リチウム二次電池用電極およびそれを用いたリチウム二次電池
【課題】非水電解質の保持性と、黒鉛粒子同士、または黒鉛粒子および集電体の結着性とを両立できる、リチウム二次電池用電極を提供する。
【解決手段】リチウム二次電池用電極は、シート状の集電体と、集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含み、黒鉛粒子の粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が５μｍ以上、かつ３０μｍ以下であり、粒子状結着材が、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ以上であり、第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ未満である。
【解決手段】リチウム二次電池用電極は、シート状の集電体と、集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含み、黒鉛粒子の粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が５μｍ以上、かつ３０μｍ以下であり、粒子状結着材が、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ以上であり、第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池用電極およびそれを用いたリチウム二次電池に関し、詳しくは、電極合剤層に含まれる粒子状結着材の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の高性能化、および電気自動車やハイブリッド自動車の開発に伴い、リチウム二次電池の高性能化が強く要求されている。例えば、リチウム二次電池用電極（以下、単に電極ともいう）の高容量化と電極強度の向上とを両立するための研究が活発に行われている。一般的な電極は、シート状の集電体とその表面に付着した電極合剤層とを具備する。
【０００３】
電極合剤層は、電極活物質の粒子および結着材を含む。具体的には、電極活物質粒子、結着材および液状分散媒を含むスラリーを調製し、このスラリーを集電体表面に塗布し、乾燥後、圧延することにより、電極合剤層が形成される。
【０００４】
結着材は、活物質の粒子間を結着し、かつ活物質と集電体とを結着する機能を有する。結着材の中でも、粒子状結着材は、活物質粒子の表面を過度に被覆することがなく、使用量を低減できることから、有望視されている。粒子状結着材としては、例えば、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴムなどのゴム状重合体の粒子が知られている。
【０００５】
また、粒子状結着材の結着性を高めたり、非水電解質の保持性を高めたりするため、コアシェル構造の粒子状結着材を用いること（特許文献１および２参照）、結着材として、粒子状結着材とフッ素樹脂とを併用すること（特許文献３参照）が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０２７９７号公報
【特許文献２】特開２００５−０１１８２２号公報
【特許文献３】特開２００８−２９３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スチレンブタジエンゴムは、非水電解質に対する濡れ性が低いため、充放電を繰り返すと、活物質粒子の周囲に、十分な量の非水電解質を保持できなくなり、合剤層内の非水電解質が不足する場合がある。その結果、イオン伝導性が低下し、容量維持率が低下する場合がある。
【０００８】
一方、ニトリルゴムは、非水電解質に対する濡れ性が高いため、活物質粒子の周囲に、十分な量の非水電解質を保持することができる。しかし、結着材が非水電解質により膨潤すると、活物質粒子間の結着性や活物質粒子と集電体との間の結着性が低下する。そのため、活物質粒子が脱落したり、合剤層が剥離したりすることにより、電池容量を損なう場合がある。また、充放電を繰り返すことにより、活物質粒子の膨張および収縮が繰り返された場合、さらに、活物質粒子が脱落しやすくなる。
【０００９】
特許文献１および２のようなコアシェル粒子では、非水電解質に対して濡れ性の高い材料をシェルに使用すると、非水電解質の保持性は確保できるものの、シェルが膨潤して、結着性が損なわれる。また、結着性が高い材料をシェルに使用すると、シェルの表面は、非水電解質に対する濡れ性が低いため、非水電解質を十分に保持できなくなる。つまり、極板強度と、非水電解質の保持性とを両立させることが困難である。
【００１０】
特許文献３のように、粒子状結着材とフッ素樹脂とを組み合わせる場合、フッ素樹脂は、活物質粒子の表面に広がって覆うように付着するため、充放電時の活物質粒子表面におけるリチウムの出入りを妨げ、電池容量を損なう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、非水電解質の保持性と、活物質粒子同士、または活物質粒子および集電体の結着性とを両立できる、リチウム二次電池用電極およびそれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。
本発明の一局面は、シート状の集電体と、この集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含み、黒鉛粒子の粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が５μｍ以上、かつ３０μｍ以下であり、粒子状結着材が、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ以上であり、第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ未満である、リチウム二次電池用電極に関する。
本発明の他の一局面は、正極、負極、これらの間に介在するセパレータ、および非水電解質を有し、負極が、前記の電極である、リチウム二次電池に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｄ５０が５〜３０μｍの黒鉛粒子と組み合わせる粒子状結着材として、平均粒径が１３０ｎｍ以上の第１のゴム状樹脂粒子と、これに比べて、非水電解質に対する膨潤性が高く、平均粒径が１３０ｎｍ未満の第２のゴム状樹脂粒子とを併用する。そのため、非水電解質の保持性と、活物質粒子同士、または活物質粒子および集電体の結着性とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極において、黒鉛粒子、第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の状態を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る角型のリチウム二次電池を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［電極］
本発明のリチウム二次電池用電極は、シート状の集電体と、集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含んでいる。黒鉛粒子は、粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が、５μｍ以上、かつ３０μｍ以下である。粒子状結着材は、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ以上であり、第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ未満である。
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電極において、黒鉛粒子、第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の状態を模式的に示す図である。
【００１６】
電極１は、集電体２と、この表面に付着した電極合剤層３とを有している。電極合剤層３は、黒鉛粒子４と、第１のゴム状樹脂粒子５と、第１のゴム状樹脂粒子５よりも平均粒径が小さな第２のゴム状樹脂粒子６とを含む。そのため、活物質としての黒鉛粒子４同士、ならびに黒鉛粒子４および集電体２が、平均粒径が大きな第１のゴム状樹脂粒子５の点接着により結着し易い。つまり、黒鉛粒子間、ならびに黒鉛粒子および集電体間は、主に、第１のゴム状樹脂粒子５により結着される。しかも、第１のゴム状樹脂粒子５は、第２のゴム状樹脂粒子６よりも、非水電解質に対する膨潤性が低い。そのため、非水電解質と接触した後も、膨潤により、電極合剤層３における結着性が低下するのを有効に防止できる。
【００１７】
また、平均粒径が小さな第２のゴム状樹脂粒子６は、黒鉛粒子４および集電体２、ならびに第１のゴム状樹脂粒子５の間に入り込んだ状態で、電極合剤層３中に存在する。第２のゴム状樹脂粒子６は、結着性を有するだけでなく、非水電解質との接触により膨潤して、非水電解質を黒鉛粒子４の周囲に保持することができる。また、平均粒径の小さな第２のゴム状樹脂粒子６が膨潤して、黒鉛粒子４同士の間隔が広がりにくいため、結着性の低下が起こりにくい。このようにして、本発明では、非水電解質の保持性と、黒鉛粒子同士、または黒鉛粒子および集電体の結着性とを両立することができる。
【００１８】
非水電解質に対する結着材の膨潤性が低い場合、黒鉛粒子の周囲に十分な非水電解質を保持することができず、特に、充放電を繰り返した場合には、液がれを生じ、イオン伝導性が低下して、容量維持率が低下する場合がある。それに対し、本発明では、第２のゴム状樹脂粒子により、黒鉛粒子の周辺に、非水電解質を十分に保持することができるため、十分なイオン伝導性を確保でき、高い電池容量が得られる。また、充放電を繰り返しても、液がれを抑制でき、高い容量維持率を維持できる。
【００１９】
非水電解質に対する結着材の膨潤性が高い場合、結着材が非水電解質により膨潤すると、結着性が損なわれる。そのため、黒鉛粒子が脱落したり、電極合剤層の一部が剥離したりして、電池容量が低下する場合がある。また、充放電を繰り返すと、黒鉛粒子の膨張および収縮に伴い、黒鉛粒子の脱離または合剤層の剥離が進行しやすくなる。よって、容量維持率が低下する場合がある。それに対し、本発明では、黒鉛粒子同士、ならびに黒鉛粒子および集電体の結着を、主に、非水電解質に対する膨潤性が低い第１のゴム状樹脂粒子が担う。そのため、非水電解質に対する膨潤により、結着性が低下するのを抑制できる。これにより、電池容量および容量維持率の低下を効果的に抑制できる。
【００２０】
（黒鉛粒子）
活物質粒子としての黒鉛粒子とは、黒鉛構造を有する領域を含む粒子の総称である。よって、黒鉛粒子には、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン粒子などが含まれる。
【００２１】
広角Ｘ線回折法で測定される黒鉛粒子の回折像は、（１１０）面に帰属されるピークと、（００４）面に帰属されるピークとを有する。ここで、（１１０）面に帰属されるピークの強度Ｉ（１１０）と、（００４）面に帰属されるピークの強度Ｉ（００４）との比は、好ましくは、０．０１＜Ｉ（１１０）／Ｉ（００４）＜０．２５、さらに好ましくは０．０８＜Ｉ（１１０）／Ｉ（００４）＜０．２０を満たす。なお、ピークの強度とは、ピークの高さを意味する。
【００２２】
黒鉛粒子のＤ５０は、好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１５μｍ以上である。黒鉛粒子のＤ５０は、好ましくは２７μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下である。これらの上限および下限の値は、任意に組み合わせることができる。黒鉛粒子の体積基準の粒度分布は、例えば、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製のマイクロトラック）により測定することができる。
【００２３】
黒鉛粒子の滑り性の観点から、黒鉛粒子の平均円形度は、好ましくは０．９０〜０．９５、さらに好ましくは０．９１〜０．９４である。黒鉛粒子の滑り性が高いと、合剤層における黒鉛粒子の充填性を向上させたり、黒鉛粒子間の接着強度をさらに向上させたりする上で有利である。なお、平均円形度は、４πＳ／Ｌ2（ただし、Ｓは黒鉛粒子の正投影像の面積、Ｌは正投影像の周囲長）で表される。例えば、任意の１００個の黒鉛粒子の円形度の平均値が上記範囲であることが好ましい。
【００２４】
（粒子状結着材）
粒子状結着材は、第１のゴム状樹脂粒子と第２のゴム状樹脂粒子とを含む。
第２のゴム状樹脂粒子は、第１のゴム状樹脂粒子よりも、非水電解質に対する膨潤性が高い。ゴム状樹脂粒子の膨潤性は、例えば、溶解度パラメータ（ＳＰ）の値を目安にすることができる。第２のゴム状樹脂粒子を構成する第２のゴム状樹脂の溶解度パラメータＳＰ2と、第１のゴム状樹脂粒子を構成する第１のゴム状樹脂の溶解度パラメータＳＰ1との差（ＳＰ2−ＳＰ1）は、例えば、１以上、好ましくは１．２以上、さらに好ましくは１．５以上である。また、差（ＳＰ2−ＳＰ1）は、例えば、６．５以下、好ましくは５以下、さらに好ましくは４．５以下である。これらの上限および下限の値は、任意に組み合わせることができる。
【００２５】
ＳＰ2は、非水電解質のＳＰ値に近い。非水電解質のＳＰ値は、例えば、１５〜２３、好ましくは１６〜２２である。
