(57)【要約】  本発明のリチウムイオン電池用電極（１００）は、集電体層（１０１）と、集電体層（１０１）の少なくとも一方の面に設けられ、かつ、電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤を含む電極活物質層（１０３）と、を備え、電極活物質層（１０３）の表面に電極プローブを接触して常圧で測定される、集電体層（１０１）と電極活物質層（１０３）との間の界面抵抗が０．００１０Ω・ｃｍ２超過０．１０Ω・ｃｍ２未満である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体層と、
前記集電体層の少なくとも一方の面に設けられ、かつ、電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤を含む電極活物質層と、を備え、
前記電極活物質層の表面に電極プローブを接触して常圧で測定される、前記集電体層と前記電極活物質層との間の界面抵抗が０．００１０Ω・ｃｍ２超過０．１０Ω・ｃｍ２未満であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記電極活物質層の厚みが４０μｍ以上であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記電極活物質が正極活物質であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記バインダー樹脂はフッ素系バインダー樹脂を含むリチウムイオン電池用電極。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記電極活物質層の表面に電極プローブを接触して常圧で測定される、前記電極活物質層の体積抵抗率が５．０Ω・ｃｍ以下であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記界面抵抗をＲｓ［Ω・ｃｍ２］とし、
前記電極活物質層の体積抵抗率をｒｖ［Ω・ｃｍ］とし、
前記電極活物質層の厚みをｄ［ｃｍ］としたとき、
Ｒ＝（Ｒｓ＋ｒｖ×ｄ）により算出される、前記リチウムイオン電池用電極の電極抵抗Ｒが０．１０Ω・ｃｍ２以下であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記電極活物質層の全体を１００質量部としたとき、
前記バインダー樹脂の含有量が０．１質量部以上１０．０質量部以下であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記電極活物質層の全体を１００質量部としたとき、
前記導電助剤の含有量が０．５質量部以上８．０質量部以下であるリチウムイオン電池用電極。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用電極において、
前記集電体層がアルミニウムを含むリチウムイオン電池用電極。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用電極を備える、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、リチウムイオン電池用電極およびリチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池に用いられる電極は、一般的に、電極活物質層と集電体層から主に構成されている。電極活物質層は、例えば、電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤等を含む電極スラリーを金属箔等の集電体層の表面に塗布して乾燥することにより得られる。【０００３】
このようなリチウムイオン電池用電極に関する技術としては、例えば、特許文献１〜３に記載のものが挙げられる。【０００４】
特許文献１（特開２００１−５２７０７号公報）には、組成式ＬｉＮｉ１−ＸＭＸＯ２（Ｍは、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｇａから選ばれる１種又は２種以上の元素の組合せからなり、０≦ｘ＜１）で表される正極活物質と、正極活物質に導電性を付与する導電性物質と、正極活物質と導電性物質とを結着させるフッ素系有機バインダとからなる合材を集電体シート面に塗工した正極シートが用いられるリチウム二次電池において、上記導電性物質が非晶質の、ＢＥＴ比表面積５００ｍ２／ｇ以下で、かさ密度０．１ｇ／ｃｃ以上の炭素系物質であり、さらに集電体シート面に塗工される合材の密度が２．０〜３．５ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、かつ正極シートの面積比抵抗が１００ｍΩｃｍ２以下であることを特徴とするリチウム二次電池が記載されている。【０００５】
特許文献２（特開２００４−２１４２１２号公報）には、集電基板表面に電極活物質層を形成してなる正負各電極板をセパレータを介して捲回若しくは積層してなる電極体を備え、非水電解液を用いたリチウム二次電池であって、正極活物質として立方晶スピネル構造を有するマンガン酸リチウムが用いられ、かつ、当該非水電解液を含浸していない状態における正極活物質層の厚み方向の抵抗率ρが５００Ω・ｃｍ以下である正極板が用いられていることを特徴とするリチウム二次電池が記載されている。【０００６】
特許文献３（特開２０１３−２５１２８１号公報）には、正極集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極集電体の表面に負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、該正極及び負極間に配置されたセパレータとから構成された電極体と、上記電極体を電解液とともに収容する電池ケースとを備え、上記電池ケースの表面積と電池の満充電時におけるエネルギー容量との比の値が４．５ｃｍ２／Ｗｈ以上であり、かつ、上記正極の電気抵抗率が１０Ω・ｃｍ以上４５０Ω・ｃｍ以下である、リチウム二次電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５２７０７号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４２１２号公報
