(57)【要約】リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタの初期容量の維持率、レート特性や１サイクル当たりの容量活用率を向上させる。  正極／セパレータを含む電解質層／負極の積層構造を有するリチウムイオン電池において、正極および／または負極は、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩構造を有し、かつ重合性官能基を有する溶融塩単量体をフッ素系重合体に２〜９０モル％グラフト重合またはリビング重合して得た高分子導電組成物（Ｘ１）をフッ素系重合体（Ｘ２）に０．１〜９５重量％含有する導電素材を正極および／または負極の活物質と導電材を接着させるバインダーとして使用した正極および／または負極であり、電解質層は、（１）芳香族カチオン、環式脂肪族カチオンおよび非環式脂肪族カチオンから選ばれる少なくとも１種のカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩）（Ｘ３）、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）または（３）前記高分子組成物（Ｘ１）と（Ｘ３）、とセパレーターとで構成されている、リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを提供することによって達成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極／セパレーターを含む電解質層／負極の積層構造を有するリチウムイオン電池において、正極および／または負極は、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩構造を有し、かつ重合性官能基を有する溶融塩単量体をフッ素系重合体に２〜９０モル％グラフト重合またはリビング重合して得た高分子導電組成物（Ｘ１）をフッ素系重合体（Ｘ２）に０．１〜９５重量％含有する導電素材を正極および／または負極の活物質と導電材を接着させるバインダーとして使用した正極および／または負極であり、電解質層は、（１）芳香族カチオン、環式脂肪族カチオンおよび非環式脂肪族カチオンから選ばれる少なくとも１種のカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩（Ｘ３）、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）または（３）前記高分子組成物（Ｘ１）と（Ｘ３）、とセパレーターとで構成されている、リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタ。
【請求項２】
正極および／または負極は、請求項１記載の導電素材を活物質または導電材の表面にコートし、次いでこれらの導電材または活物質を配合して得られる正極および／または負極である請求項１記載のリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタ。
【請求項３】
セパレーターは、ポリオレフィン系、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアラミド系樹脂の微多孔フイルム、紙およびガラス繊維素材の不織布から選ばれる基材であり、かつ基材表面に請求項１で記載した（Ｘ１）と（Ｘ３）をコートしたセパレーターである請求項１記載のリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタ。
【請求項４】
電解質層に、電荷移動イオン源として、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＣｎＦ２ｎ＋１ＣＯ２Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）、ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）、（ＦＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＦＳＯ２）２Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）３ＣＬｉ、（ＣＦ３ＳＯ２−Ｎ−ＣＯＣＦ３）Ｌｉ、
（Ｒ−ＳＯ２−Ｎ−ＳＯ２ＣＦ３）Ｌｉ（Ｒは脂肪族基または芳香族基）、および（ＣＮ−Ｎ）２ＣｎＦ２ｎ＋１Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）からなる群から選ばれたリチウム塩を含有する請求項１記載のリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の電池構成素材に存在する抵抗要素を軽減させ、充放電特性の初期容量の維持率が高く、レート特性を向上させ、１サイクル当たりの容量活用率が大きく、そしてサイクル特性を安定化させる、高効率イオン電導型リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池には、リチウム塩を含んでいる非水電解液が一般に使用されている。この非水電解液は、通常、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ブチルカーボネート等の環状炭酸エステル類や鎖状炭酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン、テトラヒドロフラン等のエーテル類のような非プロトン性の極性有機溶媒にリチウム塩を溶かしたものである。
最近、４級アンモニウムカチオンとハロゲン原子含有アニオンからなる４級アンモニウム塩構造と重合性官能基を持っている溶融塩単量体、及び電荷移動イオン源を含んでいる単量体組成物を、ポリフッ化ビニリデン等の高分子補強材料の存在下で重合（例えばグラフト重合）することにより製造された複合高分子電解質組成物が開発されている（特許文献１〜２）。しかし、ここで開示されているグラフト重合体を使用した複合高分子電解質組成物を使用しただけでは、初期容量の維持率、１サイクル当たりの容量活用率が、必ずしも高くならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４−８８６７１（特許請求の範囲）
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／１１３９７１（特許請求の範囲、００４０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の電池構成素材に存在する抵抗要素を軽減させ、充放電特性を初期容量の維持率が高く、レート特性を向上させ、１サイクル当たりの容量活用率が大きくそしてサイクル特性を安定化させる、高効率イオン電導型リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタ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】
