非水電解質二次電池用セパレータおよび非水電解質二次電池
【課題】薄くても耐久性に優れ、電池の出力特性を低下させず、電池の安全性も確保できる非水電解質二次電池用セパレータを提供する。
【解決手段】高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層（Ｂ層）とを有し、Ｂ層の厚み（ＴB）に対するＡ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）が、２．５以上、１３以下である非水電解質二次電池用セパレータ。
【解決手段】高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層（Ｂ層）とを有し、Ｂ層の厚み（ＴB）に対するＡ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）が、２．５以上、１３以下である非水電解質二次電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池用セパレータおよび非水電解質二次電池に関し、詳しくは、安全性および出力特性に優れた非水電解質二次電池を与えるセパレータおよびこれを含む非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、従来の二次電池に比べて、高容量でエネルギー密度が高いため、小型電子機器、例えば、携帯電話、ノートパソコンなどに積極的に用いられている。
【０００３】
非水電解質二次電池は、非水電解質と、正極と、負極とを含んでいる。非水電解質は、一般に、非水溶媒およびこれに溶解したリチウム塩からなる。正極は、正極活物質およびこれを担持する正極集電体を含む。正極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。負極は、負極活物質およびこれを担持する負極集電体を含む。負極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。正極および負極は、例えばシート状または短冊状である。
【０００４】
正極と負極との間には、絶縁性の多孔質材料からなるセパレータが介在している。例えば、正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回したり、正極と負極とをセパレータを介して積層したりすることにより、電極群が作製される。電極群を非水電解質とともに各種形状（角型、円筒形など）の電池ケースに収容することにより、非水電解質二次電池が作製される。
【０００５】
最近、電子機器の小型化および軽量化が急速に進みつつある。このような流れの中で、電源として用いる非水電解質二次電池に対しても、一層の小型化および高出力化が求められている。そこで、電池ケース内における電極群の収納効率を向上させる観点から、セパレータを薄型化することが求められている。
【０００６】
また、正極と負極とが短絡した際には、電池温度が上昇するため、セパレータには安全性を確保する機能も要求される。セパレータの耐熱性は、その材質に強く依存する。そこで、耐熱性の高いアラミド樹脂からなる層と、シャットダウン機能を有する多孔質層とを積層したセパレータなどが検討されている。なお、シャットダウン機能とは、電池の発熱時に溶融して孔を閉鎖し、リチウムイオンの移動を阻止する機能のことである。シャットダウン機能を有する多孔質層は、高温時に実質的に無孔性の層となる。
【０００７】
更に、非水電解質二次電池の出力特性を維持する観点からは、セパレータのリチウムイオン透過性を確保することも重要となる。
【０００８】
以上のように、非水電解質二次電池用セパレータは、薄型化、リチウムイオン透過性の確保、高温時に安全性を確保する機能などを満足することが求められる。
【０００９】
ところで、近年、耐熱性樹脂であるアラミド樹脂を含むセパレータの開発が活発になっている。
例えば、耐熱性樹脂である含窒素芳香族重合体とセラミックス粉末とを含む耐熱層を有するセパレータが提案されている。耐熱層は、繊維、不織布、紙または多孔質フィルムからなる基材の表面に設けられている。提案されている基材の単位面積当たりの重量は、４０ｇ／ｍ2以下であり、基材の厚みは７０μｍ以下である（特許文献１参照）。特許文献１では、ポリエチレン製の多孔質フィルムが、基材の一例として開示されている。
【００１０】
また、シャットダウン機能を有するセパレータの表面にアラミド樹脂膜を形成することも提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、ポリエチレン製の多孔質フィルム（厚み１６μｍ）と、アラミド樹脂膜（厚み５μｍ）とを具備するセパレータが開示されている。
【特許文献１】特許第３１７５７３０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および２の提案は、セパレータにシャットダウン機能および耐熱性を付与することにより、優れた安全性を確保できた点で有益である。一方、セパレータの薄型化と、リチウムイオン透過性と、安全性との相関性に関しては、具体的な記載はない。
【００１２】
以上を鑑み、本発明は、安全性を損なうことなく、薄くて、耐久性に優れ、非水電解質二次電池の出力特性を低下させないセパレータを提供することを目的とする。また、本発明は、セパレータの構成を最適化することにより、小型化が可能であり、出力特性に優れ、安全性にも優れた、非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層（Ｂ層）とを積層した非水電解質二次電池用セパレータであって、Ｂ層の厚み（ＴB）に対する、Ａ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）が、２．５以上、１３以下である非水電解質二次電池用セパレータに関する。
【００１４】
本発明は、また、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、非水電解質とを具備し、セパレータが、上記の非水電解質二次電池用セパレータである非水電解質二次電池に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、薄くても耐久性に優れ、電池の出力特性を低下させず、電池の安全性も確保できるセパレータを提供することができる。本発明によれば、小型化が可能であり、出力特性に優れ、安全性にも優れた、非水電解質二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料を含む第２多孔質層（Ｂ層）とを含む。シャットダウン効果を有する多孔質層（Ａ層）と、耐熱性に優れたアラミド樹脂と無機材料とを含む多孔質層（Ｂ層）とを積層することにより、耐熱性を含む信頼性に優れたセパレータが得られる。
【００１７】
Ｂ層の厚み（ＴB）に対する、Ａ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）は、２．５以上、１３以下であり、３以上、８以下であることが好ましい。ＴA／ＴBを最適化することにより、セパレータを薄型化することができ、リチウムイオンの透過性が確保され、高い出力特性を維持できる。その結果、小型の電池ケースに、正極、負極およびセパレータからなる電極群を、効率よく収納することができる。よって、高容量の非水電解質二次電池が得られる。
【００１８】
Ａ層は、熱可塑性樹脂からなる多孔質層であることが好ましい。この場合、Ａ層は、８０℃以上、１８０℃以下の温度、好ましくは１１０〜１４０℃の温度で、実質的に無孔性の層となることが好ましい。このようなＡ層は、優れたシャットダウン特性を有する。なお、実質的に無孔性の層は、５０００秒／１００ｍｌ以上のガーレー値（透気度）を有する。熱可塑性樹脂からなる多孔質層は、例えば、融点が１１０〜１４０℃のポリエチレン系樹脂からなる多孔質層であることが好ましい。熱可塑性樹脂にポリエチレンを用いることで、信頼性および安定性に優れたセパレータが得られる。
【００１９】
Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計（ＴA＋ＴB）は、１１μｍ以上、２２μｍ以下であることが好ましく、１４〜２０μｍであることが更に好ましい。一般に、セパレータの厚さを大きくすると、安全性などの信頼性は向上する。しかし、非水電解質二次電池の電極群は、一般に、正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回して構成される。よって、セパレータの厚さが大き過ぎると、電極群の体積が大きくなり、電池ケースへの収納効率が低下する。また、Ｂ層の厚みが大き過ぎると、サイクル特性が低下する場合がある。ＴA＋ＴBを１１〜２２μｍとすることにより、電極群の収納効率を高く維持でき、充放電サイクルおよび出力特性も良好となる。
【００２０】
Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率は、２０重量％以上、４５重量％以下であることが好ましく、２５〜４０重量％であることが更に好ましい。アラミド樹脂の含有率を大きくすれば、セパレータの耐熱性は向上する。しかし、アラミド樹脂の含有率が大き過ぎると、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、リチウムイオンの移動に対する抵抗が上昇し、出力特性が低下する。一方、アラミド樹脂の含有率を少なくすれば、出力特性は向上する。しかし、アラミド樹脂の含有率が少な過ぎると、セパレータの耐熱性や機械的強度が低下する。Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を、２０〜４５重量％とすることにより、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性を低下させることなく、耐熱性に優れたセパレータが得られる。
【００２１】
Ａ層の空隙率は、３７％以上、４８％以下であることが好ましく、３９〜４７％であることが更に好ましい。空隙率が３７％未満になると、Ａ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、出力特性が低下する場合がある。一方、空隙率が４８％を超えると、セパレータの機械的強度が低下し、Ａ層内の孔が部分的に変形しやすい。よって、リチウムイオンの透過性が不均一になり、サイクル特性が低下する場合がある。また、空隙率が４８％を超えると、シャットダウン特性が低下し、非水電解質二次電池の信頼性などが低下する場合がある。Ａ層の空隙率を３７〜４８％とすることにより、出力特性を維持しつつ、安全性に優れた信頼性の高い非水電解質二次電池が得られる。
【００２２】
本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、透気度が、１５０秒／１００ｍｌ以上、４００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましく、１６０〜３５０秒／１００ｍｌであることが更に好ましい。セパレータがこのような透気度を有する場合、セパレータにおけるリチウムイオンの透過性を維持しやすく、耐熱性などの信頼性を確保しやすい。
【００２３】
本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、突刺し強度が、２５０ｇｆ以上であることが好ましく、３００ｇｆ以上であることが更に好ましい。突刺し強度が２５０ｇｆ以上であるセパレータは、特に機械的強度が高く、信頼性に優れている。
【００２４】
本発明は、上記のセパレータを含む非水電解質二次電池を包含する。上記のセパレータを含む非水電解質二次電池は、出力特性に優れ、安全性などの信頼性に優れ、小型化に適している。
【００２５】
本発明の非水電解質二次電池は、非水電解質と、正極と、負極と、上記のセパレータとを含んでいる。正極および負極は、例えばシート状または短冊状である。例えばシート状の正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回することにより、捲回式の電極群が作製される。また、短冊状の正極と負極とをセパレータを介して積層することにより、積層式の電極群が得られる。電極群を非水電解質とともに各種形状（角型、円筒形など）の電池ケースに収容することにより、非水電解質二次電池が作製される。
【００２６】
以下、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、図面の内容に限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態に係る角型の非水電解質二次電池の一部を分解した斜視図である。非水電解質二次電池は、正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回してなる電極群１を有する。電極群１は、非水電解質（図示せず）とともに角型の電池ケース４に収納されている。電極群１の上部には、電極群１と封口板５とを隔離するとともに、正極リード２または負極リード３と電池ケース４との接触を防止する樹脂製の枠体（図示せず）が配置されている。封口板５には、外部負極端子６と、非水電解質の注液孔とが設けられており、注液孔は封栓８で塞がれている。正極リード２は、封口板５の下面に接続され、負極リード３は、外部負極端子６に接続されている。外部負極端子６は、ガスケット７により封口板５から絶縁されている。
【００２７】
次に、本発明の非水電解質二次電池用セパレータの一例に関し、その構造および製造方法について説明する。
図２は、非水電解質二次電池用セパレータの部分断面図である。セパレータ９は、高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層１０（Ａ層）と、Ａ層の表面に設けられた、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層１１（Ｂ層）から構成されている。ここで、Ｂ層１１の厚み（ＴB）に対するＡ層１０の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）は、２．５以上、１３以下に設定されている。
【００２８】
Ａ層は、８０℃以上、１８０℃以下の温度で、実質的に無孔性の層となる。Ａ層は、熱可塑性樹脂からなることが好ましく、例えばポリオレフィン系樹脂からなることが好ましい。
ポリオレフィン系樹脂を構成するオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセンなどが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン、線状ポリエチレン（エチレン−α−オレフィン共重合体）、高密度ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリプロピレン系樹脂、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリ（ブテン−１）およびエチレン−酢酸ビニル共重合体が挙げられる。
ポリオレフィンの中でも、特にポリエチレン系樹脂を用いることが好ましい。ポリエチレン系樹脂を用いる場合、熱可塑性樹脂中のポリエチレン系樹脂の含有率は、６０重量％以上、１００重量％以下であることが好ましい。
【００２９】
Ａ層は、シャットダウン特性を損なわない範囲で、必要に応じて、添加剤を含むことができる。添加剤としては、補強の目的で用いられる無機もしくは有機充填剤、非イオン性の界面活性剤などが挙げられる。Ａ層に含ませる充填剤の量は、熱可塑性樹脂１００体積部あたり、例えば１５〜８５体積部（熱可塑性樹脂１００重量部あたり、例えば４０〜２３０重量部）が好適である。
【００３０】
例えばポリオレフィンからなるＡ層には、その熱安定性および加工性を高めるために、延伸助剤、安定化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、非イオン性界面活性剤などを添加することができる。例えば、脂肪酸エステルや低分子量のポリオレフィン樹脂などが添加剤として用いられる。Ａ層に含ませる添加剤の量は、１重量%以下が好ましい。
【００３１】
Ａ層に含ませる無機充填剤としては、電気絶縁性を有する無機材料を広く用いることができる。例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、タルク、クレー、マイカ、カオリン、シリカ、ハイドロタルサイド、珪藻土、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛、ゼオライト、ガラス粉などが好ましい。特に、炭酸カルシウム、ハイドロタルサイト、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、アルミナなどが、粒径の細かいものを得やすく、水分が少ない点で好ましい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
Ａ層に含ませる有機充填剤としては、例えばビニルモノマーの単独重合体や共重合体の粒子もしくは繊維；メラミン樹脂や尿素樹脂などの重縮合樹脂の粒子もしくは繊維などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。ビニルモノマーとしては、例えばスチレン、ビニルケトン、アクリルニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸メチルなどが挙げられる。
【００３３】
Ｂ層は、アラミド樹脂と無機材料とを含む。
アラミド樹脂としては、例えばパラ配向性の芳香族ポリアミド（以下、「パラアラミド」と記す）、メタ配向性の芳香族ポリアミド（以下、「メタアラミド」と記す）などが挙げられる。特に、機械的強度が高く、多孔質になりやすい点で、パラアラミドが好ましい。パラアラミドは、例えばパラ位にアミノ基を有する芳香族ジアミンと、パラ位にアシル基を有する芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合により得られる。よって、パラアラミドにおいては、芳香環のパラ位またはそれに準じた位置にアミド結合が存在する。パラアラミドは、例えば４、４’−ビフェニレン基、１，５−ナフタレン基、２、６−ナフタレン基などの繰り返し単位を有する。
【００３４】