【特許文献３】特開２０１３−２５１２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者の検討によれば、従来のリチウムイオン電池は、電極の抵抗を低下させてもサイクル特性等の電池特性が十分に向上させることができない場合があることが明らかになった。また、本発明者の検討によれば、電極の抵抗を下げすぎると、今度は電池の安全性が悪化してしまう場合があることが明らかになった。
すなわち、本発明者は、従来のリチウムイオン電池には、サイクル特性等の電池特性および電池の安全性の間にトレードオフの関係があることを見出した。【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電池特性および安全性の両方に優れたリチウムイオン電池を実現できるリチウムイオン電池用電極を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討を重ねた。その結果、特定の方法で測定される、集電体層と電極活物質層との間の界面抵抗を特定の範囲にすることにより、上記トレードオフの関係を改善でき、サイクル特性等の電池特性および電池の安全性の両方の特性が良好なリチウムイオン電池が得られることを見出して本発明を完成するに至った。【００１１】
本発明によれば、
集電体層と、
上記集電体層の少なくとも一方の面に設けられ、かつ、電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤を含む電極活物質層と、を備え、
上記電極活物質層の表面に電極プローブを接触して常圧で測定される、上記集電体層と上記電極活物質層との間の界面抵抗が０．００１０Ω・ｃｍ２超過０．１０Ω・ｃｍ２未満であるリチウムイオン電池用電極が提供される。【００１２】
また、本発明によれば、
上記リチウムイオン電池用電極を備える、リチウムイオン電池が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電池特性および安全性の両方に優れたリチウムイオン電池を実現できるリチウムイオン電池用電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１５】
【図１】本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池用電極の構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。また、本実施形態では数値範囲の「Ａ〜Ｂ」は特に断りがなければ、Ａ以上Ｂ以下を表す。
【００１７】
＜リチウムイオン電池用電極＞
はじめに、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００について説明する。図１は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池用電極１００の構造の一例を示す断面図である。
本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００は、集電体層１０１と、集電体層１０１の少なくとも一方の面に設けられ、かつ、電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤を含む電極活物質層１０３と、を備える。
そして、電極活物質層１０３の表面に電極プローブを接触して常圧で測定される、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗が０．００１０Ω・ｃｍ２超過０．１０Ω・ｃｍ２未満である。
【００１８】
ここで、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗は、例えば、日置電機社製の電極抵抗測定器（リチウムイオン二次電池向け電極抵抗測定器）を用いて測定することができる。まず、４６本の計測用ピンを備えた電極プローブ（測定用プローブ）を電極活物質層１０３の表面に常圧で接触させる。次いで、電極活物質層１０３の表面から定電流（１ｍＡ）を印加して、リチウムイオン電池用電極１００の電位分布を得る。得られた電位分布から、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗および電極活物質層１０３の体積抵抗率を算出することができる。
本実施形態において、集電体層１０１の両面に電極活物質層１０３が設けられた場合は、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の上記界面抵抗は、集電体層１０１と集電体層１０１の片面に設けられた電極活物質層１０３との間のみの界面抵抗を示す。
すなわち、本実施形態において、集電体層１０１の両面に電極活物質層１０３が設けられる場合、少なくとも集電体層１０１の片面において集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗が上記範囲内であればよく、集電体層１０１の両面において集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗がそれぞれ上記範囲内であることが好ましい。
【００１９】
本発明者の検討によれば、従来のリチウムイオン電池は、電極の抵抗を低下させてもサイクル特性等の電池特性が十分に向上させることができない場合があることが明らかになった。また、本発明者の検討によれば、電極の抵抗を下げすぎると、今度は電池の安全性が悪化してしまう場合があることが明らかになった。