【０００５】
前記目的は、正極／セパレーターを含む電解質層／負極の積層構造を有するリチウムイオン電池において、正極および／または負極は、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩構造を有し、かつ重合性官能基を有する溶融塩単量体をフッ素系重合体に２〜９０モル％グラフト重合またはリビング重合して得た高分子導電組成物（Ｘ１）をフッ素系重合体（Ｘ２）に０．１〜９５重量％含有する導電素材を正極および／または負極の活物質と導電材を接着させるバインダーとして使用した正極および／または負極であり、電解質層は、（１）芳香族カチオン、環式脂肪族カチオンおよび非環式脂肪族カチオンから選ばれる少なくとも１種のカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩（Ｘ３）、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）または（３）前記高分子組成物（Ｘ１）と（Ｘ３）、とセパレーターとで構成されている、リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを提供することによって、達成される。
前記目的は、正極および／または負極は、導電素材を活物質または導電材の表面にコートし、次いで導電材または活物質を配合して得られる正極および／または負極である前記リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを提供することによって、より好適に達成される。
前記目的は、セパレーターは、ポリオレフィン系、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアラミド系樹脂、の微多孔フイルム或いは紙やガラス繊維素材の不織布の表面に（Ｘ１）と（Ｘ３）をコートしたセパレータである前記リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを提供することによって、より好適に達成される。
前記目的は、電解質層に、電荷移動イオン源として、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＣｎＦ２ｎ＋１ＣＯ２Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）、ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）、（ＦＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＦＳＯ２）２Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）３ＣＬｉ、（ＣＦ３ＳＯ２−Ｎ−ＣＯＣＦ３）Ｌｉ、（Ｒ−ＳＯ２−Ｎ−ＳＯ２ＣＦ３）Ｌｉ（Ｒは脂肪族基または芳香族基）、および（ＣＮ−Ｎ）２ＣｎＦ２ｎ＋１Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）からなる群から選ばれたリチウム塩を含有する前記リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを提供することによって、より好適に達成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタは、均質で薄膜の導電ネットワークが形成された電極（正極および／または負極）を使用するため電子移動の速度が安定加速されてＩＲ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ａｎｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ）ドロップの抑制、レート特性やサイクル特性の安定性が向上し、初期容量の維持率が高くなる、また充放電動作において緩やかな充放電末傾向を示し、１サイクル当たりの容量活用率も高くなる。さらに本発明では、特定の導電素材を使用するので従来の不導体バインダーに比べ使用量を２０％以上減量させることができる。さらにまた本発明で使用する導電素材は、導電耐久性に優れているので、導電性が長期にわたり安定したリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを得ることができる。さらに、前記した電荷移動イオン源を含有するか、さらには電荷移動イオンと電荷移動イオン源の対イオンであるテトラアルキレングリコールジアルキルエーテル（ＴＡＧＤＡＥ）とを含有することにより、導電性能をさらに向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明において、電極でバインダーとして使用される導電素材は、前記した溶融塩単量体をフッ素系重合体にグラフト重合またはリビングラジカル重合して得た高分子電解質組成物（Ｘ１）フッ素系重合体（Ｘ２）を含むことが重要であり、これにより、前記したような効果が発揮される。
まず、高分子電解質組成物（Ｘ１）について述べる。
グラフト重合またはリビング重合に使用されるフッ素系重合体としては、ポリフッ化ビニリデン重合体または共重合体が好適例として挙げられる
また、ポリフッ化ビニリデン共重合体としては、フッ化ビニリデンに
式：−（ＣＲ１Ｒ２−ＣＦＸ）−
式中、Ｘは、フッ素以外のハロゲン原子であり、Ｒ１及びＲ２は、水素原子又はフッ素子であり、両者は同一であってもよいし異なっていてもよい、ここでハロゲン原子としては、塩素原子が最適であるが、臭素原子、ヨウ素原子も挙げられる、
で示される単位を有する共重合体が好適例として挙げられる。
また、フッ素系重合体としては、
式：−（ＣＲ３Ｒ４−ＣＲ５Ｆ）ｎ−（ＣＲ１Ｒ２−ＣＦＸ）ｍ−
式中、Ｘは、フッ素以外のハロゲン原子であり、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５は、水素原子又はフッ素原子であり、これらは
同一であってもよいし異なっていてもよく、
ｎは６５〜９９モル％であり、
ｍは１〜３５モル％である、
で示される共重合体も挙げられ、特に、
式；−（ＣＨ２−ＣＦ２）ｎ−（ＣＦ２−ＣＦＣｌ）ｍ−
式中、ｎは６５〜９９モル％であり、
ｍは１〜３５モル％である、
で示される共重合体が好適である。
ｎとｍの合計を１００モル％とした場合、ｎは６５〜９９モル％、ｍは１〜３５モル％であることが好適であり、より好適にはｎは６７〜９７モル％、ｍは３〜３３モル％であり、最適にはｎは７０〜９０モル％、ｍは１０〜３０モル％である。
前記フッ素系重合体は、ブロック重合体であっても、ランダム共重合体であってもよい。また、他の共重合し得る単量体を、本発明の目的が阻害されない範囲で使用することもできる。
前記フッ素系重合体の分子量は、重量平均分子量として３０，０００〜２，０００，０００が好適であり、より好適には１００，０００〜１，５００，０００である。ここで、重量平均分子量は、後述するとおり、固有粘度法［η］により測定される。