パラアラミドの具体的としては、ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）、ポリ（パラベンズアミド）、ポリ（４，４’−ベンズアニリドテレフタルアミド）、ポリ（パラフェニレンー４、４’−ビフェニレンジカルボン酸アミド）、ポリ（パラフェニレン−２、６−ナフタレンジカルボン酸アミド）、ポリ（２−クロロパラフェニレンテレフタルアミド）、パラフェニレンテレフタルアミド／２，６−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
無機材料としては、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、酸化ジルコニウムなどが好ましい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。無機材料の平均粒径は、例えば０．０１〜１μｍが好適である。
Ｂ層に含ませる無機材料の量は、アラミド樹脂１００重量部あたり、１２０〜４００重量部が好ましく、１５０〜３００重量部が特に好ましい。
【００３６】
Ａ層およびＢ層の作製時には、多孔質な構造を得るために、造孔剤を用いることができる。造孔剤は、Ａ層またはＢ層の原料シートを延伸した後、水洗などで除去できるものが好ましい。造孔剤は、中性、酸性またはアルカリ性の水溶液で除去できるように、水溶性であることが好ましい。
【００３７】
次に、Ａ層およびＢ層の製造方法の一例について説明する。
（i）第１多孔質層（Ａ層）
ポリエチレン、充填剤、必要な添加剤（例えば非イオン性の界面活性剤）などを、双ロール、バンバリーミキサ、１軸押出し機など、既存の混合装置を用いて混合する。得られた混合物をインフレーション加工、カレンダー加工、Ｔダイ押出し加工など、既存のフィルム形成法によって所望の厚みのシートに成形する。得られたシートは、一軸または二軸延伸などで延伸することが好ましい。
【００３８】
（ii）第２多孔質層（Ｂ層）
パラアラミド樹脂は、極性有機溶媒に溶解する。そこで、パラアラミド樹脂を溶媒に溶解し、塗布に好適な低粘度のパラアラミド溶液を調製する。次に、得られた樹脂溶液を、無機材料と混合し、Ｂ層の原料スラリーを調製する。
【００３９】
Ｂ層の原料スラリーは、Ａ層の表面に塗布するのに適した粘度に制御することが好ましい。Ｂ層のパラアラミド樹脂の固有粘度は、例えば１．０ｄｌ／ｇ〜２．８ｄｌ／ｇが好ましく、１．７ｄｌ／ｇ〜２．５ｄｌ／ｇが更に好ましい。固有粘度が１．０ｄｌ／ｇ未満になると、十分な強度のＢ層が得られない場合がある。一方、固有粘度が２．８ｄｌ／ｇを超えると、パラアラミド溶液が不安定になり、フィルム形成が困難になる場合がある。
本発明において、パラアラミドの固有粘度は、次の方法で測定する。まず、濃度９６〜９８重量％の濃硫酸１００ｍｌに、パラアラミド樹脂０．５ｇを溶解し、パラアラミド樹脂と濃硫酸との混合溶液を調製する。得られた混合溶液と、濃度９６〜９８重量％の濃硫酸について、それぞれウベローデ型毛細管粘度計により、３０℃で流動時間を測定する。求められた流動時間の比から、次式により、固有粘度が求められる。
固有粘度＝ｌｎ（Ｔ／Ｔ0）／Ｃ 〔単位：ｄｌ／ｇ〕
ここで、Ｔはパラアラミド樹脂と濃硫酸との混合溶液の流動時間であり、Ｔ0は濃度９６〜９８重量％の濃硫酸の流動時間であり、Ｃはパラアラミド樹脂と濃硫酸との混合溶液中のパラアラミド樹脂の濃度（ｇ／ｄｌ）を示す。
【００４０】
パラアラミド樹脂を溶解させる極性有機溶媒としては、極性アミド系溶媒もしくは極性尿素系溶媒が挙げられる。具体的には、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアルデヒド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル２−ピロリドン、テトラメチルウレアなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４１】
Ｂ層の原料スラリーは、Ａ層の表面に、所望の厚みで塗布する。このとき、無機材料がアラミド樹脂と絡まり合い、無機材料はアラミド樹脂中に均一に分散される。原料スラリーに含まれるアラミド樹脂と無機材料との合計に占めるアラミド樹脂の含有率は、２０重量％以上、４５重量％以下が好ましく、３０重量％以上、４０重量％以下が更に好ましい。アラミド樹脂の含有率が５０重量％を超えると、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過率が低下する場合がある。その結果、必要な電池の出力特性が得られない場合がある。アラミド樹脂の含有率が２０重量％未満になると、Ｂ層の強度が低下する場合がある。
【００４２】
正極は、正極活物質およびこれを担持する正極集電体を含む。シート状の正極は、帯状の正極集電体およびその両面に担持された正極合剤層からなる。正極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。
【００４３】
正極集電体には、アルミニウム（Ａｌ）などからなる金属箔、炭素薄膜、導電性樹脂の薄膜などが利用可能である。正極集電体は、カーボンなどで表面処理してもよい。
【００４４】
正極合剤層は、正極活物質を必須成分として含む。正極活物質には、例えばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、Ｌｉ2ＭｎＯ4、ＬｉＭｎ2Ｏ4などのリチウム含有複合酸化物が用いられる。これらリチウム含有複合酸化物の遷移金属の一部を異種元素で置換してもよい。また、一般式：ＬｉＭＰＯ4（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）で表されるオリビン型リン酸リチウム、一般式：Ｌｉ2ＭＰＯ4Ｆ（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）で表されるフルオロリン酸リチウムなども利用可能である。正極活物質は、金属酸化物、リチウム酸化物、導電剤などで表面処理してもよく、表面を疎水化処理してもよい。正極活物質は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４５】
正極合剤層は、様々な任意成分を含むことができる。正極合剤層は、例えば導電剤と正極結着剤とを含む。
導電剤としては、各種天然黒鉛および各種人造黒鉛；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、サーマルブラックなどのカーボンブラック類；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類；フッ化カーボン；アルミニウムなどの金属粉末類；酸化亜鉛やチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；フェニレン誘導体などの有機導電性材料などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
正極結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＰＶＤＦの変性体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＳＢＲの変性体、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを用いることができる。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエンなどから選択される２種以上の共重合体を用いてもよい。正極結着剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
負極は、負極活物質およびこれを担持する負極集電体を含む。例えば、シート状の負極は、帯状の負極集電体およびその両面に担持された負極合剤層からなる。負極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。
【００４８】
負極集電体には、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどからなる金属箔、炭素薄膜、導電性樹脂の薄膜などが利用可能である。負極集電体は、カーボン、ニッケル、チタンなどで表面処理を施してもよい。
【００４９】
負極合剤層は、負極活物質を必須成分として含む。負極活物質には、各種天然黒鉛および各種人造黒鉛；シリコン系複合材料（シリサイドなど）；スズ、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどから選ばれる少なくとも１種を含むリチウム合金；リチウムと反応する各種合金材料などを用いることができる。
【００５０】
負極合剤層は、様々な任意成分を含むことができる。例えば、負極結着剤として、正極結着剤として例示したものを任意に選択して用いることができる。特に、過充電時の電池の安全性を向上させる観点から、ＳＢＲの変性体を負極結着剤に用いることが好ましい。なお、ＳＢＲおよびＳＢＲの変性体は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース系樹脂と併用することが好ましい。
【００５１】
非水電解質は、非水溶媒およびこれに溶解したリチウム塩からなることが好ましい。非水電解質の材料は、活物質の酸化還元電位などを考慮して選択される。
