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特許7560764二次電池用電極合剤、二次電池用電極合剤シート及びその製造方法並びに二次電池
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-25
(45)【発行日】2024-10-03
(54)【発明の名称】二次電池用電極合剤、二次電池用電極合剤シート及びその製造方法並びに二次電池
(51)【国際特許分類】
H01M 4/62 20060101AFI20240926BHJP
H01M 4/13 20100101ALI20240926BHJP
H01M 4/134 20100101ALI20240926BHJP
H01M 4/139 20100101ALI20240926BHJP
H01M 4/38 20060101ALI20240926BHJP
H01M 4/48 20100101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
H01M4/62 Z
H01M4/13
H01M4/134
H01M4/139
H01M4/38 Z
H01M4/48
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2022546325
(86)(22)【出願日】2021-08-31
(86)【国際出願番号】 JP2021031851
(87)【国際公開番号】W WO2022050251
(87)【国際公開日】2022-03-10
【審査請求日】2023-02-24
(31)【優先権主張番号】P 2020146852
(32)【優先日】2020-09-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001531
【氏名又は名称】弁理士法人タス・マイスター
(72)【発明者】
【氏名】山田 貴哉
(72)【発明者】
【氏名】山田 雅彦
(72)【発明者】
【氏名】山崎 穣輝
(72)【発明者】
【氏名】寺田 純平
(72)【発明者】
【氏名】藤原 花英
(72)【発明者】
【氏名】平賀 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】随 献偉
【審査官】守安 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－３０２７８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１５０９３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１９２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第１９９６／０１２７６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０９４３３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５０８２２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０１５１５３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ４／１３－ ４／６２
Ｈ０１Ｍ １０／０５－１０／０５８７
Ｈ０１Ｍ １０／３６－１０／３９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極活物質及び結着剤を含有する二次電池用電極合剤であって、上記二次電池用電極合剤は、電極活物質及び結着剤を含有する粉体状の原料組成物を使用して得られたものであり、
上記原料組成物は、結着剤が粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂であり、
合剤中のポリテトラルオロエチレン樹脂は、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有することを特徴とする二次電池用電極合剤。
【請求項2】
リチウムイオン二次電池用である請求項１記載の二次電池用電極合剤。
【請求項3】
粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、水分含有量が５００ｐｐｍ以下である請求項１又は２記載の二次電池用電極合剤。
【請求項4】
粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、標準比重が２．１１～２．２０である請求項１，２，又は３記載の二次電池用電極合剤。
【請求項5】
粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、二次粒子径が５００μｍ以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂を５０質量％以上含む請求項１，２，３，又は４記載の二次電池用電極合剤。
【請求項6】
粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、二次粒子径が５００μｍ以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂を８０質量％以上含む請求項１，２，３，又は４記載の二次電池用電極合剤。
【請求項7】
請求項１～６いずれか１項に記載の二次電池用電極合剤を含む二次電池用電極合剤シート。
【請求項8】
負極用であり、電極活物質は、ケイ素を構成元素に含む請求項７に記載の二次電池用電極合剤シート。
【請求項9】
正極用であり、密度が３．０ｇ／ｃｃ以上である請求項７に記載の二次電池用電極合剤シート。
【請求項10】
負極用であり、密度が１．３ｇ／ｃｃ以上である請求項７又は８記載の二次電池用電極合剤シート。
【請求項11】
電極活物質及び結着剤を含む粉体状の原料組成物を混合しながら、剪断力を付与する工程（１）前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）
を有する二次電池用電極合剤シートの製造方法であって、上記結着剤は、粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする二次電池用電極合剤シートの製造方法。
【請求項12】
請求項７～１０のいずれかに記載の二次電池用電極合剤シートを有する二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、二次電池用電極合剤、二次電池用電極合剤シート及びその製造方法並びに二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン二次電池において、電極活物質及び導電助剤に対して、結着剤及び溶媒を混合して得られたスラリーを塗工、乾燥することによって、電極合剤を作製することが一般的に行われている。
【0003】
他方、ポリテトラフルオロエチレン樹脂はフィブリル化しやすい重合体であり、これをフィブリル化することで結着剤として使用することも行われている。
【0004】
特許文献１には、活性材料とポリテトラフルオロエチレン混合バインダ材とを含む混合物を、ジェットミルによって高せん断処理することにより、ポリテトラフルオロエチレンをフィブリル化する電極の作製方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特表２０１７－５１７８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、良好な性質を有する二次電池用電極合剤、また、その電極合剤を含有する二次電池用電極合剤シート、また、その電極合剤シートを使用した二次電池を提供することを目的とする。
また、本開示は、微細な繊維構造を有するポリテトラフルオロエチレン樹脂を含有する電極合剤シートを製造する方法を提供することを目的とする。
また、本開示は、微細な繊維構造を有するポリテトラフルオロエチレン樹脂を含有する電極合剤シートを製造する方法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】
【0007】
本開示は、電極活物質及び結着剤を含有する二次電池用電極合剤であって、
上記二次電池用電極合剤は、電極活物質及び結着剤を含有する粉体状の原料組成物を使用して得られたものであり、
上記原料組成物は、結着剤が粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂であり、
合剤中のポリテトラルオロエチレン樹脂は、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有することを特徴とする二次電池用電極合剤である。
上記二次電池用電極合剤は、電極活物質及び結着剤を含有する粉体状の原料組成物を使用して得られたものであり、
上記原料組成物は、結着剤が粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂であり、
合剤中のポリテトラルオロエチレン樹脂は、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有することを特徴とする二次電池用電極合剤である。
【0008】
上記二次電池用電極合剤は、リチウムイオン電池用とすることが好ましい。
【0009】
上記粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、水分含有量が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
上記粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、標準比重が２．１１～２．２０であることが好ましい。
上記粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、標準比重が２．１１～２．２０であることが好ましい。
【0010】
上記粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、二次粒子径が５００μｍ以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂を５０質量％以上含むことが好ましい。
上記粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、二次粒子径が５００μｍ以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂を８０質量％以上含むことが好ましい。
上記粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂は、二次粒子径が５００μｍ以上のポリテトラフルオロエチレン樹脂を８０質量％以上含むことが好ましい。
【0011】
本開示は、上記二次電池用電極合剤を含む二次電池用電極合剤シートでもある。
上記二次電池用電極合剤シートは、負極用であり、電極活物質は、ケイ素を構成元素に含むことが好ましい。
上記二次電池用電極合剤シートは、正極用であり、密度が３．００ｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。
上記二次電池用電極合剤シートは、負極用であり、密度が１．３ｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。
上記二次電池用電極合剤シートは、負極用であり、電極活物質は、ケイ素を構成元素に含むことが好ましい。
上記二次電池用電極合剤シートは、正極用であり、密度が３．００ｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。
上記二次電池用電極合剤シートは、負極用であり、密度が１．３ｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。
【0012】
本開示は、電極活物質及び結着剤を含む粉体状の原料組成物を混合しながら、剪断力を付与する工程（１）
前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）
を有する二次電池用電極合剤シートの製造方法であって、上記結着剤は、粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする二次電池用電極合剤シートの製造方法でもある。
前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）
を有する二次電池用電極合剤シートの製造方法であって、上記結着剤は、粉末状のポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする二次電池用電極合剤シートの製造方法でもある。
【0013】
本開示は、上記二次電池用電極合剤シートを有する二次電池でもある。
【発明の効果】
【0014】
本開示においては、柔軟性および性能に優れた電極を得るための電極合剤を得ることができる。このため、初期容量が高く、抵抗が低く、ガス発生の少ない電池とすることができる。更に、本開示の製造方法においては、柔軟性に優れた電極および性能に優れた電池を作るための電極合剤シートを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施例５で使用した負極合剤シートの断面の状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本開示を詳細に説明する。
本開示は、二次電池に使用する電極合剤を提供するものである。特に、電解液を使用するタイプの二次電池において好適に使用することができる電極合剤を提供する。
本開示の電極合剤においては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を結着剤として使用するものである。従来の二次電池用電極合剤においては、ポリビニリデンフルオライド等の溶媒に溶解する樹脂を結着剤として使用し、これを含有するスラリーの塗布・乾燥によって、電極合剤を作成する方法が一般的であった。
本開示は、二次電池に使用する電極合剤を提供するものである。特に、電解液を使用するタイプの二次電池において好適に使用することができる電極合剤を提供する。
本開示の電極合剤においては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を結着剤として使用するものである。従来の二次電池用電極合剤においては、ポリビニリデンフルオライド等の溶媒に溶解する樹脂を結着剤として使用し、これを含有するスラリーの塗布・乾燥によって、電極合剤を作成する方法が一般的であった。