前記フッ素系重合体に溶融塩単量体をグラフト重合するには、遷移金属錯体を用いる原子移動ラジカル重合法を適用することができる。この錯体に配位している遷移金属が前記共重合体のフッ素以外のハロゲン原子（例えば、塩素原子）、さらには水素原子も引き抜きぬいて開始点となり、溶融塩単量体が前記重合体にグラフト重合する。
本発明で使用される原子移動ラジカル重合では、フッ化ビニリデン単量体とフッ素及びフッ素以外のハロゲン原子（例えば塩素原子）を含むビニル単量体との共重合体が好適に用いられる。幹ポリマーにフッ素原子とフッ素原子以外のハロゲン原子（例えば塩素原子）があることにより炭素−ハロゲン間の結合エネルギーが低くなるため、遷移金属によるフッ素以外のハロゲン原子（例えば塩素原子）の引き抜きが、さらには水素原子の引き抜きが、フッ素原子より容易に起こり、溶融塩単量体のグラフト重合が開始される。また本発明ではフッ化ビニリデン単量体の単独重合体も使用可能である。
原子移動ラジカル重合で使用される触媒は遷移金属ハロゲン化物が用いられ、特に塩化銅（Ｉ）、アセチルアセトナート銅（ＩＩ）、ＣｕＢｒ（Ｉ）、ＣｕＩ（Ｉ）等の銅原子を含む銅触媒が好適に用いられる。また錯体を形成するリガンドとしては４，４’−ジアルキル−２，２’−ビピリジル（ｂｐｙなど）（ここでアルキルとしては、好適にはメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのＣ１〜Ｃ８のアルキルが挙げられる）、トリス（ジメチルアミノエチル）アミン（Ｍｅ６−ＴＲＥＮ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＤＥＴＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ピリジルメチル）エチレンジアミン（ＴＰＥＮ）、トリス（２−ピリジルメチル）アミン（ＴＰＭＡ）等が使用される。中でも、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）と４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジル（ｂｐｙ）とで形成される遷移金属ハロゲン化錯体を好適に使用することができる。
反応溶媒としては、フッ素系重合体を溶解可能な溶媒を使用することができ、フッ化ビニリデン単量体とフッ素及びフッ素以外のハロゲン原子（例えば塩素原子）を含むビニル単量体との共重合体を溶解するＮ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォキシド、アセトン等を用いることができる。反応温度は使用する錯体のリガンドによって異なるが、通常、１０〜１１０℃の範囲である。
グラフト重合させるために紫外線（光重合開始剤を使用）や電子線等の放射線を照射することもできる。電子線重合は、重合体自体の架橋反応や単量体の補強材料へのグラフト反応も期待でき、好ましい態様である。照射量は０．１〜５０Ｍｒａｄが好ましく、より好ましくは１〜２０Ｍｒａｄである。
重合体を構成するモノマー単位を９８〜１０モル％と溶融塩単量体を２〜９０モル％のモル比の範囲になるように、すなわちグラフト化率が２〜９０モル％になるように、目標とする可塑物性、ｐＨ安定性に合わせてグラフト重合する。溶融塩単量体を前記重合体にグラフト重合する場合、前記重合体は溶液、固体、のいずれであってもよい。これらのグラフト重合体は前記した本件出願人の先行特許ＷＯ２０１０／１１３９７１に記載の方法により得られる。
また溶融単量体をリビング重合しフッ素重合体にグラフトまたは付加する方法としては、アゾ系重合開始剤（ＡＩＢＮなど）、過酸化物系重合開始剤（ＢＰＯなど）を用いたリビングラジカル重合法、熱重合方法が挙げられ、さらには前記した原子ラジカル重合法なども使用できる。
本発明において、オニウムカチオンとフッ素原子含有アニオンからなる塩構造を有し、かつ重合性官能基を含む溶融塩単量体の塩構造とは、非環式脂肪族、環式脂肪族、芳香族など（複素環式脂肪族を含む）のオニウムカチオンとフッ素原子含有アニオンからなる塩構造を包含する。ここでオニウムカチオンとは、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、スルホニウムカチオン、オキソニウムカチオン、グアニジウムカチオン、を意味し、アンモニウムカチオンとしては、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピロリジニウムなどのアンモニウムカチオンが挙げられる。下記アンモニウムカチオン群から選ばれた少なくとも１つのカチオンと下記アニオン群から選ばれた少なくとも１つのアニオンからなる塩構造が好適である。
アンモニウムカチオン群：
ピロリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、ベンズイミダゾリウムカチオン、インドリウムカチオン、カルバゾリウムカチオン、キノリニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピペラジニウムカチオン、アルキルアンモニウムカチオン｛但し、炭素原子数１〜３０（たとえば炭素原子数１〜１０）のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシ基で置換されているものを含む｝が挙げられる。いずれも、Ｎ及び／又は環に炭素原子数１〜３０（例えば、炭素原子数１〜１０）の、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシ基が結合しているものを含む。
ホスホニウムカチオンとしては、テトラアルキルホスホニウムカチオン（炭素原子数１〜３０のアルキル基）、トリメチルエチルホスホニウムカチオン、トリエチルメチルホスホニウムカチオン、テトラアミノホスホニウムカチオン、トリアルキルヘキサデシルホスホニウムカチオン（炭素原子数１〜３０のアルキル基）、トリフェニルベンジルホスホニウムカチオン、炭素原子数１〜３０のアルキル基を３個有するホスフィン誘導体のホスホニウムカチオン、ヘキシルトリメチルホスホニウムカチオン、トリメチルオクチルホスホニウムカチオンの非対称ホスホニウムカチオン、ジメチルトリアミンプロピルメタンホスフェートなどが挙げられる。
また、スルホニウムカチオンとしては、トリアルキルスルホニウムカチオン（アルキル基）、ジエチルメチルスルホニウムカチオン、ジメチルプロピルスルホニウム、ジメチルヘキシルスルホニウムの非対称スルホニウムカチオンが挙げられる。
フッ素原子含有アニオン群：
ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣｎＦ２ｎ＋１ＣＯ２−（ｎは、１〜４の整数）、ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３−（ｎは、１〜４の整数）、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ２−Ｎ−ＣＯＣＦ３−、Ｒ−ＳＯ２−Ｎ−ＳＯ２ＣＦ３−（Ｒは、脂肪族基）、ＡｒＳＯ２−Ｎ−ＳＯ２ＣＦ３−（Ａｒは、芳香族基）、ＣＦ３ＣＯＯ−等のハロゲン原子を含むアニオンが例示される。