すなわち、本発明者は、従来のリチウムイオン電池には、サイクル特性等の電池特性および電池の安全性の間にトレードオフの関係があることを見出した。
そこで、本発明者は鋭意検討した結果、特定の方法で測定される、集電体層と電極活物質層との間の界面抵抗を特定の範囲にすることにより、上記トレードオフの関係を改善でき、サイクル特性等の電池特性および電池の安全性の両方の特性が良好なリチウムイオン電池が得られることを見出した。
【００２０】
集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗の上限は０．１０Ω・ｃｍ２未満、好ましくは０．０９０Ω・ｃｍ２以下、より好ましくは０．０８０Ω・ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．０６０Ω・ｃｍ２以下、特に好ましくは０．０４０Ω・ｃｍ２以下である。
本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００において、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗を上記上限値未満または以下とすることにより、得られるリチウムイオン電池のサイクル特性等の電池特性を効果的に向上させることができる。
集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗の下限は０．００１０Ω・ｃｍ２超過、好ましくは０．００２０Ω・ｃｍ２以上、より好ましくは０．００３０Ω・ｃｍ２以上、さらに好ましくは０．００４０Ω・ｃｍ２以上、さらにより好ましくは０．００５０Ω・ｃｍ２以上、特に好ましくは０．００８０Ω・ｃｍ２以上である。
本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００において、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗を上記下限値超過または以上とすることにより、得られるリチウムイオン電池の安全性を効果的に向上させることができる。
【００２１】
本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００の上記界面抵抗は、（Ａ）電極活物質層１０３の配合比率、（Ｂ）電極活物質層１０３を形成するための電極スラリーの調製方法、（Ｃ）電極スラリーの乾燥方法、（Ｄ）電極のプレス方法等の製造条件を高度に制御することにより実現することが可能である。
【００２２】
また、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００において、電極活物質層１０３の表面に電極プローブを接触して常圧で測定される、電極活物質層１０３の体積抵抗率は、得られるリチウムイオン電池の電池特性をより一層向上させる観点から、５．０Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、３．０Ω・ｃｍ以下であることがより好ましく、２．５Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましい。また、電極活物質層１０３の体積抵抗率の下限は特に限定されないが、得られるリチウムイオン電池の安全性をより一層向上させる観点から、例えば、０．０１０Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは０．３０Ω・ｃｍ以上、より好ましくは０．５０Ω・ｃｍ超過、さらに好ましくは０．５５Ω・ｃｍ以上である。
ここで、集電体層１０１の両面に電極活物質層１０３が設けられた場合は、電極活物質層１０３の体積抵抗率は、集電体層１０１の片面に設けられた電極活物質層１０３のみの体積抵抗率を示す。
すなわち、本実施形態において、集電体層１０１の両面に電極活物質層１０３が設けられる場合、少なくとも集電体層１０１の片面に設けられた電極活物質層１０３の体積抵抗率が上記範囲内であればよく、集電体層１０１の両面に設けられた電極活物質層１０３の体積抵抗率がそれぞれ上記範囲内であることが好ましい。
【００２３】
また、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００において、上記界面抵抗をＲｓ［Ω・ｃｍ２］とし、電極活物質層１０３の上記体積抵抗率をｒｖ［Ω・ｃｍ］とし、電極活物質層１０３の厚みをｄ［ｃｍ］としたとき、Ｒ＝（Ｒｓ＋ｒｖ×ｄ）により算出される、リチウムイオン電池用電極１００の電極抵抗Ｒが、得られるリチウムイオン電池の電池特性をより一層向上させる観点から、０．１０Ω・ｃｍ２以下であることが好ましく、０．０９０Ω・ｃｍ２以下であることがより好ましく、０．０８０Ω・ｃｍ２以下であることがより好ましい。
また、リチウムイオン電池用電極１００の電極抵抗Ｒの下限は特に限定されないが、得られるリチウムイオン電池の安全性をより一層向上させる観点から、例えば、０．００１０Ω・ｃｍ２超過であり、好ましくは０．００５０Ω・ｃｍ２以上、より好ましくは０．０１０Ω・ｃｍ２以上である。
【００２４】
次に、本実施形態に係る電極活物質層１０３を構成する各成分について説明する。
電極活物質層１０３は、電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤を含んでいる。
【００２５】
本実施形態に係る電極活物質層１０３に含まれる電極活物質は用途に応じて適宜選択される。正極を作製するときは正極活物質を使用し、負極を作製するときは負極活物質を使用する。
ここで、正極活物質は負極活物質に比べて電子伝導性に劣るため、正極は負極に比べて抵抗が高く、得られるリチウムイオン電池の電池特性に影響を与えやすい。そのため、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００を正極として用いたときに本実施形態の効果をより効果的に得ることができる。したがって、本実施形態の効果をより効果的に得ることができる観点から、電極活物質層１０３に含まれる電極活物質は正極活物質であることが好ましい。