【0017】
粉末状態のＰＴＦＥにせん断応力を与えると、容易にフィブリル化することが知られている。このようなフィブリル化する性質を利用して、ＰＴＦＥを結着剤として使用することができる。すなわち、フィブリル化したＰＴＦＥがその他の粉体成分等に絡みつくことで、粉体成分を結着させ、これによって、ＰＴＦＥは粉体成分を成形する際のバインダーとして作用することができる。
【0018】
しかし、フィブリル化したＰＴＦＥを結着剤として使用する場合でも、フィブリル化が充分でなければ、電極合剤として使用した際に良好な性能を発揮することはできない。本開示においては、この点についての検討を行い、ＰＴＦＥが、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有するように、微細なフィブリル化加工を行うことによって、フィブリル化したＰＴＦＥが電極合剤用の結着剤として良好な性能を発揮することができるものである。
【0019】
すなわち、本開示は、ＰＴＦＥを結着剤として使用するに際して、微細な繊維構造を有するものとすることで、良好な性質を有する電極合剤を得ることができることを見出し、これによって本開示を完成したものである。
【0020】
本開示の電極合剤は、電極活物質及び結着剤を含有する原料組成物を使用して得られるものであり、結着剤は粉末状のＰＴＦＥであることが好ましい。原料として、ＰＴＦＥ水分散液ではなく、ＰＴＦＥ粉体を使用することにより、電極合剤中に原料由来の水分が少なく、水分の混在による問題を生じることがなく、これによって、電池性能を向上させることができるという利点もある。
【0021】
更に、上記原料組成物は、実質的に液体媒体を含有しないことが好ましい。このように、本開示の電極合剤は、製造において溶媒を使用しないという利点を有する。すなわち、従来の電極合剤形成方法は、結着剤が溶解した溶媒を使用して、電極合剤成分である粉体を分散させたスラリーを調製し、当該スラリーの塗布・乾燥によって電極合剤を調製することが一般的であった。この場合、結着剤を溶解する溶媒を使用する。しかし、従来一般に使用されてきたバインダー樹脂であるポリビニリデンフルオライドを溶解することができる溶媒は、Ｎ－メチルピロリドン等の特定の溶媒に限定される。このため、高価な溶剤の使用が必要となり、コストアップの原因となってしまう。
【0022】
本開示の電極合剤は、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有するＰＴＦＥを構成要素として有するものである。本開示においては、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下である点が重要である。このようにフィブリル径が細いＰＴＦＥが電極合剤中に存在し、これが電極合剤を構成する成分の粉体同士を結着させる作用と柔軟性を奏することによって、本発明の目的を達成するものである。
【0023】
上記フィブリル径（中央値）は、以下の方法によって測定した値である。
（１）走査型電子顕微鏡（Ｓ－４８００型 日立製作所製）を用いて、電極合剤シートの拡大写真（７０００倍）を撮影し画像を得る。
（２）この画像に水平方向に等間隔で２本の線を引き、画像を三等分する。
（３）上方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維について、ＰＴＦＥ繊維１本あたり３箇所の直径を測定し、平均した値を当該ＰＴＦＥ繊維の直径とする。測定する３箇所は、ＰＴＦＥ繊維と直線との交点、交点からそれぞれ上下に０．５μｍずつずらした場所を選択する。（未繊維化のＰＴＦＥ一次粒子は除く）。
（４）上記（３）の作業を、下方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維に対して行う。
（５）１枚目の画像を起点に画面右方向に１ｍｍ移動し、再度撮影を行い、上記（３）及び（４）によりＰＴＦＥ繊維の直径を測定する。これを繰り返し、測定した繊維数が８０本を超えた時点で終了とする。
（６）上記測定した全てのＰＴＦＥ繊維の直径の中央値をフィブリル径の大きさとした。
（１）走査型電子顕微鏡（Ｓ－４８００型 日立製作所製）を用いて、電極合剤シートの拡大写真（７０００倍）を撮影し画像を得る。
（２）この画像に水平方向に等間隔で２本の線を引き、画像を三等分する。
（３）上方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維について、ＰＴＦＥ繊維１本あたり３箇所の直径を測定し、平均した値を当該ＰＴＦＥ繊維の直径とする。測定する３箇所は、ＰＴＦＥ繊維と直線との交点、交点からそれぞれ上下に０．５μｍずつずらした場所を選択する。（未繊維化のＰＴＦＥ一次粒子は除く）。
（４）上記（３）の作業を、下方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維に対して行う。
（５）１枚目の画像を起点に画面右方向に１ｍｍ移動し、再度撮影を行い、上記（３）及び（４）によりＰＴＦＥ繊維の直径を測定する。これを繰り返し、測定した繊維数が８０本を超えた時点で終了とする。
（６）上記測定した全てのＰＴＦＥ繊維の直径の中央値をフィブリル径の大きさとした。
【0024】
上記フィブリル径（中央値）は、６５ｎｍ以下であることが好ましい。なお、フィブリル化を進めすぎると、柔軟性が失われる傾向にある。下限は特に限定されるものではないが、強度の観点から、例えば、１５ｎｍ以上であることが好ましく、２０ｎｍ以上であることが更に好ましい。
【0025】
上記フィブリル径（中央値）を有するＰＴＦＥを得る方法としては特に限定されるものではないが、例えば、
電極活物質及び結着剤を含む原料組成物を混合しながら、剪断力を付与する工程（１）
前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）によって行う方法を挙げることができる。
電極活物質及び結着剤を含む原料組成物を混合しながら、剪断力を付与する工程（１）
前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）によって行う方法を挙げることができる。
【0026】
このような方法において、例えば、工程（１）においては原料組成物の混合条件を１０００ｒｐｍ以下とすることにより、柔軟性を維持しながらもＰＴＦＥのフィブリル化を進行させることができ、与えるせん断応力をコントロールすることで、ＰＴＦＥのフィブリル径（中央値）を７０ｎｍ以下とすることができる。
【0027】
また、工程（３）のあとに、得られた圧延シートに、より大きい荷重を加えて、さらに薄いシート状に圧延する工程（４）を有することも好ましい。また、工程（４）を繰り返すことも好ましい。
また、工程（３）又は工程（４）のあとに、得られた圧延シートを粗砕したのち再度バルク状に成形し、シート状に圧延する工程（５）を有することによってもフィブリル径を調整することができる。工程（５）は、例えば、１回以上１２回以下繰り返すことが好ましい。
また、工程（３）又は工程（４）のあとに、得られた圧延シートを粗砕したのち再度バルク状に成形し、シート状に圧延する工程（５）を有することによってもフィブリル径を調整することができる。工程（５）は、例えば、１回以上１２回以下繰り返すことが好ましい。
【0028】
すなわち、せん断力をかけることによって、ＰＴＦＥ粉体をフィブリル化し、これが電極活物質等の粉体成分と絡み合うことによって、電極合剤を製造することができる。なお、当該製造方法については後述する。
【0029】
本開示において、上記ＰＴＦＥとしては特に限定されず、ホモポリマーであってもよいし、フィブリル化させることのできる共重合体であってもよいが、ホモポリマーがより好ましい。
共重合体の場合、コモノマーであるフッ素原子含有モノマーとしては、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フルオロアルキルエチレン、パーフルオロアルキルエチレン、フルオロアルキル・フルオロビニルエーテル等を挙げることができる。
共重合体の場合、コモノマーであるフッ素原子含有モノマーとしては、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フルオロアルキルエチレン、パーフルオロアルキルエチレン、フルオロアルキル・フルオロビニルエーテル等を挙げることができる。
【0030】
なお、上記「ＰＴＦＥ粉体」とは、液体媒体と混在した分散状態ではなく、粉体としての固体状態を意味するものである。このような状態のものを利用し、液体媒体が存在しない状態のＰＴＦＥを使用して電極合剤を製造することで、本開示の目的が好適に達成できる。
【0031】
本開示の電極合剤を調製する際の原料となる粉末形状のＰＴＦＥは、水分含有量が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
水分含有量が５００ｐｐｍ以下であることによって、初期特性としてガス発生の少ない二次電池を作製できるという点で好ましい。
上記水分含有量は、３００ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。
水分含有量が５００ｐｐｍ以下であることによって、初期特性としてガス発生の少ない二次電池を作製できるという点で好ましい。
上記水分含有量は、３００ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。
【0032】
本開示の電極合剤を調製する際の原料となる粉末形状のＰＴＦＥは、標準比重が２．１１～２．２０であることが好ましい。標準比重が当該範囲内のものであることによって、強度の高い電極合剤シートを作製できるという点で利点を有する。上記標準比重の下限は、２．１２以上であることがより好ましい。上記標準比重の上限は、２．１９以下であることがより好ましく、２．１８以下であることが更に好ましい。
【0033】
標準比重〔ＳＳＧ〕は、ＡＳＴＭ Ｄ－４８９５－８９に準拠して試料を作製し、得られた試料の比重を水置換法によって測定する。
【0034】
上記粉末状のＰＴＦＥは、二次粒子径が５００μｍ以上のＰＴＦＥを５０質量％以上含むことが好ましく、８０質量％以上含むことがより好ましい。二次粒子径が５００μｍ以上のＰＴＦＥが当該範囲内のものであることによって、強度の高い電極合剤シートを作製できるという利点を有する。
二次粒子径が５００μｍ以上のＰＴＦＥを用いることで、より抵抗が低く、靭性に富んだ電極合剤シートを得ることができる。
二次粒子径が５００μｍ以上のＰＴＦＥを用いることで、より抵抗が低く、靭性に富んだ電極合剤シートを得ることができる。
【0035】
上記粉末状のＰＴＦＥの二次粒子径の下限は、３００μｍであることがより好ましく、３５０μｍであることが更に好ましい。上記二次粒子径の上限は、７００μｍ以下であることがより好ましく、６００μｍ以下であることが更に好ましい。二次粒子径は、例えば、ふるい分け法などで求めることができる。
【0036】
上記粉末状のＰＴＦＥは、より高強度でかつ均質性に優れる電極合剤シートが得られることから、平均一次粒子径が１５０ｎｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、１８０ｎｍ以上であり、更に好ましくは２１０ｎｍ以上であり、特に好ましくは２２０ｎｍ以上である。
ＰＴＦＥの平均一次粒子径が大きいほど、その粉末を用いて押出成形をする際に、押出圧力の上昇を抑えられ、成形性にも優れる。上限は特に限定されないが５００ｎｍであってよい。重合工程における生産性の観点からは、３５０ｎｍであることが好ましい。
ＰＴＦＥの平均一次粒子径が大きいほど、その粉末を用いて押出成形をする際に、押出圧力の上昇を抑えられ、成形性にも優れる。上限は特に限定されないが５００ｎｍであってよい。重合工程における生産性の観点からは、３５０ｎｍであることが好ましい。
【0037】
上記平均一次粒子径は、重合により得られたＰＴＦＥの水性分散液を用い、ポリマー濃度を０．２２質量％に調整した水性分散液の単位長さに対する５５０ｎｍの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真における定方向径を測定して決定された平均一次粒子径との検量線を作成し、測定対象である水性分散液について、上記透過率を測定し、上記検量線を基に決定できる。
【0038】
本開示に使用するＰＴＦＥは、コアシェル構造を有していてもよい。コアシェル構造を有するＰＴＦＥとしては、例えば、粒子中に高分子量のポリテトラフルオロエチレンのコアと、より低分子量のポリテトラフルオロエチレンまたは変性ポリテトラフルオロエチレンのシェルとを含むポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。このようなポリテトラフルオロエチレンとしては、例えば、特表２００５－５２７６５２号公報に記載されるポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。
【0039】
上述したような各パラメータを満たす粉末形状のＰＴＦＥは、従来の製造方法により得ることができる。例えば、国際公開第２０１５－０８０２９１号や国際公開第２０１２－０８６７１０号等に記載された製造方法に倣って製造すればよい。
【0040】
本開示の二次電池用電極合剤は、電極活物質及び結着剤等を含有するものである。結着剤の含有量は、二次電池用電極合剤中０．２～１０質量％であることが好ましく、０．３～６．０質量％であることがより好ましい。結合剤が上記範囲内であれば、電極抵抗の上昇を押さえながら、ハンドリング性に優れた自立性のあるシートの成形が可能である。
【0041】
また、本開示の二次電池用電極合剤は、必要に応じて、導電助剤を含有するものであってもよい。
以下、電極活物質、導電助剤等について説明する。
以下、電極活物質、導電助剤等について説明する。
【0042】
（電極活物質）
まず、正極活物質としては、電気化学的にアルカリ金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限されないが、例えば、アルカリ金属と少なくとも１種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、アルカリ金属含有遷移金属複合酸化物、アルカリ金属含有遷移金属リン酸化合物、導電性高分子等が挙げられる。