【００５２】
好ましいリチウム塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＣＯ2）、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ4、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）（Ｃ4Ｆ9ＳＯ2）、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2ＮＬｉ、テトラフェニルホウ酸リチウムなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５３】
リチウム塩を溶解させる非水溶媒には、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）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどのテトラヒドロフラン誘導体、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソランなどのジオキソラン誘導体、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、３−メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトン、アニソール、フルオロベンゼンなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５４】
非水電解質は、更に、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、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、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベニゾフラン、２，４−ジフルオロアニソール、０−ターフェニル、ｍ−ターフェニルなどの添加剤を含んでもよい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５５】
非水電解質を高分子に保持させることにより非流動化させたポリマー電解質も適用可能である。非水電解質を保持させる高分子には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５６】
また、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、Ｌｉ4ＳｉＯ4、Ｌｉ4ＳｉＯ4−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ3ＰＯ4−Ｌｉ4ＳｉＯ4、Ｌｉ2ＳｉＳ3、Ｌｉ3ＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2、硫化リン化合物など、無機材料を固体電解質として用いてもよい。
【００５７】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に限定されない。
［実施例］
（i）正極の作製
硫酸コバルトを０．２０ｍｏｌ／Ｌの濃度で含み、かつ硫酸ニッケルを０．８０ｍｏｌ／Ｌの濃度で含む水溶液を反応槽に連続供給した。その水溶液のｐＨが１０〜１３になるように、反応槽に水酸化ナトリウムを滴下することにより、Ｎｉ0.80Ｃｏ0.20（ＯＨ）2を合成した。その後、この水酸化物を十分に水洗し、乾燥させて、正極活物質の前駆体とした。得られた前駆体と、炭酸リチウムとを、リチウムとニッケルとコバルトとのモル比が１．０２：０．８０：０．２０になるように混合した。その混合物を、６００℃で１０時間、仮焼成し、粉砕した。粉砕された焼成物を、９００℃で再度１０時間焼成した後、粉砕して分級し、式：Ｌｉ1.02Ｎｉ0.80Ｃｏ0.20Ｏ2で表されるリチウム含有複合酸化物を得た。
【００５８】
得られたリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質（平均粒径１２μｍ）１ｋｇを、呉羽化学（株）製の＃１３２０（ＰＶＤＦを１２重量％含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液）０．５ｋｇ、アセチレンブラック４０ｇ、および適量のＮＭＰとともに双腕式練合機を用いて、３０℃で３０分間攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。
【００５９】
得られた正極合剤ペーストを、正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、１２０℃で１５分間乾燥させた。その後、総厚が１６０μｍとなるように、正極合剤を担持した正極集電体を圧延した。得られた極板を、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み５ｍｍの角型の電池ケースに挿入可能な幅に切断して正極を得た。正極には、所定の正極リードを接続した。
【００６０】
（ii）負極の作製
人造黒鉛３ｋｇを、日本ゼオン（株）製のＢＭ−４００Ｂ（変性スチレン−ブタジエンゴムを４０重量％含む水性分散液）２００ｇ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）５０ｇ、および適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。
【００６１】
得られた負極合剤ペーストを、負極集電体となる厚さ１２μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥させた。その後、総厚が１６０μｍとなるように、負極合剤を担持した負極集電体を圧延した。得られた極板を、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み５ｍｍの角形の電池ケースに挿入可能な幅に切断して負極を得た。負極には、所定の負極リードを接続した。
【００６２】
（iii）セパレータの作製
（Ａ層の作製）
熱可塑性樹脂である超高分子量ポリエチレン樹脂（重量平均分子量３００万、融点１３６℃）１００重量部と、熱可塑性樹脂であるオレフィン系ワックス粉末４４重量部（重量平均分子量１０００、融点１１０℃）と、炭酸カルシウム（平均粒径０．２０μｍ）２５６重量部とを、ヘンシェルミキサで混合した。その後、２軸混練機で混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得た。
【００６３】
得られたポリオレフィン系樹脂組成物を、ロールで圧延し、シート状に成形した。次に、得られたポリエチレン製シート（ＰＥシート）を、塩酸水溶液の入った浴槽に浸漬して、炭酸カルシウムを溶解させて除去した。その後、ＰＥシートを水洗し、乾燥させた。乾燥したＰＥシートをテンター延伸機で延伸して、多孔質なポリエチレンフィルム（Ａ層）を得た。
【００６４】
ポリオレフィン系樹脂組成物のロール圧延時におけるロール温度を１４９℃〜１５２℃、圧延後の厚みを７０μｍ〜８０μｍの範囲に設定し、さらにテンター延伸時の温度を１００℃〜１１０℃の範囲に設定し、表１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａおよび５Ａに示すような、厚み、空隙率、透気度および突刺し強度を有する様々なＡ層を得た。
なお、一辺の長さが１０ｃｍである正方形のA層のサンプルを２枚切り取り、８０℃および１８０℃の恒温槽にそれぞれ１分間投入した。その後、ガーレー値を測定したところ、８０℃の恒温槽に投入したサンプルでは、ガーレー値に変化はほとんどなかった。一方、１８０℃の恒温槽に投入したサンプルでは、ガーレー値が５０００（秒／１００ｍｌ）以上に変化した。これより、Ａ層は８０〜１８０℃で実質的に無孔性になることを確認した。
【００６５】
（Ｂ層の作製）
ＮＭＰ４２００ｇに塩化カルシウム２７２．６５ｇを溶解した後、パラフェニレンジアミン１３２．９１ｇを添加して完全に溶解させた。得られた溶液に、テレフタル酸ジクロライド（以下、ＴＰＣと略す）２４３．３２ｇを徐々に添加してパラアラミドを重合させ、さらにＮＭＰで希釈して、濃度２．０重量％のパラアラミド溶液を得た。なお、得られたパラアラミド溶液からパラアラミド樹脂を分離し、その固有粘度を求めたところ、２．０１ｄｌ／ｇであった。
【００６６】
得られたパラアラミド溶液に、アルミナ粉末（平均粒子径０．１６μｍ）を添加し、分散させ、様々なアラミド樹脂の含有率を有するＢ層の原料スラリーを調製した。ここでは、アラミド樹脂とアルミナ粉末との合計に占めるアラミド樹脂の含有率を１６重量％、２０重量％、３３重量％、４５重量％または５０重量％となるように変化させた。
【００６７】
次に、ポリエチレンフィルム（Ａ層）の片面に、所定量のＢ層の原料スラリーを塗布し、温度６０℃、湿度７０％の雰囲気で、アラミド樹脂を析出させた。その後、析出したアラミド樹脂を水洗し、乾燥させた。その結果、Ａ層およびＡ層の片面に形成されたＢ層からなり、Ｂ層がアラミド樹脂とアルミナ粉末とを含むセパレータが得られた。