【００２６】
正極活物質としてはリチウムイオン電池の正極に使用可能な通常の正極活物質であれば特に限定されない。例えば、リチウム−ニッケル複合酸化物、リチウム−コバルト複合酸化物、リチウム−マンガン複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物、リチウム−ニッケル−アルミニウム複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン−アルミニウム複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン−アルミニウム複合酸化物等のリチウムと遷移金属との複合酸化物；ＴｉＳ２、ＦｅＳ、ＭｏＳ２等の遷移金属硫化物；ＭｎＯ、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２等の遷移金属酸化物、オリビン型リチウムリン酸化物等が挙げられる。
オリビン型リチウムリン酸化物は、例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂ、およびＦｅよりなる群のうちの少なくとも１種の元素と、リチウムと、リンと、酸素とを含んでいる。これらの化合物はその特性を向上させるために一部の元素を部分的に他の元素に置換したものであってもよい。
【００２７】
これらの中でも、オリビン型リチウム鉄リン酸化物、リチウム−ニッケル複合酸化物、リチウム−コバルト複合酸化物、リチウム−マンガン複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物、リチウム−ニッケル−アルミニウム複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン−アルミニウム複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン−アルミニウム複合酸化物が好ましい。これらの正極活物質は作用電位が高いことに加えて容量も大きく、大きなエネルギー密度を有する。
正極活物質は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
負極活物質としては、リチウムイオン電池の負極に使用可能な通常の負極活物質であれば特に限定されない。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、樹脂炭、炭素繊維、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料；リチウム金属、リチウム合金等のリチウム系金属材料；シリコン、スズ等の金属材料；ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性ポリマー材料等が挙げられる。これらの中でも炭素材料が好ましく、特に天然黒鉛や人造黒鉛等の黒鉛質材料が好ましい。
負極活物質は１種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よい。
【００２９】
電極活物質の平均粒子径は、充放電時の副反応を抑えて充放電効率の低下を抑える点から、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上がさらに好ましく、入出力特性や電極作製上の観点（電極表面の平滑性等)から、８０μｍ以下が好ましく、４０μｍ以下がより好ましい。ここで、平均粒径は、レーザ回折散乱法による粒度分布（体積基準)における積算値５０％での粒子径（メジアン径：Ｄ５０）を意味する。
【００３０】
電極活物質の含有量は、電極活物質層１０３の全体を１００質量部としたとき、８５質量部以上９９．４質量部以下であることが好ましく、９０．５質量部以上９８．５質量部以下であることがより好ましく、９０．５質量部以上９７．５質量部以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
本実施形態に係る電極活物質層１０３に含まれるバインダー樹脂は用途に応じて適宜選択される。例えば、溶媒に溶解可能なフッ素系バインダー樹脂や、水に分散可能な水系バインダー等を使用することができる。
【００３２】
フッ素系バインダー樹脂としては電極成形が可能であり、十分な電気化学的安定性を有していれば特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、フッ素ゴム等が挙げられる。これらのフッ素系バインダー樹脂は一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデン系樹脂が好ましい。フッ素系バインダー樹脂は、例えば、Ｎ−メチル-ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶媒に溶解させて使用することができる。
【００３３】
水系バインダーとしては電極成形が可能であり、十分な電気化学的安定性を有していれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、ポリアクリル酸系樹脂、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド系樹脂等が挙げられる。これらの水系バインダーは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、スチレン・ブタジエン系ゴムが好ましい。
なお、本実施形態において、水系バインダーとは、水に分散し、エマルジョン水溶液を形成できるものをいう。