なかでも、正極活物質としては、特に、高電圧を産み出すアルカリ金属含有遷移金属複合酸化物が好ましい。上記アルカリ金属イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等が挙げられる。好ましい態様において、アルカリ金属イオンは、リチウムイオンであり得る。即ち、この態様において、アルカリ金属イオン二次電池は、リチウムイオン二次電池である。
まず、正極活物質としては、電気化学的にアルカリ金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限されないが、例えば、アルカリ金属と少なくとも１種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、アルカリ金属含有遷移金属複合酸化物、アルカリ金属含有遷移金属リン酸化合物、導電性高分子等が挙げられる。
なかでも、正極活物質としては、特に、高電圧を産み出すアルカリ金属含有遷移金属複合酸化物が好ましい。上記アルカリ金属イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等が挙げられる。好ましい態様において、アルカリ金属イオンは、リチウムイオンであり得る。即ち、この態様において、アルカリ金属イオン二次電池は、リチウムイオン二次電池である。
【0043】
上記アルカリ金属含有遷移金属複合酸化物としては、例えば、
式：ＭａＭｎ２－ｂＭ１ ｂＯ４
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり；０．９≦ａ；０≦ｂ≦１．５；Ｍ１はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、ＳｉおよびＧｅよりなる群より選択される少なくとも１種の金属）で表されるアルカリ金属・マンガンスピネル複合酸化物、
式：ＭＮｉ１－ｃＭ２ｃＯ２
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり；０≦ｃ≦０．５；Ｍ２はＦｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、ＳｉおよびＧｅよりなる群より選択される少なくとも１種の金属）で表されるアルカリ金属・ニッケル複合酸化物、または、
式：ＭＣｏ１－ｄＭ３ ｄＯ２
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり；０≦ｄ≦０．５；Ｍ３はＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、ＳｉおよびＧｅよりなる群より選択される少なくとも１種の金属）で表されるアルカリ金属・コバルト複合酸化物が挙げられる。
上記において、Ｍは、好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種の金属であり、より好ましくはＬｉまたはＮａであり、さらに好ましくはＬｉである。
式：ＭａＭｎ２－ｂＭ１ ｂＯ４
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり；０．９≦ａ；０≦ｂ≦１．５；Ｍ１はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、ＳｉおよびＧｅよりなる群より選択される少なくとも１種の金属）で表されるアルカリ金属・マンガンスピネル複合酸化物、
式：ＭＮｉ１－ｃＭ２ｃＯ２
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり；０≦ｃ≦０．５；Ｍ２はＦｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、ＳｉおよびＧｅよりなる群より選択される少なくとも１種の金属）で表されるアルカリ金属・ニッケル複合酸化物、または、
式：ＭＣｏ１－ｄＭ３ ｄＯ２
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり；０≦ｄ≦０．５；Ｍ３はＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、ＳｉおよびＧｅよりなる群より選択される少なくとも１種の金属）で表されるアルカリ金属・コバルト複合酸化物が挙げられる。
上記において、Ｍは、好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種の金属であり、より好ましくはＬｉまたはＮａであり、さらに好ましくはＬｉである。
【0044】
なかでも、エネルギー密度が高く、高出力な二次電池を提供できる点から、ＭＣｏＯ２、ＭＭｎＯ２、ＭＮｉＯ２、ＭＭｎ２Ｏ４、ＭＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２、またはＭＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２等が好ましく、下記一般式（３）で表される化合物であることが好ましい。
ＭＮｉｈＣｏｉＭｎｊＭ５ ｋＯ２ （３）
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり、Ｍ５はＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選択される少なくとも１種を示し、（ｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ）＝１．０、０≦ｈ≦１．０、０≦ｉ≦１．０、０≦ｊ≦１．５、０≦ｋ≦０．２である。）
ＭＮｉｈＣｏｉＭｎｊＭ５ ｋＯ２ （３）
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり、Ｍ５はＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選択される少なくとも１種を示し、（ｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ）＝１．０、０≦ｈ≦１．０、０≦ｉ≦１．０、０≦ｊ≦１．５、０≦ｋ≦０．２である。）
【0045】
上記アルカリ金属含有遷移金属リン酸化合物としては、例えば、下記式（４）
ＭｅＭ４ ｆ（ＰＯ４）ｇ （４）
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり、Ｍ４はＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群より選択される少なくとも１種を示し、０．５≦ｅ≦３、１≦ｆ≦２、１≦ｇ≦３）で表される化合物が挙げられる。
上記において、Ｍは、好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種の金属であり、より好ましくはＬｉまたはＮａであり、さらに好ましくはＬｉである。
ＭｅＭ４ ｆ（ＰＯ４）ｇ （４）
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり、Ｍ４はＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群より選択される少なくとも１種を示し、０．５≦ｅ≦３、１≦ｆ≦２、１≦ｇ≦３）で表される化合物が挙げられる。
上記において、Ｍは、好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種の金属であり、より好ましくはＬｉまたはＮａであり、さらに好ましくはＬｉである。
【0046】
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等が好ましく、具体例としては、例えば、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３、ＬｉＦｅＰ２Ｏ７等のリン酸鉄類、ＬｉＣｏＰＯ４等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。
上記リチウム含有遷移金属リン酸化合物としては、オリビン型構造を有するものが好ましい。
上記リチウム含有遷移金属リン酸化合物としては、オリビン型構造を有するものが好ましい。
【0047】
その他の正極活物質としては、ＭＦｅＰＯ４、ＭＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２、Ｍ１．２Ｆｅ０．４Ｍｎ０．４Ｏ２、ＭＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ２、ＭＶ３Ｏ６、Ｍ２ＭｎＯ３（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属である。）等が挙げられる。特に、Ｍ２ＭｎＯ３、ＭＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ２等の正極活物質は、４．４Ｖを超える電圧や、４．６Ｖ以上の電圧で二次電池を作動させた場合であって、結晶構造が崩壊しない点で好ましい。従って、上記に例示した正極活物質を含む正極材を用いた二次電池等の電気化学デバイスは、高温で保管した場合でも、残存容量が低下しにくく、抵抗増加率も変化しにくい上、高電圧で作動させても電池性能が劣化しないことから、好ましい。
【0048】
その他の正極活物質として、Ｍ２ＭｎＯ３とＭＭ６Ｏ２（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり、Ｍ６は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ等の遷移金属）との固溶体材料等も挙げられる。
【0049】
上記固溶体材料としては、例えば、一般式Ｍｘ［Ｍｎ（１－ｙ）Ｍ７
ｙ］Ｏｚで表わされるアルカリ金属マンガン酸化物である。ここで式中のＭは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される少なくとも１種の金属であり、Ｍ７は、Ｍ及びＭｎ以外の少なくとも一種の金属元素からなり、例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒ，ＺｒおよびＳｎからなる群から選択される一種または二種以上の元素を含んでいる。また、式中のｘ、ｙ、ｚの値は、１＜ｘ＜２、０≦ｙ＜１、１．５＜ｚ＜３の範囲である。中でも、Ｌｉ１．２Ｍｎ０．５Ｃｏ０．１４Ｎｉ０．１４Ｏ２のようなＬｉ２ＭｎＯ３をベースにＬｉＮｉＯ２やＬｉＣｏＯ２を固溶したマンガン含有固溶体材料は、高エネルギー密度を有するアルカリ金属イオン二次電池を提供できる点から好ましい。
【0050】
また、正極活物質にリン酸リチウムを含ませると、連続充電特性が向上するので好ましい。リン酸リチウムの使用に制限はないが、前記の正極活物質とリン酸リチウムを混合して用いることが好ましい。使用するリン酸リチウムの量は上記正極活物質とリン酸リチウムの合計に対し、下限が、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上、更に好ましくは０．５質量％以上であり、上限が、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは８質量％以下、更に好ましくは５質量％以下である。
【0051】
上記導電性高分子としては、ｐ－ドーピング型の導電性高分子やｎ－ドーピング型の導電性高分子が挙げられる。導電性高分子としては、ポリアセチレン系、ポリフェニレン系、複素環ポリマー、イオン性ポリマー、ラダー及びネットワーク状ポリマー等が挙げられる。
【0052】
また、上記正極活物質の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
【0053】
これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて、該正極活物質に含浸させ、又は添加した後、乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加後、加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により、正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることもできる。
【0054】
表面付着物質の量としては、上記正極活物質に対して質量で、下限として好ましくは０．１ｐｐｍ以上、より好ましくは１ｐｐｍ以上、更に好ましくは１０ｐｐｍ以上、上限として、好ましくは２０％以下、より好ましくは１０％以下、更に好ましくは５％以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができる。その付着量が少なすぎる場合、その効果は十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。
【0055】
正極活物質の粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が挙げられる。また、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成していてもよい。
【0056】
正極活物質のタップ密度は、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは０．８ｇ／ｃｍ３以上、更に好ましくは１．０ｇ／ｃｍ３以上である。該正極活物質のタップ密度が上記下限を下回ると正極活物質層形成時に、必要な分散媒量が増加すると共に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極活物質層への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される場合がある。タップ密度の高い複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は一般に大きいほど好ましく、特に上限はないが、大きすぎると、正極活物質層内における電解液を媒体としたリチウムイオンの拡散が律速となり、負荷特性が低下しやすくなる場合があるため、上限は、好ましくは４．０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは３．７ｇ／ｃｍ３以下、更に好ましくは３．５ｇ／ｃｍ３以下である。
なお、本開示では、タップ密度は、正極活物質粉体５～１０ｇを１０ｍｌのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約２０ｍｍで２００回タップした時の粉体充填密度（タップ密度）ｇ／ｃｍ３として求める。
なお、本開示では、タップ密度は、正極活物質粉体５～１０ｇを１０ｍｌのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約２０ｍｍで２００回タップした時の粉体充填密度（タップ密度）ｇ／ｃｍ３として求める。