【００６８】
アラミド樹脂の含有率が異なるＢ層の原料スラリーを用いるとともに、Ａ層への塗布量を調整することにより、表１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａおよび５Ａに示すような、アラミド含有率および厚みを有する様々なＢ層を形成し、様々なセパレータを得た。
【００６９】
（iv）電池の作製
上記のようにして作製した正極、負極およびセパレータを用いて、図１に示すような角型の非水電解質二次電池を作製した。
まず、負極１と正極２とを、これらの間にセパレータ３を介在させて捲回し、断面が略楕円形の電極群４を構成した。なお、同じ電極群をそれぞれ３０個ずつ作製した。次に、封口板６と正極リード７とを導通させ、ガスケットで囲まれた状態で封口板６に設けられた外部負極端子１０と負極リードとを導通させた。その後、封口板６と電池ケース５の開口端とを溶接した。その後、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解させた非水電解質を、封口板６に設けられた注液孔から注液した。最後に、注液孔に封栓８を差し込み、溶接により注液孔を塞いだ。このようにして、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み５ｍｍの角型電池を作製した。電池の設計容量は１０００ｍＡｈとした。
【００７０】
（v）評価
上記のように作製したセパレータおよび角型の非水電解質二次電池に対し、以下の評価を行った。
（セパレータの評価）
（１）Ａ層およびＢ層の厚み
厚みは、ＪＩＳ規格Ｋ７１３０−１９９２による方法に準じて測定した。
【００７１】
（２）Ａ層の空隙率
Ａ層を、一辺の長さが１０ｃｍの正方形に切り取り、重量Ｗ（ｇ）と厚みＴ（ｃｍ）とを測定した。次に、Ａ層の真比重Ｄ（ｇ／ｃｍ3）の値を用いて、次式より、空隙率（％）を求めた。
空隙率（％）＝１００×｛１−（Ｗ／Ｄ）／（１００×Ｔ）｝
【００７２】
（３）透気度
セパレータのガーレー値（秒／１００ｍｌ）を、ＪＩＳ規格Ｐ８１１７による方法に準じて、Ｂ型デンソメーター（（株）東洋精機製作所）を用いて測定した。
【００７３】
（４）突刺し強度
セパレータをφ１２ｍｍのワッシャで固定し、固定されたセパレータに、ピンを２００ｍｍ／分の速度で突刺し、その際の最大応力（ｇｆ）を突刺し強度として求めた。ピンの形状は、ピン径φ１ｍｍ、先端０．５Ｒとした。
【００７４】
（電池の評価）
（１）初期容量
以下の評価を行う前に、作製された電池を２０℃の環境に置き、設計容量を基準にして０．１Ｃの定電流で４．２Ｖに到達するまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で５時間充電した。その後、０．１Ｃの定電流で放電し、常温における初期容量（Ｃ0）を測定した。
得られた初期容量を基準にして、下記の要領で、低温レート特性、サイクル特性、加熱試験およびリーク不良を評価した。
【００７５】
（２）低温レート特性
電池を２０℃の環境に置き、設計容量を基準にして０．１Ｃの定電流で４．２Ｖに到達するまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で５時間充電した。次に、充電状態の電池を−１０℃の環境に６０分間放置後、１Ｃ（１０００ｍＡ）の電流で放電を行った。得られた放電容量の、初期容量（Ｃ0）に対する割合を、容量維持率（％）として求めた。
【００７６】
（３）サイクル特性
２０℃環境温度で、以下の条件で電池の充放電を繰り返した。
まず、１．０Ａの定電流で、電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、その後、４．２Ｖの定電圧で、５０ｍＡの電流値に低下するまで充電した。充電後の電池は３０分間休止させた。その後、０．２Ａの電流値で、電池電圧が３．０Ｖに低下するまで定電流で放電した。放電後の電池は３０分間休止させた。この充放電を１サイクルとして、放電容量が初期容量（Ｃ0）の５０％になるまで、充放電サイクルを繰り返した。その時のサイクル数を５０％維持サイクル数として求めた。
【００７７】
（４）加熱試験
電池を加熱槽に設置し、加熱槽を５℃／分の昇温速度で１４０℃まで上昇させ、その状態で１０分間放置した。その後、電池の温度をモニタし、電池温度が到達した最高温度を測定した。
【００７８】
（５）リーク不良
電極群に対して、直流電圧２５０Ｖを印加した際、１０ｍＡ以上の電流量が通電した場合をリークセルと見なした。３０個中、３個以上のリークセルが発生した場合をリーク不良発生と判断した。
【００７９】
（vi）評価結果
［評価１］
表１Ａに示すように、セパレータの厚みを１６μｍで固定し、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率を変えたときの評価結果を表１Ｂに示す。なお、サンプル１〜３は実施例、サンプルＣ１およびＣ２は比較例である。
【００８０】
【表１Ａ】
【００８１】
【表１Ｂ】
【００８２】
表１Ａおよび１Ｂに示すように、セパレータの厚みが１６μｍの場合、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が、２．５以上、１３以下の範囲で、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。
【００８３】
サンプルＣ１（Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が２．０）では、低温レート特性が低く、５０％維持サイクル数が少なかった。これは、Ｂ層が相対的に厚くなるため、リチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためと考えられる。
【００８４】
サンプルＣ２（Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が１３．５）では、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル４と同程度であった。しかし、サンプルＣ４の加熱試験における最高温度は、サンプル１〜４に比べて、２０℃程度も高かった。Ｂ層が薄いため、耐熱性が低下したと考えられる。
【００８５】
［評価２］
表２Ａに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率を４．３で固定し、Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計を変えたときの評価結果を表２Ｂに示す。
【００８６】
【表２Ａ】
【００８７】
【表２Ｂ】
【００８８】
表２Ａおよび２Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が３３重量％の場合、Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計が１１〜２２μｍであるサンプル２、５および６では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。なお、サンプル２、５および６を比較すると、Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計が大きくなるにしたがい、若干低温レート特性および５０％維持サイクル数が低下する傾向があった。これは、セパレータが厚くなるにしたがって、リチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００８９】
サンプルＣ３（セパレータの厚みが８μｍ）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル５と同程度であった。しかし、加熱試験では、耐熱性の低下が見られ、リーク不良も観測された。これは、セパレータが薄いため、絶縁性、耐圧および耐熱性が低下したためである。
【００９０】
サンプルＣ４（セパレータの厚みが２３μｍ）の場合、加熱試験およびリーク不良の結果は、サンプル６と同程度であった。しかし、低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数も減少した。これは、セパレータのリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００９１】
［評価３］
表３Ａに示すように、Ａ層の厚みとＢ層の厚みを固定し、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を変えたときの評価結果を表３Ｂに示す。
【００９２】
【表３Ａ】
【００９３】
【表３Ｂ】
【００９４】
表３Ａおよび３Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、セパレータの厚みが１６μｍであり、アラミド樹脂の含有率が２０〜４５重量％であるサンプル２、７および８では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。なお、サンプル２、７および８を比較すると、アラミド樹脂の含有率が増加するにしたがい、若干低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数が減少する傾向があった。これは、アラミド樹脂の含有率が増加するにしたがい、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００９５】
