール部と、を有する電池本体部を有し、
前記シール材の線熱膨張率α１と前記集電体の線熱膨張率α２との差｜α１−α２｜、電極の最大長さＬ（ｍｍ）、および電極間距離Ｄ（ｍｍ）が下記式を満たすことを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。
【００１０】
【数１】
0006726004.tif 000002
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、集電体の外周部の少なくとも一部を固定するシール材と集電体との線熱膨張率の差と、電極の最大長さおよび電極間距離との関係を制御することで、シール部を熱プレスするときに生じる電極部の歪みを軽減でき、電池の容量劣化を緩和できる。したがって、電池の耐久性が向上しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る二次電池を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示される二次電池の断面図である。リチウムイオン二次電池の一実施形態である、双極型リチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。
【図３】図２に示される集電体を説明するための断面図である。
【図４】リチウムイオン二次電池の他の一実施形態である、扁平型（積層型）の双極型でない非水電解質リチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５に示されるシール部形成工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一つの実施形態は、集電体上に活物質層が配置された電極をセパレータを介して積層してなる発電要素と、前記発電要素の外周部の少なくとも一部を封止するための、シール材からなるシール部と、を有する電池本体部を有し、
前記シール材の線熱膨張率α１と前記集電体の線熱膨張率α２との差｜α１−α２｜、電極の最大長さＬ（ｍｍ）、および電極間距離Ｄ（ｍｍ）が下記式を満たすことを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。
【００１４】
【数２】
0006726004.tif 000003
【００１５】
本発明によれば、集電体の外周部の少なくとも一部を固定するシール材と集電体との線熱膨張率の差と、電極の最大長さおよび電極間距離との関係を制御することで、シール部を熱プレスするときに生じる電極部の歪みを軽減でき、電池の容量劣化を緩和できる。
【００１６】
リチウムイオン二次電池に用いられる電極は、集電体の両面に活物質層（正極活物質層または負極活物質層）を形成した電極が用いられている。集電体には、通常、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素における単電池層のわずかな不揃いや振動などによる集電体どうしのズレなどに起因する短絡を防止する目的でシール部が配置される。また双極型電池においては、シール部は、活物質層に浸透させた電解質の漏れや揮発などを防止する。シール部は、樹脂材料からなるホットメルトタイプのシール材を集電体に重ねて、熱プレスすることによって形成される。
【００１７】
リチウムイオン二次電池の製造工程において、活物質層が形成された集電体の外周部（活物質層が形成されていない部分）にシール材を配置した電極と、セパレータとを交互に積層して積層体を得た後、熱プレスによってシール材を熱融着させてシール部を形成する。このときの加熱、その後の冷却による熱収縮によってシール材が変形し、電極の活物質層を形成した部分にしわが発生してしまう。その結果、電池の電極間距離の不均一が生じ、電極反応が不均一になってしまうため、電池の耐久性が低下してしまう。
【００１８】
本実施形態のリチウムイオン二次電池においては、電極の最大長さに対する電極間距離の比に対して、集電体とシール材との線熱膨張率差を所定の範囲に制御する。線熱膨張率差の小さい組み合わせの材料を使用することで、電池を製造する際の熱プレスする工程での熱による集電体とシール材の変形がほぼ一致するため、電極部の歪みが生じにくくなる。その結果、電池全体の変形が抑えられる。また、上記線熱膨張率差が電極の最大長さおよび電極間距離と所定の関係を有することで、電極部の変形が電池全体の抵抗に与える影響を低減でき、電極間距離の変動の影響が相対的に小さくなる。したがって、本発明によれば、熱プレスによる電池の変形が抑制でき、電極間距離を均一に保つことができ、電極部の歪みが電池の抵抗におよぼす影響を最小限にできる。そのため、電極反応が均一化し、電池の耐久性が向上しうる。
【００１９】
ここで、シール材の線熱膨張率α１、および集電体の線熱膨張率α２は、２５℃における線熱膨張率であり、熱機械分析（ＴＭＡ：ＪＩＳ  Ｋ７１９７  １９９１年）を用いて測定した値を用いる。なお、双極型ではないリチウムイオン二次電池では、集電体の線熱膨張率α２は負極集電体の線熱膨張率である。
【００２０】
電極の最大長さＬ（ｍｍ）は、負極活物質層の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離を意味するものとする。例えば負極活物質層が長方形状である場合、電極の最大長さＬ（ｍｍ）は対角線の長さである。
【００２１】
本実施形態のリチウムイオン二次電池における電極の最大長さＬ（ｍｍ）は、シール材と集電体との熱膨張率差および電極間距離と所定の関係を満たすものであれば特に制限されないが、３５０ｍｍ以上であることが好ましく、５００ｍｍ以上であることがより好ましく、７００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。かような電池は高容量、高出力を達成することができ、車両用途に用いることができる。一方で、電池の最大長さＬが大きくなるほど、熱プレスおよびその後の冷却に伴う電極の変形が大きくなる。したがって、電極の最大長さＬは、２０００ｍｍ以下であることが好ましく、１８００ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００２２】
また、負極活物質層が長方形状であり、当該長方形の短辺の長さが１００ｍｍ以上であることが好ましい。ここで、負極活物質層の短辺の長さとは、各電極の中で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２５０ｍｍ以下である。また、それぞれの負極活物質層の長辺と短辺との長さの比（長辺／短辺）が、好ましくは１〜１．２５であり、より好ましくは１〜１．１であり、さらに好ましくは１〜１．０５である。
【００２３】
電極間距離Ｄ（ｍｍ）は、負極活物質層の表面とこれに対向する正極活物質層の表面との間の最短距離を意味する。
【００２４】
本実施形態のリチウムイオン二次電池における電極間距離Ｄ（ｍｍ）は、シール材と集電体との熱膨張率差および電極の最大長さと所定の関係を満たすものであれば特に制限されないが、０．００５ｍｍ以上であることが好ましく、０．００８ｍｍ以上であることがより好ましく、０．０１０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。電極間距離Ｄを０．００５ｍｍ以上とすることで、熱プレスによる電極（電極活物質層）の変形が電池の抵抗に与える影響が相対的に小さくなるため、耐久性に優れた電池が得られうる。また、電極間距離Ｄを０．０５ｍｍ以下とすることで容量に優れた電池が得られうる。電極間距離Ｄ（ｍｍ）は、例えばセパレータの厚さを調節することで調整できる。
【００２５】
好ましくは、｜α１−α２｜×（Ｌ／Ｄ）の値は、１５以下であり、より好ましくは１０以下であり、さらに好ましくは５以下であり、さらに好ましくは１以下である。｜α１−α２｜×（Ｌ／Ｄ）の値は小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば、０．１以上である。