【0057】
正極活物質の粒子のメジアン径ｄ５０（一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径）は、好ましくは０．３μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上、更に好ましくは０．８μｍ以上、最も好ましくは１．０μｍ以上であり、また、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２７μｍ以下、更に好ましくは２５μｍ以下、最も好ましくは２２μｍ以下である。上記下限を下回ると、高タップ密度品が得られなくなる場合があり、上限を超えると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下をきたしたり、電池の正極作成、即ち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引いたり等の問題を生ずる場合がある。ここで、異なるメジアン径ｄ５０をもつ上記正極活物質を２種類以上混合することで、正極作成時の充填性を更に向上させることができる。
【0058】
なお、本開示では、メジアン径ｄ５０は、公知のレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置によって測定される。粒度分布計としてＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ－９２０を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、０．１質量％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、５分間の超音波分散後に測定屈折率１．２４を設定して測定される。
【0059】
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、上記正極活物質の平均一次粒子径としては、好ましくは０．０５μｍ以上、より好ましくは０．１μｍ以上、更に好ましくは０．２μｍ以上であり、上限は、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは４μｍ以下、更に好ましくは３μｍ以下、最も好ましくは２μｍ以下である。上記上限を超えると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下したりするために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。逆に、上記下限を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる場合がある。
【0060】
なお、本開示では、上記正極活物質の平均一次粒子径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察により測定される。具体的には、１００００倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の５０個の一次粒子について求め、平均値をとることにより求められる。
【0061】
正極活物質のＢＥＴ比表面積は、好ましくは０．１ｍ２／ｇ以上、より好ましくは０．２ｍ２／ｇ以上、更に好ましくは０．３ｍ２／ｇ以上であり、上限は好ましくは５０ｍ２／ｇ以下、より好ましくは４０ｍ２／ｇ以下、更に好ましくは３０ｍ２／ｇ以下である。ＢＥＴ比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいとタップ密度が上がりにくくなり、正極活物質層形成時の塗布性に問題が発生しやすい場合がある。
【0062】
なお、本開示では、ＢＥＴ比表面積は、表面積計（例えば、大倉理研社製全自動表面積測定装置）を用い、試料に対して窒素流通下１５０℃で３０分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が０．３となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着ＢＥＴ１点法によって測定した値で定義される。
【0063】
本開示の二次電池が、ハイブリッド自動車用や分散電源用の大型リチウムイオン二次電池として使用される場合、高出力が要求されるため、上記正極活物質の粒子は二次粒子が主体となることが好ましい。
上記正極活物質の粒子は、二次粒子の平均粒子径が４０μｍ以下で、かつ、平均一次粒子径が１μｍ以下の微粒子を、０．５～７．０体積％含むものであることが好ましい。平均一次粒子径が１μｍ以下の微粒子を含有させることにより、電解液との接触面積が大きくなり、電極合剤と電解液との間でのリチウムイオンの拡散をより速くすることができ、その結果、電池の出力性能を向上させることができる。
上記正極活物質の粒子は、二次粒子の平均粒子径が４０μｍ以下で、かつ、平均一次粒子径が１μｍ以下の微粒子を、０．５～７．０体積％含むものであることが好ましい。平均一次粒子径が１μｍ以下の微粒子を含有させることにより、電解液との接触面積が大きくなり、電極合剤と電解液との間でのリチウムイオンの拡散をより速くすることができ、その結果、電池の出力性能を向上させることができる。
【0064】
正極活物質の製造法としては、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。特に球状ないし楕円球状の活物質を作成するには種々の方法が考えられるが、例えば、遷移金属の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらｐＨを調節して球状の前駆体を作成回収し、これを必要に応じて乾燥した後、ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＮＯ３等のＬｉ源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法等が挙げられる。
【0065】
正極の製造のために、前記の正極活物質を単独で用いてもよく、異なる組成の２種以上を、任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。この場合の好ましい組み合わせとしては、ＬｉＣｏＯ２とＬｉＮｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３Ｏ２等の三元系との組み合わせ、ＬｉＣｏＯ２とＬｉＭｎ２Ｏ４若しくはこのＭｎの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせ、あるいは、ＬｉＦｅＰＯ４とＬｉＣｏＯ２若しくはこのＣｏの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせが挙げられる。
【0066】
上記正極活物質の含有量は、電池容量が高い点で、正極合剤中５０～９９．５質量％が好ましく、８０～９９質量％がより好ましい。
また、正極活物質の含有量は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは８２質量％以上、特に好ましくは８４質量％以上である。また上限は、好ましくは９９質量％以下、より好ましくは９８質量％以下である。正極合剤中の正極活物質の含有量が低いと電気容量が不十分となる場合がある。逆に含有量が高すぎると正極の強度が不足する場合がある。
また、正極活物質の含有量は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは８２質量％以上、特に好ましくは８４質量％以上である。また上限は、好ましくは９９質量％以下、より好ましくは９８質量％以下である。正極合剤中の正極活物質の含有量が低いと電気容量が不十分となる場合がある。逆に含有量が高すぎると正極の強度が不足する場合がある。
【0067】
負極活物質としては特に限定されず、例えば、リチウム金属、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素等の炭素質材料を含むもの、ケイ素及びケイ素合金等のシリコン含有化合物、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等から選択されるいずれか、又は２種類以上の混合物等を挙げることができる。なかでも、炭素質材料を少なくとも一部に含むものや、シリコン含有化合物を特に好適に使用することができる。
【0068】
本開示において用いる負極活物質は、ケイ素を構成元素に含むことが好適である。ケイ素を構成元素に含むものとすることで、高容量な電池を作製することができる。
【0069】
ケイ素を含む粒子としては、ケイ素粒子、ケイ素の微粒子がケイ素系化合物に分散した構造を有する粒子、一般式ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表される酸化ケイ素粒子、又はこれらの混合物が好ましい。これらを使用することで、より初回充放電効率が高く、高容量でかつサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用負極合剤が得られる。
【0070】
本開示における酸化ケイ素とは、非晶質のケイ素酸化物の総称であり、不均化前の酸化ケイ素は、一般式ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表される。ｘは０．８≦ｘ＜１．６が好ましく、０．８≦ｘ＜１．３がより好ましい。この酸化ケイ素は、例えば、二酸化ケイ素と金属ケイ素との混合物を加熱して生成した一酸化ケイ素ガスを冷却・析出して得ることができる。
【0071】
ケイ素の微粒子がケイ素系化合物に分散した構造を有する粒子は、例えば、ケイ素の微粒子をケイ素系化合物と混合したものを焼成する方法や、一般式ＳｉＯｘで表される不均化前の酸化ケイ素粒子を、アルゴン等不活性な非酸化性雰囲気中、４００℃以上、好適には８００～１，１００℃の温度で熱処理し、不均化反応を行うことで得ることができる。特に後者の方法で得た材料は、ケイ素の微結晶が均一に分散されるため好適である。上記のような不均化反応により、ケイ素ナノ粒子のサイズを１～１００ｎｍとすることができる。なお、ケイ素ナノ粒子が酸化ケイ素中に分散した構造を有する粒子中の酸化ケイ素については、二酸化ケイ素であることが望ましい。なお、透過電子顕微鏡によってシリコンのナノ粒子（結晶）が無定形の酸化ケイ素に分散していることを確認することができる。
【0072】
ケイ素を含む粒子の物性は、目的とする複合粒子により適宜選定することができる。例えば、平均粒径は０．１～５０μｍが好ましく、下限は０．２μｍ以上がより好ましく、０．５μｍ以上がさらに好ましい。上限は３０μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以下がさらに好ましい。なお、本発明における平均粒径とは、レーザー回折法による粒度分布測定における重量平均粒径で表すものである。
【0073】
ケイ素を含む粒子のＢＥＴ比表面積は、０．５～１００ｍ2／ｇが好ましく、１～２０ｍ2／ｇがより好ましい。ＢＥＴ比表面積が０．５ｍ2／ｇ以上であれば、電極に塗布した際の接着性が低下して電池特性が低下するおそれがない。また１００ｍ2／ｇ以下であれば、粒子表面の二酸化ケイ素の割合が大きくなり、リチウムイオン二次電池用負極材として用いた際に電池容量が低下するおそれがない。
【0074】
上記ケイ素を含む粒子を炭素被覆することで導電性を付与し、電池特性の向上が見られる。導電性を付与するための方法として、黒鉛等の導電性のある粒子と混合する方法、上記ケイ素を含む粒子の表面を炭素被膜で被覆する方法、及びその両方を組み合わせる方法等が挙げられる。炭素被膜で被覆する方法が好ましく、被覆する方法としては化学蒸着（ＣＶＤ）する方法がより好ましい。
【0075】
上記負極活物質の含有量は、得られる電極合剤の容量を増やすために、電極合剤中４０質量％以上が好ましく、より好ましくは５０質量％以上、特に好ましくは６０質量％以上である。また上限は、好ましくは９９質量％以下、より好ましくは９８質量％以下である。
【0076】
（導電助剤）
上記導電助剤としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛（グラファイト）、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス、カーボンナノチューブ、フラーレン、ＶＧＣＦ等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
上記導電助剤としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛（グラファイト）、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス、カーボンナノチューブ、フラーレン、ＶＧＣＦ等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
【0077】
導電助剤は、電極合剤中に、通常０．０１質量％以上、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは１質量％以上であり、また、通常５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは１５質量％以下含有するように用いられる。含有量がこの範囲よりも低いと導電性が不十分となる場合がある。逆に、含有量がこの範囲よりも高いと電池容量が低下する場合がある。
【0078】
（その他の成分）
電極合剤は、更に、熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂としては、フッ化ビニリデンや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。１種を単独で用いても、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
電極合剤は、更に、熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂としては、フッ化ビニリデンや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。１種を単独で用いても、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
【0079】