サンプルＣ５（アラミド樹脂の含有率が１６重量％）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル７と同程度であった。しかし、加熱試験では最高温度の上昇が観測された。これは、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が少ないため、Ｂ層の耐熱性が低下したためである。
【００９６】
サンプルＣ６（アラミド樹脂の含有率が５０重量％）の場合、加熱試験の結果は、サンプル８と同程度であり、リーク不良も観測されなかった。しかし、低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数も減少した。これは、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００９７】
［評価４］
表４Ａに示すように、Ａ層の厚みとＢ層の厚みを固定し、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を固定し、Ａ層の空隙率およびセパレータの透気度を変えたときの評価結果を表４Ｂに示す。
【００９８】
【表４Ａ】
【００９９】
【表４Ｂ】
【０１００】
表４Ａおよび４Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、セパレータの厚みが１６μｍであり、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が３３重量％であり、Ａ層の空隙率が３７〜４８％（セパレータの透気度が１５０秒／１００ｍｌ〜４００秒／１００ｍｌ）であるサンプル２、９および１０では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。なお、サンプル２、９および１０を比較すると、Ａ層の空隙率が増加する（セパレータの透気度の値が小さくなる）にしたがい、若干低温レート特性が向上し、５０％維持サイクル数が増加する傾向があった。これは、Ａ層の空隙率が増加するにしたがい、Ａ層におけるリチウムイオンの透過性が増加し、抵抗が減少したためである。
【０１０１】
サンプルＣ７（Ａ層の空隙率が３５％、セパレータの透気度が４５０秒／１００ｍｌ）の場合、加熱試験の結果は、サンプル９と同程度であり、リーク不良も観測されなかった。しかし、低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数は減少した。これは、Ａ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【０１０２】
サンプルＣ８（Ａ層の空隙率が５０％、セパレータの透気度が１２０秒／１００ｍｌ）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル１０と同程度であった。しかし、リーク不良が観測された。これは、Ａ層の空隙率が高いため、セパレータの絶縁性および耐圧が低下したためである。
【０１０３】
［評価５］
表５Ａに示すように、Ａ層の厚みとＢ層の厚みを固定し、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を固定し、セパレータの突刺し強度を変えたときの評価結果を表５Ｂに示す。なお、突刺し強度は、Ａ層の作製時におけるロール温度および延伸時の温度を制御することにより変化させた。
【０１０４】
【表５Ａ】
【０１０５】
【表５Ｂ】
【０１０６】
表５Ａおよび５Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、セパレータの厚みが１６μｍであり、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が３３重量％であり、セパレータの突刺し強度が２５０ｇｆ以上であるサンプル２、１１、１２および１３では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。
【０１０７】
サンプルＣ９（セパレータの突刺し強度が２００ｇｆ）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル１１と同程度であった。しかし、リーク不良が観測された。これは、セパレータの絶縁性および耐圧が低下したためである。
【０１０８】
上記実施例では、電極を捲回した電極群を有する角型の非水電解質二次電池について説明したが、本発明を適用できる電池の形状は、角型に限定されない。例えば、円筒電池、平型電池、コイン型電池、ラミネート型電池にも本発明を適用することができる。また、上記実施例では、小型機器用の電池について検討したが、本発明は、電気自動車用電源、電力貯蔵など、大型の大容量電池にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、様々な非水電解質二次電池に利用可能であり、特に、優れた出力特性と安全性が要求される小型機器用の非水電解質二次電池において有用である。例えば角型電池、円筒電池、平型電池、コイン型電池、ラミネート型電池などに、本発明を適用することができる。ただし、本発明は、電気自動車用電源、大型の電力貯蔵装置などにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の非水電解質二次電池の一例の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】本発明の非水電解質二次電池用セパレータの部分断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 電極群
４ 電池ケース
５ 封口板
２ 正極リード
３ 負極リード
６ 外部負極端子
８ 封栓
７ ガスケット
９ セパレータ
１０ 第１多孔質層（Ａ層）
１１ 第２多孔質層（Ｂ層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池用セパレータおよび非水電解質二次電池に関し、詳しくは、安全性および出力特性に優れた非水電解質二次電池を与えるセパレータおよびこれを含む非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、従来の二次電池に比べて、高容量でエネルギー密度が高いため、小型電子機器、例えば、携帯電話、ノートパソコンなどに積極的に用いられている。
【０００３】
非水電解質二次電池は、非水電解質と、正極と、負極とを含んでいる。非水電解質は、一般に、非水溶媒およびこれに溶解したリチウム塩からなる。正極は、正極活物質およびこれを担持する正極集電体を含む。正極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。負極は、負極活物質およびこれを担持する負極集電体を含む。負極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。正極および負極は、例えばシート状または短冊状である。
【０００４】
正極と負極との間には、絶縁性の多孔質材料からなるセパレータが介在している。例えば、正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回したり、正極と負極とをセパレータを介して積層したりすることにより、電極群が作製される。電極群を非水電解質とともに各種形状（角型、円筒形など）の電池ケースに収容することにより、非水電解質二次電池が作製される。
【０００５】
最近、電子機器の小型化および軽量化が急速に進みつつある。このような流れの中で、電源として用いる非水電解質二次電池に対しても、一層の小型化および高出力化が求められている。そこで、電池ケース内における電極群の収納効率を向上させる観点から、セパレータを薄型化することが求められている。
【０００６】
また、正極と負極とが短絡した際には、電池温度が上昇するため、セパレータには安全性を確保する機能も要求される。セパレータの耐熱性は、その材質に強く依存する。そこで、耐熱性の高いアラミド樹脂からなる層と、シャットダウン機能を有する多孔質層とを積層したセパレータなどが検討されている。なお、シャットダウン機能とは、電池の発熱時に溶融して孔を閉鎖し、リチウムイオンの移動を阻止する機能のことである。シャットダウン機能を有する多孔質層は、高温時に実質的に無孔性の層となる。
【０００７】
更に、非水電解質二次電池の出力特性を維持する観点からは、セパレータのリチウムイオン透過性を確保することも重要となる。
【０００８】
以上のように、非水電解質二次電池用セパレータは、薄型化、リチウムイオン透過性の確保、高温時に安全性を確保する機能などを満足することが求められる。
【０００９】
ところで、近年、耐熱性樹脂であるアラミド樹脂を含むセパレータの開発が活発になっている。