水系バインダーを使用する場合は、さらに増粘剤を使用することができる。増粘剤としては特に限定されないが、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩；ポリカルボン酸；ポリエチレンオキシド；ポリビニルピロリドン；ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩；ポリビニルアルコール；等の水溶性ポリマー等が挙げられる。
【００３４】
バインダー樹脂の含有量は、電極活物質層１０３の全体を１００質量部としたとき、０．１質量部以上１０．０質量部以下であることが好ましく、０．５質量部以上５．０質量部以下であることがより好ましく、１．０質量部以上５．０質量部以下がさらに好ましい。バインダー樹脂の含有量が上記範囲内であると、電極スラリーの塗工性、バインダーの結着性および電池特性のバランスがより一層優れる。
また、バインダー樹脂の含有量が上記上限値以下であると、電極活物質の割合が大きくなり、電極質量当たりの容量が大きくなるため好ましい。バインダー樹脂の含有量が上記下限値以上であると、電極剥離が抑制されるため好ましい。
【００３５】
本実施形態に係る電極活物質層１０３に含まれる導電助剤としては電極の導電性を向上させるものであれば特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人工黒鉛、炭素繊維等が挙げられる。これらの導電助剤は１種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よい。
【００３６】
導電助剤の含有量は、電極活物質層１０３の全体を１００質量部としたとき、０．５質量部以上８．０質量部以下であることが好ましく、０．５質量部以上５．０質量部以下であることがより好ましく、１．０質量部以上４．５質量部以下であることがさらに好ましく、１．５質量部以上４．５質量部以下が特に好ましい。導電助剤の含有量が上記範囲内であると、電極スラリーの塗工性、バインダーの結着性および電池特性のバランスがより一層優れる。
また、導電助剤の含有量が上記上限値以下であると、電極活物質の割合が大きくなり、電極質量当たりの容量が大きくなるため好ましい。導電助剤の含有量が上記下限値以上であると、電極の導電性がより良好になるため好ましい。
【００３７】
本実施形態に係る電極活物質層１０３は、電極活物質層１０３の全体を１００質量部としたとき、電極活物質の含有量は好ましくは８５質量部以上９９．４質量部以下、より好ましくは９０．５質量部以上９８．５質量部以下、さらに好ましくは９０．５質量部以上９７．５質量部以下である。また、バインダー樹脂の含有量は好ましくは０．１質量部以上１０．０質量部以下、より好ましくは０．５質量部以上５．０質量部以下、さらに好ましくは１．０質量部以上５．０質量部以下である。また、導電助剤の含有量は好ましくは０．５質量部以上８．０質量部以下、より好ましくは０．５質量部以上５．０質量部以下、さらに好ましくは１．０質量部以上４．５質量部以下、特に好ましくは１．５質量部以上４．５質量部以下である。
電極活物質層１０３を構成する各成分の含有量が上記範囲内であると、リチウムイオン電池用電極１００の取扱い性と、得られるリチウムイオン電池の電池特性のバランスが特に優れる。
【００３８】
電極活物質層１０３の密度は特に限定されないが、電極活物質層１０３が正極活物質層の場合は、例えば、２．０〜３．６ｇ／ｃｍ３とするのが好ましい。電極活物質層１０３が負極活物質層の場合は、例えば、１．０〜２．０ｇ／ｃｍ３とするのが好ましい。電極活物質層１０３の密度を上記範囲内とすると、高放電レートでの使用時における放電容量が向上するため好ましい。
【００３９】
電極活物質層１０３の厚みは特に限定されるものではなく、所望の特性に応じて適宜設定することができる。例えば、エネルギー密度の観点からは厚く設定することができ、また出力特性の観点からは薄く設定することができる。電極活物質層１０３の厚みは、例えば、１０〜２５０μｍの範囲で適宜設定でき、２０〜２００μｍが好ましく、４０〜１８０μｍがより好ましく、４０〜１２０μｍがさらに好ましく、４０〜１００μｍ以下が特に好ましい。
ここで、電極活物質層１０３の厚みが厚いほど、得られるリチウムイオン電池の電池特性および安全性の性能バランスが悪化しやすい。そのため、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００の厚みが厚いほど、本実施形態の効果をより効果的に得ることができる。したがって、本実施形態の効果をより効果的に得ることができる観点から、電極活物質層１０３の厚みは４０μｍ以上であることがより好ましい。
【００４０】
本実施形態に係る集電体層１０１としては特に限定されないが、正極用としてはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金等を用いることができ、価格や入手容易性、電気化学的安定性等の観点から、アルミニウムが特に好ましい。負極用としては銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金を用いることができ、価格や入手容易性、電気化学的安定性等の観点から、銅が特に好ましい。また、集電体層１０１の形状についても特に限定されないが、厚さが０．００１〜０．５ｍｍの範囲で箔状、平板状、またはメッシュ状のものを用いることが好ましい。
【００４１】
＜リチウムイオン電池用電極の製造方法＞
次に、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００の製造方法について説明する。