電極活物質に対する熱可塑性樹脂の割合は、通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１０質量％以上であり、また、通常３．０質量％以下、好ましくは２．５質量％以下、より好ましくは２．０質量％以下の範囲である。熱可塑性樹脂を添加することで、電極の機械的強度を向上させることができる。また、この範囲を上回ると、電極合剤に占める電極活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や活物質間の抵抗が増大する問題が生じる場合がある。
【0080】
本開示の電極合剤において、結着剤の含有量は、電極合剤中の結着剤の割合として、通常０．１質量％以上、好ましくは０．５質量％以上、更に好ましくは１．０質量％以上であり、また、通常５０質量％以下、好ましくは４０質量％以下、更に好ましくは３０質量％以下、最も好ましくは１０質量％以下である。結着剤の割合が低すぎると、電極合剤活物質を十分保持できずに電極合剤シートの機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。
【0081】
本開示の電極合剤は、二次電池用の電極合剤として使用することができる。特に、本開示の電極合剤は、リチウムイオン二次電池に好適である。
本開示の電極合剤は、二次電池に使用するにあたっては、通常、シート状の形態で使用される。
本開示の電極合剤は、二次電池に使用するにあたっては、通常、シート状の形態で使用される。
【0082】
以下に、電極合剤を含む電極合剤シートの具体的な製造方法の一例を示す。
本開示の電極合剤シートは、
電極活物質及び結着剤、必要に応じて導電助剤を含む原料組成物を混合しながら、剪断力を付与する工程（１）
前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）
を有する二次電池用電極合剤シートの製造方法によって得ることができる。
本開示の電極合剤シートは、
電極活物質及び結着剤、必要に応じて導電助剤を含む原料組成物を混合しながら、剪断力を付与する工程（１）
前記工程（１）によって得られた電極合剤をバルク状に成形する工程（２）及び
前記工程（２）によって得られたバルク状の電極合剤をシート状に圧延する工程（３）
を有する二次電池用電極合剤シートの製造方法によって得ることができる。
【0083】
上記工程（１）において原料組成物を混合しながら、剪断力を付与した段階では、得られる電極合剤は、電極活物質、結着剤等が単に混ざっているだけで定まった形のない状態で存在している。具体的な混合方法としては、Ｗ型混合機、Ｖ型混合機、ドラム型混合機、リボン混合機、円錐スクリュー型混合機、１軸混練機、２軸混練機、ミックスマラー、撹拌ミキサー、プラネタリーミキサーなどを用いて混合する方法が挙げられる。
【0084】
上記工程（１）において、混合条件は、回転数と混合時間を適宜設定すればよい。例えば、回転数は、１０００ｒｐｍ以下とすることが好適である。好ましくは１０ｒｐｍ以上、より好ましくは１５ｒｐｍ以上、更に好ましくは２０ｒｐｍ以上であり、また、好ましくは９００ｒｐｍ以下、より好ましくは８００ｒｐｍ以下、更に好ましくは７００ｒｐｍの範囲である。上記の範囲を下回ると、混合に時間がかかることとなり生産性に影響を与える。また、上回ると、フィブリル化が過度に進行し、強度および柔軟性の劣る電極合剤シートとなるおそれがある。
【0085】
上記工程（２）において、バルク状に成形するとは、電極合剤を１つの塊とするものである。
バルク状に成形する具体的な方法として、押出成形、プレス成形などが挙げられる。
また、「バルク状」とは、特に形状が特定されるものではなく、１つの塊状になっている状態であればよく、ロッド状、シート状、球状、キューブ状等の形態が含まれる。上記塊の大きさは、その断面の直径または最小の一辺が１００００μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは２００００μｍ以上である。
バルク状に成形する具体的な方法として、押出成形、プレス成形などが挙げられる。
また、「バルク状」とは、特に形状が特定されるものではなく、１つの塊状になっている状態であればよく、ロッド状、シート状、球状、キューブ状等の形態が含まれる。上記塊の大きさは、その断面の直径または最小の一辺が１００００μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは２００００μｍ以上である。
【0086】
上記工程（３）における具体的な圧延方法としては、ロールプレス機、平板プレス機、カレンダーロール機などを用いて圧延する方法が挙げられる。
【0087】
また、工程（３）のあとに、得られた圧延シートに、より大きい荷重を加えて、さらに薄いシート状に圧延する工程（４）を有することも好ましい。工程（４）を繰り返すことも好ましい。このように、圧延シートを一度に薄くするのではなく、段階に分けて少しずつ圧延することで柔軟性がより良好となる。
工程（４）の回数としては、２回以上１０回以下が好ましく、３回以上９回以下がより好ましい。
具体的な圧延方法としては、例えば、２つあるいは複数のロールを回転させ、その間に圧延シートを通すことによって、より薄いシート状に加工する方法等が挙げられる。
工程（４）の回数としては、２回以上１０回以下が好ましく、３回以上９回以下がより好ましい。
具体的な圧延方法としては、例えば、２つあるいは複数のロールを回転させ、その間に圧延シートを通すことによって、より薄いシート状に加工する方法等が挙げられる。
【0088】
また、フィブリル径を調整する観点で、工程（３）または工程（４）のあとに、圧延シートを粗砕したのち再度バルク状に成形し、シート状に圧延する工程（５）を有することも好ましい。工程（５）を繰り返すことも好ましい。工程（５）の回数としては、１回以上１２回以下が好ましく、２回以上１１回以下がより好ましい。
【0089】
工程（５）において、圧延シートを粗砕してバルク状に成形する具体的な方法として、圧延シートを折りたたむ方法、あるいはロッドもしくは薄膜シート状に成形する方法、チップ化する方法などが挙げられる。本開示において、「粗砕する」とは、次工程でシート状に圧延するために、工程（３）又は工程（４）で得られた圧延シートの形態を別の形態に変化させることを意味するものであり、単に圧延シートを折りたたむような場合も含まれる。
【0090】
また、工程（５）の後に、工程（４）を行うようにしてもよく、繰り返し行ってもよい。
また、工程（２）ないし、（３）、（４）、（５）において１軸延伸もしくは２軸延伸を行っても良い。
また、工程（５）での粗砕程度によってもフィブリル径（中央値）を調整することができる。
また、工程（２）ないし、（３）、（４）、（５）において１軸延伸もしくは２軸延伸を行っても良い。
また、工程（５）での粗砕程度によってもフィブリル径（中央値）を調整することができる。
【0091】
上記工程（３）、（４）又は（５）において、圧延率は、好ましくは１０％以上、更に好ましくは２０％以上であり、また、好ましくは８０％以下、より好ましくは６５％以下、更に好ましくは５０％以下の範囲である。上記の範囲を下回ると、圧延回数の増大とともに時間がかかることとなり生産性に影響を与える。また、上回ると、フィブリル化が過度に進行し、強度および柔軟性の劣る電極合剤シートとなるおそれがある。
なお、ここでいう圧延率とは、試料の圧延加工前の厚みに対する加工後の厚みの減少率を指す。圧延前の試料は、バルク状の原料組成物であっても、シート状の原料組成物であってもよい。試料の厚みとは、圧延時に荷重をかける方向の厚みを指す。
なお、ここでいう圧延率とは、試料の圧延加工前の厚みに対する加工後の厚みの減少率を指す。圧延前の試料は、バルク状の原料組成物であっても、シート状の原料組成物であってもよい。試料の厚みとは、圧延時に荷重をかける方向の厚みを指す。
【0092】
上述したように、ＰＴＦＥ粉末は、せん断力をかけることでフィブリル化する。そして、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有するものとするには、過度なせん断応力では、フィブリル化が促進しすぎてしまい、柔軟性が損なわれることがある。また、弱いせん断応力では強度の面で充分ではないことがある。このため、混合時や圧延時に、適度なＰＴＦＥにせん断応力を与えてフィブリル化を促進し、樹脂を圧延してシート状に延ばす、という工程を上記範囲でおこなうことによって、フィブリル径（中央値）が７０ｎｍ以下の繊維状構造を有するものとすることができる。
【0093】
本開示の電極合剤シートは、二次電池用の電極合剤シートとして使用することができる。負極、正極のいずれとすることもできる。特に、本開示の電極合剤シートは、リチウムイオン二次電池に好適である。
【0094】
（正極）
本開示において、正極は、集電体と、上記正極活物質を含む電極合剤シートとから構成されることが好適である。
正極用集電体の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼、ニッケル等の金属、又は、その合金等の金属材料；カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。なかでも、金属材料、特にアルミニウム又はその合金が好ましい。
本開示において、正極は、集電体と、上記正極活物質を含む電極合剤シートとから構成されることが好適である。
正極用集電体の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼、ニッケル等の金属、又は、その合金等の金属材料；カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。なかでも、金属材料、特にアルミニウム又はその合金が好ましい。
【0095】
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属箔が好ましい。なお、金属箔は適宜メッシュ状に形成してもよい。
金属箔の厚さは任意であるが、通常１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、また、通常１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。金属箔がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、金属箔がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。
金属箔の厚さは任意であるが、通常１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、また、通常１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。金属箔がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、金属箔がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。
【0096】
また、集電体の表面に導電助剤が塗布されていることも、集電体と正極合剤シートの電気接触抵抗を低下させる観点で好ましい。導電助剤としては、炭素や、金、白金、銀等の貴金属類が挙げられる。
【0097】
集電体と正極合剤シートの厚さの比は特には限定されないが、（電解液を注液する直前の片面の正極合剤シートの厚さ）／（集電体の厚さ）の値が２０以下であることが好ましく、より好ましくは１５以下、最も好ましくは１０以下であり、また、０．５以上が好ましく、より好ましくは０．８以上、最も好ましくは１以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度での充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。この範囲を下回ると、正極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
【0098】
正極の製造は、常法によればよい。例えば、上記電極合剤シートと集電体とを接着剤を介して積層し、真空乾燥する方法等が挙げられる。
【0099】
正極合剤シートの密度は、好ましくは３．００ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは３．１０ｇ／ｃｍ３以上、更に好ましくは３．２０ｇ／ｃｍ３以上であり、また、好ましくは３．８０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは３．７５ｇ／ｃｍ３以下、更に好ましくは３．７０ｇ／ｃｍ３以下の範囲である。この範囲を上回ると、集電体と活物質との界面付近への電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下し高出力が得られない場合がある。また下回ると、活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し高出力が得られない場合がある。
【0100】
正極合剤シートの面積は、高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する正極の電極合剤面積の総和が面積比で１５倍以上とすることが好ましく、更に４０倍以上とすることがより好ましい。電池外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極合剤面積の総和とは、負極活物質を含む合剤層に対向する正極合剤層の幾何表面積であり、集電体を介して両面に正極合剤層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
【0101】
正極の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、集電体の厚さを差し引いた合剤シートの厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上で、また、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下である。
【0102】
また、上記正極の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
【0103】
（負極）
本開示において、負極は、集電体と、上記負極活物質を含む電極合剤シートとから構成されることが好適である。
負極用集電体の材質としては、銅、ニッケル、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属、又は、その合金等の金属材料；カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。なかでも、金属材料、特に銅、ニッケル、又はその合金が好ましい。