【００２６】
なお、本実施形態のリチウムイオン二次電池においては、少なくとも１つの単電池層において、｜α１−α２｜×（Ｌ／Ｄ）≦１５の関係を満たせばよいが、電池を構成するすべての単電池層で上記関係を満たすことが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いられるシール材の剛性は、集電体の剛性よりも小さいことが好ましい。集電体の剛性およびシール材の剛性は、剛性Ｅ（ＭＰａ・ｍｍ）＝ヤング率Ｅ（ＭＰａ）×厚みｔ（ｍｍ）の式で表される。シール材の剛性が集電体の剛性よりも小さいと、シール材の熱変形の影響による集電体の変形が小さくなり、電池の歪みが緩和されるため好ましい。好ましくは、シール材の剛性は、０．００５〜２０ＭＰａ・ｍｍであり、集電体の剛性は、０．００５〜５００ＭＰａ・ｍｍである。
【００２８】
本発明のリチウムイオン二次電池は、電極間距離Ｄ（ｍｍ）に対する電極の最大長さＬ（ｍｍ）の比（Ｌ／Ｄ）が、５×１０３〜７×１０４であることが好ましい。電極間距離Ｄ（ｍｍ）に対する電極の最大長さＬ（ｍｍ）の比（Ｌ／Ｄ）の値が５×１０３以上であれば、高容量、高出力を達成する観点から好適である。また、７×１０４以下であれば、熱プレスおよびその後の冷却に伴う電極の変形が大きくなるので好適である。したがって、電極間距離に対する電極の最大長さの比が上記範囲であるとき、より効果的に電池歪みを軽減することができる。より好ましくは、電極間距離に対する電極の最大長さの比は７０００〜７００００であり、さらに好ましくは１００００〜６５０００である。なお、本実施形態のリチウムイオン二次電池においては、少なくとも１つの単電池層において、Ｌ／Ｄの値が上記範囲であることが好ましく、電池を構成するすべての単電池層で上記範囲であることがより好ましい。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。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。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池を説明するための斜視図、図２は、図１に示される二次電池の断面図、図３は、図２に示される集電体を説明するための断面図である。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る二次電池１０は、積層型のリチウムイオン二次電池であり、図１に示されるように、正極集電タブ１２、負極集電タブ１４および外装体１６を有する。
【００３２】
正極集電タブ１２および負極集電タブ１４は、高導電性部材からなる強電端子であり、外装体１６の内部から外部に向かって延長しており、電流を引き出すために使用される。高導電性部材は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス、これらの合金である。正極集電タブ１２および負極集電タブ１４は、例えば、耐熱絶縁性の熱収縮チューブにより被覆することで、周辺機器や配線などへの電気的接触を、確実に防止することが好ましい。
【００３３】
外装体１６は、図２に示されるように、内部に電池本体部１８が配置されており、外部からの衝撃や環境劣化を防止するために使用されており、シート材の外周部の一部または全部を、熱融着により接合することで形成される。
【００３４】
シート材は、軽量化および熱伝導性の観点から、高分子−金属複合ラミネートフィルムから構成されることが好ましい。高分子は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂材料である。金属は、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）である。
【００３５】
外装体１６は、一対のラミネートフィルム（シート材）によって構成される形態に限定されず、例えば、予め袋状に形成されているラミネートフィルムを適用することも可能である。
【００３６】
電池本体部１８は、集電体２２、負極活物質層２６、正極活物質層２８、セパレータ４０、シール部３２、３４を有する。
【００３７】
集電体２２は、軽量化を図るため、図３に示されるように、導電性樹脂層２３および金属層２４を有する樹脂集電体から構成されることが好ましい。
【００３８】
負極活物質層２６および正極活物質層２８は、集電体２２とともに双極型電極２０（図３）を構成しており、負極活物質層２６は、集電体２２の一方の面に配置され、正極活物質層２８は、集電体２２の他方の面に配置される。
【００３９】
セパレータ４０は、負極活物質層２６と正極活物質層２８との間に配置される。なお、集電体２２、隣接する負極活物質層２６、セパレータ４０および正極活物質層２８は、発電要素（単電池）１９を構成する（図３）。つまり、電池本体部１８は、複数の積層された発電要素１９が電気的に直列接続された構造を有する。
【００４０】
シール部３２およびシール部３４は、正極活物質層２８および負極活物質層２６の周囲をそれぞれ取り囲むように配置されており、発電要素１９の外周部１９Ａの少なくとも一部を封止するために設けられている。シール部３２、３４は、シール材を加熱して熱融着することによって形成されている。
【００４１】
正極集電タブ１２および負極集電タブ１４は、電池本体部１８の最外側に配置され、電極投影面の全てを、少なくとも覆うように構成されている。したがって、電流取り出し部（面方向の電流取り出し）は、低抵抗化され、電池の高出力化が可能になる。
【００４２】
双極型電極２０の積層方向Ｓに関し、最外側に位置する集電体２２は、双極型電極構造を有していない。具体的には、図２中最上層に位置する集電体２２は、正極活物質層２８を有しておらず、図２中最下層に位置する集電体２２は、負極活物質層２６を有していない。これは、最上層および最下層に位置する集電体２２の外側に位置する正極活物質層２８および負極活物質層２６は、電池反応に関与しないためである。しかし、必要に応じ、双極型電極構造を有するように構成することも可能である。
【００４３】
図４は、扁平型（積層型）の双極型ではない（非双極型）非水電解質リチウムイオン二次電池（以下、単に「積層型電池」ともいう）の基本構成を模式的に表した断面概略図である。
【００４４】
本発明のリチウムイオン二次電池は、双極型に限定されず、例えば、図４に示される非双極型のリチウムイオン二次電池６０であってもよい。なお、リチウムイオン二次電池１０の部材と同様の機能を有する部材については、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００４５】
リチウムイオン二次電池６０は、図４に示されるように、正極集電タブ６２、負極集電タブ６４および外装体６６を有する。正極集電タブ６２および負極集電タブ６４は、高導電性部材からなる強電端子である。外装体６６は、内部に電池本体部６８が配置されている。
【００４６】
電池本体部６８は、負極集電体７２Ｂ、負極活物質層７６、正極集電体７２Ａ、正極活物質層７８、セパレータ９０、負極リード５４、正極リード５２、シール部８２、８４を有する。
【００４７】
負極活物質層７６および正極活物質層７８は、集電体とともにリチウムイオン二次電池６０の電極を構成しており、負極活物質層７６は、負極集電体７２Ｂの両面に配置され、正極活物質層７８は、正極集電体７２Ａの両面に配置される。セパレータ９０は、負極活物質層７６と正極活物質層７８との間に配置される。なお、集電体上の負極活物質層７６および正極活物質層７８は、セパレータ９０を介して積層されて発電要素（単電池）を構成する。
【００４８】