例えば、耐熱性樹脂である含窒素芳香族重合体とセラミックス粉末とを含む耐熱層を有するセパレータが提案されている。耐熱層は、繊維、不織布、紙または多孔質フィルムからなる基材の表面に設けられている。提案されている基材の単位面積当たりの重量は、４０ｇ／ｍ2以下であり、基材の厚みは７０μｍ以下である（特許文献１参照）。特許文献１では、ポリエチレン製の多孔質フィルムが、基材の一例として開示されている。
【００１０】
また、シャットダウン機能を有するセパレータの表面にアラミド樹脂膜を形成することも提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、ポリエチレン製の多孔質フィルム（厚み１６μｍ）と、アラミド樹脂膜（厚み５μｍ）とを具備するセパレータが開示されている。
【特許文献１】特許第３１７５７３０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および２の提案は、セパレータにシャットダウン機能および耐熱性を付与することにより、優れた安全性を確保できた点で有益である。一方、セパレータの薄型化と、リチウムイオン透過性と、安全性との相関性に関しては、具体的な記載はない。
【００１２】
以上を鑑み、本発明は、安全性を損なうことなく、薄くて、耐久性に優れ、非水電解質二次電池の出力特性を低下させないセパレータを提供することを目的とする。また、本発明は、セパレータの構成を最適化することにより、小型化が可能であり、出力特性に優れ、安全性にも優れた、非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層（Ｂ層）とを積層した非水電解質二次電池用セパレータであって、Ｂ層の厚み（ＴB）に対する、Ａ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）が、２．５以上、１３以下である非水電解質二次電池用セパレータに関する。
【００１４】
本発明は、また、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、非水電解質とを具備し、セパレータが、上記の非水電解質二次電池用セパレータである非水電解質二次電池に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、薄くても耐久性に優れ、電池の出力特性を低下させず、電池の安全性も確保できるセパレータを提供することができる。本発明によれば、小型化が可能であり、出力特性に優れ、安全性にも優れた、非水電解質二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料を含む第２多孔質層（Ｂ層）とを含む。シャットダウン効果を有する多孔質層（Ａ層）と、耐熱性に優れたアラミド樹脂と無機材料とを含む多孔質層（Ｂ層）とを積層することにより、耐熱性を含む信頼性に優れたセパレータが得られる。
【００１７】
Ｂ層の厚み（ＴB）に対する、Ａ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）は、２．５以上、１３以下であり、３以上、８以下であることが好ましい。ＴA／ＴBを最適化することにより、セパレータを薄型化することができ、リチウムイオンの透過性が確保され、高い出力特性を維持できる。その結果、小型の電池ケースに、正極、負極およびセパレータからなる電極群を、効率よく収納することができる。よって、高容量の非水電解質二次電池が得られる。
【００１８】
Ａ層は、熱可塑性樹脂からなる多孔質層であることが好ましい。この場合、Ａ層は、８０℃以上、１８０℃以下の温度、好ましくは１１０〜１４０℃の温度で、実質的に無孔性の層となることが好ましい。このようなＡ層は、優れたシャットダウン特性を有する。なお、実質的に無孔性の層は、５０００秒／１００ｍｌ以上のガーレー値（透気度）を有する。熱可塑性樹脂からなる多孔質層は、例えば、融点が１１０〜１４０℃のポリエチレン系樹脂からなる多孔質層であることが好ましい。熱可塑性樹脂にポリエチレンを用いることで、信頼性および安定性に優れたセパレータが得られる。
【００１９】
Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計（ＴA＋ＴB）は、１１μｍ以上、２２μｍ以下であることが好ましく、１４〜２０μｍであることが更に好ましい。一般に、セパレータの厚さを大きくすると、安全性などの信頼性は向上する。しかし、非水電解質二次電池の電極群は、一般に、正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回して構成される。よって、セパレータの厚さが大き過ぎると、電極群の体積が大きくなり、電池ケースへの収納効率が低下する。また、Ｂ層の厚みが大き過ぎると、サイクル特性が低下する場合がある。ＴA＋ＴBを１１〜２２μｍとすることにより、電極群の収納効率を高く維持でき、充放電サイクルおよび出力特性も良好となる。
【００２０】
Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率は、２０重量％以上、４５重量％以下であることが好ましく、２５〜４０重量％であることが更に好ましい。アラミド樹脂の含有率を大きくすれば、セパレータの耐熱性は向上する。しかし、アラミド樹脂の含有率が大き過ぎると、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、リチウムイオンの移動に対する抵抗が上昇し、出力特性が低下する。一方、アラミド樹脂の含有率を少なくすれば、出力特性は向上する。しかし、アラミド樹脂の含有率が少な過ぎると、セパレータの耐熱性や機械的強度が低下する。Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を、２０〜４５重量％とすることにより、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性を低下させることなく、耐熱性に優れたセパレータが得られる。
【００２１】
Ａ層の空隙率は、３７％以上、４８％以下であることが好ましく、３９〜４７％であることが更に好ましい。空隙率が３７％未満になると、Ａ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、出力特性が低下する場合がある。一方、空隙率が４８％を超えると、セパレータの機械的強度が低下し、Ａ層内の孔が部分的に変形しやすい。よって、リチウムイオンの透過性が不均一になり、サイクル特性が低下する場合がある。また、空隙率が４８％を超えると、シャットダウン特性が低下し、非水電解質二次電池の信頼性などが低下する場合がある。Ａ層の空隙率を３７〜４８％とすることにより、出力特性を維持しつつ、安全性に優れた信頼性の高い非水電解質二次電池が得られる。
【００２２】
本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、透気度が、１５０秒／１００ｍｌ以上、４００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましく、１６０〜３５０秒／１００ｍｌであることが更に好ましい。セパレータがこのような透気度を有する場合、セパレータにおけるリチウムイオンの透過性を維持しやすく、耐熱性などの信頼性を確保しやすい。
【００２３】
本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、突刺し強度が、２５０ｇｆ以上であることが好ましく、３００ｇｆ以上であることが更に好ましい。突刺し強度が２５０ｇｆ以上であるセパレータは、特に機械的強度が高く、信頼性に優れている。
【００２４】
本発明は、上記のセパレータを含む非水電解質二次電池を包含する。上記のセパレータを含む非水電解質二次電池は、出力特性に優れ、安全性などの信頼性に優れ、小型化に適している。
【００２５】
本発明の非水電解質二次電池は、非水電解質と、正極と、負極と、上記のセパレータとを含んでいる。正極および負極は、例えばシート状または短冊状である。例えばシート状の正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回することにより、捲回式の電極群が作製される。また、短冊状の正極と負極とをセパレータを介して積層することにより、積層式の電極群が得られる。電極群を非水電解質とともに各種形状（角型、円筒形など）の電池ケースに収容することにより、非水電解質二次電池が作製される。
【００２６】
以下、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、図面の内容に限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態に係る角型の非水電解質二次電池の一部を分解した斜視図である。非水電解質二次電池は、正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに捲回してなる電極群１を有する。電極群１は、非水電解質（図示せず）とともに角型の電池ケース４に収納されている。電極群１の上部には、電極群１と封口板５とを隔離するとともに、正極リード２または負極リード３と電池ケース４との接触を防止する樹脂製の枠体（図示せず）が配置されている。封口板５には、外部負極端子６と、非水電解質の注液孔とが設けられており、注液孔は封栓８で塞がれている。正極リード２は、封口板５の下面に接続され、負極リード３は、外部負極端子６に接続されている。外部負極端子６は、ガスケット７により封口板５から絶縁されている。