本開示において、負極は、集電体と、上記負極活物質を含む電極合剤シートとから構成されることが好適である。
負極用集電体の材質としては、銅、ニッケル、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属、又は、その合金等の金属材料；カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。なかでも、金属材料、特に銅、ニッケル、又はその合金が好ましい。
【0104】
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属箔が好ましい。なお、金属箔は適宜メッシュ状に形成してもよい。
金属箔の厚さは任意であるが、通常１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、また、通常１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。金属箔がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、金属箔がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。
金属箔の厚さは任意であるが、通常１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、また、通常１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。金属箔がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、金属箔がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。
【0105】
負極の製造は、常法によればよい。例えば、上記電極合剤シートと集電体とを接着剤を介して積層し、真空乾燥する方法等が挙げられる。
【0106】
負極合剤シートの密度は、好ましくは１．３ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは１．４ｇ／ｃｍ３以上、更に好ましくは１．５ｇ／ｃｍ３以上であり、また、好ましくは２．０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは１．９ｇ／ｃｍ３以下、更に好ましくは１．８ｇ／ｃｍ３以下の範囲である。この範囲を上回ると、集電体と活物質との界面付近への電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下し高出力が得られない場合がある。また下回ると、活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し高出力が得られない場合がある。
【0107】
負極の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、集電体の厚さを差し引いた合剤シートの厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上で、また、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下である。
【0108】
（二次電池）
本開示は、上記電極合剤シートを用いた二次電池でもある。本開示の二次電池は、公知の二次電池において使用される電解液、セパレータ等を使用することができる。以下、これらについて詳述する。
本開示は、上記電極合剤シートを用いた二次電池でもある。本開示の二次電池は、公知の二次電池において使用される電解液、セパレータ等を使用することができる。以下、これらについて詳述する。
【0109】
（電解液）
非水電解液としては、公知の電解質塩を公知の電解質塩溶解用有機溶媒に溶解したものが使用できる。
非水電解液としては、公知の電解質塩を公知の電解質塩溶解用有機溶媒に溶解したものが使用できる。
【0110】
電解質塩溶解用有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ－ブチロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、１，２－ジエトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの公知の炭化水素系溶媒；フルオロエチレンカーボネート、フルオロエーテル、フッ素化カーボネートなどのフッ素系溶媒の１種もしくは２種以上が使用できる。
【0111】
電解質塩としては、たとえばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などがあげられ、サイクル特性が良好な点から特にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２またはこれらの組合せが好ましい。
【0112】
電解質塩の濃度は、０．８モル／リットル以上、さらには１．０モル／リットル以上が必要である。上限は電解質塩溶解用有機溶媒にもよるが、通常１．５モル／リットルである。
【0113】
（セパレータ）
本開示の二次電池は、更に、セパレータを備えることが好ましい。
上記セパレータの材質や形状は、電解液に安定であり、かつ、保液性に優れていれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。なかでも、本開示の電解液又は本開示のアルカリ金属二次電池で使用される電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
本開示の二次電池は、更に、セパレータを備えることが好ましい。
上記セパレータの材質や形状は、電解液に安定であり、かつ、保液性に優れていれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。なかでも、本開示の電解液又は本開示のアルカリ金属二次電池で使用される電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
【0114】
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。ポリプロピレン／ポリエチレン２層フィルム、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン３層フィルム等、これらの材料は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
なかでも、上記セパレータは、電解液の浸透性やシャットダウン効果が良好である点で、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等であることが好ましい。
なかでも、上記セパレータは、電解液の浸透性やシャットダウン効果が良好である点で、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等であることが好ましい。
【0115】
セパレータの厚さは任意であるが、通常１μｍ以上であり、５μｍ以上が好ましく、８μｍ以上が更に好ましく、また、通常５０μｍ以下であり、４０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下が更に好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、電解液電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。
【0116】
更に、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常２０％以上であり、３５％以上が好ましく、４５％以上が更に好ましく、また、通常９０％以下であり、８５％以下が好ましく、７５％以下が更に好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。
【0117】
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常０．５μｍ以下であり、０．２μｍ以下が好ましく、また、通常０．０５μｍ以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。
【0118】
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状若しくは繊維形状のものが用いられる。
【0119】
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が０．０１～１μｍ、厚さが５～５０μｍのものが好適に用いられる。上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び／又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。
例えば、正極の両面に９０％粒径が１μｍ未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。
例えば、正極の両面に９０％粒径が１μｍ未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。
【0120】
（電池設計）
電極合剤群は、上記の正極と負極とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極と負極とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極合剤群の体積が電池内容積に占める割合（以下、電極合剤群占有率と称する）は、通常４０％以上であり、５０％以上が好ましく、また、通常９０％以下であり、８０％以下が好ましい。
電極合剤群は、上記の正極と負極とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極と負極とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極合剤群の体積が電池内容積に占める割合（以下、電極合剤群占有率と称する）は、通常４０％以上であり、５０％以上が好ましく、また、通常９０％以下であり、８０％以下が好ましい。
【0121】
電極合剤群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる場合がある。また、上記範囲を上回ると、空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、更には、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。
【0122】
集電構造は、特に制限されないが、電解液による高電流密度の充放電特性の向上をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。この様に内部抵抗を低減させた場合、電解液を使用した効果は特に良好に発揮される。
【0123】
電極合剤群が上記の積層構造のものでは、各電極合剤層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極合剤面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極合剤内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極合剤群が上記の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。
【0124】
外装ケースの材質は用いられる電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム（ラミネートフィルム）が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
【0125】
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。
【0126】
本開示の二次電池の形状は任意であり、例えば、円筒型、角型、ラミネート型、コイン型、大型等の形状が挙げられる。なお、正極、負極、セパレータの形状及び構成は、それぞれの電池の形状に応じて変更して使用することができる。
【実施例】
【0127】
以下、本開示を実施例に基づいて具体的に説明する。
以下の実施例においては特に言及しない場合は、「部」「％」はそれぞれ「質量部」「質量％」を表す。
以下の実施例においては特に言及しない場合は、「部」「％」はそれぞれ「質量部」「質量％」を表す。
【0128】
〔作製例１〕
国際公開第２０１５‐０８０２９１号の作成例２を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ａを作製した。
国際公開第２０１５‐０８０２９１号の作成例２を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ａを作製した。
【0129】
〔作製例２〕
国際公開第２０１５‐０８０２９１号の作成例３を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ｂを作製した。
国際公開第２０１５‐０８０２９１号の作成例３を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ｂを作製した。
【0130】
〔作製例３〕
国際公開第２０１２／０８６７１０号の作製例１を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ｃを作製した。
国際公開第２０１２／０８６７１０号の作製例１を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ｃを作製した。
【0131】
〔作製例４〕
国際第２０１２‐０６３６２２号の調整例１を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ｄを作製した。
作製したＰＴＦＥの物性を表１に示す。
国際第２０１２‐０６３６２２号の調整例１を参考にして、粉末状のＰＴＦＥ－Ｄを作製した。
作製したＰＴＦＥの物性を表１に示す。
【0132】
【表1】
【0133】
（実施例１）
＜正極合剤シートの作製＞