本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００の製造方法は、従来の電極の製造方法とは異なるものである。集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗が上記範囲内にある本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００を得るためには、電極活物質層１０３の配合比率、電極活物質層１０３を形成するための電極スラリーの調製方法、電極スラリーの乾燥方法、電極のプレス方法等の製造条件を高度に制御することが重要である。すなわち、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の４つの条件に係る各種因子を高度に制御する製造方法によって初めて本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００を得ることができる。
（Ａ）電極活物質層１０３の配合比率
（Ｂ）電極活物質層１０３を形成するための電極スラリーの調製方法
（Ｃ）電極スラリーの乾燥方法
（Ｄ）電極のプレス方法
【００４２】
ただし、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００は、上記４つの条件に係る各種因子を高度に制御することを前提に、例えば、電極スラリーの混練時間、混練温度等の具体的な製造条件は種々のものを採用することができる。言い換えれば、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００は、上記４つの条件に係る各種因子を高度に制御すること以外の点については、公知の方法を採用して作製することが可能である。
以下、上記４つの条件に係る各種因子を高度に制御していることを前提に、本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００の製造方法の一例について説明する。
【００４３】
本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００の製造方法は、以下の（１）〜（３）の３つの工程を含んでいるのが好ましい。
（１）電極活物質と、バインダー樹脂と、導電助剤とを混合することにより電極スラリーを調製する工程
（２）得られた電極スラリーを集電体層１０１上に塗布して乾燥することにより、電極活物質層１０３を形成する工程
（３）集電体層１０１上に形成した電極活物質層１０３を集電体層１０１とともにプレスする工程
以下、各工程について説明する。
【００４４】
まず、（１）電極活物質と、バインダー樹脂と、導電助剤とを混合することにより電極スラリーを調製する。電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤の配合比率は電極活物質層１０３中の電極活物質、バインダー樹脂、および導電助剤の含有比率と同じため、ここでは説明を省略する。
【００４５】
電極スラリーは、電極活物質と、バインダー樹脂と、導電助剤とを溶媒に分散または溶解させたものである。
各成分の混合手順は電極活物質と導電助剤とを乾式混合した後に、バインダー樹脂および溶媒を添加して湿式混合することにより電極スラリーを調製することが好ましい。
こうすることにより、電極活物質層１０３中の導電助剤およびバインダー樹脂の分散性が向上し、集電体層１０１と電極活物質層１０３との界面における導電助剤およびバインダー樹脂の量を増やすことができ、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗をより低下させることができる。
このとき、用いられる混合機としては、ボールミルやプラネタリーミキサー等の公知のものが使用でき、特に限定されない。
【００４６】
次いで、（２）得られた電極スラリーを集電体層１０１上に塗布して乾燥することにより、電極活物質層１０３を形成する。この工程では、例えば、上記工程（１）により得られた電極スラリーを集電体層１０１上に塗布して乾燥し、溶媒を除去することにより集電体層１０１上に電極活物質層１０３を形成する。
【００４７】
電極スラリーを集電体層１０１上に塗布する方法は、一般的に公知の方法を用いることができる。例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ドクターブレード法、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、ディップ法およびスクイーズ法等を挙げることができる。これらの中でも、電極スラリーの粘性等の物性および乾燥性に合わせて、良好な塗布層の表面状態を得ることが可能となる点で、ドクターブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法が好ましい。
【００４８】
電極スラリーは、集電体層１０１の片面のみに塗布しても両面に塗布してもよい。集電体層１０１の両面に塗布する場合は、片面ずつ逐次でも、両面同時に塗布してもよい。また、集電体層１０１の表面に連続で、あるいは、間欠で塗布してもよい。塗布層の厚さや長さ、幅は、電池の大きさに応じて、適宜決定することができる。
【００４９】
集電体層１０１上に塗布した電極スラリーの乾燥方法としては、未乾燥の電極スラリーに熱風を直接当てずに乾燥させる方法が好ましい。例えば、加熱ロールを用いて集電体層１０１側または既に乾燥した電極活物質層１０３側から電極スラリーを間接的に加熱し、電極スラリーを乾燥させる方法；赤外線、遠赤外線・近赤外線のヒーター等の電磁波を用いて電極スラリーを乾燥させる方法；集電体層１０１側または既に乾燥した電極活物質層１０３側から熱風を当てて電極スラリーを間接的に加熱し、電極スラリーを乾燥させる方法等の方法が好ましい。
こうすることで、バインダー樹脂および導電助剤が電極活物質層１０３の表面に偏在してしまうことを抑制でき、その結果、集電体層１０１と電極活物質層１０３との界面における導電助剤およびバインダー樹脂の量を増やすことができ、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗をより低下させることができる。
【００５０】