正極リード５２は、高導電性部材からなり、正極集電体７２Ａと連続的に一体化している一端部と、外部に導出される正極集電タブ６２に固定される他端部とを有し、正極集電体７２Ａと正極集電タブ６２とを電気的に接続するために使用される。負極リード５４は、高導電性部材からなり、負極集電体７２Ｂと連続的に一体化している一端部と、外部に導出される負極集電タブ６４に固定される他端部とを有し、負極集電体７２Ｂと負極集電タブ６４とを電気的に接続するために使用される。固定方法は、例えば、超音波溶接や抵抗溶接が適用される。
【００４９】
シール部８２およびシール部８４は、正極集電体７２Ａに配置される正極活物質層７８の周囲および負極集電体７２Ｂに配置される負極活物質層７６の周囲をそれぞれ取り囲むように配置される。
【００５０】
シール部８２およびシール部８４は、双極型のリチウムイオン二次電池１０の場合と同様に形成される。
【００５１】
非双極型のリチウムイオン二次電池６０は、シール部８２およびシール部８４の両者を有する形態に限定されず、例えば、必要に応じ、正極活物質層７８の周囲に配置されるシール部８２のみを有することも可能である。
【００５２】
次に、集電体、負極活物質層、正極活物質層および電解質層（セパレータ）の材質等を説明する。
【００５３】
［集電体］
集電体を構成する材料に特に制限はないが、金属箔または導電性を有する樹脂層を含むことが好ましい。
【００５４】
集電体が金属箔の場合、用いられる金属は集電体として従来用いられている公知の金属材料から選択されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、ステンレス鋼、これらの合金などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの他、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。なかでも、電子伝導性や電池作動電位などの観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。
【００５５】
集電体は、電池の軽量化の観点から好ましくは導電性を有する樹脂層を含む。当該導電性を有する樹脂層を構成する材料としては、導電性高分子または導電性を有しない高分子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。また、導電性を有する樹脂層上に金属層を有していてもよい。
【００５６】
導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有しない材料から選択される。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、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、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが挙げられる。導電性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレンがより好ましい。
【００５７】
導電性を有しない高分子材料の例としては、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）、ポリスチレン（ＰＳ）、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（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、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）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定であり、また軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。なかでも、使用する電解液に対する耐久性の観点から、ポリプロピレン、ポリエチレン等の種々のポリオレフィンやそれらの共重合体ならびに混合物が好ましい。また、耐正極電位性の観点から、ポリイミドが好ましく用いられうる。ポリイミドはリチウムイオンを吸蔵しやすく、リチウムイオンに接することでイミド環が開環することによる劣化が生じやすい。したがって高分子材料の劣化に伴う電池容量の低下および電池の耐久性の低下が大きく、発明の効果がより顕著に得られうる。
【００５８】
導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、導電性を有する樹脂層内のイオン透過を抑制する観点から、イオンに関して伝導性を有しない材料を用いるのが好ましい。また、導電性フィラーは、印加される正極電位および負極電位に耐えうる材料から選択されることが好ましい。具体的には、アルミニウム、鉄、ニッケル、ＳＵＳ、カーボン、銀、金、銅、チタンなどの粒子などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。合金粒子が用いられてもよい。導電性フィラーは、金属に限られず、カーボン粒子、カーボンナノチューブなどのカーボン材料を用いることもできる。また、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ものを用いることができる。このうち、特に電池において通常導電助剤として用いられる材料が好ましく、カーボン材料が好ましい。
【００５９】
上記カーボン材料としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、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、カーボンナノバルーン、ハードカーボン、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種が挙げられる。これらのカーボン材料は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン材料は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン材料は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン材料を導電性フィラーとして用いる場合には、カーボン材料の表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。
【００６０】
なお、負極活物質の充放電電位がＬｉの析出電位に近い場合には、カーボン材料等の導電性フィラーは、充放電でＬｉイオンの挿入が起こり膨張するために集電体を痛める（集電体に損傷を与える）危険性がある。そのため、負極に対面する集電体の導電性フィラーはＬｉ化が起こらないＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＳＵＳなどの材料が好ましい。また、カーボン材料等がこれらの材料で表面を被覆された導電性フィラーも好ましく使用できる。
【００６１】
導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒子状、粉末状、繊維状、板状、塊状、布状、またはメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、広範囲に亘って導電性を付与したい場合は、粒子状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の、形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。
【００６２】