ＳＰ2は、例えば、１０．５〜１３．５、好ましくは１０．７〜１３．２、さらに好ましくは１１〜１３．１である。ＳＰ2がこのような範囲である場合、非水電解質の保持能およびイオン伝導性の点で、さらに有利である。
【００２６】
第１のゴム状樹脂または第２のゴム状樹脂としては、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、塩化ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴムなどの合成ゴムが例示できる。これらの合成ゴムは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。第１のゴム状樹脂と第２のゴム状樹脂とは、それぞれ、ＳＰ値を考慮した上で、これらの合成ゴムから適宜選択して組み合わせることができる。ＳＰ値は、構成モノマーの種類を変更したり、その割合を調整したりすることにより、調整することができる。
【００２７】
ブタジエンなどの、ゴム状樹脂にゴム弾性または柔軟性を付与するモノマー単位（軟質モノマー単位と称する場合がある）を含むゴム状樹脂は、軟質モノマー単位の割合を調整することにより、ＳＰ値およびゴム状樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）を容易に調整することができるため、膨潤性と結着性とを制御するのに有利である。
【００２８】
軟質モノマーとしては、そのホモポリマーのＴｇが低いモノマー、例えば、ホモポリマーのＴｇが０℃以下、好ましくは−１５℃以下であるモノマーなどが挙げられる。軟質モノマーのホモポリマーのＴｇの下限は、特に制限されず、例えば、−１３０℃、好ましくは−９０℃である。
【００２９】
軟質モノマーの具体例としては、ブタジエン、イソプレンなどのジエン；ジメチルシロキサンなどのジアルキルシロキサン；アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシルなどのアクリル酸Ｃ2-12アルキル；メタクリル酸ノニル、メタクリル酸ドデシルなどのメタクリル酸Ｃ8-14アルキルなどが挙げられる。これらのモノマーは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。軟質モノマーのうち、ゴム状樹脂の種類に応じて、ブタジエン、アクリル酸Ｃ2-12アルキル（好ましくはアクリル酸Ｃ2-10アルキル）、メタクリル酸Ｃ8-14アルキル（好ましくはメタクリル酸Ｃ9-12アルキル）などが好ましい。
【００３０】
好ましい第２のゴム状樹脂としては、ニトリルゴムが例示できる。ニトリルゴムは、通常、軟質モノマー単位として、主にブタジエン単位を含む。ニトリルゴムのＳＰ値は、ブタジエンなどの軟質モノマー単位の割合が多くなると小さくなる。そのため、ニトリルゴム中の軟質モノマー単位（特に、ブタジエン単位）の割合は、例えば、６０重量％以下、好ましくは５６．５重量％以下である。なお、適度な結着性を確保する観点から、ニトリルゴム中の軟質モノマー単位（特に、ブタジエン単位）の割合は、例えば、３０重量％以上、好ましくは３３重量％以上である。
【００３１】
好ましい第１のゴム状樹脂としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、塩化ゴム、アクリルゴムおよびウレタンゴムなどが例示できる。これらの合成ゴムのＳＰ値は、一般に、７以上、１０．５未満である。
【００３２】
上記第１のゴム状樹脂のうち、ブタジエン単位、アクリル酸Ｃ2-12アルキル単位、および／またはメタクリル酸Ｃ8-14アルキル単位などの軟質モノマー単位を含む合成ゴム、例えば、スチレンブタジエンゴム、アクリルゴムなどが好ましい。これらの合成ゴムにおいても、ニトリルゴムの場合と同様に、ＳＰ値は、軟質モノマー単位の割合が多くなると小さくなり、少なくなると大きくなる。そのため、合成ゴム中の軟質モノマー単位の割合は、例えば、３０重量％以上、好ましくは４０重量％以上である。また、結着性を確保する観点から、合成ゴム中の軟質モノマー単位の割合は、例えば、７０重量％以下、好ましくは６７重量％以下である。なお、スチレンブタジエンゴムは、通常、軟質モノマー単位として、主にブタジエン単位を含む。そのため、ブタジエン単位の割合を上記の軟質モノマー単位の割合の範囲から選択してもよい。また、アクリルゴムは、通常、軟質モノマー単位として、主にアクリル酸Ｃ2-12アルキル単位およびメタクリル酸Ｃ8-14アルキル単位からなる群より選択された少なくとも一種を含む。
【００３３】
第１のゴム状樹脂のＴｇは、例えば、０℃以下、好ましくは−５℃以下である。このような範囲では、より高い結着性が得られる。そのため、黒鉛粒子間の剥離強度、電極合剤層の集電体に対する剥離強度を、より有効に高めることができる。Ｔｇの下限は特に制限されないが、例えば、−４０℃程度である。
第１のゴム状樹脂のＴｇは、第２のゴム状樹脂のＴｇと同じであってもよいが、第２のゴム状樹脂のＴｇよりも低くてもよい。第２のゴム状樹脂のＴｇと第１のゴム状樹脂のＴｇとの差は、例えば、１〜７０℃、好ましくは５〜６０℃である。
【００３４】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ以上、好ましくは１４０ｎｍ以上、さらに好ましくは１８０ｎｍ以上である。平均粒径が、１３０ｎｍ未満では、十分な結着性が得られない場合がある。
【００３５】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、例えば、５００ｎｍ以下、好ましくは４００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下である。これらの下限値と上記の上限値は、それぞれ、任意に組み合わせることができる。平均粒径がこのような範囲である場合、黒鉛粒子同士、ならびに黒鉛粒子および集電体を、より効果的に結着することができる。
【００３６】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、黒鉛粒子のＤ５０に対して、例えば、０．５〜５％、好ましくは０．５５〜３．５％、さらに好ましくは０．６〜２％である。このような範囲では、黒鉛粒子同士、黒鉛粒子および集電体を、効果的に点接着により結着できる。
【００３７】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径と第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径との差は、例えば、５０ｎｍ以上、好ましくは７０ｎｍ以上、さらに好ましくは８０ｎｍ以上である。両粒子の平均粒径の差が、このような範囲にある場合、黒鉛粒子同士、並びに黒鉛粒子および集電体を第１のゴム状樹脂粒子が結着し、これらの間に、第２のゴム状樹脂粒子が入り込みやすくなる。両粒子の平均粒径の差の上限は、特に制限されず、例えば、３００ｎｍである。
【００３８】
第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ未満、好ましくは１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１１０ｎｍ以下である。平均粒径が、１３０ｎｍ以上では、黒鉛粒子同士、ならびに黒鉛粒子および集電体が、第２のゴム状樹脂粒子で結着される割合が多くなり、非水電解質との接触により、結着性が損なわれる場合がある。
【００３９】
第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは４０ｎｍ以上である。第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、このような範囲にあるとき、第１のゴム状樹脂粒子により結着された黒鉛粒子、ならびに黒鉛粒子および集電体の周囲に形成された隙間に、第２のゴム状樹脂粒子が入り込みやすい。これらの下限値と、上記の上限値とは、任意に組み合わせることができる。
【００４０】
なお、第１のゴム状樹脂粒子（または第２のゴム状樹脂粒子）の平均粒径とは、第１のゴム状樹脂粒子（または第２のゴム状樹脂粒子）の体積粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）を意味する。第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の体積粒度分布は、例えば、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により測定することができる。
【００４１】
第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の総量は、黒鉛粒子１００重量部に対して、例えば、０．１〜３重量部、好ましくは０．２〜１．５重量部である。このような範囲では、結着性を維持しながらも、黒鉛粒子の表面が結着材により必要以上に覆われるのを抑制でき、充放電時に、リチウムの吸収および放出を効率よく行うことができる。
【００４２】
第１のゴム状樹脂粒子と、第２のゴム状樹脂粒子との重量割合（第１のゴム状樹脂粒子／第２のゴム状樹脂粒子）は、例えば、５０／５０〜９０／１０、好ましくは５５／４５〜８５／１５である。両粒子の重量割合が、このような範囲である場合、より高い結着性が得られるとともに、非水電解質の保持性を高めることができる。
【００４３】
第１のゴム状樹脂粒子による黒鉛粒子の被覆率Ｃ1は、例えば、２０〜６５％、好ましくは２５〜５８％である。第２のゴム状樹脂粒子による黒鉛粒子の被覆率Ｃ2は、被覆率Ｃ1に対して０．１〜２倍、好ましくは０．５〜１．２倍である。被覆率が、このような範囲である場合、より高い結着性が得られるとともに、非水電解質の保持性を高めることができる。
【００４４】
黒鉛粒子の被覆率Ｃ1およびＣ2は、黒鉛粒子を球形と仮定したときに平均粒径から求められる黒鉛粒子の表面積ＳＡに対する、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の投影面積の総和の比である。ゴム状樹脂粒子の投影面積としては、複数のゴム状樹脂粒子が黒鉛粒子に、均一に付着していると仮定して、ゴム状樹脂粒子の平均粒径から求められる断面積を用いる。黒鉛粒子の被覆率Ｃ1およびＣ2は、それぞれ、下記式で表わすことができる。
【００４５】
Ｃ1＝Ｓ1／ＳＡ×１００（％）
Ｃ2＝Ｓ2／ＳＡ×１００（％）
Ｓ1は、黒鉛粒子に付着した第１のゴム状樹脂粒子の断面積の総和であり、Ｓ2は、黒鉛粒子に付着した第２のゴム状樹脂粒子の断面積の総和である。なお、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の個数は、例えば、透過型電子顕微鏡により撮影したＳＥＭ写真に基づいて決定できる。被覆率Ｃ1およびＣ2は、複数の黒鉛粒子の平均値として算出してもよい。
【００４６】
また、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の個数は、使用する第１および第２のゴム状樹脂粒子の全てが、全ての黒鉛粒子の表面に均一に付着していると仮定して算出してもよい。このような仮定により、１つの黒鉛粒子に付着した第１および第２のゴム状樹脂粒子の個数の平均値をそれぞれ算出できる。この算出値に基づいて、各ゴム状樹脂粒子の断面積の総和を求めてもよい。この場合、各ゴム状樹脂粒子の断面積の総和は、第１および第２の各ゴム状樹脂粒子の使用量、第１のゴム状樹脂粒子と第２のゴム状樹脂粒子との重量比、および各ゴム状樹脂粒子の平均粒径に基づいて算出できる。算出した断面積の総和および黒鉛粒子の表面積に基づいて、上記と同様に、各ゴム状樹脂粒子の被覆率を算出してもよい。
【００４７】
電極合剤層は、導電剤、増粘剤などを任意成分として含んでもよい。
導電剤としては、カーボンブラック、フッ化カーボン、金属粉末、導電性繊維（炭素繊維、金属繊維など）などが例示できる。導電剤の割合は、特に制限されず、黒鉛粒子１００重量部に対して、例えば、０．１〜５重量部である。
【００４８】
増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース誘導体；ポリエチレングリコールなどのポリＣ2-4アルキレングリコール；ポリビニルアルコール；可溶化変性ゴムなどが挙げられる。増粘剤の割合は、特に制限されず、黒鉛粒子１００重量部に対して、例えば、０．１〜５重量部である。
【００４９】
集電体は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などの材料で形成される。集電体は、無孔の導電性基板であってもよく、複数の貫通孔を有する多孔性の導電性基板であってもよい。無孔の集電体としては、金属箔、金属シートなどが利用できる。多孔性の集電体としては、連通孔（穿孔）を有する金属箔、メッシュ体、パンチングシート、エキスパンドメタルなどが例示できる。
集電体の厚みは、強度および軽量性の観点から、例えば、３〜５０μｍの範囲から選択できる。
【００５０】
電極合剤層は、黒鉛粒子、粒子状結着材および分散媒を含むスラリーを、集電体の表面に塗布し、乾燥することにより形成できる。乾燥後、塗膜は、所望の厚みになるように、通常、圧延される。電極合剤層は、集電体の両方の表面に形成してもよく、片方の表面に形成してもよい。
電極合剤層の厚みは、例えば、１０〜１００μｍである。
電極合剤層における黒鉛密度は、例えば、１．４〜１．９ｇ／ｃｍ3、好ましくは１．５〜１．８ｇ／ｃｍ3である。
【００５１】