次いで、（３）集電体層１０１上に形成した電極活物質層１０３を集電体層１０１とともにプレスする。プレスの方法としては線圧を高くすることができ、電極活物質層１０３と集電体層１０１との密着性を向上させることができる観点からロールプレスが好ましく、ロールプレス圧は２００〜３００ＭＰａの範囲であることが好ましい。こうすることにより、電極活物質層１０３と集電体層１０１との密着性が向上し、集電体層１０１と電極活物質層１０３との間の界面抵抗をより低下させることができる。
【００５１】
＜リチウムイオン電池＞
つづいて、本実施形態に係るリチウムイオン電池１５０について説明する。図２は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池１５０の構造の一例を示す断面図である。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１５０は、正極１２０と、電解質層１１０と、負極１３０とを少なくとも備え、正極１２０および負極１３０の少なくとも一方が本実施形態に係るリチウムイオン電池用電極１００を含む。また、本実施形態に係るリチウムイオン電池１５０は、必要に応じて電解質層１１０にセパレータを含んでもよい。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１５０は公知の方法に準じて作製することができる。
電極の形態としては、例えば、積層体や捲回体等が挙げられる。外装体としては、例えば、金属外装体やアルミラミネート外装体等が挙げられる。電池の形状としては、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型等の形状が挙げられる。
【００５２】
電解質層１１０に使用される電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、電極活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＢ（Ｃ２Ｈ５）４、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
【００５３】
電解質層１１０に使用される電解質を溶解する溶媒としては、電解質を溶解させる液体成分として通常用いられるものであれば特に限定されるものではなく、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）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等のカーボネート類；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類；トリメトキシメタン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、２−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル類；ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類；１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン等のオキソラン類；アセトニトリル、ニトロメタン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド等の含窒素類；ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の有機酸エステル類；リン酸トリエステルやジグライム類；トリグライム類；スルホラン、メチルスルホラン等のスルホラン類；３−メチル−２−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン類；１，３−プロパンスルトン、１，４−ブタンスルトン、ナフタスルトン等のスルトン類等が挙げられる。これらは、１種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よい。
【００５４】
セパレータとしては、例えば、多孔性セパレータが挙げられる。セパレータの形態は、膜、フィルム、不織布等が挙げられる。
多孔性セパレータとしては、例えば、ポリプロピレン系、ポリエチレン系等のポリオレフィン系多孔性セパレータ；ポリビニリデンフルオリド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオリドヘキサフルオロプロピレン共重合体等により形成された多孔性セパレータ；等が挙げられる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
また、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００５７】
（実施例１）
＜正極の作製＞
正極活物質としてＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２、導電助剤としてカーボンブラック、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデンを用いた。まず、正極活物質および導電助剤を乾式混合した。次いで、得られた混合物にバインダー樹脂およびＮ−メチル-ピロリドン（ＮＭＰ）を添加して湿式混合することにより、正極スラリーを調製した。この正極スラリーを、正極集電体である厚さ２０μｍのアルミニウム箔に連続的に塗布・乾燥し、正極集電体の塗布部と塗布しない未塗布部とを備える正極ロールを作製した。ここで、正極スラリーの乾燥は、加熱ロールによりアルミニウム箔を加熱し、正極スラリーを間接的に加熱することによりおこなった。この乾燥により正極スラリー中のＮＭＰを除去し、アルミニウム箔上に正極活物質層を形成した。
次いで、ロールプレスにより、プレス圧２５０ＭＰａでアルミニウム箔および正極活物質層をプレスし、正極を得た。