正極活物質としてＬｉ（Ｎｉ０．６Ｍｎ０．２Ｃｏ０．２）Ｏ２（ＮＭＣ６２２）と、導電助剤としてカーボンブラックを秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。
粉末状ＰＴＦＥ－Ｃは真空乾燥機にて５０℃、１時間乾燥して用いた。なお、粉末状ＰＴＦＥは事前に、目開き５００μｍのステンレスふるいを用いてふるいにかけ、ふるい上に残ったものを用いた。
その後、混合物の入った容器に結着剤として粉末状ＰＴＦＥを添加し、４０ｒｐｍで２時間撹拌し、混合物を得た。質量比で正極活物質：結着剤：導電助剤＝９５：２：３となるようにした。
得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を４度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ約５００μｍの正極合剤シートを得た。さらに、正極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。さらにフィブリル化を促進させるために２ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な正極合剤層の厚みは１０１μｍになるように調整した。初回の圧延率が最も大きく２７％であった。
＜正極合剤シートの作製＞
正極活物質としてＬｉ（Ｎｉ０．６Ｍｎ０．２Ｃｏ０．２）Ｏ２（ＮＭＣ６２２）と、導電助剤としてカーボンブラックを秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。
粉末状ＰＴＦＥ－Ｃは真空乾燥機にて５０℃、１時間乾燥して用いた。なお、粉末状ＰＴＦＥは事前に、目開き５００μｍのステンレスふるいを用いてふるいにかけ、ふるい上に残ったものを用いた。
その後、混合物の入った容器に結着剤として粉末状ＰＴＦＥを添加し、４０ｒｐｍで２時間撹拌し、混合物を得た。質量比で正極活物質：結着剤：導電助剤＝９５：２：３となるようにした。
得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を４度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ約５００μｍの正極合剤シートを得た。さらに、正極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。さらにフィブリル化を促進させるために２ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な正極合剤層の厚みは１０１μｍになるように調整した。初回の圧延率が最も大きく２７％であった。
【0134】
＜正極の作製＞
２０μｍのアルミ箔と接着させた。接着剤にはＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）にポリビニデンフルオライド（ＰＶＤＦ）を溶解させ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を分散させたスラリーを用いた。アルミ箔に上述した接着剤を塗布し、作製したシート状正極合剤を気泡が入らないように載せ、１００℃、３０分にて真空乾燥させて、集電体と一体となった正極シートを作製した。
２０μｍのアルミ箔と接着させた。接着剤にはＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）にポリビニデンフルオライド（ＰＶＤＦ）を溶解させ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を分散させたスラリーを用いた。アルミ箔に上述した接着剤を塗布し、作製したシート状正極合剤を気泡が入らないように載せ、１００℃、３０分にて真空乾燥させて、集電体と一体となった正極シートを作製した。
【0135】
＜負極の作製＞
負極活物質として人造黒鉛粉末、増粘剤としてカルボキシルメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン（カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度１．５質量％）、結着剤としてスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水性ディスパージョン（スチレン－ブタジエンゴムの濃度５０質量％）、溶媒として水を加え、固形分で９７．６：１．２：１．２（質量％比）にて水溶媒中でミキサーにて混合して、負極合剤スラリーを準備した。厚さ２０μｍの銅箔に均一に塗布、乾燥（１１０℃、３０分）した後、プレス機により１０ｋＮの荷重をかけて、圧縮形成し、集電体と一体となった負極シートを作製した。負極合剤層の厚みは９９μｍであった。
負極活物質として人造黒鉛粉末、増粘剤としてカルボキシルメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン（カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度１．５質量％）、結着剤としてスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水性ディスパージョン（スチレン－ブタジエンゴムの濃度５０質量％）、溶媒として水を加え、固形分で９７．６：１．２：１．２（質量％比）にて水溶媒中でミキサーにて混合して、負極合剤スラリーを準備した。厚さ２０μｍの銅箔に均一に塗布、乾燥（１１０℃、３０分）した後、プレス機により１０ｋＮの荷重をかけて、圧縮形成し、集電体と一体となった負極シートを作製した。負極合剤層の厚みは９９μｍであった。
【0136】
＜電解液の作製＞
有機溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＥＭＣ＝３０：７０（体積比））をサンプル瓶に量り取り、ここにフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）とビニレンカーボネート（ＶＣ）を１質量％ずつ溶解させて電解液を調製した。電解液中のＬｉＰＦ６塩の濃度が１．０モル／Ｌとなるようにし、２３℃で混合することにより、電解液を得た。
有機溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＥＭＣ＝３０：７０（体積比））をサンプル瓶に量り取り、ここにフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）とビニレンカーボネート（ＶＣ）を１質量％ずつ溶解させて電解液を調製した。電解液中のＬｉＰＦ６塩の濃度が１．０モル／Ｌとなるようにし、２３℃で混合することにより、電解液を得た。
【0137】
＜電池の作製＞
上記で作製した負極シート、正極シート及びポリエチレン製セパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層して、電池要素を作製した。
この電池要素を、アルミニウム（厚さ４０μｍ）の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子を突設させながら挿入した後、電解液をそれぞれ袋内に注入し、真空封止を行い、シート状のリチウムイオン二次電池を作製した。
上記で作製した負極シート、正極シート及びポリエチレン製セパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層して、電池要素を作製した。
この電池要素を、アルミニウム（厚さ４０μｍ）の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子を突設させながら挿入した後、電解液をそれぞれ袋内に注入し、真空封止を行い、シート状のリチウムイオン二次電池を作製した。
【0138】
（実施例２～４）
各々、表２に示すＰＴＦＥを用い、その他は実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
各々、表２に示すＰＴＦＥを用い、その他は実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0139】
（比較例１）
＜正極合剤シートの作製＞
正極活物質としてＮＭＣ６２２と、導電助剤としてカーボンブラックを秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。
その後、混合物の入った容器に結着剤として表２に示す粉末状ＰＴＦＥを添加し、４０ｒｐｍで２時間撹拌した後、ミキサーにより１４００ｒｐｍ、計５分間混練し、混合物を得た。固形分は質量比で正極活物質：結着剤：導電助剤＝９５：２：３となるようにした。
得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を四度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ５００μｍの正極合剤シートを得た。さらに、正極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。さらに、フィブリル化を促進させるため１０ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な正極合剤層の厚みは１０１μｍになるように調整した。初回の圧延率が最も大きく５２％であった。
＜正極合剤シートの作製＞
正極活物質としてＮＭＣ６２２と、導電助剤としてカーボンブラックを秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。
その後、混合物の入った容器に結着剤として表２に示す粉末状ＰＴＦＥを添加し、４０ｒｐｍで２時間撹拌した後、ミキサーにより１４００ｒｐｍ、計５分間混練し、混合物を得た。固形分は質量比で正極活物質：結着剤：導電助剤＝９５：２：３となるようにした。
得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を四度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ５００μｍの正極合剤シートを得た。さらに、正極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。さらに、フィブリル化を促進させるため１０ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な正極合剤層の厚みは１０１μｍになるように調整した。初回の圧延率が最も大きく５２％であった。
【0140】
＜電池の作製＞
上記で作製した正極合剤シートを用い、その他は、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
上記で作製した正極合剤シートを用い、その他は、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0141】
（比較例２）
表２に示すＰＴＦＥを用い、その他は比較例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
表２に示すＰＴＦＥを用い、その他は比較例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0142】
（実施例５）
＜負極合剤シートの作製＞
負極活物質として人造黒鉛粉末を２５．６５ｇ、ＳｉＯを２．８５ｇ秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。粉末状のＰＴＦＥは真空乾燥機にて５０℃、１時間乾燥して用いた。なお、粉末状ＰＴＦＥ－Ｃは事前に、目開き５００μｍのステンレスふるいを用いてふるいにかけ、ふるい上に残ったものを用いた。
その後、混合物の入った容器に結着剤として粉末状ＰＴＦＥを２．０ｇ添加し、４０ｒｐｍで２時間撹拌し、混合物を得た。得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を四度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ５００μｍの負極合剤シートを得た。さらに、負極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。さらにフィブリル化を促進させるため２ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な負極合剤層の厚みは１０１μｍにした。初回の圧延率が最も大きく３８％であった。
＜負極合剤シートの作製＞
負極活物質として人造黒鉛粉末を２５．６５ｇ、ＳｉＯを２．８５ｇ秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。粉末状のＰＴＦＥは真空乾燥機にて５０℃、１時間乾燥して用いた。なお、粉末状ＰＴＦＥ－Ｃは事前に、目開き５００μｍのステンレスふるいを用いてふるいにかけ、ふるい上に残ったものを用いた。
その後、混合物の入った容器に結着剤として粉末状ＰＴＦＥを２．０ｇ添加し、４０ｒｐｍで２時間撹拌し、混合物を得た。得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を四度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ５００μｍの負極合剤シートを得た。さらに、負極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。さらにフィブリル化を促進させるため２ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な負極合剤層の厚みは１０１μｍにした。初回の圧延率が最も大きく３８％であった。
【0143】
＜負極の作製＞
２０μｍの銅箔と接着させた。接着剤にはＮＭＰにＰＶＤＦを溶解させ、ＣＮＴを分散させたスラリーを用いた。銅箔に上述した接着剤を塗布し、作製した負極合剤シートを気泡が入らないように載せ、１００℃、３０分にて真空乾燥させて、集電体と一体となった負極シートを作製した。
２０μｍの銅箔と接着させた。接着剤にはＮＭＰにＰＶＤＦを溶解させ、ＣＮＴを分散させたスラリーを用いた。銅箔に上述した接着剤を塗布し、作製した負極合剤シートを気泡が入らないように載せ、１００℃、３０分にて真空乾燥させて、集電体と一体となった負極シートを作製した。
【0144】
＜正極の作製＞