分散媒としては、例えば、水の他、エタノールなどのアルコール（Ｃ1-3アルカノールなど）、アセトンなどのケトン、アセトニトリルなどのニトリル、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの有機溶媒、またはこれらの混合溶媒などが例示できる。合剤層において、結着材の粒子の形状を維持するため、粒子状結着材をほとんど溶解しない溶媒を分散媒として用いるのが好ましい。分散媒としては、水、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒などが好ましい。
【００５２】
［リチウム二次電池］
本発明のリチウム二次電池は、上記電極を負極として含む。リチウム二次電池は、詳しくは、このような負極に加え、正極、これらの間に介在するセパレータ、および非水電解質を有する。以下、負極以外の各構成要素について、詳細に説明する。
【００５３】
（正極）
正極は、正極集電体と、正極集電体の表面に形成された正極合剤層とを含む。
正極集電体は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどの材料を含む。正極集電体の形態としては、負極集電体で例示したものと同様のものが挙げられる。また、集電体の厚みも、負極集電体と同様の範囲から選択できる。
【００５４】
正極合剤層は、正極集電体の両方の表面に形成してもよく、片方の表面に形成してもよい。
正極合剤層の厚みは、例えば、１０〜７０μｍである。
正極活物質としては、公知のリチウム二次電池用正極活物質が使用でき、その中でも、リチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸リチウムなどが好ましい。
【００５５】
リチウム含有複合酸化物は、リチウムと遷移金属元素とを含む金属酸化物またはこの金属酸化物中の遷移金属元素の一部が異種元素によって置換された酸化物である。遷移金属元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒなどを挙げることができる。これらの遷移金属元素の中でも、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉなどが好ましい。異種元素としては、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂなどが挙げられる。これらの異種元素の中でも、Ｍｇ、Ａｌなどが好ましい。遷移金属元素及び異種元素は、それぞれ一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
【００５６】
リチウム含有複合酸化物の具体例としては、例えば、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏmＮｉ1-mＯ2、ＬｉxＣｏmＭ1-mＯn、ＬｉxＮｉ1-mＭmＯn、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-mＭｎＯ4などが挙げられる。Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。ｘ、ｍおよびｎは、それぞれ、０＜ｘ≦１．２であり、０≦ｍ≦０．９であり、２．０≦ｎ≦２．３である。これらのリチウム含有複合酸化物の中でも、ＬｉxＣｏmＭ1-mＯnが好ましい。Ｍは、少なくともＭｎおよび／またはＮｉを含むのが好ましい。
【００５７】
オリビン型リン酸リチウムとしては、例えば、ＬｉＺＰＯ4、Ｌｉ2ＺＰＯ4Ｆなどが挙げられる。Ｚは、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。
上記した各組成式において、リチウムのモル比は正極活物質合成直後の値であり、充放電により増減する。正極活物質は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
【００５８】
正極合剤層は、正極活物質、結着材および分散媒を含むスラリーを用いて、前述の電極合剤層（負極合剤層）と同様の方法で形成できる。分散媒としては、前記例示のもののうち、有機溶媒を用いる場合が多い。
【００５９】
結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂；ポリアクリル酸メチルなどのアクリル樹脂；スチレン−ブタジエンゴム、アクリルゴムなどのゴム状樹脂；またはこれらの混合物などが挙げられる。結着材の割合は、正極活物質１００重量部に対して、例えば、０．１〜１５重量部である。
【００６０】
正極合剤層は、既述の電極合剤層と同様に、必要により、導電剤および／または増粘剤を含んでもよい。導電剤としては、電極合剤層で例示したものに加え、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイトなども使用できる。増粘剤としては、電極合剤層で例示したものが利用できる。導電剤および増粘剤の割合も、電極合剤層と同様の範囲から選択できる。
【００６１】
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の、微多孔フィルム、不織布または織布などが使用できる。セパレータを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン；ポリアミド；ポリアミドイミド；ポリイミドなどが例示できる。
セパレータの厚みは、例えば、５〜５０μｍである。
【００６２】
（非水電解質）
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩とを含む。非水電解質は、ＳＰ値が、前述の範囲となるように、溶媒の種類や混合比、もしくはリチウム塩の種類や濃度を調整するのが好ましい。
非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル；ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが例示できる。これらの非水溶媒は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
【００６３】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3などが挙げられる。リチウム塩は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
非水電解質中のリチウム塩の濃度は、例えば、０．５〜１．５Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）である。
【００６４】
非水電解質には、公知の添加剤、例えば、ビニレンカーボネートなどのビニレンカーボネート化合物；ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネートなどのビニル基を有する環状カーボネート化合物；シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどの芳香族化合物などを添加してもよい。
【００６５】
リチウム二次電池は、通常、正極、負極およびこれらを隔離するセパレータを、非水電解質とともに、電池ケースに収容することにより作製できる。
電池ケース材料としては、鋼鈑、アルミニウム、アルミニウム合金（マンガン、銅等などの金属を微量含有する合金など）などが使用できる。
【００６６】
リチウム二次電池の形状は、円筒型、角型、コイン型などであってもよい。円筒型または角型の電池では、電池ケースへの収容に先だって、正極と、負極と、これらを隔離するセパレータとを、捲回、積層またはつづら折りにして電極群を形成してもよい。電極群の形状は、電池または電池ケースの形状に応じて、円筒状、捲回軸に垂直な端面が長円形である扁平形状であってもよい。
【００６７】
図２は、本発明の一実施形態に係る角型のリチウム二次電池を模式的に示す斜視図である。図２では、電池２１の要部の構成を示すために、その一部を切り欠いて示している。電池２１は、角型電池ケース１１内に、扁平状電極群１０および非水電解質（図示せず）が収容された角型電池である。
【００６８】
正極、負極、およびセパレータ（いずれも図示せず）を、正極と負極とをセパレータで絶縁させた状態となるように重ね合わせて捲回して捲回体を形成する。得られた捲回体を側面から挟み込むようにプレスして扁平状に成形することにより、電極群１０を作製する。正極の正極集電体に、正極リード１４の一端部を接続し、他端部を、正極端子としての機能を有する封口板１２と接続する。負極の負極集電体に、負極リード１５の一端部を接続し、他端部を、負極端子１３と接続する。封口板１２と、負極端子１３との間には、ガスケット１６が配置され、両者を絶縁している。封口板１２と、電極群１０との間には、通常、ポリプロピレンなどの絶縁性材料で形成された枠体１８が配置され、負極リード１５と封口板１２とを絶縁している。
【００６９】
封口板１２は、角型電池ケース１１の開口端に接合され、角型電池ケース１１を封口する。封口板１２には、注液孔１７ａが形成されており、注液孔１７ａは、非水電解質を角型電池ケース１１内に注液した後に、封栓１７により塞がれる。
【実施例】
【００７０】
以下に、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
合成例１
スチレン３５ｇ、アクリル酸１．５ｇ、イオン交換水５０ｇおよびアニオン性界面活性剤（第１工業製薬社製、ネオゲンＲＫ）２ｇを、ホモミキサーを用いて混合し、モノマー乳化物を得た。
オートクレーブに、窒素置換した滴下装置および撹拌機をセットした。オートクレーブ内に、イオン交換水９０ｇを仕込み、撹拌しながら、７０℃まで昇温し、イオン交換水１０ｇに過硫酸カリウム０．５ｇを溶解させた水溶液を添加した。温度を維持した状態で、撹拌を継続しながら、上記モノマー乳化物およびブタジエン６５ｇを、４時間かけて、圧力封入により滴下した。このような操作により、スチレンブタジエンゴム粒子（SBR1）を含むエマルジョンを得た。得られたSBR1の平均粒径（体積平均のメジアン径）は、２５０ｎｍであり、ガラス転移点は、−２５℃であり、ＳＰ値は９．２であった。
ガラス転移点は、示差走査熱量計（ＴＡインスツルメンツ社製、Ｑ２０００）を用いて測定した。
モノマーのＳＰ値を、Ｆｅｄｏｒｓ法により算出し、構成モノマーの共重合比（モル比）の平均値に基づいて、ゴム状樹脂のＳＰ値を算出した。
【００７１】
合成例２〜４
モノマーおよびアニオン性界面活性剤の量を、表１のように変更する以外は、合成例１と同様に操作を行い、スチレンブタジエンゴム粒子SBR2、SBR3およびSBR4を得た。
【００７２】
合成例５
ブタジエン６５ｇに代えて、アクリル酸ｎ−ブチル７５ｇを用いるとともに、他のモノマーおよびアニオン性界面活性剤の量を表１に示す量に変更する以外は、合成例１と同様に操作を行い、アクリルゴム粒子ACRを得た。
【００７３】
合成例６〜９
スチレン３５ｇに代えて、表１に示す量のアクリロニトリルを用いるとともに、他のモノマーおよびアニオン性界面活性剤の量を表１に示す量に変更する以外は、合成例１と同様に操作を行い、ニトリルゴム粒子NBR1、NBR2、NBR3およびNBR4を得た。
【００７４】
表１に、合成例１〜９で使用したモノマーの種類および量、並びにアニオン性界面活性剤の量とともに、得られたゴム粒子の平均粒径、ガラス転移点およびＳＰ値を示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
実施例１
（１）負極の作製
天然黒鉛粒子（平均粒径２１μｍ）１００重量部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１重量部、第１のゴム状樹脂粒子０．８重量部、第２のゴム状樹脂粒子０．２重量部、および適量の水を双腕型混練機で混練し、スラリーを調製した。第１のゴム状樹脂粒子として、合成例１で得られたSBR1を用い、第２のゴム状樹脂粒子として、合成例６で得られたNBR1を用いた。
スラリーを、厚さ１０μｍの銅箔（負極集電体）の両面に塗布し、塗膜を乾燥した後、２０００Ｎ／ｃｍの線圧で圧延し、負極を作製した。両面の負極合剤層と負極集電体との合計厚さは１５０μｍであった。その後、負極を所定の寸法に裁断して、帯状の負極を得た。
（２）正極の作製
ＬｉＮｉ0.82Ｃｏ0.15Ａｌ0.03Ｏ2（正極活物質）１００重量部、アセチレンブラック（導電剤）１重量部、ポリフッ化ビニリデン（結着剤）１重量部および適当量のＮ−メチル−２−ピロリドンを双腕型混練機で混合し、正極スラリーを調製した。この正極スラリーを厚さ１５μｍの帯状アルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布し、得られた塗膜を乾燥した後、圧延して、正極を作製した。両面の正極合剤層と正極集電体との合計厚さは１２０μｍであった。その後、正極を所定の寸法に裁断して、帯状の正極を得た。
【００７７】
（３）非水電解質の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比１：３で混合した混合溶媒９９重量部に、ビニレンカーボネート１重量部を添加して、混合溶液を得た。この混合溶液に、濃度が１．０ｍｏｌ／ＬとなるようにＬｉＰＦ6を溶解することにより、非水電解質を調製した。非水電解質のＳＰ値は、２１であった。
【００７８】
（４）電池の組み立て
（１）および（２）で得られた正極および負極を用い、次のようにして電極群を作製した。
アルミニウム製正極リードの一端を正極集電体に接続した。ニッケル製負極リードの一端を負極集電体に接続した。正極と負極とを、厚さ１６μｍのポリエチレン製多孔質シート（セパレータ）で隔離して、これらを捲回した。得られた捲回式電極群を、２５℃環境下、プレス圧０．２５ＭＰａでプレスし、扁平状の電極群を作製した。