なお、正極活物質と導電助剤とバインダー樹脂の配合比率は、正極活物質/導電助剤/バインダー樹脂＝９３／４／３（質量比）である。【００５８】
＜負極の作製＞
負極活物質として人造黒鉛、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いた。これらをＮ−メチル-ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させ、負極スラリーを調製した。この負極スラリーを、負極集電体である厚さ１５μｍの銅箔に連続的に塗布・乾燥し、負極集電体の塗布部と塗布しない未塗布部とを備える負極ロールを作製した。【００５９】
＜リチウムイオン電池の作製＞
得られた正極と負極とをポリオレフィン系多孔性セパレータを介して積層し、これに負極端子や正極端子を設け、積層体を得た。次いで、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートからなる溶媒に１ＭのＬｉＰＦ６を溶かした電解液と、得られた積層体を可撓性フィルムに収容することでリチウムイオン電池を得た。【００６０】
＜評価＞
（１）正極の界面抵抗および体積抵抗率の測定
日置電機社製の電極抵抗測定器（リチウムイオン二次電池向け電極抵抗測定器）を用いて、正極の界面抵抗および体積抵抗率をそれぞれ測定した。まず、４６本の計測用ピンを備えた電極プローブ（測定用プローブ）を正極活物質層の表面に常圧で接触させた。次いで、正極活物質層の表面から定電流（１ｍＡ）を印加して、正極の電位分布を得た。得られた電位分布から、アルミニウム箔と正極活物質層との間の界面抵抗および正極活物質層の体積抵抗率を算出した。【００６１】
（２）高温サイクル特性
リチウムイオン電池を用いて、高温サイクル特性を評価した。温度４５℃において、充電レート１．０Ｃ、放電レート１．０Ｃ、充電終止電圧４．１Ｖ、放電終止電圧２．５Ｖ、とした。容量維持率（％）は５００サイクル後の放電容量（ｍＡｈ）を、１０サイクル目の放電容量（ｍＡｈ）で割った値である。容量維持率（％）が８５％以上のものを◎、８０％以上８５％未満のものを〇、８０％未満のものを×とした。【００６２】
（３）釘刺し試験
満充電状態において、直径３ｍｍの金属製の釘をリチウムイオン電池の中央部に刺し、リチウムイオン電池をショートさせた。
次いで、以下の基準で、リチウムイオン電池の安全性を評価した。
〇：リチウムイオン電池から発煙が生じなかったもの
×：リチウムイオン電池から発煙が生じたもの【００６３】
以上の評価結果を表１に示す。【００６４】
（実施例２）
正極を作製する際のロールプレスのプレス圧を２００ＭＰａに変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００６５】
（実施例３）
正極を作製する際のロールプレスのプレス圧を３００ＭＰａに変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００６６】
（実施例４）
正極活物質と導電助剤とバインダー樹脂の配合比率を、正極活物質／導電助剤／バインダー樹脂＝９２／４／４（質量比）に変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００６７】
（実施例５）
正極活物質と導電助剤とバインダー樹脂の配合比率を、正極活物質／導電助剤／バインダー樹脂＝９３／３／４（質量比）に変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００６８】
（実施例６）
正極活物質と導電助剤とバインダー樹脂の配合比率を、正極活物質/導電助剤/バインダー樹脂＝９１．５／４．５／４（質量比）に変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００６９】
（実施例７）
正極を作製する際のロールプレスのプレス圧を３００ＭＰａに変更した以外は、実施例６と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００７０】
（実施例８）
正極を作製する際のロールプレスのプレス圧を２００ＭＰａに変更した以外は、実施例５と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００７１】
（比較例１）
正極を作製する際のロールプレスのプレス圧を１５０ＭＰａに変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００７２】
（比較例２）
正極を作製する際のロールプレスのプレス圧を３５０ＭＰａに変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００７３】
（比較例３）
正極活物質と導電助剤とバインダー樹脂の配合比率を、正極活物質/導電助剤/バインダー樹脂＝９５．６／０．４／４（質量比）に変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００７４】
（比較例４）
正極活物質と導電助剤とバインダー樹脂の配合比率を、正極活物質/導電助剤/バインダー樹脂＝９０／６／４（質量比）に変更した以外は、実施例１と同様に正極およびリチウムイオン電池を作製し、各評価を行った。各評価結果を表１に示す。【００７５】
【表１】
2018016528.tif 000003
【００７６】
この出願は、２０１６年７月２０日に出願された日本出願特願２０１６−１４２１４０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2018016528.tif 000004
【図２】
2018016528.tif 000005
【国際調査報告】
2018016528.tif 000006
2018016528.tif 000007
2018016528.tif 000008