前記オニウムカチオン、とくにアンモニウムカチオン群及びフッ素原子含有アニオン群に挙げられた種は、耐熱性、耐還元性又は耐酸化性に優れ、電気化学窓が広くとれ、電圧領域を０．７から５．５Ｖまでの高低電圧に耐性のリチウムイオン二次電池や−４５℃まで低温特性に優れたリチウムイオンキャパシタへ好適に用いられる。汎用用途での塗料、接着剤、粘着剤、表面コート剤、練り込み添加剤として不導体樹脂へ温度特性に優れた機能性静電防止性能を付与することが出来る。また、樹脂との混合処方で樹脂や添加剤の分散性能や平滑性能にも効果がある。
単量体における重合性官能基としては、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、アクリルアミド基、アリル（Ａｌｌｙｌ）基等の炭素−炭素不飽和基、エポキシ基、オキセタン基等を有する環状エーテル類、テトラヒドロチオフェン等の環状スルフィド類やイソシアネート基等を例示できる。
（Ａ）重合性官能基を有するオニウムカチオン、とくにアンモニウムカチオン種としては、特に好ましくは、トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウムカチオン、トリアルキルアミノエチルアクリレートアンモニウムカチオン、トリアルキルアミノプロピルアクリルアミドアンモニウムカチオン、１−アルキル−３−ビニルイミダゾリウムカチオン、４−ビニル−１−アルキルピリジニウムカチオン、１−（４−ビニルベンジル）−３−アルキルイミダゾリウムカチオン、２−（メタアクリロイロキシ）ジアルキルアンモニウムカチオン、１−（ビニルオキシエチル）−３−アルキルイミダゾリウムカチオン、１−ビニルイミダゾリウムカチオン、１−アリルイミダゾリウムカチオン、Ｎ−アルキル−Ｎ−アリルアンモニウムカチオン、１−ビニル−３−アルキルイミダゾリウムカチオン、１−グリシジル−３−アルキル−イミダゾリウムカチオン、Ｎ−アリル−Ｎ−アルキルピロリジニウムカチオン、及び４級ジアリルジアルキルアンモニウムカチオン等を挙げることができる。但し、アルキルは炭素原子数１〜１０のアルキル基である。
（Ｂ）フッ素原子含有アニオン種としては、特に好ましくは、ビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミドアニオン、ビス（フルオロスルフォニル）イミドアニオン、２，２，２−トリフルオロ−Ｎ−｛（トリフルオロメタン）スルフォニル）｝アセトイミドアニオン、ビス｛（ペンタフルオロエタン）スルフォニル｝イミドアニオン、テトラフルオロボレートアニオン、ヘキサフロオロフォスヘートアニオン、トリフルオロメタンスルフォニルイミドアニオン等のアニオンを挙げることができる。
更に、溶融塩単量体（前記カチオン種とアニオン種との塩）としては、特に好ましくは、トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウム（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）ビス（フルオロスルフォニル）イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、２−（メタアクリロイロキシ）ジアルキルアンモニウムビス（フルオロスルフォニル）イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、Ｎ−アルキル−Ｎ−アリルアンモニウムビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、１−ビニル−３−アルキルイミダゾリウムビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、１−ビニル−３−アルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、４−ビニル−１−アルキルピリジニウムビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、４−ビニル−１−アルキルピリジニウムテトラフルオロボレート（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、１−（４−ビニルベンジル）−３−アルキルイミダゾリウムビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、１−（４−ビニルベンジル）−３−アルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、１−グリシジル−３−アルキル−イミダゾリウムビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウムトリフルオロメタンスルフォニルイミド（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、１−グリシジル−３−アルキル−イミダゾリウムテトラフルオロボレート（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）、Ｎ−ビニルカルバゾリウムテトラフルオロボレート（但し、アルキルはＣ１〜Ｃ１０アルキル）等を例示できる。これらの溶融塩単量体は、１種又は２種以上で使用することができる。これらの溶融塩単量体は前記した本件出願人の先行特許ＷＯ２０１０／１１３９７１に記載の方法により得られる。
前記フッ素系重合体への溶融塩単量体の重合比率（グラフト化率またはリビング重合比率）は、２〜９０モル％が好適であり、更に好適には１０〜８０モル％、最適には２０〜７５モル％である。この範囲の重合比率を満足することにより、本発明の目的をより好適に達成することができる。重合比率が比較的低い領域、たとえば２〜４０モル％、好適には１０〜３５モル％、さらに好適には１３〜３０モル％においては、スポンジ性状の柔軟性を保持することができ、支持体との結合密着性、弾力性、接着性改良という効果が期待できる。また重合比率が比較的高い領域、たとえば４２〜９０モル％、とくに４５〜９０モル％、さらに好ましくは４５〜７５モル％の領域においては、粘弾性が増加することから密着強度が向上し、さらには粘着性、耐衝撃性、ナノ粒子カーボンなどの粒子素材の分散平滑性、ｐＨ安定性、温度安定性、さらには導電性能向上という効果が期待できる。重合比率は、赤外線スペクトルを測定して検量線を作成し、測定した値である。
リビング重合において、ポリマーの重合度は、使用するモノマーのモル数Ｍと開始剤のモル数Ｉの比Ｍ／Ｉであり、リビング重合比率はこの値に基づき測定される。
溶融塩単量体のグラフト重合またはリビング重合は、単独で用いてもよいし、又はこれと共重合し得る他の単量体と共重合させることもできる。