得られた電極群および（３）で得られた非水電解質を用いて、前述のようにして、図２に示すリチウム二次電池を作製した。
【００７９】
実施例２〜６、ならびに比較例１
第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子として、表２に示すゴム状樹脂粒子を、天然黒鉛粒子１００重量部に対して表２に示す添加量で用いる以外は、実施例１と同様にして、負極を作製した。得られた負極を用いる以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【００８０】
比較例２および３
第１のゴム状樹脂粒子として、表２に示すゴム状樹脂粒子を、天然黒鉛粒子１００重量部に対して表２に示す添加量で用い、第２のゴム状樹脂粒子を用いない以外は、実施例１と同様にして、負極を作製した。得られた負極を用いる以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【００８１】
実施例および比較例で得られた負極、またはリチウム二次電池について、下記の評価を行った。
【００８２】
［被覆率］
実施例および比較例で得られた負極について、黒鉛粒子の表面に付着した、第１および第２のゴム状樹脂粒子の断面積の総和Ｓ1およびＳ2をそれぞれ求めた。算出した各ゴム状樹脂粒子の断面積の総和Ｓ1およびＳ2、および黒鉛粒子の表面積ＳＡに基づいて、既述の式により、第１および第２のゴム状樹脂粒子による黒鉛粒子の被覆率Ｃ1およびＣ2を、それぞれ算出した。なお、使用した第１および第２のゴム状樹脂粒子の全てが、黒鉛粒子の表面に均一に付着していると仮定して、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の個数を算出し、この算出値に基づいて、Ｓ1およびＳ2を算出した。
【００８３】
［剥離強度（負極集電体に対する負極合剤層の剥離強度）］
実施例および比較例で得られた負極を裁断して幅１５ｍｍ、長さ８０ｍｍの試験片を作製した。両面テープ（品番：Ｎｏ．１５１、日東電工（株）製）を試験片の一方の面の負極合剤層に貼り付け、表面が平滑なステンレス鋼基板に固定した。試験片が固定されたステンレス鋼基板を、水平になるように設置した。試験片の長手方向における負極集電体の一端を、引張り試験機（商品名：テンシロン万能試験機ＲＴＣ１２１０、（株）エー・アンド・デイ製）の可動冶具に固定し、ステンレス鋼基板の基板面に対して９０°の方向に負極集電体を剥離するように設定した。そして、可動治具を移動させ、試験片の負極合剤層と負極集電体とを２０ｍｍ／分の速度で剥離させた。その際、引張方向は試験片を固定しているステンレス鋼基板の基板面に対して常に９０°に維持した。試験片の３０ｍｍ以上が剥離した時の、安定した引張り強度の数値を読み取り、負極合剤層の負極集電体からの剥離強度（Ｎ／ｍ）とした。
【００８４】
［粒子間強度（負極合剤層における黒鉛粒子間の結着強度）］
実施例および比較例で得られた負極を裁断し、２ｃｍ×３ｃｍの負極片を得た。得られた負極片の一方の面の負極合剤層を剥がし、他方の面の負極合剤層をそのまま残した。この負極片を、ガラス板上に貼り付けた両面テープ（品番：Ｎｏ．５１５、日東電工（株）製）に、他方の面の負極合剤層と両面テープの接着剤層とが接着するように貼り付けた。次いで、負極片から負極集電体を剥離して負極合剤層を露出させた。これにより、両面テープの片面に負極合剤層が付着した測定用試料を作製した。
【００８５】
上記で得られた測定用試料の、負極合剤層が付着していない両面テープの面を、タッキング試験機（商品名：ＴＡＣ−ＩＩ、（株）レスカ製）の測定子（先端直径０．２ｃｍ、断面積０．０３１ｃｍ2）の先端に貼り付けた。次に、測定プローブを、下記試験条件で、負極合剤層に押しつけ、引き離す剥離試験を行った。この剥離試験において、黒鉛粒子間で剥離が起る最大荷重を測定した。測定された最大荷重を測定子の断面積で除した値を、負極合剤層の結着強度（Ｎ／ｃｍ2）とした。
【００８６】
試験条件：プローブの押し込み速度３０ｍｍ／分
プローブの押し込み時間１０秒
プローブの押し込み荷重３．９Ｎ
プローブの引き離し速度６００ｍｍ／分
【００８７】
［電池容量］
実施例および比較例で得られたリチウム二次電池について、下記条件で充放電サイクルを３回繰返し、３回目の放電容量を求め、電池容量（ｍＡｈ）とした。充放電サイクルでは、まず、下記条件で、定電流充電を行い、引き続いて定電圧充電を行った後、定電流放電を行った。
【００８８】
定電流充電：２００ｍＡ、終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：終止電流２０ｍＡ、休止時間２０分
定電流放電：電流２００ｍＡ、終止電圧２．５Ｖ、休止時間２０分
【００８９】
［容量維持率］
実施例および比較例のリチウム二次電池について、４５℃において、下記条件で充放電サイクルを５００回繰り返した。充放電サイクルでは、まず、下記条件で定電流充電を行い、引き続いて定電圧充電を行った後、定電流放電を行った。
【００９０】
定電流充電：充電電流値５００ｍＡ／充電終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：充電電圧値４．２Ｖ／充電終止電流１００ｍＡ
定電流放電：放電電流値５００ｍＡ／放電終止電圧３Ｖ
そして、１回目の放電容量に対する５００回目の放電容量の百分率として、容量維持率（％）を求めた。
上記の評価結果を、表２に示す。
【００９１】
【表２】
【００９２】
実施例の負極では、剥離強度、および黒鉛粒子間強度のいずれも高かった。つまり、実施例の負極は、負極集電体と負極合剤層との密着性に優れるとともに、黒鉛粒子間の結着性が高い。これらは、集電体と黒鉛粒子との間、および黒鉛粒子間に、平均粒径の大きな第１のゴム状樹脂粒子が存在することにより、集電体および黒鉛粒子、ならびに黒鉛粒子同士を、第１のゴム状樹脂粒子の点接着により結着させることができたためである。また、実施例では、高い電池容量が得られ、充放電を５００サイクル繰り返した後の容量維持率も高かった。平均粒径の小さな第２のゴム状樹脂粒子は、黒鉛粒子間に適度に存在することにより、第１のゴム状樹脂粒子による結着を妨げない。また、第２のゴム状樹脂粒子は、非水電解質に対する膨潤性が高く、非水電解質を効果的に保持できる。そのため、高い電池容量が得られたと考えられる。また、集電体および黒鉛粒子、ならびに黒鉛粒子同士を結着する第１のゴム状樹脂粒子は、非水電解質に対する膨潤性が低い。つまり、第１のゴム状樹脂粒子は、それほど膨潤せずに、結着性を確保し、第２のゴム状樹脂粒子で非水電解質の保持性を確保する。よって、負極の過剰な膨潤が抑制され、充放電を繰り返しても、活物質や合剤層の脱落や剥離が抑制され、イオン導電性を確保でき、これにより、サイクル後も高い容量維持率が得られたと考えられる。
【００９３】
一方、比較例１では、実施例に比較して、電池容量が低く、剥離強度および粒子間強度でも劣っている。比較例１では、集電体および黒鉛粒子間、ならびに黒鉛粒子間が、主に、非水電解質に対する膨潤性の高いゴム状樹脂粒子で結着されている。電池容量の低下は、膨潤により、負極合剤層が膨張しすぎたり、活物質の脱落や合剤層の剥離が生じたりしたことによるものと考えられる。また、剥離強度および粒子間強度は、結着を担うゴム状樹脂粒子の非水電解質に対する膨潤性を高くしたことに伴い、Ｔｇも高くなったため、低下したものと考えられる。
【００９４】
また、比較例２では、充放電を５００回サイクル繰り返した後の容量維持率が低い。これは、比較例２で用いたゴム状樹脂粒子が、非水電解質に対して濡れ性が低く、充放電を繰り返すうちに、液枯れが生じたためと考えられる。
【００９５】
比較例３では、実施例に比べて、電池容量が低い。これは、粒径の小さなゴム状樹脂粒子だけを用いることにより、黒鉛粒子が過剰に被覆され、黒鉛間の導電性が損なわれるためと考えられる。加えて、用いたゴム状樹脂粒子の非水電解質に対する膨潤性が高いため、負極合剤層が膨張しすぎたり、活物質の脱落や合剤層の剥離が生じたりすることによるものと考えられる。比較例３では、剥離強度および粒子間強度のいずれも顕著に低い。これは、膨潤性の高いゴム状樹脂粒子だけを用いたため、ゴム状樹脂粒子のＴｇも高くなり、集電体および黒鉛粒子の間、ならびに黒鉛粒子間を結着する力が十分に得られなかったためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の電極およびこれを具備するリチウム二次電池は、携帯用電子機器の電源として有用である。携帯用電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラなどがある。また、本発明の電極およびこれを具備するリチウム二次電池は、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、プラグインＨＥＶなどにおける電気モータ駆動用の主電源または補助電源、電動工具、掃除機、ロボットなどの駆動用電源などとしての利用も期待される。
【符号の説明】
【００９７】
１ 電極
２ 集電体
３ 電極合剤層
４ 黒鉛粒子
５ 第１のゴム状樹脂粒子
６ 第２のゴム状樹脂粒子
１０ 電極群
１１ 角型電池ケース
１２ 封口板
１３ 負極端子
１４ 正極リード
１５ 負極リード
１６ ガスケット
１７ 封栓
１７ａ 注液孔
１８ 絶縁性枠体
２１ リチウム二次電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池用電極およびそれを用いたリチウム二次電池に関し、詳しくは、電極合剤層に含まれる粒子状結着材の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の高性能化、および電気自動車やハイブリッド自動車の開発に伴い、リチウム二次電池の高性能化が強く要求されている。例えば、リチウム二次電池用電極（以下、単に電極ともいう）の高容量化と電極強度の向上とを両立するための研究が活発に行われている。一般的な電極は、シート状の集電体とその表面に付着した電極合剤層とを具備する。
【０００３】
電極合剤層は、電極活物質の粒子および結着材を含む。具体的には、電極活物質粒子、結着材および液状分散媒を含むスラリーを調製し、このスラリーを集電体表面に塗布し、乾燥後、圧延することにより、電極合剤層が形成される。
【０００４】
結着材は、活物質の粒子間を結着し、かつ活物質と集電体とを結着する機能を有する。結着材の中でも、粒子状結着材は、活物質粒子の表面を過度に被覆することがなく、使用量を低減できることから、有望視されている。粒子状結着材としては、例えば、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴムなどのゴム状重合体の粒子が知られている。
【０００５】
また、粒子状結着材の結着性を高めたり、非水電解質の保持性を高めたりするため、コアシェル構造の粒子状結着材を用いること（特許文献１および２参照）、結着材として、粒子状結着材とフッ素樹脂とを併用すること（特許文献３参照）が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０２７９７号公報
【特許文献２】特開２００５−０１１８２２号公報
【特許文献３】特開２００８−２９３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スチレンブタジエンゴムは、非水電解質に対する濡れ性が低いため、充放電を繰り返すと、活物質粒子の周囲に、十分な量の非水電解質を保持できなくなり、合剤層内の非水電解質が不足する場合がある。その結果、イオン伝導性が低下し、容量維持率が低下する場合がある。
【０００８】
一方、ニトリルゴムは、非水電解質に対する濡れ性が高いため、活物質粒子の周囲に、十分な量の非水電解質を保持することができる。しかし、結着材が非水電解質により膨潤すると、活物質粒子間の結着性や活物質粒子と集電体との間の結着性が低下する。そのため、活物質粒子が脱落したり、合剤層が剥離したりすることにより、電池容量を損なう場合がある。また、充放電を繰り返すことにより、活物質粒子の膨張および収縮が繰り返された場合、さらに、活物質粒子が脱落しやすくなる。
【０００９】
特許文献１および２のようなコアシェル粒子では、非水電解質に対して濡れ性の高い材料をシェルに使用すると、非水電解質の保持性は確保できるものの、シェルが膨潤して、結着性が損なわれる。また、結着性が高い材料をシェルに使用すると、シェルの表面は、非水電解質に対する濡れ性が低いため、非水電解質を十分に保持できなくなる。つまり、極板強度と、非水電解質の保持性とを両立させることが困難である。
【００１０】
特許文献３のように、粒子状結着材とフッ素樹脂とを組み合わせる場合、フッ素樹脂は、活物質粒子の表面に広がって覆うように付着するため、充放電時の活物質粒子表面におけるリチウムの出入りを妨げ、電池容量を損なう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、非水電解質の保持性と、活物質粒子同士、または活物質粒子および集電体の結着性とを両立できる、リチウム二次電池用電極およびそれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。