正極活物質としてのＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２（ＮＭＣ１１１）９５質量％と、導電助剤としてアセチレンブラック３質量％と、結着剤としてのＰＶｄＦ ２質量％とを、ＮＭＰ溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを、厚さ２０μｍのアルミ箔に均一に塗布、乾燥（ １１０℃、３０分）した後、プレス機により１０ｋＮの荷重をかけて、圧縮形成し、集電体と一体となった正極シートを作製した。電極合剤層の厚みは約１００μｍであった。
正極活物質としてのＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２（ＮＭＣ１１１）９５質量％と、導電助剤としてアセチレンブラック３質量％と、結着剤としてのＰＶｄＦ ２質量％とを、ＮＭＰ溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを、厚さ２０μｍのアルミ箔に均一に塗布、乾燥（ １１０℃、３０分）した後、プレス機により１０ｋＮの荷重をかけて、圧縮形成し、集電体と一体となった正極シートを作製した。電極合剤層の厚みは約１００μｍであった。
【0145】
＜電池の作製＞
上記で作製した負極、正極を用い、その他は、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
上記で作製した負極、正極を用い、その他は、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0146】
（実施例６～８）
各々、表３に示すＰＴＦＥを用い、その他は実施例５と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
各々、表３に示すＰＴＦＥを用い、その他は実施例５と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0147】
（比較例３）
＜負極合剤シートの作製＞
負極活物質として人造黒鉛粉末を２５．６５ｇ、ＳｉＯを２．８５ｇ秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。
その後、混合物の入った容器に結着剤として表３に示す粉末状ＰＴＦＥを２．０ｇ添加し、１４００ｒｐｍ、計５分間混練し、混合物を得た。得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を四度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ５００μｍの負極合剤シートを得た。さらに、負極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。１０ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な負極合剤層の厚みは１０１μｍにした。初回の圧延率が最も大きく７８％であった。
＜負極合剤シートの作製＞
負極活物質として人造黒鉛粉末を２５．６５ｇ、ＳｉＯを２．８５ｇ秤量し、乳鉢にて２００ｒｐｍで１時間撹拌し混合物を得た。
その後、混合物の入った容器に結着剤として表３に示す粉末状ＰＴＦＥを２．０ｇ添加し、１４００ｒｐｍ、計５分間混練し、混合物を得た。得られた混合物をバルク状に成形し、シート状に圧延した。
その後、先程得られた圧延シートを２つに折りたたむことにより粗砕して、再度バルク状に成形した後、平らな板の上で金属ロールを用いてシート状に圧延することで、フィブリル化を促進させる工程を四度繰り返した。その後、更に圧延することで、厚さ５００μｍの負極合剤シートを得た。さらに、負極合剤シートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、ロールプレス機に投入し圧延をおこなった。１０ｋＮの荷重を繰り返しかけて厚みを調整した。ギャップを調整し最終的な負極合剤層の厚みは１０１μｍにした。初回の圧延率が最も大きく７８％であった。
【0148】
＜電池の作製＞
上記で作製した負極合剤シートを用い、その他は、実施例５と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
上記で作製した負極合剤シートを用い、その他は、実施例５と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0149】
（比較例４）
表２に示すＰＴＦＥを用い、その他は比較例３と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。
表２に示すＰＴＦＥを用い、その他は比較例３と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。
【0150】
（参考例１）
＜ＳｉＯ負極の作製方法 スラリー＞
負極活物質として人造黒鉛粉末を２５．６５ｇ、ＳｉＯを２．８５ｇ、結着剤としてポリアクリル酸２．０ｇ、溶媒としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）２０ｇをミキサーにて混合してＳｉＯ負極合剤スラリーを準備した。厚さ２０μｍの銅箔に均一に塗布、乾燥（１１０℃、３０分）した後、プレス機により圧縮形成して、集電体と一体となった負極シートを作製した。電極合剤層の厚みは９５μｍであった。
＜ＳｉＯ負極の作製方法 スラリー＞
負極活物質として人造黒鉛粉末を２５．６５ｇ、ＳｉＯを２．８５ｇ、結着剤としてポリアクリル酸２．０ｇ、溶媒としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）２０ｇをミキサーにて混合してＳｉＯ負極合剤スラリーを準備した。厚さ２０μｍの銅箔に均一に塗布、乾燥（１１０℃、３０分）した後、プレス機により圧縮形成して、集電体と一体となった負極シートを作製した。電極合剤層の厚みは９５μｍであった。
【0151】
＜電池の作製＞
上記で作製した負極シートを用い、その他は、実施例５と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
上記で作製した負極シートを用い、その他は、実施例５と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
【0152】
各試験は以下の方法で行った。
［含有水分量測定］
粉末状のＰＴＦＥは真空乾燥機にて５０℃、１時間乾燥して用いた。真空乾燥後のＰＴＦＥの水分量は、ボートタイプ水分気化装置を有するカールフィッシャー水分計（ＡＤＰ－５１１／ＭＫＣ－５１０Ｎ 京都電子工業（株）製）を使用し、水分気化装置で２１０℃に加熱して、気化させた水分を測定した。キャリアガスとして、窒素ガスを流量２００ｍＬ／ｍｉｎで流し、測定時間を３０分とした。また、カールフィッシャー試薬としてケムアクアを使用した。サンプル量は１．５ｇとした。
［含有水分量測定］
粉末状のＰＴＦＥは真空乾燥機にて５０℃、１時間乾燥して用いた。真空乾燥後のＰＴＦＥの水分量は、ボートタイプ水分気化装置を有するカールフィッシャー水分計（ＡＤＰ－５１１／ＭＫＣ－５１０Ｎ 京都電子工業（株）製）を使用し、水分気化装置で２１０℃に加熱して、気化させた水分を測定した。キャリアガスとして、窒素ガスを流量２００ｍＬ／ｍｉｎで流し、測定時間を３０分とした。また、カールフィッシャー試薬としてケムアクアを使用した。サンプル量は１．５ｇとした。
【0153】
［ＰＴＦＥのフィブリル径（中央値）（ｎｍ）］
（１）走査型電子顕微鏡（Ｓ－４８００型 日立製作所製）を用いて、電極合剤シートの拡大写真（７０００倍）を撮影し画像を得る。
（２）この画像に水平方向に等間隔で２本の線を引き、画像を三等分する。
（３）上方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維について、ＰＴＦＥ繊維１本あたり３箇所の直径を測定し、平均した値を当該ＰＴＦＥ繊維の直径とする。測定する３箇所は、ＰＴＦＥ繊維と直線との交点、交点からそれぞれ上下０．５μｍずつずらした場所を選択する。（未繊維化のＰＴＦＥ一次粒子は除く）。
（４）上記（３）の作業を、下方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維に対して行う。
（５）１枚目の画像を起点に画面右方向に１ｍｍ移動し、再度撮影を行い、上記（３）及び（４）によりＰＴＦＥ繊維の直径を測定する。これを繰り返し、測定した繊維数が８０本を超えた時点で終了とする。
（６）上記測定した全てのＰＴＦＥ繊維の直径の中央値をフィブリル径の大きさとした。
（１）走査型電子顕微鏡（Ｓ－４８００型 日立製作所製）を用いて、電極合剤シートの拡大写真（７０００倍）を撮影し画像を得る。
（２）この画像に水平方向に等間隔で２本の線を引き、画像を三等分する。
（３）上方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維について、ＰＴＦＥ繊維１本あたり３箇所の直径を測定し、平均した値を当該ＰＴＦＥ繊維の直径とする。測定する３箇所は、ＰＴＦＥ繊維と直線との交点、交点からそれぞれ上下０．５μｍずつずらした場所を選択する。（未繊維化のＰＴＦＥ一次粒子は除く）。
（４）上記（３）の作業を、下方の直線上にある全てのＰＴＦＥ繊維に対して行う。
（５）１枚目の画像を起点に画面右方向に１ｍｍ移動し、再度撮影を行い、上記（３）及び（４）によりＰＴＦＥ繊維の直径を測定する。これを繰り返し、測定した繊維数が８０本を超えた時点で終了とする。
（６）上記測定した全てのＰＴＦＥ繊維の直径の中央値をフィブリル径の大きさとした。
【0154】
参考として、実施例５において使用した電極合剤シートの断面の状態を示す走査電子顕微鏡写真を図１に示す。
【0155】
［強度測定］
引張試験機（島津製作所社製 オートグラフＡＧＳ－Ｘシリーズ ＡＧＳ－１００ＮＸ）を使用して、１００ｍｍ／分の条件下、４ｍｍ幅の短冊状の電極合剤試験片にて測定した。チャック間距離は３０ｍｍとした。破断するまで変位を与え、測定した結果の最大応力を各サンプルの強度とした。表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
引張試験機（島津製作所社製 オートグラフＡＧＳ－Ｘシリーズ ＡＧＳ－１００ＮＸ）を使用して、１００ｍｍ／分の条件下、４ｍｍ幅の短冊状の電極合剤試験片にて測定した。チャック間距離は３０ｍｍとした。破断するまで変位を与え、測定した結果の最大応力を各サンプルの強度とした。表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
【0156】
［柔軟性］
作製した電極合剤シートを切り出し、２ｃｍ×１０ｃｍの試験片を作製した。直径４ｍｍサイズの丸棒に巻き付けて、電極合剤シートを目視で確認し、以下の基準で評価した。
〇：ひび割れが観察されなかった。
△：ひび割れが観察されたが、破断は観察されなかった。
×：破断していた。
作製した電極合剤シートを切り出し、２ｃｍ×１０ｃｍの試験片を作製した。直径４ｍｍサイズの丸棒に巻き付けて、電極合剤シートを目視で確認し、以下の基準で評価した。
〇：ひび割れが観察されなかった。
△：ひび割れが観察されたが、破断は観察されなかった。
×：破断していた。
【0157】
＜電池試験＞
［初期放電容量試験］
上記で製造したリチウムイオン二次電池を、板で挟み加圧した状態で、２５℃において、１Ｃに相当する電流で４．２Ｖまで定電流－定電圧充電（以下、ＣＣ／ＣＶ充電と表記する。）（０．１Ｃカット）した後、１Ｃの定電流で３Ｖまで放電し、これを１サイクルとして、３サイクル目の放電容量から初期放電容量を求めた。表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
［初期放電容量試験］
上記で製造したリチウムイオン二次電池を、板で挟み加圧した状態で、２５℃において、１Ｃに相当する電流で４．２Ｖまで定電流－定電圧充電（以下、ＣＣ／ＣＶ充電と表記する。）（０．１Ｃカット）した後、１Ｃの定電流で３Ｖまで放電し、これを１サイクルとして、３サイクル目の放電容量から初期放電容量を求めた。表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
【0158】
［６０℃２Ｗ保存試験及びガス発生量の測定］
上記で製造したリチウムイオン二次電池を、板で挟み加圧した状態で、１Ｃに相当する電流で４．２ＶまでＣＣ／ＣＶ充電（０．１Ｃカット）した後、アルキメデス法により電池の体積を測定し、これを保存前体積とする。次に、６０℃設定の恒温槽へ上記充電が完了した電池を投入し、２週間保持する。その後、恒温槽からそれらの電池を取り出し、常温で２時間放置した後、アルキメデス法により体積を測定し、これを保存後体積とする。保存後の体積と保存前の体積の差を求め、これをガス発生量（ｍｌ）とし表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
（保存後体積）－（保存前体積）＝ガス発生量（ｍｌ）
上記で製造したリチウムイオン二次電池を、板で挟み加圧した状態で、１Ｃに相当する電流で４．２ＶまでＣＣ／ＣＶ充電（０．１Ｃカット）した後、アルキメデス法により電池の体積を測定し、これを保存前体積とする。次に、６０℃設定の恒温槽へ上記充電が完了した電池を投入し、２週間保持する。その後、恒温槽からそれらの電池を取り出し、常温で２時間放置した後、アルキメデス法により体積を測定し、これを保存後体積とする。保存後の体積と保存前の体積の差を求め、これをガス発生量（ｍｌ）とし表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
（保存後体積）－（保存前体積）＝ガス発生量（ｍｌ）
【0159】
［抵抗の評価］
２５℃における１０サイクル後の放電容量の評価が終了した電池を、２５℃にて、１Ｃの定電流で初期放電容量の半分の容量となるよう充電した。これを２５℃において、１０ｍＶの交流電圧振幅を印加することで電池のインピーダンスを測定し、０．１Ｈｚの実軸抵抗を求めた。 表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
２５℃における１０サイクル後の放電容量の評価が終了した電池を、２５℃にて、１Ｃの定電流で初期放電容量の半分の容量となるよう充電した。これを２５℃において、１０ｍＶの交流電圧振幅を印加することで電池のインピーダンスを測定し、０．１Ｈｚの実軸抵抗を求めた。 表２では比較例１を１００％として、表３では比較例３を１００％として規格した。
【0160】
試験結果を、表２、３に示す。
【0161】
【表2】
【0162】
【表3】
【0163】
表２、３の結果から、実施例の電極合剤シートは、柔軟性に優れ、二次電池の物性も良好であった。
【産業上の利用可能性】
【0164】
本開示の二次電池用電極合剤は、リチウムイオン二次電池の製造に使用することができる。
【図1】