導電性フィラーの平均粒子径（一次粒子の平均粒子径）は、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍ、より好ましくは０．０１〜１μｍ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、導電性フィラー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。
【００６３】
導電性フィラーが繊維状である場合、その平均繊維長は特に制限されるものではないが、０．１〜１００μｍであることが好ましい。なお、本明細書中において、平均繊維長は、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繊維の繊維長の平均値として算出される値を採用するものとする。また、導電性フィラーが繊維状である場合の、その平均直径もまた特に制限されるものではないが、０．０１〜１μｍであることが好ましい。
【００６４】
導電性を有する樹脂層中の高分子材料の含有量は特に制限されないが、導電性を有する樹脂層中の高分子材料と導電性フィラーとの合計量を１００質量部として、好ましくは１０〜９５質量部であり、より好ましくは１２〜９０質量部である。
【００６５】
また、導電性を有する樹脂層中の導電性フィラーの含有量も特に制限はない。しかしながら、導電性フィラーの含有量は、導電性樹脂層中の高分子材料と導電性フィラーとの合計量を１００質量部として、好ましくは５〜９０質量部であり、より好ましくは１０〜８８質量部である。かような量の導電性フィラーを高分子材料に添加することにより、集電体の質量増加を抑制しつつ、集電体に十分な導電性を付与することができる。
【００６６】
上記導電性を有する樹脂層には、高分子材料および導電性フィラー以外の、他の添加剤を含んでいてもよい。他の添加剤の例としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等のカルボン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。他の添加剤の添加量としては、特に制限されないが、高分子材料と導電性フィラーとの合計１００質量部に対して、１〜２５質量部が好ましい。
【００６７】
導電性を有する樹脂層の厚さは、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは３〜１５０μｍ、さらに好ましくは５〜１００μｍである。なお、導電性を有する樹脂層は、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。
【００６８】
導電性を有する樹脂層の製造方法は、特に制限されず、例えば、押し出し機等により、高分子材料、および必要に応じて導電性フィラー、添加剤の各成分を溶融混練した後、溶融混練済材料を熱プレス機により圧延する方法が挙げられる。
【００６９】
導電性樹脂層の上に金属層を設ける場合、金属層は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物から構成される。金属層は、例えば、メッキ、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングによって形成することが可能である。
【００７０】
導電性樹脂層の上に金属層を設ける場合、金属層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜３μｍであり、より好ましくは０．１〜１μｍである。０．０１μｍ以上であれば、リチウムイオンの遮断性に優れる。また、３μｍ以下であれば、電池重量を抑えつつも、電池の内部抵抗を十分に低くすることが可能である。さらに、３μｍ以下であれば、もし内部短絡が生じた場合でも集電体の面方向に沿って短絡部位に電流が集中することを防止できる。なお、金属層が２層以上から構成される場合は、合計の厚みが上記範囲であることが好ましい。
【００７１】
集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００７２】
集電体の線熱膨張率α２はシール材の線熱膨張率α１、電極の最大長さＬ、および電極間距離Ｄとの間に所定の関係を満たすものであれば特に制限されないが、１×１０−４以下であることが好ましく、０．８×１０−４以下であることがより好ましい。集電体の線熱膨張率が上記範囲であれば、シール材との線熱膨張率差を小さくすることができるため、熱プレスする工程におけるセルの変形を抑制する効果が高く、耐久性に優れた電池が得られうる。
【００７３】
集電体のヤング率は特に制限されないが、５〜５０００ＭＰａであることが好ましく、２０〜３０００ＭＰａであることがより好ましい。上記範囲であれば、集電体の剛性をシール材の剛性よりも大きくなるように設計することが容易であり、シール材の熱変形の影響が小さく、歪みの小さい電池がより効果的に得られうる。集電体のヤング率は、ＪＩＳ  Ｋ７１６１  １９９４年（引張弾性率）で測定することができる。なお、双極型ではないリチウムイオン二次電池では、集電体のヤング率は負極集電体のヤング率である。
【００７４】
［シール材］
シール材は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素における単電池層の端部の僅かな不揃い、振動などにより集電箔同士のズレなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。また、双極型電池においては、電解質層からの電解液の漏れと電解液漏れによる液絡を防止する。
【００７５】
シール材としては、集電体との線熱膨張率差が電極の最大長さおよび電極間距離との所定の関係を満たすものであれば特に制限されない。シール材としては、集電体の固定、絶縁性、電解質の流失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などを有するものが好ましく用いられうる。
【００７６】
具体的には、例えば、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）などのポリエステル樹脂、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびその水素添加物、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、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）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が、シール材として好ましく用いられる。なお、シール材は１種のみを用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００７７】
シール材の厚みは、５〜２００μｍであることが好ましく、１０〜１５０μｍであることがより好ましい。なお、該シール材は単層構造でもよいし、２層以上の多層構造であってもよい。
【００７８】
シール材の線熱膨張率は特に制限されないが、５．０×１０−４以下であることが好ましく、４．５×１０−４以下であることがより好ましく、４．０×１０−４以下であることがさらに好ましい。シール材の線熱膨張率が上記範囲であれば、集電体との線熱膨張率差を小さくすることができるため、熱プレスする工程におけるセルの変形を抑制する効果が高く、耐久性に優れた電池が得られうる。
【００７９】
シール材のヤング率は特に制限されないが、１〜１００ＭＰａであることが好ましく、１０〜５０ＭＰａであることがより好ましい。上記範囲であれば、シール材の剛性が集電体の剛性よりも小さくなるように設計することが容易であり、シール材の熱変形の影響が小さく、歪みの小さい電池がより効果的に得られうる。シール材のヤング率は、ＪＩＳ  Ｋ７１６１  １９９４年（引張弾性率）で測定することができる。
【００８０】