本発明の一局面は、シート状の集電体と、この集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含み、黒鉛粒子の粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が５μｍ以上、かつ３０μｍ以下であり、粒子状結着材が、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ以上であり、第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ未満である、リチウム二次電池用電極に関する。
本発明の他の一局面は、正極、負極、これらの間に介在するセパレータ、および非水電解質を有し、負極が、前記の電極である、リチウム二次電池に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｄ５０が５〜３０μｍの黒鉛粒子と組み合わせる粒子状結着材として、平均粒径が１３０ｎｍ以上の第１のゴム状樹脂粒子と、これに比べて、非水電解質に対する膨潤性が高く、平均粒径が１３０ｎｍ未満の第２のゴム状樹脂粒子とを併用する。そのため、非水電解質の保持性と、活物質粒子同士、または活物質粒子および集電体の結着性とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極において、黒鉛粒子、第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の状態を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る角型のリチウム二次電池を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［電極］
本発明のリチウム二次電池用電極は、シート状の集電体と、集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含んでいる。黒鉛粒子は、粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が、５μｍ以上、かつ３０μｍ以下である。粒子状結着材は、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ以上であり、第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ未満である。
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電極において、黒鉛粒子、第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の状態を模式的に示す図である。
【００１６】
電極１は、集電体２と、この表面に付着した電極合剤層３とを有している。電極合剤層３は、黒鉛粒子４と、第１のゴム状樹脂粒子５と、第１のゴム状樹脂粒子５よりも平均粒径が小さな第２のゴム状樹脂粒子６とを含む。そのため、活物質としての黒鉛粒子４同士、ならびに黒鉛粒子４および集電体２が、平均粒径が大きな第１のゴム状樹脂粒子５の点接着により結着し易い。つまり、黒鉛粒子間、ならびに黒鉛粒子および集電体間は、主に、第１のゴム状樹脂粒子５により結着される。しかも、第１のゴム状樹脂粒子５は、第２のゴム状樹脂粒子６よりも、非水電解質に対する膨潤性が低い。そのため、非水電解質と接触した後も、膨潤により、電極合剤層３における結着性が低下するのを有効に防止できる。
【００１７】
また、平均粒径が小さな第２のゴム状樹脂粒子６は、黒鉛粒子４および集電体２、ならびに第１のゴム状樹脂粒子５の間に入り込んだ状態で、電極合剤層３中に存在する。第２のゴム状樹脂粒子６は、結着性を有するだけでなく、非水電解質との接触により膨潤して、非水電解質を黒鉛粒子４の周囲に保持することができる。また、平均粒径の小さな第２のゴム状樹脂粒子６が膨潤して、黒鉛粒子４同士の間隔が広がりにくいため、結着性の低下が起こりにくい。このようにして、本発明では、非水電解質の保持性と、黒鉛粒子同士、または黒鉛粒子および集電体の結着性とを両立することができる。
【００１８】
非水電解質に対する結着材の膨潤性が低い場合、黒鉛粒子の周囲に十分な非水電解質を保持することができず、特に、充放電を繰り返した場合には、液がれを生じ、イオン伝導性が低下して、容量維持率が低下する場合がある。それに対し、本発明では、第２のゴム状樹脂粒子により、黒鉛粒子の周辺に、非水電解質を十分に保持することができるため、十分なイオン伝導性を確保でき、高い電池容量が得られる。また、充放電を繰り返しても、液がれを抑制でき、高い容量維持率を維持できる。
【００１９】
非水電解質に対する結着材の膨潤性が高い場合、結着材が非水電解質により膨潤すると、結着性が損なわれる。そのため、黒鉛粒子が脱落したり、電極合剤層の一部が剥離したりして、電池容量が低下する場合がある。また、充放電を繰り返すと、黒鉛粒子の膨張および収縮に伴い、黒鉛粒子の脱離または合剤層の剥離が進行しやすくなる。よって、容量維持率が低下する場合がある。それに対し、本発明では、黒鉛粒子同士、ならびに黒鉛粒子および集電体の結着を、主に、非水電解質に対する膨潤性が低い第１のゴム状樹脂粒子が担う。そのため、非水電解質に対する膨潤により、結着性が低下するのを抑制できる。これにより、電池容量および容量維持率の低下を効果的に抑制できる。
【００２０】
（黒鉛粒子）
活物質粒子としての黒鉛粒子とは、黒鉛構造を有する領域を含む粒子の総称である。よって、黒鉛粒子には、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン粒子などが含まれる。
【００２１】
広角Ｘ線回折法で測定される黒鉛粒子の回折像は、（１１０）面に帰属されるピークと、（００４）面に帰属されるピークとを有する。ここで、（１１０）面に帰属されるピークの強度Ｉ（１１０）と、（００４）面に帰属されるピークの強度Ｉ（００４）との比は、好ましくは、０．０１＜Ｉ（１１０）／Ｉ（００４）＜０．２５、さらに好ましくは０．０８＜Ｉ（１１０）／Ｉ（００４）＜０．２０を満たす。なお、ピークの強度とは、ピークの高さを意味する。
【００２２】
黒鉛粒子のＤ５０は、好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１５μｍ以上である。黒鉛粒子のＤ５０は、好ましくは２７μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下である。これらの上限および下限の値は、任意に組み合わせることができる。黒鉛粒子の体積基準の粒度分布は、例えば、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製のマイクロトラック）により測定することができる。
【００２３】
黒鉛粒子の滑り性の観点から、黒鉛粒子の平均円形度は、好ましくは０．９０〜０．９５、さらに好ましくは０．９１〜０．９４である。黒鉛粒子の滑り性が高いと、合剤層における黒鉛粒子の充填性を向上させたり、黒鉛粒子間の接着強度をさらに向上させたりする上で有利である。なお、平均円形度は、４πＳ／Ｌ2（ただし、Ｓは黒鉛粒子の正投影像の面積、Ｌは正投影像の周囲長）で表される。例えば、任意の１００個の黒鉛粒子の円形度の平均値が上記範囲であることが好ましい。
【００２４】
（粒子状結着材）
粒子状結着材は、第１のゴム状樹脂粒子と第２のゴム状樹脂粒子とを含む。
第２のゴム状樹脂粒子は、第１のゴム状樹脂粒子よりも、非水電解質に対する膨潤性が高い。ゴム状樹脂粒子の膨潤性は、例えば、溶解度パラメータ（ＳＰ）の値を目安にすることができる。第２のゴム状樹脂粒子を構成する第２のゴム状樹脂の溶解度パラメータＳＰ2と、第１のゴム状樹脂粒子を構成する第１のゴム状樹脂の溶解度パラメータＳＰ1との差（ＳＰ2−ＳＰ1）は、例えば、１以上、好ましくは１．２以上、さらに好ましくは１．５以上である。また、差（ＳＰ2−ＳＰ1）は、例えば、６．５以下、好ましくは５以下、さらに好ましくは４．５以下である。これらの上限および下限の値は、任意に組み合わせることができる。
【００２５】
ＳＰ2は、非水電解質のＳＰ値に近い。非水電解質のＳＰ値は、例えば、１５〜２３、好ましくは１６〜２２である。
ＳＰ2は、例えば、１０．５〜１３．５、好ましくは１０．７〜１３．２、さらに好ましくは１１〜１３．１である。ＳＰ2がこのような範囲である場合、非水電解質の保持能およびイオン伝導性の点で、さらに有利である。
【００２６】
第１のゴム状樹脂または第２のゴム状樹脂としては、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、塩化ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴムなどの合成ゴムが例示できる。これらの合成ゴムは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。第１のゴム状樹脂と第２のゴム状樹脂とは、それぞれ、ＳＰ値を考慮した上で、これらの合成ゴムから適宜選択して組み合わせることができる。ＳＰ値は、構成モノマーの種類を変更したり、その割合を調整したりすることにより、調整することができる。
【００２７】
ブタジエンなどの、ゴム状樹脂にゴム弾性または柔軟性を付与するモノマー単位（軟質モノマー単位と称する場合がある）を含むゴム状樹脂は、軟質モノマー単位の割合を調整することにより、ＳＰ値およびゴム状樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）を容易に調整することができるため、膨潤性と結着性とを制御するのに有利である。
【００２８】
軟質モノマーとしては、そのホモポリマーのＴｇが低いモノマー、例えば、ホモポリマーのＴｇが０℃以下、好ましくは−１５℃以下であるモノマーなどが挙げられる。軟質モノマーのホモポリマーのＴｇの下限は、特に制限されず、例えば、−１３０℃、好ましくは−９０℃である。
【００２９】
軟質モノマーの具体例としては、ブタジエン、イソプレンなどのジエン；ジメチルシロキサンなどのジアルキルシロキサン；アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシルなどのアクリル酸Ｃ2-12アルキル；メタクリル酸ノニル、メタクリル酸ドデシルなどのメタクリル酸Ｃ8-14アルキルなどが挙げられる。これらのモノマーは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。軟質モノマーのうち、ゴム状樹脂の種類に応じて、ブタジエン、アクリル酸Ｃ2-12アルキル（好ましくはアクリル酸Ｃ2-10アルキル）、メタクリル酸Ｃ8-14アルキル（好ましくはメタクリル酸Ｃ9-12アルキル）などが好ましい。
【００３０】
好ましい第２のゴム状樹脂としては、ニトリルゴムが例示できる。ニトリルゴムは、通常、軟質モノマー単位として、主にブタジエン単位を含む。ニトリルゴムのＳＰ値は、ブタジエンなどの軟質モノマー単位の割合が多くなると小さくなる。そのため、ニトリルゴム中の軟質モノマー単位（特に、ブタジエン単位）の割合は、例えば、６０重量％以下、好ましくは５６．５重量％以下である。なお、適度な結着性を確保する観点から、ニトリルゴム中の軟質モノマー単位（特に、ブタジエン単位）の割合は、例えば、３０重量％以上、好ましくは３３重量％以上である。
【００３１】
好ましい第１のゴム状樹脂としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、塩化ゴム、アクリルゴムおよびウレタンゴムなどが例示できる。これらの合成ゴムのＳＰ値は、一般に、７以上、１０．５未満である。
【００３２】
上記第１のゴム状樹脂のうち、ブタジエン単位、アクリル酸Ｃ2-12アルキル単位、および／またはメタクリル酸Ｃ8-14アルキル単位などの軟質モノマー単位を含む合成ゴム、例えば、スチレンブタジエンゴム、アクリルゴムなどが好ましい。これらの合成ゴムにおいても、ニトリルゴムの場合と同様に、ＳＰ値は、軟質モノマー単位の割合が多くなると小さくなり、少なくなると大きくなる。そのため、合成ゴム中の軟質モノマー単位の割合は、例えば、３０重量％以上、好ましくは４０重量％以上である。また、結着性を確保する観点から、合成ゴム中の軟質モノマー単位の割合は、例えば、７０重量％以下、好ましくは６７重量％以下である。なお、スチレンブタジエンゴムは、通常、軟質モノマー単位として、主にブタジエン単位を含む。そのため、ブタジエン単位の割合を上記の軟質モノマー単位の割合の範囲から選択してもよい。また、アクリルゴムは、通常、軟質モノマー単位として、主にアクリル酸Ｃ2-12アルキル単位およびメタクリル酸Ｃ8-14アルキル単位からなる群より選択された少なくとも一種を含む。
【００３３】
第１のゴム状樹脂のＴｇは、例えば、０℃以下、好ましくは−５℃以下である。このような範囲では、より高い結着性が得られる。そのため、黒鉛粒子間の剥離強度、電極合剤層の集電体に対する剥離強度を、より有効に高めることができる。Ｔｇの下限は特に制限されないが、例えば、−４０℃程度である。
第１のゴム状樹脂のＴｇは、第２のゴム状樹脂のＴｇと同じであってもよいが、第２のゴム状樹脂のＴｇよりも低くてもよい。第２のゴム状樹脂のＴｇと第１のゴム状樹脂のＴｇとの差は、例えば、１〜７０℃、好ましくは５〜６０℃である。
【００３４】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ以上、好ましくは１４０ｎｍ以上、さらに好ましくは１８０ｎｍ以上である。平均粒径が、１３０ｎｍ未満では、十分な結着性が得られない場合がある。