なお、ここで、高分子電解質組成物（Ｘ１）には、ビニレンカーボネート類、ビニレンアセテート、２−シアノフラン、２−チオフェンカルボニトリル、アクリロニトリル等のＳＥＩ（固体電解質界面相：Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）膜形成素材あるいは溶剤等を含む単量体組成物を包含する。
本発明においては、前記のグラフト重合またはリビング重合して得られた高分子導電組成物（Ｘ１）にフッ素系重合体（Ｘ２）を配合することにより、優れた導電素材を得ることができるので、次にフッ素系重合体（Ｘ２）について述べる。
フッ素系重合体（Ｘ２）としては、前記したグラフト重合またはリビング重合に使用されるフッ素重合体、特にポリフッ化ビニリデン重合体または共重合体が好適例として挙げられる。さらに三フッ化樹脂などのポリクロルフロオロアルキレン（アルキレンはエチレン、プロピレン、ブチレンなど）、四フッ化樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリフッ化ビニル、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（アルキルはメチル、プロピル、ブチルなど）共重合体など、さらにはこれらのフッ素系重合体に（モノ、ジ、トリ）フルオロアルキレン（アルキレンはエチレン、プロピレン、ブチレンなど）を付加して得たフッ素系樹脂も挙げられる。
グラフト重合またはリビング重合して得られた高分子導電組成物（Ｘ１）の配合割合は、高分子導電組成物（Ｘ１）とフッ素系重合体（Ｘ２）の合計量に対し０．１〜９５重量％、好適には５〜８０重量％配合される。
本発明においては、さらに、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる溶融塩、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩構造を有しかつ重合性官能基を有する溶融塩単量体塩、前記溶融塩単量体の重合体または共重合体の少なくとも１種を配合することにより、導電性、導電耐久性がさらに一段と向上する。これらの配合割合は、高分子導電組成物（Ｘ１）とフッ素系重合体（Ｘ２）の合計量に対して０．１〜９５重量％、好適には０．１〜６０重量％、さらに好適には０．１〜４０重量％である。
ここで、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる溶融塩としては、前記したアンモニウムカチオン群とフッ素含有アニオン群から構成される溶融塩が好適である。  また、オニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩構造を有しかつ重合性官能基を有する溶融塩単量体とは前記したグラフト重合またはリビング重合に使用される溶融塩単量体が挙げられる。
また、溶融塩単量体の重合体または共重合体としては、前記溶融塩単量体のホモポリマーが好適例として挙げられる。これらのホモポリマーのうち、１−アルキル−３−ビニルイミダゾリウムカチオン（ＡＶＩ）、４−ビニル−１−アルキルピリジニウムカチオン、１−（４−ビニルベンジル）−３−アルキルイミダゾリウムカチオン、１−（ビニルオキシエチル）−３−アルキルイミダゾリウムカチオン、１−ビニルイミダゾリウムカチオン、４級ジアリルジアルキルアンモニウムカチオン（ＤＡＡ）、２（メタクリロイロキシ）エチルトリメチルアンモニウム（ＭＯＥＴＭＡ）｝カチオン、ジアルキル（アミノアルキル）アクリルアミド、ジアルキル（アミノアルキル）アクリレート、ヒドロキシアルキルメタアクリレートのホモポリマー、またはこれらの単量体の２種以上の共重合体が挙げられるが、ホモポリマーが好適である。また前記溶融塩単量体と他の共単量体との共重合体が挙げられる。
これらの溶融塩単量体の重合体または共重合体は、アゾ系重合開始剤（ＡＩＢＮなど）、過酸化物系重合開始剤（ＢＰＯなど）を用いたラジカル重合、またはブレンステッド酸やルイス酸などの重合開始剤に拠るカチオン重合反応、ＡＩＢＮやＢＰＯを用いたリビングラジカル重合により得ることができる。これらの重合の内リビングラジカル重合が好適である。
高分子電解質組成物にフッ素系重合体などを配合して使用する際、分散剤、充填剤（シリカ、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、タルク、セラミックスなど）、熱重合開始剤、紫外線吸収剤、などをそれぞれ目的に応じ適宜配合することが好適である。ここで分散剤としては、低分子化合物（ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ブチラート系樹脂、が好適に使用される。とくに紫外線吸収剤を含有させることにより、紫外線表面硬化として加熱養生などを必要としない効果的な塗膜形成が可能となり、また塗膜層の強度も向上する。又、熱重合開始剤を含有させる場合には、セルを完成させた上で、ホットプレスにて電解質層を硬化させてゲル或いは全固体電解質を形成することが出来る。
本発明に使用する導電素材は、活物質と導電材を接着させるバインダーとして電極で使用されるが、電極（正極または負極）の活物質または導電材の表面に導電素材をコートし、次いでこれらの活物質または導電材を配合して電極を製造する方法が好適である。とくに電極（正極または負極）の活物質の表面に導電素材をコートし、次いで導電材を配合して電極を製造する方法が、均質で薄膜の導電ネットワークを形成できるのでイオン移動係数が向上してＩＲドロップ抑制の効果を発揮し、初期容量の維持率を高め、レート特性が向上し、さらに１サイクル当たりの容量活用率を高めることができるので最適である。前記の活物質の表面に先行コートすることがより好ましいが、導電材に先行コートした上で活物質を配合して正極および／または負極を製作することも可能である。導電素材を活物質または導電材にコートする方法としては、浸漬法、カレンダーコート法、ダイコート法、真空含浸法、透析膜製法、噴霧コート法などが挙げられる。
この活物質又は導電材の表面に導電素材をコートすることによる副次的効果として、硫黄系活物質や充放電動作における酸化還元反応で影響を受ける金属酸化物やアモルファスカーボンそして膨張収縮の影響を受けるシリコーン系やスズ系などの金属活物質の界面を導電素材で被覆することによって酸化還元による上記活物質や道電材の界面活性反応を抑制する導電性緩衝体（層、フイルム、帯）を形成することが出来る。
さらにまた、前記した導電素材は、前記した活物質および／または導電材と混合し、塗液として正極、負極のいずれか、または両方の集電体である正極の箔（アルミ箔など）、負極の箔（銅箔など）の金属箔にプレコート目的として塗工することにより集電箔界面でのエレクトロン移動を安定且つ活性化させる効果を発揮させることもできる。特に、アルミ箔の酸化劣化を防止する効果が発揮されるから、サイクル特性を向上させることが出来る。
導電素材（バインダー）の使用量は、塗液の総重量（活物質、導電材および導電素材の合計重量）１００部から活物質と導電物質の合計量を控除した重量、すなわち総重量に対し１〜１０重量％、好適には２〜７重量％である。