また、前記シール材は、集電体の外周部に配置されればよく、その大きさは特に制限されない。
【００８１】
シール部を形成するシール材は、シート状であることが好ましい。シート状のシール材を用いることで、良好なシール性を確保することが容易になる。また、シート状のシール材を集電体間に挟むことで正極（正極活物質層）と負極(負極活物質層)とを一定の位置に固定することができる。
【００８２】
［活物質層］
集電体上には、電極となる活物質層が形成される。活物質層は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。ここで、活物質は、充放電時にイオンを吸蔵・放出し、電気エネルギーを生み出す。活物質には、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、放電時にイオンを放出し充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する負極活物質とがある。本形態の活物質層は、活物質として正極活物質を使用する場合は正極活物質層として機能し、負極活物質を使用する場合は負極活物質層として機能する。本明細書では、正極活物質および負極活物質に共通する事項については、単に「活物質」として説明する。
【００８３】
正極活物質としては、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。リチウム−遷移金属複合酸化物は、例えば、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。２種以上の正極活物質が併用されてもよい。
【００８４】
負極活物質としては、容量および出力特性の観点から、炭素材料を適用することが好ましい。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料（黒鉛）、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。より好ましくは、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛である。天然黒鉛は、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛などが使用できる。人造黒鉛としては塊状黒鉛、気相成長黒鉛、鱗片状黒鉛、繊維状黒鉛が使用できる。これらのなかで、特に好ましい材料は、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛である。鱗片状黒鉛、塊状黒鉛を用いた場合、充填密度が高い等の理由で、特に有利である。上記炭素材料以外の負極活物質としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉなどが挙げられる。これらの負極活物質は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用しても構わない。
【００８５】
上記活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、電池の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、活物質が２次粒子である場合には該２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、活物質が凝集、塊状などにより２次粒子化したものでなくてもよいことはいうまでもない。かかる活物質の粒径および１次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。
【００８６】
活物質層（正極活物質層または負極活物質層）は、必要に応じて、バインダ、導電助剤、電解質（ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など）、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。ただし、活物質層中、活物質として機能しうる材料の含有量は、８５〜９９．５質量％であることが好ましい。
【００８７】
バインダは、活物質、導電助剤などを相互に結着させ、活物質層の構造や導電ネットワークを保持する機能を有する。活物質層に含まれるバインダとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、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（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）、ポリアミック酸、またはこれらの混合物が挙げられる。
【００８８】
バインダの含有量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層全量（固形分換算）に対して、０．５〜１５質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。
【００８９】
導電助剤とは、活物質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。導電助剤としては炭素材料が好ましく、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などの炭素粉末、および気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの炭素繊維などが挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における導電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うる。ここで、導電助剤の含有量は、活物質層の導電性を所望の程度にまで向上できれば特に制限されないが、活物質層全量（固形分換算）に対して、好ましくは０．５〜１５質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。
【００９０】
（電解質層）
本形態の電解質層に使用される電解質は、特に制限はないが、上述の非水電解質二次電池用活物質層のイオン伝導性を確保する観点から、液体電解質、ゲルポリマー電解質、またはイオン液体電解質が用いられる。
【００９１】
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、可塑剤である有機溶媒に支持塩である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が例示される。また、リチウム塩としては、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。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。かような化合物の具体例としては、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。
【００９２】
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で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）およびこれらの共重合体等が挙げられる。
【００９３】
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うる。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。
【００９４】