【００３５】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、例えば、５００ｎｍ以下、好ましくは４００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下である。これらの下限値と上記の上限値は、それぞれ、任意に組み合わせることができる。平均粒径がこのような範囲である場合、黒鉛粒子同士、ならびに黒鉛粒子および集電体を、より効果的に結着することができる。
【００３６】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、黒鉛粒子のＤ５０に対して、例えば、０．５〜５％、好ましくは０．５５〜３．５％、さらに好ましくは０．６〜２％である。このような範囲では、黒鉛粒子同士、黒鉛粒子および集電体を、効果的に点接着により結着できる。
【００３７】
第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径と第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径との差は、例えば、５０ｎｍ以上、好ましくは７０ｎｍ以上、さらに好ましくは８０ｎｍ以上である。両粒子の平均粒径の差が、このような範囲にある場合、黒鉛粒子同士、並びに黒鉛粒子および集電体を第１のゴム状樹脂粒子が結着し、これらの間に、第２のゴム状樹脂粒子が入り込みやすくなる。両粒子の平均粒径の差の上限は、特に制限されず、例えば、３００ｎｍである。
【００３８】
第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、１３０ｎｍ未満、好ましくは１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１１０ｎｍ以下である。平均粒径が、１３０ｎｍ以上では、黒鉛粒子同士、ならびに黒鉛粒子および集電体が、第２のゴム状樹脂粒子で結着される割合が多くなり、非水電解質との接触により、結着性が損なわれる場合がある。
【００３９】
第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径は、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは４０ｎｍ以上である。第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、このような範囲にあるとき、第１のゴム状樹脂粒子により結着された黒鉛粒子、ならびに黒鉛粒子および集電体の周囲に形成された隙間に、第２のゴム状樹脂粒子が入り込みやすい。これらの下限値と、上記の上限値とは、任意に組み合わせることができる。
【００４０】
なお、第１のゴム状樹脂粒子（または第２のゴム状樹脂粒子）の平均粒径とは、第１のゴム状樹脂粒子（または第２のゴム状樹脂粒子）の体積粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）を意味する。第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の体積粒度分布は、例えば、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により測定することができる。
【００４１】
第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の総量は、黒鉛粒子１００重量部に対して、例えば、０．１〜３重量部、好ましくは０．２〜１．５重量部である。このような範囲では、結着性を維持しながらも、黒鉛粒子の表面が結着材により必要以上に覆われるのを抑制でき、充放電時に、リチウムの吸収および放出を効率よく行うことができる。
【００４２】
第１のゴム状樹脂粒子と、第２のゴム状樹脂粒子との重量割合（第１のゴム状樹脂粒子／第２のゴム状樹脂粒子）は、例えば、５０／５０〜９０／１０、好ましくは５５／４５〜８５／１５である。両粒子の重量割合が、このような範囲である場合、より高い結着性が得られるとともに、非水電解質の保持性を高めることができる。
【００４３】
第１のゴム状樹脂粒子による黒鉛粒子の被覆率Ｃ1は、例えば、２０〜６５％、好ましくは２５〜５８％である。第２のゴム状樹脂粒子による黒鉛粒子の被覆率Ｃ2は、被覆率Ｃ1に対して０．１〜２倍、好ましくは０．５〜１．２倍である。被覆率が、このような範囲である場合、より高い結着性が得られるとともに、非水電解質の保持性を高めることができる。
【００４４】
黒鉛粒子の被覆率Ｃ1およびＣ2は、黒鉛粒子を球形と仮定したときに平均粒径から求められる黒鉛粒子の表面積ＳＡに対する、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の投影面積の総和の比である。ゴム状樹脂粒子の投影面積としては、複数のゴム状樹脂粒子が黒鉛粒子に、均一に付着していると仮定して、ゴム状樹脂粒子の平均粒径から求められる断面積を用いる。黒鉛粒子の被覆率Ｃ1およびＣ2は、それぞれ、下記式で表わすことができる。
【００４５】
Ｃ1＝Ｓ1／ＳＡ×１００（％）
Ｃ2＝Ｓ2／ＳＡ×１００（％）
Ｓ1は、黒鉛粒子に付着した第１のゴム状樹脂粒子の断面積の総和であり、Ｓ2は、黒鉛粒子に付着した第２のゴム状樹脂粒子の断面積の総和である。なお、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の個数は、例えば、透過型電子顕微鏡により撮影したＳＥＭ写真に基づいて決定できる。被覆率Ｃ1およびＣ2は、複数の黒鉛粒子の平均値として算出してもよい。
【００４６】
また、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の個数は、使用する第１および第２のゴム状樹脂粒子の全てが、全ての黒鉛粒子の表面に均一に付着していると仮定して算出してもよい。このような仮定により、１つの黒鉛粒子に付着した第１および第２のゴム状樹脂粒子の個数の平均値をそれぞれ算出できる。この算出値に基づいて、各ゴム状樹脂粒子の断面積の総和を求めてもよい。この場合、各ゴム状樹脂粒子の断面積の総和は、第１および第２の各ゴム状樹脂粒子の使用量、第１のゴム状樹脂粒子と第２のゴム状樹脂粒子との重量比、および各ゴム状樹脂粒子の平均粒径に基づいて算出できる。算出した断面積の総和および黒鉛粒子の表面積に基づいて、上記と同様に、各ゴム状樹脂粒子の被覆率を算出してもよい。
【００４７】
電極合剤層は、導電剤、増粘剤などを任意成分として含んでもよい。
導電剤としては、カーボンブラック、フッ化カーボン、金属粉末、導電性繊維（炭素繊維、金属繊維など）などが例示できる。導電剤の割合は、特に制限されず、黒鉛粒子１００重量部に対して、例えば、０．１〜５重量部である。
【００４８】
増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース誘導体；ポリエチレングリコールなどのポリＣ2-4アルキレングリコール；ポリビニルアルコール；可溶化変性ゴムなどが挙げられる。増粘剤の割合は、特に制限されず、黒鉛粒子１００重量部に対して、例えば、０．１〜５重量部である。
【００４９】
集電体は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などの材料で形成される。集電体は、無孔の導電性基板であってもよく、複数の貫通孔を有する多孔性の導電性基板であってもよい。無孔の集電体としては、金属箔、金属シートなどが利用できる。多孔性の集電体としては、連通孔（穿孔）を有する金属箔、メッシュ体、パンチングシート、エキスパンドメタルなどが例示できる。
集電体の厚みは、強度および軽量性の観点から、例えば、３〜５０μｍの範囲から選択できる。
【００５０】
電極合剤層は、黒鉛粒子、粒子状結着材および分散媒を含むスラリーを、集電体の表面に塗布し、乾燥することにより形成できる。乾燥後、塗膜は、所望の厚みになるように、通常、圧延される。電極合剤層は、集電体の両方の表面に形成してもよく、片方の表面に形成してもよい。
電極合剤層の厚みは、例えば、１０〜１００μｍである。
電極合剤層における黒鉛密度は、例えば、１．４〜１．９ｇ／ｃｍ3、好ましくは１．５〜１．８ｇ／ｃｍ3である。
【００５１】
分散媒としては、例えば、水の他、エタノールなどのアルコール（Ｃ1-3アルカノールなど）、アセトンなどのケトン、アセトニトリルなどのニトリル、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの有機溶媒、またはこれらの混合溶媒などが例示できる。合剤層において、結着材の粒子の形状を維持するため、粒子状結着材をほとんど溶解しない溶媒を分散媒として用いるのが好ましい。分散媒としては、水、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒などが好ましい。
【００５２】
［リチウム二次電池］
本発明のリチウム二次電池は、上記電極を負極として含む。リチウム二次電池は、詳しくは、このような負極に加え、正極、これらの間に介在するセパレータ、および非水電解質を有する。以下、負極以外の各構成要素について、詳細に説明する。
【００５３】
（正極）
正極は、正極集電体と、正極集電体の表面に形成された正極合剤層とを含む。
正極集電体は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどの材料を含む。正極集電体の形態としては、負極集電体で例示したものと同様のものが挙げられる。また、集電体の厚みも、負極集電体と同様の範囲から選択できる。
【００５４】
正極合剤層は、正極集電体の両方の表面に形成してもよく、片方の表面に形成してもよい。
正極合剤層の厚みは、例えば、１０〜７０μｍである。
正極活物質としては、公知のリチウム二次電池用正極活物質が使用でき、その中でも、リチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸リチウムなどが好ましい。
【００５５】
リチウム含有複合酸化物は、リチウムと遷移金属元素とを含む金属酸化物またはこの金属酸化物中の遷移金属元素の一部が異種元素によって置換された酸化物である。遷移金属元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒなどを挙げることができる。これらの遷移金属元素の中でも、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉなどが好ましい。異種元素としては、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂなどが挙げられる。これらの異種元素の中でも、Ｍｇ、Ａｌなどが好ましい。遷移金属元素及び異種元素は、それぞれ一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
【００５６】
リチウム含有複合酸化物の具体例としては、例えば、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏmＮｉ1-mＯ2、ＬｉxＣｏmＭ1-mＯn、ＬｉxＮｉ1-mＭmＯn、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-mＭｎＯ4などが挙げられる。Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。ｘ、ｍおよびｎは、それぞれ、０＜ｘ≦１．２であり、０≦ｍ≦０．９であり、２．０≦ｎ≦２．３である。これらのリチウム含有複合酸化物の中でも、ＬｉxＣｏmＭ1-mＯnが好ましい。Ｍは、少なくともＭｎおよび／またはＮｉを含むのが好ましい。
【００５７】
オリビン型リン酸リチウムとしては、例えば、ＬｉＺＰＯ4、Ｌｉ2ＺＰＯ4Ｆなどが挙げられる。Ｚは、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。
上記した各組成式において、リチウムのモル比は正極活物質合成直後の値であり、充放電により増減する。正極活物質は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
【００５８】
正極合剤層は、正極活物質、結着材および分散媒を含むスラリーを用いて、前述の電極合剤層（負極合剤層）と同様の方法で形成できる。分散媒としては、前記例示のもののうち、有機溶媒を用いる場合が多い。
【００５９】
結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂；ポリアクリル酸メチルなどのアクリル樹脂；スチレン−ブタジエンゴム、アクリルゴムなどのゴム状樹脂；またはこれらの混合物などが挙げられる。結着材の割合は、正極活物質１００重量部に対して、例えば、０．１〜１５重量部である。
【００６０】
正極合剤層は、既述の電極合剤層と同様に、必要により、導電剤および／または増粘剤を含んでもよい。導電剤としては、電極合剤層で例示したものに加え、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイトなども使用できる。増粘剤としては、電極合剤層で例示したものが利用できる。導電剤および増粘剤の割合も、電極合剤層と同様の範囲から選択できる。
【００６１】
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の、微多孔フィルム、不織布または織布などが使用できる。セパレータを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン；ポリアミド；ポリアミドイミド；ポリイミドなどが例示できる。
セパレータの厚みは、例えば、５〜５０μｍである。
【００６２】