次に、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタ用の正極および／または負極に使用する活物質および導電材について述べる。
ここで正負極の電極に使用する活物質とは、リチウムイオンをインターカレーションによって取り入れそして放出する物質、すなわちリチウムイオンを挿入脱離する物質を意味し、導電材とは、活物質間に配置して導電ネットワークを形成するイオン導電補助剤を意味する。
導電材としては、カーボンブラックが代表例として挙げられる。カーボンとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、多孔質カーボン、低温焼成カーボン、非晶質カーボン、ナノチューブ、ナノフォーン、繊維状カーボン、ハードカーボンおよび黒鉛（グラファイト）などが挙げられる。また他の導電材として、金属炭化物なども挙げられる。ここで金属炭化物としてはＣｏＣ、ＣｒＣ、ＦｅＣ、ＭｏＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＺｒＣなどである。これらの金属炭化物、カーボンは前記単独金属または合金または複合金属に被覆して使用することもできる。
正負極の電極に使用する活物質としては、リチウム酸化物、たとえばコバルト酸リチウム、錫酸化リチウム、シリコーン酸化リチウム、鉄リン酸リチウム、チタン酸リチウムとこれらの合金酸化リチウムやハイブリッド結合酸化リチウム、黒鉛（グラファイト）、ハードカーボンが代表例として挙げられる。また正負極の電極に使用する活物質としては、シリコン、錫およびアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の金属（第１の金属）、鉄、コバルト、銅、ニッケル、クロム、マグネシウム、鉛、亜鉛、銀、ゲルマニウム、マンガン、チタン、ニオブなどのバナジウム類、ビスマス、インジウムおよびアンチモンから選ばれる少なくとも１種の金属（第２の金属）、モリブテン、タングステン、タンタル、タリウム、クロム、テリウム、ベリリウム、カルシウム、ニッケル、銀、銅、および鉄から選ばれる少なくとも１種の金属（第３の金属）の単独金属、または第１の金属と第２の金属との合金、または第１の金属と第２の金属の合金にさらに第３の金属を合金したものが挙げられる（ただし、第２の金属と第３の金属は同時に同一の金属であることは除く）。
例えば、リチウムイオン二次電池の場合は、次のような負極、正極が使用される。
典型的にはグラファイトであるリチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料よりなる活物質層を備えた負極と、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉｎＣｏ１−ｎＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＳｎｎＯ１−ｎ、ＬｉＳｉｎＯ１−ｎ及びＬｉＮｉｎＭｅ１−ｎＯ２あるいはＬｉＣｏｎＭｅ１−ｎＯ２（Ｍｅは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＳｂ等から選ばれる１種又は２種以上）等に代表されるリチウムイオンを吸蔵放出するリチウムを含む複合金属酸化物よりなる活物質層を有する正極が使用される。負極活物質として金属リチウム又はその合金が使用される場合は、正極活物質は二酸化マンガン、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳ２、ＭｏＯ３及びＶ２Ｏ５のようなＬｉを含まない金属酸化物又は硫化物を使用することができる。
リチウムイオンキャパシタの場合は、通常、グラファイトの代わりにキャパシタ電極であるハードカーボンが負極に使用される。
次に電解質層について述べる。
電解質としては、（１）芳香族カチオン、環式脂肪族カチオンおよび非環式脂肪族カチオン（複素環式脂肪族カチオンを含む）から選ばれる少なくとも１種のカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩（Ｘ３）、ここでカチオンの好適例としては、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、オニウムカチオンなどが挙げられる。（２）前記高分子組成物（Ｘ３）または（３）前記高分子組成物（Ｘ１）と（Ｘ３）、を使用することが重要である。これらの（１）〜（３）のいずれかを使用することにより、本発明の目的が達成され、とくに初期容量の維持率、１サイクル当たりの容量活用率が向上する。
またこれらの（１）〜（３）を使用する際、必要に応じエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ブチルカーボネートなどの環状炭酸エステル系や鎖状炭酸エステル系溶剤（これらの溶剤には有機スルホン，有機ジニトリルや，ホウ酸エステルなどの耐酸化性溶媒を配合することもできる）を使用することもできる。
カチオンとフッ素含有アニオンからなる塩（Ｘ３）としては、前記した（Ｘ１）で使用されるカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩を使用することができるし、さらにはこれらの塩構造を有し、かつ重合性官能基を有する溶融塩単量体も使用することができる。
電解質層には、電荷移動イオン源を配合することにより、導電性、導電耐久性が向上する。ここで電荷移動イオン源としては、典型的には、リチウム塩であり、好ましくは下記のリチウムカチオンとフッ素原子含有アニオンとからなるリチウム塩が使用される。
電荷移動イオン源としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＣｎＦ２ｎ＋１ＣＯ２Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）、ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）、（ＦＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＦＳＯ２）２Ｌｉ、
（ＣＦ３ＳＯ２）３ＣＬｉ、（ＣＦ３ＳＯ２−Ｎ−ＣＯＣＦ３）Ｌｉ、
（Ｒ−ＳＯ２−Ｎ−ＳＯ２ＣＦ３）Ｌｉ（Ｒはアルキル基などの脂肪族基または芳香族基）、および（ＣＮ−Ｎ）２ＣｎＦ２ｎ＋１Ｌｉ（ｎは１〜４の整数）からなる群から選ばれたリチウム塩などが挙げられる。さらにリチウム塩以外のものとしては、錫インジウムオキサイド（ＴＩＯ）、炭酸塩などの電荷移動イオン源も挙げられる。
また電荷移動イオン源としては、窒素含有の塩、好ましくは下記のアルキルアンモニウムカチオン（例えば、テトラエチルアンモニウムカチオン、トリエチルメチルアンモニウムカチオン）とフッ素原子含有アニオンとからなる塩も使用される、
Ｅｔ４−Ｎ＋ＢＦ４−、Ｅｔ３Ｍｅ−Ｎ＋ＢＦ４−
Ｅｔ４−Ｎ＋ＰＦ６−、Ｅｔ３Ｍｅ−Ｎ＋ＰＦ６−等。