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、をカチオンおよ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。
【００９５】
イオン液体を構成するカチオン成分は、置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピラゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピペリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のトリアジニウムイオン、および置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００９６】
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（ＮＯ３−）、テトラフルオロホウ酸イオン（ＢＦ４−）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６−）、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、ＡｌＣｌ３−、乳酸イオン、酢酸イオン（ＣＨ３ＣＯＯ−）、トリフルオロ酢酸イオン（ＣＦ３ＣＯＯ−）、メタンスルホン酸イオン（ＣＨ３ＳＯ３−）、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（ＣＦ３ＳＯ３−）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−）、ビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミドイオン（（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−）、ＢＦ３Ｃ２Ｆ５−、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸イオン（（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−）、過塩素酸イオン（ＣｌＯ４−）、ジシアンアミドイオン（（ＣＮ）２Ｎ−）、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、Ｒ１ＣＯＯ−、ＨＯＯＣＲ１ＣＯＯ−、−ＯＯＣＲ１ＣＯＯ−、ＮＨ２ＣＨＲ１ＣＯＯ−（この際、Ｒ１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、またはアシル基であり、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。
【００９７】
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。
【００９８】
イオン液体電解質に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、０．１〜２．０Ｍであることが好ましく、０．８〜１．２Ｍであることがより好ましい。
【００９９】
また、イオン液体に以下のような添加剤を加えてもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性およびサイクル特性がより向上しうる。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。
【０１００】
また、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、およ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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
本実施形態のリチウムイオン二次電池においては、セパレータの材料は、アラミド系樹脂であることが特に好ましい。アラミド系樹脂の熱収縮開始温度は２００℃以上の高温であるため、セパレータの熱収縮による内部短絡を発生させることなく、シール材加熱温度を上昇させて、シール材の熱融着の生産性を向上させることが可能である。
【０１０４】
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。１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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
[リチウムイオン二次電池の製造方法]
本発明の一実施形態は、集電体上に活物質層が配置された電極をセパレータを介して積層してなる発電要素と、前記発電要素の外周部の少なくとも一部を封止するためのシール部と、を有する電池本体部を有するリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記シール部を、前記発電要素の外周部に配置されるシール材を熱融着することによって形成するシール部形成工程を有し、
前記シール材の線熱膨張率α１と前記集電体の線熱膨張率α２との差｜α１−α２｜、電極の最大長さＬ（ｍｍ）、および電極間距離Ｄ（ｍｍ）が下記式を満たすことを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法である。
【０１０７】
【数３】
0006726004.tif 000004
【０１０８】
図５は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１０９】
リチウムイオン二次電池１０の製造方法は、例えば、図５に示されるように、電極形成工程、シール材配置工程、積層工程、シール部形成工程、組立工程、第１封止工程、液注工程および第２封止工程を有する。
【０１１０】
電極形成工程においては、集電体２２の一方および他方の面に、正極活物質スラリーおよび負極活物質スラリーが、それぞれ塗布され、乾燥される。これにより、負極活物質層２６および正極活物質層２８が形成され、双極型電極２０が得られる。正極活物質スラリーは、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度に調整されている。負極活物質スラリーは、例えば、負極活物質およびバインダを有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度に調整されている。正極活物質スラリーの塗膜および負極活物質スラリーの塗膜は、例えば、真空オーブンを利用して、乾燥させられる。
【０１１１】
シール材配置工程においては、シール部３２およびシール部３４に対応する、好ましくはシート状のシール材が、発電要素１９の外周部（正極活物質層２８および負極活物質層２６の周囲）を取り囲むように配置される。
【０１１２】
積層工程においては、好ましくはシート状のシール材が配置された双極型電極２０がセパレータ４０を介して順次積層され、電池本体部１８が形成される。なお、電極の積層方向Ｓに関し、最下層に位置する集電体２２は、負極活物質層２６を有していないものが適用され、最上層に位置する集電体２２は、正極活物質層２８を有していないものが適用されている。
【０１１３】
シール部形成工程においては、シール材を熱融着することによって、シール部３２、３４が形成される。熱融着は、電極の積層方向Ｓに関し電池本体部１８の両方の外側を介して、シール材を加熱することによって実施される。
【０１１４】
組立工程においては、電池本体部１８に、正極集電タブ１２および負極集電タブ１４が取付けられ、一対の矩形状ラミネートフィルム（シート材）の間に配置される。
【０１１５】
第１封止工程においては、ラミネートフィルムの外周部の３辺が熱融着により接合される。
【０１１６】