（非水電解質）
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩とを含む。非水電解質は、ＳＰ値が、前述の範囲となるように、溶媒の種類や混合比、もしくはリチウム塩の種類や濃度を調整するのが好ましい。
非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル；ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが例示できる。これらの非水溶媒は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
【００６３】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3などが挙げられる。リチウム塩は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
非水電解質中のリチウム塩の濃度は、例えば、０．５〜１．５Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）である。
【００６４】
非水電解質には、公知の添加剤、例えば、ビニレンカーボネートなどのビニレンカーボネート化合物；ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネートなどのビニル基を有する環状カーボネート化合物；シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどの芳香族化合物などを添加してもよい。
【００６５】
リチウム二次電池は、通常、正極、負極およびこれらを隔離するセパレータを、非水電解質とともに、電池ケースに収容することにより作製できる。
電池ケース材料としては、鋼鈑、アルミニウム、アルミニウム合金（マンガン、銅等などの金属を微量含有する合金など）などが使用できる。
【００６６】
リチウム二次電池の形状は、円筒型、角型、コイン型などであってもよい。円筒型または角型の電池では、電池ケースへの収容に先だって、正極と、負極と、これらを隔離するセパレータとを、捲回、積層またはつづら折りにして電極群を形成してもよい。電極群の形状は、電池または電池ケースの形状に応じて、円筒状、捲回軸に垂直な端面が長円形である扁平形状であってもよい。
【００６７】
図２は、本発明の一実施形態に係る角型のリチウム二次電池を模式的に示す斜視図である。図２では、電池２１の要部の構成を示すために、その一部を切り欠いて示している。電池２１は、角型電池ケース１１内に、扁平状電極群１０および非水電解質（図示せず）が収容された角型電池である。
【００６８】
正極、負極、およびセパレータ（いずれも図示せず）を、正極と負極とをセパレータで絶縁させた状態となるように重ね合わせて捲回して捲回体を形成する。得られた捲回体を側面から挟み込むようにプレスして扁平状に成形することにより、電極群１０を作製する。正極の正極集電体に、正極リード１４の一端部を接続し、他端部を、正極端子としての機能を有する封口板１２と接続する。負極の負極集電体に、負極リード１５の一端部を接続し、他端部を、負極端子１３と接続する。封口板１２と、負極端子１３との間には、ガスケット１６が配置され、両者を絶縁している。封口板１２と、電極群１０との間には、通常、ポリプロピレンなどの絶縁性材料で形成された枠体１８が配置され、負極リード１５と封口板１２とを絶縁している。
【００６９】
封口板１２は、角型電池ケース１１の開口端に接合され、角型電池ケース１１を封口する。封口板１２には、注液孔１７ａが形成されており、注液孔１７ａは、非水電解質を角型電池ケース１１内に注液した後に、封栓１７により塞がれる。
【実施例】
【００７０】
以下に、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
合成例１
スチレン３５ｇ、アクリル酸１．５ｇ、イオン交換水５０ｇおよびアニオン性界面活性剤（第１工業製薬社製、ネオゲンＲＫ）２ｇを、ホモミキサーを用いて混合し、モノマー乳化物を得た。
オートクレーブに、窒素置換した滴下装置および撹拌機をセットした。オートクレーブ内に、イオン交換水９０ｇを仕込み、撹拌しながら、７０℃まで昇温し、イオン交換水１０ｇに過硫酸カリウム０．５ｇを溶解させた水溶液を添加した。温度を維持した状態で、撹拌を継続しながら、上記モノマー乳化物およびブタジエン６５ｇを、４時間かけて、圧力封入により滴下した。このような操作により、スチレンブタジエンゴム粒子（SBR1）を含むエマルジョンを得た。得られたSBR1の平均粒径（体積平均のメジアン径）は、２５０ｎｍであり、ガラス転移点は、−２５℃であり、ＳＰ値は９．２であった。
ガラス転移点は、示差走査熱量計（ＴＡインスツルメンツ社製、Ｑ２０００）を用いて測定した。
モノマーのＳＰ値を、Ｆｅｄｏｒｓ法により算出し、構成モノマーの共重合比（モル比）の平均値に基づいて、ゴム状樹脂のＳＰ値を算出した。
【００７１】
合成例２〜４
モノマーおよびアニオン性界面活性剤の量を、表１のように変更する以外は、合成例１と同様に操作を行い、スチレンブタジエンゴム粒子SBR2、SBR3およびSBR4を得た。
【００７２】
合成例５
ブタジエン６５ｇに代えて、アクリル酸ｎ−ブチル７５ｇを用いるとともに、他のモノマーおよびアニオン性界面活性剤の量を表１に示す量に変更する以外は、合成例１と同様に操作を行い、アクリルゴム粒子ACRを得た。
【００７３】
合成例６〜９
スチレン３５ｇに代えて、表１に示す量のアクリロニトリルを用いるとともに、他のモノマーおよびアニオン性界面活性剤の量を表１に示す量に変更する以外は、合成例１と同様に操作を行い、ニトリルゴム粒子NBR1、NBR2、NBR3およびNBR4を得た。
【００７４】
表１に、合成例１〜９で使用したモノマーの種類および量、並びにアニオン性界面活性剤の量とともに、得られたゴム粒子の平均粒径、ガラス転移点およびＳＰ値を示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
実施例１
（１）負極の作製
天然黒鉛粒子（平均粒径２１μｍ）１００重量部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１重量部、第１のゴム状樹脂粒子０．８重量部、第２のゴム状樹脂粒子０．２重量部、および適量の水を双腕型混練機で混練し、スラリーを調製した。第１のゴム状樹脂粒子として、合成例１で得られたSBR1を用い、第２のゴム状樹脂粒子として、合成例６で得られたNBR1を用いた。
スラリーを、厚さ１０μｍの銅箔（負極集電体）の両面に塗布し、塗膜を乾燥した後、２０００Ｎ／ｃｍの線圧で圧延し、負極を作製した。両面の負極合剤層と負極集電体との合計厚さは１５０μｍであった。その後、負極を所定の寸法に裁断して、帯状の負極を得た。
（２）正極の作製
ＬｉＮｉ0.82Ｃｏ0.15Ａｌ0.03Ｏ2（正極活物質）１００重量部、アセチレンブラック（導電剤）１重量部、ポリフッ化ビニリデン（結着剤）１重量部および適当量のＮ−メチル−２−ピロリドンを双腕型混練機で混合し、正極スラリーを調製した。この正極スラリーを厚さ１５μｍの帯状アルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布し、得られた塗膜を乾燥した後、圧延して、正極を作製した。両面の正極合剤層と正極集電体との合計厚さは１２０μｍであった。その後、正極を所定の寸法に裁断して、帯状の正極を得た。
【００７７】
（３）非水電解質の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比１：３で混合した混合溶媒９９重量部に、ビニレンカーボネート１重量部を添加して、混合溶液を得た。この混合溶液に、濃度が１．０ｍｏｌ／ＬとなるようにＬｉＰＦ6を溶解することにより、非水電解質を調製した。非水電解質のＳＰ値は、２１であった。
【００７８】
（４）電池の組み立て
（１）および（２）で得られた正極および負極を用い、次のようにして電極群を作製した。
アルミニウム製正極リードの一端を正極集電体に接続した。ニッケル製負極リードの一端を負極集電体に接続した。正極と負極とを、厚さ１６μｍのポリエチレン製多孔質シート（セパレータ）で隔離して、これらを捲回した。得られた捲回式電極群を、２５℃環境下、プレス圧０．２５ＭＰａでプレスし、扁平状の電極群を作製した。
得られた電極群および（３）で得られた非水電解質を用いて、前述のようにして、図２に示すリチウム二次電池を作製した。
【００７９】
実施例２〜６、ならびに比較例１
第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子として、表２に示すゴム状樹脂粒子を、天然黒鉛粒子１００重量部に対して表２に示す添加量で用いる以外は、実施例１と同様にして、負極を作製した。得られた負極を用いる以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【００８０】
比較例２および３
第１のゴム状樹脂粒子として、表２に示すゴム状樹脂粒子を、天然黒鉛粒子１００重量部に対して表２に示す添加量で用い、第２のゴム状樹脂粒子を用いない以外は、実施例１と同様にして、負極を作製した。得られた負極を用いる以外は、実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【００８１】
実施例および比較例で得られた負極、またはリチウム二次電池について、下記の評価を行った。
【００８２】
［被覆率］
実施例および比較例で得られた負極について、黒鉛粒子の表面に付着した、第１および第２のゴム状樹脂粒子の断面積の総和Ｓ1およびＳ2をそれぞれ求めた。算出した各ゴム状樹脂粒子の断面積の総和Ｓ1およびＳ2、および黒鉛粒子の表面積ＳＡに基づいて、既述の式により、第１および第２のゴム状樹脂粒子による黒鉛粒子の被覆率Ｃ1およびＣ2を、それぞれ算出した。なお、使用した第１および第２のゴム状樹脂粒子の全てが、黒鉛粒子の表面に均一に付着していると仮定して、黒鉛粒子に付着したゴム状樹脂粒子の個数を算出し、この算出値に基づいて、Ｓ1およびＳ2を算出した。
【００８３】
［剥離強度（負極集電体に対する負極合剤層の剥離強度）］
実施例および比較例で得られた負極を裁断して幅１５ｍｍ、長さ８０ｍｍの試験片を作製した。両面テープ（品番：Ｎｏ．１５１、日東電工（株）製）を試験片の一方の面の負極合剤層に貼り付け、表面が平滑なステンレス鋼基板に固定した。試験片が固定されたステンレス鋼基板を、水平になるように設置した。試験片の長手方向における負極集電体の一端を、引張り試験機（商品名：テンシロン万能試験機ＲＴＣ１２１０、（株）エー・アンド・デイ製）の可動冶具に固定し、ステンレス鋼基板の基板面に対して９０°の方向に負極集電体を剥離するように設定した。そして、可動治具を移動させ、試験片の負極合剤層と負極集電体とを２０ｍｍ／分の速度で剥離させた。その際、引張方向は試験片を固定しているステンレス鋼基板の基板面に対して常に９０°に維持した。試験片の３０ｍｍ以上が剥離した時の、安定した引張り強度の数値を読み取り、負極合剤層の負極集電体からの剥離強度（Ｎ／ｍ）とした。
【００８４】
［粒子間強度（負極合剤層における黒鉛粒子間の結着強度）］
実施例および比較例で得られた負極を裁断し、２ｃｍ×３ｃｍの負極片を得た。得られた負極片の一方の面の負極合剤層を剥がし、他方の面の負極合剤層をそのまま残した。この負極片を、ガラス板上に貼り付けた両面テープ（品番：Ｎｏ．５１５、日東電工（株）製）に、他方の面の負極合剤層と両面テープの接着剤層とが接着するように貼り付けた。次いで、負極片から負極集電体を剥離して負極合剤層を露出させた。これにより、両面テープの片面に負極合剤層が付着した測定用試料を作製した。
【００８５】
上記で得られた測定用試料の、負極合剤層が付着していない両面テープの面を、タッキング試験機（商品名：ＴＡＣ−ＩＩ、（株）レスカ製）の測定子（先端直径０．２ｃｍ、断面積０．０３１ｃｍ2）の先端に貼り付けた。次に、測定プローブを、下記試験条件で、負極合剤層に押しつけ、引き離す剥離試験を行った。この剥離試験において、黒鉛粒子間で剥離が起る最大荷重を測定した。測定された最大荷重を測定子の断面積で除した値を、負極合剤層の結着強度（Ｎ／ｃｍ2）とした。
【００８６】
試験条件：プローブの押し込み速度３０ｍｍ／分
プローブの押し込み時間１０秒
プローブの押し込み荷重３．９Ｎ
プローブの引き離し速度６００ｍｍ／分
【００８７】
［電池容量］
実施例および比較例で得られたリチウム二次電池について、下記条件で充放電サイクルを３回繰返し、３回目の放電容量を求め、電池容量（ｍＡｈ）とした。充放電サイクルでは、まず、下記条件で、定電流充電を行い、引き続いて定電圧充電を行った後、定電流放電を行った。
【００８８】
定電流充電：２００ｍＡ、終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：終止電流２０ｍＡ、休止時間２０分
定電流放電：電流２００ｍＡ、終止電圧２．５Ｖ、休止時間２０分
【００８９】
［容量維持率］
実施例および比較例のリチウム二次電池について、４５℃において、下記条件で充放電サイクルを５００回繰り返した。充放電サイクルでは、まず、下記条件で定電流充電を行い、引き続いて定電圧充電を行った後、定電流放電を行った。
【００９０】
定電流充電：充電電流値５００ｍＡ／充電終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：充電電圧値４．２Ｖ／充電終止電流１００ｍＡ
定電流放電：放電電流値５００ｍＡ／放電終止電圧３Ｖ