上記電荷移動イオン源は、２種以上を配合することも出来る。
上記電荷移動イオン源の配合量は高分子電解質組成物（Ｘ１）に対して０．５〜２モル、好適には０．７〜１．５モルである。
電荷移動イオン源の対イオンであるテトラアルキレングリコールジアルキルエーテル（ＴＡＧＤＡＥ）のアルキレンとしては、メチレン、エチレン、プロピレンなどの炭素数１〜３０のアルキレン、アルキルとしてはメチル、エチル、プロピルなどの炭素数１〜３０のアルキルが挙げられる。これらの中でテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥ）が最適である。ＴＡＧＤＡＥの電荷移動イオン源に対する配合割合は０．２〜２．０モル、好適には０．４〜１．５モルである。
また、前記電荷移動イオン源を支持するアニオン（イオン導電支持塩）として、ビス｛（トリフルオロメタン）スルフォニル｝イミド、２，２，２−トリフルオロ−Ｎ−｛（トリフルオロメタン）スルフォニル）｝アセトイミド、ビス｛（ペンタフルオロエタン）スルフォニル｝イミド、ビス｛（フルオロ）スルフォニル｝イミド、テトラフルオロボレート、ヘキサフロオロフォスヘート及びトリフルオロメタンスルフォニルイミドなどが効果的に機能する。
次に電解質層のセパレーターについて述べる。
セパレーターの基材としては、リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタに通常使用されて微多孔フイルムが好適例として挙げられる。たとえば、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど挙げられる）、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）、ポリイミド系樹脂、ポリアラミド系樹脂などのセパレーターが好適に使用される。セパレーターはこれらのセパレーターフイルム単層でもよいし、積層たとえばポリエチレンフイルム／ポリプロピレンフイルム／ポリエチレンフイルムの積層フイルムなどでもよい。また、セパレーター基材として、紙やガラス繊維素材の不織布なども使用できる。
セパレーターの片面および／または両面には、本発明で使用する前記した（Ｘ１）および／または（Ｘ３）を、コートまたは含浸させることが好適である。このようにコートまたは含浸させることにより、セパレーターの貫通抵抗やリチウムイオンの移動係数を向上させ充放電特性の安定性、リサイクル特性の初期容量維持率を向上させ、さらにレート特性を向上させることができる。コートする方法としては、浸漬法、カレンダーコート法、ダイコート法、噴霧コート法、真空含浸法、透析膜製法、相分離法などが挙げられ、これを自然乾燥または熱乾燥することにより導電セパレーター素材を作製することができる。
これらのセパレーターを含む電解質層としては、セパレーターに電解質をコートまたは含浸したもの、正負極電極間にセパレーターを含む電解質層を配置したもの、などが挙げられるが、本発明で使用する前記した（Ｘ１）および／または（Ｘ３）にシリカ（ＳｉＯ）或いはアエロジルなどのセラミック素材（特許第４５５６０５０号明細書に記載のポリマー電解質に使用されているセラミックウイスカー）を配合して３から１５ミクロン膜厚で片面電極界面に塗布する一体成形によってセパレーター機能を付与することもできる。この一体成形による導電セパレーター層の形成は、電解質層がゲルまたは固体である場合に特に有効である。
本発明のリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタは、正極／セパレーターを含む電解質層／負極を基本構成とするが、これらの基本構成を複数個有する構造とすることもできる。これらの積層構造物は、平板な積層ラミネートセルにすることもできるし、円筒形セル、捲回セルにすることもできる。
次に実施例により本発明をさらに説明する。
【実施例】
【０００８】
実施例１
リチウムコバルト酸（ＬＣＯ）正極活物質の９０ｇ重量部をディスパー型塗料混練り器に入れた。次いで、２−（メタアクリロイロキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩のビスフルオロスルフォニルイミド（ＦＳＩ）化物（ＭＯＥＴＭＡ・ＦＳＩ）を４６モル％グラフト重合したポリフッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）（Ｘ１）をポリフッ化ビニリデン系樹脂（Ｘ２）に対し５０重量％配合した導電素材バインダ（パイオトレック社製ＴＲＥＫＩＯＮ  ＣＢＣ３７ｇ４６品）２０ｇを、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶剤で７重量％に希釈した溶液とし、これを前記の正極活物質粉末にバインダー固形分４ｇになるように、散布しながら混練りを行い、活物質界面へ均質にコートされたことを確認した上で、さらに導電材としてアセチレンブラックの６ｇ重量部を投下して混練りした。その上で、ＮＭＰ溶剤にて希釈し固形分５８％濃度の塗料を作製してカンマコートにて塗工乾燥し、１．５ｍＡｈ／ｃｍ２容量のＬＣＯ正極を製作した。
一方、天然球状グラファイト（Ｇｒ）負極活物質９５ｇ重量部をディスパー型塗料混練り器に入れた。ＭＯＥＴＭＡ・ＦＳＩを４６モル％グラフト重合したＰＶｄＦ（Ｘ１）をポリフッ化ビニリデン系樹脂（Ｘ２）に対し５０重量％配合した導電素材バインダ（パイオトレック社製ＴＲＥＫＩＯＮ  ＣＢＡ２９ｇ４６品）２０ｇを、ＮＭＰ溶剤で７重量％に希釈した溶液とし、これを前記の負極活物質粉末にバインダー固形分２ｇになるように、散布しながら混練りを行い、活物質界面へ均質にコートされたことを確認した上で、導電材としてアセチレンブラックの３ｇ重量部を投下して混練りした。その上で、ＮＭＰ溶剤にて希釈し固形分６３％濃度の塗料を作製してカンマコートにて塗工乾燥し、１．６ｍＡｈ／ｃｍ２容量のＧｒ負極を製作した。
セパレーターは、ポリプロピレン単層多孔質品（商標Ｃｅｌｇａｒｄ＃２４００、２５μｍ厚み）に下記電解液を薄膜コート法にて表裏面に１ミクロンオーダーにて表面加工して導電性セパレーターを製作した。
電解液は、鎖状エステル溶媒｛エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の３：７混合溶剤）と、（１）Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムビスフルオロスルフォニルイミド（ＭＰＰＹ・ＦＳＩ）と１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルフォニルイミド（ＥＭＩ−ＦＳＩ）からなる、混合溶剤：ＭＰＰＹ・ＦＳＩ：ＥＭＩ−ＦＳＩ＝１：１：１の混合品にＬｉＰＦ６及びＬｉＦＳＩを７：３比率で混合した支持塩１モルをドーピングして製作した。なお、（１）に使用するカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩（Ｘ３）は、各種素材の中から電気窓性状を考慮して１種または２種以上の混合組成物を選択して利用することも可能である。