液注工程においては、ラミネートフィルムにおける未接合の１辺を利用し、電解液が注液される。
【０１１７】
第２封止工程においては、未接合の１辺が熱融着されることにより、内部に電池本体部１８が密閉状態で収容されている外装体１６が形成される。
【０１１８】
次に、シール部形成工程を詳述する。
【０１１９】
図６は、図５に示されるシール部形成工程を説明するための断面図である。
【０１２０】
シール部形成工程においては、例えば、図６に示されるように、ヒートバー１１０、１２０および駆動装置１１４、１２４を有するホットプレス装置が適用される。
【０１２１】
ヒートバー１１０、１２０は、内部にヒーター１１２、１２２を有し、その温度を変更可能に構成されている。ヒートバー１１０、１２０は、電池本体部１８の一方および他方の外側に、それぞれ相対して配置され、正極活物質層２８および負極活物質層２６の周囲を取り囲んでいるシート状のシール材３１、３３と位置合せされている。
【０１２２】
駆動装置１１４、１２４は、例えば、往復動手段を有し、ヒートバー１１０、１２０が連結されている。したがって、ヒートバー１１０、１２０は、電池本体部１８の外側に対して当接自在である。
【０１２３】
本熱融着装置が適用されるシール部形成工程においては、積層工程から電池本体部１８が投入されると、ヒートバー１１０、１２０が駆動装置１１４、１２４によって駆動され、電池本体部１８の両方の外側に当接する。この際、ヒートバー１１０、１２０は、ヒーター１１２、１２２によって予め温度が上昇しており、電池本体部１８の両方の外側を介して、シール材３１、３３が加熱されることになる。
【０１２４】
電極２０の積層方向Ｓに関し最外側に位置するシール材３１、３３は、ヒートバー１１０、１２０に隣接するため、その温度は、ヒーター１１２、１２２の温度（電池本体部の外側の加熱温度）と略一致する。つまり、電池本体部１８の外側におけるシール材加熱温度は、ヒーター１１２、１２２の温度に対応している。
【０１２５】
シール部形成工程において、シール材を熱融着するときの加熱温度（ヒートバー１１０、１２０の加熱温度）は、例えば、１００〜１８０℃であり、好ましくは１２０〜１６０℃である。上記範囲であれば良好な接着性が得られうる。さらに、前記加熱温度は、シール材の融点以上の温度であることが好ましい。加熱温度がシール材の融点以上の温度であると、良好な高温シール性をシール部を確実に形成することが可能である。また、シール部形成工程において、シール材加熱温度は、セパレータの熱収縮開始温度より低いことが好ましい。このようにすることでセパレータの熱収縮による内部短絡の発生が確実に抑制される。
【０１２６】
ヒートバー１１０、１２０の加圧力は、例えば、０．１〜１．０ＭＰａであり、好ましくは０．２〜０．５ＭＰａである。また、加圧時間は、例えば、１０〜６０秒であり、好ましくは２０〜４０秒である。
【０１２７】
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車、燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの高質量エネルギー密度、高質量出力密度等が求められる車両駆動用電源や補助電源として好適に用いることができる。
【実施例】
【０１２８】
本発明を以下の実施例を用いて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、特記しない限り、以下の操作は、室温（２５℃）で行った。
【０１２９】
［実施例１］
下記手順で双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。
【０１３０】
＜双極型電極の作製＞
負極活物質としてグラファイト９０質量％およびバインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）１０質量％を準備し、これにスラリー粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）適量を混合し、負極活物質スラリーを調製した。正極活物質としてＬｉＮｉＯ２  ８５質量％、導電助剤としてアセチレンブラック５質量％、およびバインダとしてＰＶｄＦ  １０質量％を準備し、これにスラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ適量を混合し、正極活物質スラリーを調製した。上記で調製した負極活物質スラリーを、集電体（１９０ｍｍ×１２５ｍｍ、厚さ３０μｍ）の一方の表面に１７０ｍｍ×１０５ｍｍの大きさになるように塗布し、乾燥させて負極活物質層（厚さ：１００μｍ）を形成した。このとき、負極活物質層の最大長さＬは、２００ｍｍであった。
【０１３１】
なお、集電体としては、以下のような導電性を有する樹脂層を用いた。樹脂層であるポリイミド箔として、高分子材料であるポリイミド１００質量％に対して、導電性フィラーであるカーボン粒子（粒子径１０ｎｍ）１５質量％を分散させた、厚さ２９．５μｍのフィルム状の樹脂層を準備した。具体的には、ポリアミック酸を含むポリイミドを溶媒であるＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させ、これにカーボン粒子を分散させて溶融キャスト法によりフィルムを作製し、樹脂層を得た。得られた樹脂層の一方の面に、銅めっき層（０．５μｍ）を形成し、集電体を得た。負極活物質層は、上記で作製した集電体の銅めっき層の側に形成された。
【０１３２】
同様に、上記で調製した正極活物質スラリーを、上記の集電体のもう一方の表面に１６２ｍｍ×９７ｍｍの大きさになるように塗布し、乾燥させて正極活物質層（厚さ：１００μｍ）を形成した。この際、負極活物質層の面積と、正極活物質層の面積とをほぼ同じとし、負極活物質層と正極活物質層との集電体への投影図において、正極活物質層の投影図が負極活物質層の投影図の内側になるように調整して、負極活物質層および正極活物質層を形成した。またシール部分として、各辺幅１０ｍｍの余白を集電体の両面に残した状態とした。なお、集電体の線熱膨張率は３×１０−５であり、ヤング率は１３３ＭＰａであった。
【０１３３】
＜双極型リチウムイオン二次電池の作製＞
まず電解液としてプロピレンカーボネート・エチレンカーボネートの等体積混合液にリチウム塩であるＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたものを準備した。次に双極型電極の集電体の両面の表面露出部（余白部）にそれぞれ、幅１０ｍｍのシール材（熱可塑性、ポリプロピレン系オレフィン、ＮＯＫ株式会社製、線熱膨張率：４．０×１０−４）を配置した。この双極型電極とセパレータ（活物質層を覆う大きさ）（アラミド製、厚さ３０μｍ、空孔率６０％）とを交互に重ね、２層（正極／負極の組み合わせが２組）の積層体とした。得られた積層体に対して積層方向にホットプレス処理（０．２ＭＰａ、１４０℃、３０秒間）を施し、シール部を融着させることで隣接する双極型電極間をシールした。その後、上記で準備した電解液を注液し封をして、発電要素を完成させた。さらに得られた発電要素の投影面全体を覆うことができるアルミニウム板の一部が発電要素の投影面外部まで伸びている強電端子を用いて発電要素を挟持し、双極型リチウムイオン二次電池を完成させた。ここで、ホットプレス処理する前のシール材のヤング率は５０ＭＰａであり、シール材の塗布厚さは１２０μｍであった。
【０１３４】
［実施例２］
実施例１において、集電体（銅めっき層を有するポリイミド箔）の大きさを４４８ｍｍ×２７３ｍｍとしたこと、正極活物質層を４２２ｍｍ×２４７ｍｍの大きさになるように作製し、負極活物質層を４３０ｍｍ×２５５ｍｍの大きさになるように作製したことを除いては、実施例１と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。負極活物質層の最大長さＬは５００ｍｍであった。