そして、１回目の放電容量に対する５００回目の放電容量の百分率として、容量維持率（％）を求めた。
上記の評価結果を、表２に示す。
【００９１】
【表２】
【００９２】
実施例の負極では、剥離強度、および黒鉛粒子間強度のいずれも高かった。つまり、実施例の負極は、負極集電体と負極合剤層との密着性に優れるとともに、黒鉛粒子間の結着性が高い。これらは、集電体と黒鉛粒子との間、および黒鉛粒子間に、平均粒径の大きな第１のゴム状樹脂粒子が存在することにより、集電体および黒鉛粒子、ならびに黒鉛粒子同士を、第１のゴム状樹脂粒子の点接着により結着させることができたためである。また、実施例では、高い電池容量が得られ、充放電を５００サイクル繰り返した後の容量維持率も高かった。平均粒径の小さな第２のゴム状樹脂粒子は、黒鉛粒子間に適度に存在することにより、第１のゴム状樹脂粒子による結着を妨げない。また、第２のゴム状樹脂粒子は、非水電解質に対する膨潤性が高く、非水電解質を効果的に保持できる。そのため、高い電池容量が得られたと考えられる。また、集電体および黒鉛粒子、ならびに黒鉛粒子同士を結着する第１のゴム状樹脂粒子は、非水電解質に対する膨潤性が低い。つまり、第１のゴム状樹脂粒子は、それほど膨潤せずに、結着性を確保し、第２のゴム状樹脂粒子で非水電解質の保持性を確保する。よって、負極の過剰な膨潤が抑制され、充放電を繰り返しても、活物質や合剤層の脱落や剥離が抑制され、イオン導電性を確保でき、これにより、サイクル後も高い容量維持率が得られたと考えられる。
【００９３】
一方、比較例１では、実施例に比較して、電池容量が低く、剥離強度および粒子間強度でも劣っている。比較例１では、集電体および黒鉛粒子間、ならびに黒鉛粒子間が、主に、非水電解質に対する膨潤性の高いゴム状樹脂粒子で結着されている。電池容量の低下は、膨潤により、負極合剤層が膨張しすぎたり、活物質の脱落や合剤層の剥離が生じたりしたことによるものと考えられる。また、剥離強度および粒子間強度は、結着を担うゴム状樹脂粒子の非水電解質に対する膨潤性を高くしたことに伴い、Ｔｇも高くなったため、低下したものと考えられる。
【００９４】
また、比較例２では、充放電を５００回サイクル繰り返した後の容量維持率が低い。これは、比較例２で用いたゴム状樹脂粒子が、非水電解質に対して濡れ性が低く、充放電を繰り返すうちに、液枯れが生じたためと考えられる。
【００９５】
比較例３では、実施例に比べて、電池容量が低い。これは、粒径の小さなゴム状樹脂粒子だけを用いることにより、黒鉛粒子が過剰に被覆され、黒鉛間の導電性が損なわれるためと考えられる。加えて、用いたゴム状樹脂粒子の非水電解質に対する膨潤性が高いため、負極合剤層が膨張しすぎたり、活物質の脱落や合剤層の剥離が生じたりすることによるものと考えられる。比較例３では、剥離強度および粒子間強度のいずれも顕著に低い。これは、膨潤性の高いゴム状樹脂粒子だけを用いたため、ゴム状樹脂粒子のＴｇも高くなり、集電体および黒鉛粒子の間、ならびに黒鉛粒子間を結着する力が十分に得られなかったためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の電極およびこれを具備するリチウム二次電池は、携帯用電子機器の電源として有用である。携帯用電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラなどがある。また、本発明の電極およびこれを具備するリチウム二次電池は、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、プラグインＨＥＶなどにおける電気モータ駆動用の主電源または補助電源、電動工具、掃除機、ロボットなどの駆動用電源などとしての利用も期待される。
【符号の説明】
【００９７】
１ 電極
２ 集電体
３ 電極合剤層
４ 黒鉛粒子
５ 第１のゴム状樹脂粒子
６ 第２のゴム状樹脂粒子
１０ 電極群
１１ 角型電池ケース
１２ 封口板
１３ 負極端子
１４ 正極リード
１５ 負極リード
１６ ガスケット
１７ 封栓
１７ａ 注液孔
１８ 絶縁性枠体
２１ リチウム二次電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の集電体と、前記集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、
前記電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含み、
前記黒鉛粒子の粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が５μｍ以上、かつ３０μｍ以下であり、
前記粒子状結着材が、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が前記第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、
前記第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ以上であり、
前記第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ未満である、リチウム二次電池用電極。
【請求項２】
前記第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、５００ｎｍ以下であり、前記第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、３０ｎｍ以上であり、前記第１のゴム状樹脂粒子と前記第２のゴム状樹脂粒子との平均粒径の差が、５０ｎｍ以上である、請求項１に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項３】
前記第２のゴム状樹脂粒子を構成する第２のゴム状樹脂の溶解度パラメータＳＰ2が、１０．５〜１３．５であり、前記第１のゴム状樹脂粒子を構成する第１のゴム状樹脂粒子の溶解度パラメータＳＰ1が、前記ＳＰ2よりも小さく、前記ＳＰ2と前記ＳＰ1との差が、１以上、かつ６．５以下である、請求項１または２に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項４】
前記第１のゴム状樹脂が、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、塩化ゴム、アクリルゴムおよびウレタンゴムからなる群より選択された少なくとも一種である、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項５】
前記第１のゴム状樹脂が、スチレンブタジエンゴムであり、３０〜７０重量％のブタジエン単位を含む、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項６】
前記第１のゴム状樹脂が、３０〜７０重量％の軟質モノマー単位を含むアクリルゴムであり、前記軟質モノマー単位が、アクリル酸Ｃ2-12アルキル単位およびメタクリル酸Ｃ8-14アルキル単位からなる群より選択された少なくとも一種である、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項７】
前記第２のゴム状樹脂が、ニトリルゴムであり、前記ニトリルゴムが、３０〜６０重量％のブタジエン単位を含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項８】
前記第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の総量が、前記黒鉛粒子１００重量部に対して、０．１〜３重量部である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項９】
前記第１のゴム状樹脂粒子と、前記第２のゴム状樹脂粒子との重量割合が、５０／５０〜９０／１０である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項１０】
前記第１のゴム状樹脂粒子による前記黒鉛粒子の被覆率Ｃ1が、２０〜６５％であり、前記第２のゴム状樹脂粒子による前記黒鉛粒子の被覆率Ｃ2が、前記被覆率Ｃ1に対して
０．１〜２倍である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項１１】
正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、および非水電解質を有し、前記負極が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電極である、リチウム二次電池。
【請求項１２】
前記非水電解質の溶解度パラメータが１５〜２３である、請求項１１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１】
シート状の集電体と、前記集電体の表面に付着した電極合剤層とを有し、
前記電極合剤層が、黒鉛粒子および粒子状結着材を含み、
前記黒鉛粒子の粒度分布において、累積体積が５０％となる粒径Ｄ５０が５μｍ以上、かつ３０μｍ以下であり、
前記粒子状結着材が、第１のゴム状樹脂粒子と、非水電解質に対する膨潤性が前記第１のゴム状樹脂粒子より高い第２のゴム状樹脂粒子とを含み、
前記第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ以上であり、
前記第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、１３０ｎｍ未満である、リチウム二次電池用電極。
【請求項２】
前記第１のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、５００ｎｍ以下であり、前記第２のゴム状樹脂粒子の平均粒径が、３０ｎｍ以上であり、前記第１のゴム状樹脂粒子と前記第２のゴム状樹脂粒子との平均粒径の差が、５０ｎｍ以上である、請求項１に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項３】
前記第２のゴム状樹脂粒子を構成する第２のゴム状樹脂の溶解度パラメータＳＰ2が、１０．５〜１３．５であり、前記第１のゴム状樹脂粒子を構成する第１のゴム状樹脂粒子の溶解度パラメータＳＰ1が、前記ＳＰ2よりも小さく、前記ＳＰ2と前記ＳＰ1との差が、１以上、かつ６．５以下である、請求項１または２に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項４】
前記第１のゴム状樹脂が、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、塩化ゴム、アクリルゴムおよびウレタンゴムからなる群より選択された少なくとも一種である、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項５】
前記第１のゴム状樹脂が、スチレンブタジエンゴムであり、３０〜７０重量％のブタジエン単位を含む、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項６】
前記第１のゴム状樹脂が、３０〜７０重量％の軟質モノマー単位を含むアクリルゴムであり、前記軟質モノマー単位が、アクリル酸Ｃ2-12アルキル単位およびメタクリル酸Ｃ8-14アルキル単位からなる群より選択された少なくとも一種である、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項７】
前記第２のゴム状樹脂が、ニトリルゴムであり、前記ニトリルゴムが、３０〜６０重量％のブタジエン単位を含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項８】
前記第１のゴム状樹脂粒子および第２のゴム状樹脂粒子の総量が、前記黒鉛粒子１００重量部に対して、０．１〜３重量部である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項９】
前記第１のゴム状樹脂粒子と、前記第２のゴム状樹脂粒子との重量割合が、５０／５０〜９０／１０である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項１０】
前記第１のゴム状樹脂粒子による前記黒鉛粒子の被覆率Ｃ1が、２０〜６５％であり、前記第２のゴム状樹脂粒子による前記黒鉛粒子の被覆率Ｃ2が、前記被覆率Ｃ1に対して
０．１〜２倍である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項１１】
正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、および非水電解質を有し、前記負極が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電極である、リチウム二次電池。
【請求項１２】
前記非水電解質の溶解度パラメータが１５〜２３である、請求項１１に記載のリチウム二次電池。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１８２０１２（Ｐ２０１２−１８２０１２Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４１０２（Ｐ２０１１−４４１０２）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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