前記で作製したＬＣＯ正極とＧｒ負極にそれぞれ端子タブを取り付けた上で、同じく作製したセパレーターを組み合わせたスタック系ラミネートセルを３方シールにて作製した後、同じく作製した支持塩処方電解液を真空含浸して完全シール化したＬＣＯ−Ｇｒ系リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）ラミセルを作製した。
なお、電解質層をゲル化あるいは固体層とすることによってリチウムイオン二次電池のセル設計をより安全性の高い仕様とすることが出来る。このゲル化あるいは固体層の形成には、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）（ゲルまたは固体）の単層或いは多層構造による電解質層の形成によって達成される。ゲル状電解質を形成する場合には、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）（ゲルまたは固体）のグラフト化率の５０モル％以下の素材に、ゲル流動性を考慮した（１）のカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩（Ｘ３）を配合してゲル状電解質を作製することが出来る。また、全固体電解質を形成する場合には、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）のグラフト化率またはリビング重合化率の差異を活用して、物性の異なった電解質層を形成することによって、電極層への含浸による結着・密着力の強化を図ることができ、また、セパレーター層を形成する電解質層ではフィルム形成が可能なグラフト化率またはリビング重合化率を自由に選ぶことができる。また、正負極電極層の界面に接触する（２）前記高分子組成物（Ｘ１）（ゲルまたは固体）は、同一グラフト化率あるいはリビング重合化率の種類であってもよいし、結着力の強度ニーズによって同種類を変更しても構わない。更に、この全固体電解質層に使用するセパレーターとして、（２）前記高分子組成物（Ｘ１）を表面コートした多孔質セパレーターを使用しても構わない。
比較例１
実施例１において、導電素材バインダーとして、グラフト重合したＰＶｄＦ（Ｘ１）使用せずに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（ソレフ６０２０バインダ）（Ｘ２）のみを使用し、さらにセパレーターとして、ポリプロピレン単層多孔品（Ｃｅｌｇａｒｄ＃２４００）に１モルのＬｉＰＦ６支持塩と溶媒（ＥＣとＤＥＣの３：７混合溶媒）との電解液を真空含浸して製作したものを使用し、それ以外は実施例１と同様にして、ＬＣＯ‐Ｇｒ系ＬＩＢラミセルを作製した。
比較例２
実施例１において使用した導電素材バインダーとしてのグラフト重合したＰＶｄＦ（Ｘ１）のみを使用し、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（ソレフ６０２０バインダ）（Ｘ２）を使用せず、それ以外は、実施例１と同様にして、ＬＣＯ−Ｇｒ系ＬＩＢラミセルを作製した。
実施例２
実施例１のセパレータを作製する際、溶剤と（１）の代わりに、（２）の処法の２−（メタアクリロイロキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩のビスフルオロスルフォニルイミド（ＦＳＩ）化物（ＭＯＥＴＭＡ・ＦＳＩ）を４６モル％グラフト重合したポリフッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）（Ｘ１）を、セパレータ基材にコートしてセパレータを作製し、それ以外は実施例１と同様にして、ＬＣＯ−Ｇｒ系ＬＩＢラミセルを作製した。
実施例３
実施例２において作製したグラフト重合体の高分子組成物（Ｘ１）で表面加工したセパレーターの一方の電解質層面に、グラフト化率またはリビング重合化率の異なる５０モル％以上（６０モル％）の高分子組成物（Ｘ１）を塗布し、正負極界面への結着・密着力を向上させ、またもう一方の電解質層面に、グラフト化率又はリビングラジカル化率３０から５０モル％（４６モル％）の（Ｘ１）と、重合性基を有するカチオンとフッ素含有アニオンからなる塩｛実施例２記載の２−（メタアクリロイロキシ）エチルトリメチルアンモニウム塩のビスフルオロスルフォニルイミド（ＦＳＩ）化物（ＭＯＥＴＭＡ・ＦＳＩ）（Ｘ３）｝の混合溶液（溶媒はＥＣとＤＥＣの３：７混合溶剤）を真空含浸して作製した。
上記実施例１〜３および比較例１〜２で製作したＬＩＢラミセルを化成処理した上で特性を測定し、下記表１に示した。
下記表から明らかなように、本発明によれば、▲１▼導電ネットワーク形成の均質性、▲２▼クーロン効率の大幅な向上、▲３▼汎用ＬＩＢ電池の高レート特性、▲３▼放電末と充電末の抵抗値の改善、電位容量領域が拡がることによる容量利用領域の拡大（電池寿命の拡大）、▲４▼バルク抵抗の改善、電極との界面やセパレーター界面などの界面抵抗（貫通抵抗）の低下によるサイクル特性の向上、をそれぞれ図ることができる。
科学的な表現で言えば。「リチウムプラスイオンＬｉ＋の移動係数が顕著に改善し、移動速度及びＲＥＤＯＸ反応領域における安定した充放電シャットル（動作）が得られたことが、ＬＩＢの性能や寿命に大きな優位性を与えることになる。
【表１】
2017126701.tif 000002
2017126701.tif 000003
測定方法
クーロン効率        ＣＣＣＶでの充電容量を１００とした初期放電容量の比率
（ＩＲドロップ）
レート特性          ０．１Ｃから０．２Ｃそして０．５Ｃ、１．０Ｃ、２．０Ｃ
にて初期レート特性を測定する。その上で、１．０Ｃに戻して
高レート特性の５Ｃ、１０Ｃ、１５Ｃを測定
サイクル特性        各充放電サイクルでの初期容量維持率
充放電末の端末傾向  ４．０Ｖ充電末域と３．０Ｖ放電末域で測定した容量曲線の動向
把握
実施例４〜５
正極活物質をＮｉＣｏＭｎ三元系正極活物質に変更した場合には、その他同一のＬＩＢ部材を使用してラミネートセルを作製して電気化学特性試験を実施した結果、４．５Ｖ電圧のセル特性として十分に実用可能な性能が維持出来ている。更に、同じく正極活物質をＬｉＭｎＯ２に変更し、同等電気化学特性試験を実施した結果、５．０Ｖ電圧のセル特性として実用可能な性能が確認された。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明の高効率イオン導電型リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタは、均質で薄膜の安定した導電ネットワークが形成された電極（正極および／または負極）を特定使用するため電子移動の速度が加速されてレート特性やサイクル特性の安定性が向上し、初期容量の維持率が高くなる、また充放電特性が穏やかな充放電末曲線傾向を示し１サイクル当たりの容量活用率も高くなる。
【国際調査報告】
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