【０１３５】
［実施例３］
実施例２において、セパレータの厚さを１５μｍとしたことを除いては、実施例２と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１３６】
［実施例４］
実施例３において、シール材を熱可塑性ポリプロピレン系オレフィン（線熱膨張率：４．０×１０−４、ヤング率：１０ＭＰａ、ＮＯＫ株式会社製）に変更し、シール材の塗布厚さを１００μｍとしたことを除いては、実施例３と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１３７】
［比較例１］
実施例２において、セパレータの厚さを１０μｍとした。さらに、シール材の塗布厚さを１６０μｍとし、集電体の厚さを５２μｍに変更した。その他の条件は実施例２と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１３８】
［比較例２］
比較例１において、集電体（銅めっき層を有するポリイミド箔）の大きさを６８５ｍｍ×４６５ｍｍとしたこと、正極活物質層を６５７ｍｍ×４３７ｍｍの大きさになるように作製し、負極活物質層を６６５ｍｍ×４４５ｍｍの大きさになるように作製したことを除いては、比較例１と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。負極活物質層の最大長さＬは８００ｍｍであった。
【０１３９】
［比較例３］
比較例２において、シール材の材質をポリプロピレン系オレフィン（線熱膨張率：６×１０−４、ヤング率：１００ＭＰａ、ＮＯＫ株式会社製）に変更し、シール材の塗布厚さを８０μｍとしたことを除いては、比較例２と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１４０】
［実施例５］
下記手順で双極型ではないリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。
【０１４１】
＜正極および負極の作製＞
正極活物質スラリーおよび負極活物質スラリーは、上記の双極型リチウムイオン二次電池の作製における正極活物質スラリーおよび負極活物質スラリーと同様の手順で作製した。
【０１４２】
負極集電体は、上記の双極型電極の作製と同様の手法で、ただし、樹脂層の厚さを３０μｍとし、この樹脂層の両方の面に銅めっき層をそれぞれ０．５μｍの厚さで形成したものを用いた。
【０１４３】
作製した負極活物質スラリーを上記で作製した負極集電体（厚さ：１０μｍ）の両面に塗布し、乾燥させて負極活物質層（４３０ｍｍ×２５５ｍｍ、厚さ：１００μｍ）を形成した。このとき、負極活物質層の最大長さＬは、５００ｍｍであった。同様に、上記で作製した正極活物質スラリーを、正極集電体であるアルミニウム箔（厚さ：２０μｍ）の両面に塗布し、乾燥させて正極活物質層（４６２ｍｍ×２７７ｍｍ、厚さ：１００μｍ）を形成した。この際、負極活物質層の面積と、正極活物質層の面積とをほぼ同じにし、負極活物質層と正極活物質層との集電体への投影図において、正極活物質層の投影図が負極活物質層の投影図の内側になるように調整して、負極活物質層および正極活物質層を形成した。シール部分として、各辺幅１０ｍｍの余白を正極集電体および負極集電体の両面に残した状態とした。また各集電体には、長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍのタブを付帯させた。
【０１４４】
＜双極型ではないリチウムイオン二次電池の作製＞
電解液の調製は、上記の双極型リチウムイオン二次電池の作製と同様の手順で行った。次に上記で作製した正極および負極の双方の集電体の両面の表面露出部（余白部）にそれぞれ、幅１０ｍｍのシール材（熱可塑性、ポリプロピレン系オレフィン、ＮＯＫ株式会社製、線熱膨張率：４×１０−４）を配置した。セパレータ（活物質層を覆う大きさ、アラミド製、厚み１５μｍ、空孔率６０％）を準備し、負極→セパレータ→正極→セパレータ→負極の順に重ね、２層（正極／負極の組み合わせが２組）の積層体とした。得られた積層体に対して積層方向にホットプレス処理（０．２ＭＰａ、１４０℃、３０秒間）を施し、シール部を融着させることで隣接する電極間をシールした。得られた積層体をアルミラミネート袋に入れ、タブが外部に出るように３辺封止した。本構成では負極が２組あるので、これらの負極集電体のタブを合わせて、負極タブとした。次いで、上記で調製した電解液をアルミラミネート袋に注液し封をして、発電要素を完成させた。最後に、負極タブ、正極タブにそれぞれ強電端子を接続し、双極型ではないリチウムイオン二次電池を完成させた。ここで、ホットプレス処理する前のシール材のヤング率は１００ＭＰａであり、シール材の塗布厚さは８０μｍであった。
【０１４５】
［比較例４］
実施例５において、セパレータの厚さを１０μｍとしたことを除いては、実施例５と同様にして双極型ではないリチウムイオン二次電池を作製した。
【０１４６】
＜サイクル試験＞
実施例１〜５および比較例１〜４で作製したリチウムイオン二次電池を、５０℃の雰囲気下、レート１Ｃの電流で各電池の満充電まで定電流（ＣＣ）充電し、その後定電圧（ＣＶ）で充電し、合計で３時間充電した。その後定電流放電し、これを１サイクルとして１００サイクルの充放電サイクル試験を行った。１００サイクル後の放電容量維持率（１００サイクル後の放電容量／初期放電容量×１００［％］）を求め、表１に示す。
【０１４７】
【表１】
0006726004.tif 000005
【０１４８】
表１の結果から、実施例１〜４の双極型リチウムイオン二次電池は、比較例１〜３の電池と比較して、容量の低下が少なく、性能が維持できていることが示された。同様に、双極型ではないリチウムイオン二次電池についても、実施例５の電池は、比較例４の電池よりも容量の低下が少なく、性能が維持された。これは、シール材の線熱膨張率α１と集電体の線熱膨張率α２との差｜α１−α２｜、電極の最大長さＬ（ｍｍ）、および電極間距離Ｄ（ｍｍ）が所定の関係を満たす各実施例の電池では、電池を製造する際の熱プレスする工程において電池の歪みが生じにくいため、電極間距離を均一化できるためと考えられる。電極間距離を均一化することによって、電極間距離が不均一な部分で生じうるＬｉ析出等が抑えられて反応が均一化し、耐久性が向上したものと考えられる。
【０１４９】
なかでも、シール材の剛性が、前記集電体の剛性よりも小さい実施例４の電池は、熱膨張率差、電極最大長さ、電極間距離が同等の実施例３の電池よりも優れた容量維持率を示した。これは、シール材の剛性を集電体の剛性よりも小さくすることで、集電体の形状がシール材の熱変形の影響を受けて変形することを抑制できるため、電池のひずみを緩和する効果がより高いためと考えられる。
【符号の説明】
【０１５０】
１０、６０  リチウムイオン二次電池、
１２、６２  正極集電タブ、
１４、６４  負極集電タブ、
１６、６６  外装体、
１８、６８  電池本体部、
１９  発電要素、
１９Ａ  外周部、
２０  双極型電極、
２２  集電体、
２３  導電性樹脂層、
２４  金属層、
２６、７６  負極活物質層、
２８、７８  正極活物質層、
３１、３３  シール材、
３２、３４、８２、８４  シール部、
４０、９０  セパレータ、
５２  正極リード、
５４  負極リード、
７２Ａ  正極集電体、
７２Ｂ  負極集電体、
１１０、１２０  ヒートバー、
１１２、１２２  ヒーター、
１１４、１２４  駆動装置、
Ｓ  積層方向。
【図１】
0006726004.tif 000008
【図２】
0006726004.tif 000009
【図３】
0006726004.tif 000010
【図４】
0006726004.tif 000011
【図５】
0006726004.tif 000012
【図６】
0006726004.tif 000013