【００２７】
次に、本発明の非水電解質二次電池用セパレータの一例に関し、その構造および製造方法について説明する。
図２は、非水電解質二次電池用セパレータの部分断面図である。セパレータ９は、高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層１０（Ａ層）と、Ａ層の表面に設けられた、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層１１（Ｂ層）から構成されている。ここで、Ｂ層１１の厚み（ＴB）に対するＡ層１０の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）は、２．５以上、１３以下に設定されている。
【００２８】
Ａ層は、８０℃以上、１８０℃以下の温度で、実質的に無孔性の層となる。Ａ層は、熱可塑性樹脂からなることが好ましく、例えばポリオレフィン系樹脂からなることが好ましい。
ポリオレフィン系樹脂を構成するオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセンなどが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン、線状ポリエチレン（エチレン−α−オレフィン共重合体）、高密度ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリプロピレン系樹脂、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリ（ブテン−１）およびエチレン−酢酸ビニル共重合体が挙げられる。
ポリオレフィンの中でも、特にポリエチレン系樹脂を用いることが好ましい。ポリエチレン系樹脂を用いる場合、熱可塑性樹脂中のポリエチレン系樹脂の含有率は、６０重量％以上、１００重量％以下であることが好ましい。
【００２９】
Ａ層は、シャットダウン特性を損なわない範囲で、必要に応じて、添加剤を含むことができる。添加剤としては、補強の目的で用いられる無機もしくは有機充填剤、非イオン性の界面活性剤などが挙げられる。Ａ層に含ませる充填剤の量は、熱可塑性樹脂１００体積部あたり、例えば１５〜８５体積部（熱可塑性樹脂１００重量部あたり、例えば４０〜２３０重量部）が好適である。
【００３０】
例えばポリオレフィンからなるＡ層には、その熱安定性および加工性を高めるために、延伸助剤、安定化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、非イオン性界面活性剤などを添加することができる。例えば、脂肪酸エステルや低分子量のポリオレフィン樹脂などが添加剤として用いられる。Ａ層に含ませる添加剤の量は、１重量%以下が好ましい。
【００３１】
Ａ層に含ませる無機充填剤としては、電気絶縁性を有する無機材料を広く用いることができる。例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、タルク、クレー、マイカ、カオリン、シリカ、ハイドロタルサイド、珪藻土、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛、ゼオライト、ガラス粉などが好ましい。特に、炭酸カルシウム、ハイドロタルサイト、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、アルミナなどが、粒径の細かいものを得やすく、水分が少ない点で好ましい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
Ａ層に含ませる有機充填剤としては、例えばビニルモノマーの単独重合体や共重合体の粒子もしくは繊維；メラミン樹脂や尿素樹脂などの重縮合樹脂の粒子もしくは繊維などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。ビニルモノマーとしては、例えばスチレン、ビニルケトン、アクリルニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸メチルなどが挙げられる。
【００３３】
Ｂ層は、アラミド樹脂と無機材料とを含む。
アラミド樹脂としては、例えばパラ配向性の芳香族ポリアミド（以下、「パラアラミド」と記す）、メタ配向性の芳香族ポリアミド（以下、「メタアラミド」と記す）などが挙げられる。特に、機械的強度が高く、多孔質になりやすい点で、パラアラミドが好ましい。パラアラミドは、例えばパラ位にアミノ基を有する芳香族ジアミンと、パラ位にアシル基を有する芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合により得られる。よって、パラアラミドにおいては、芳香環のパラ位またはそれに準じた位置にアミド結合が存在する。パラアラミドは、例えば４、４’−ビフェニレン基、１，５−ナフタレン基、２、６−ナフタレン基などの繰り返し単位を有する。
【００３４】
パラアラミドの具体的としては、ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）、ポリ（パラベンズアミド）、ポリ（４，４’−ベンズアニリドテレフタルアミド）、ポリ（パラフェニレンー４、４’−ビフェニレンジカルボン酸アミド）、ポリ（パラフェニレン−２、６−ナフタレンジカルボン酸アミド）、ポリ（２−クロロパラフェニレンテレフタルアミド）、パラフェニレンテレフタルアミド／２，６−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
無機材料としては、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、酸化ジルコニウムなどが好ましい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。無機材料の平均粒径は、例えば０．０１〜１μｍが好適である。
Ｂ層に含ませる無機材料の量は、アラミド樹脂１００重量部あたり、１２０〜４００重量部が好ましく、１５０〜３００重量部が特に好ましい。
【００３６】
Ａ層およびＢ層の作製時には、多孔質な構造を得るために、造孔剤を用いることができる。造孔剤は、Ａ層またはＢ層の原料シートを延伸した後、水洗などで除去できるものが好ましい。造孔剤は、中性、酸性またはアルカリ性の水溶液で除去できるように、水溶性であることが好ましい。
【００３７】
次に、Ａ層およびＢ層の製造方法の一例について説明する。
（i）第１多孔質層（Ａ層）
ポリエチレン、充填剤、必要な添加剤（例えば非イオン性の界面活性剤）などを、双ロール、バンバリーミキサ、１軸押出し機など、既存の混合装置を用いて混合する。得られた混合物をインフレーション加工、カレンダー加工、Ｔダイ押出し加工など、既存のフィルム形成法によって所望の厚みのシートに成形する。得られたシートは、一軸または二軸延伸などで延伸することが好ましい。
【００３８】
（ii）第２多孔質層（Ｂ層）
パラアラミド樹脂は、極性有機溶媒に溶解する。そこで、パラアラミド樹脂を溶媒に溶解し、塗布に好適な低粘度のパラアラミド溶液を調製する。次に、得られた樹脂溶液を、無機材料と混合し、Ｂ層の原料スラリーを調製する。
【００３９】
Ｂ層の原料スラリーは、Ａ層の表面に塗布するのに適した粘度に制御することが好ましい。Ｂ層のパラアラミド樹脂の固有粘度は、例えば１．０ｄｌ／ｇ〜２．８ｄｌ／ｇが好ましく、１．７ｄｌ／ｇ〜２．５ｄｌ／ｇが更に好ましい。固有粘度が１．０ｄｌ／ｇ未満になると、十分な強度のＢ層が得られない場合がある。一方、固有粘度が２．８ｄｌ／ｇを超えると、パラアラミド溶液が不安定になり、フィルム形成が困難になる場合がある。
本発明において、パラアラミドの固有粘度は、次の方法で測定する。まず、濃度９６〜９８重量％の濃硫酸１００ｍｌに、パラアラミド樹脂０．５ｇを溶解し、パラアラミド樹脂と濃硫酸との混合溶液を調製する。得られた混合溶液と、濃度９６〜９８重量％の濃硫酸について、それぞれウベローデ型毛細管粘度計により、３０℃で流動時間を測定する。求められた流動時間の比から、次式により、固有粘度が求められる。
固有粘度＝ｌｎ（Ｔ／Ｔ0）／Ｃ 〔単位：ｄｌ／ｇ〕
ここで、Ｔはパラアラミド樹脂と濃硫酸との混合溶液の流動時間であり、Ｔ0は濃度９６〜９８重量％の濃硫酸の流動時間であり、Ｃはパラアラミド樹脂と濃硫酸との混合溶液中のパラアラミド樹脂の濃度（ｇ／ｄｌ）を示す。
【００４０】
パラアラミド樹脂を溶解させる極性有機溶媒としては、極性アミド系溶媒もしくは極性尿素系溶媒が挙げられる。具体的には、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアルデヒド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル２−ピロリドン、テトラメチルウレアなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４１】
Ｂ層の原料スラリーは、Ａ層の表面に、所望の厚みで塗布する。このとき、無機材料がアラミド樹脂と絡まり合い、無機材料はアラミド樹脂中に均一に分散される。原料スラリーに含まれるアラミド樹脂と無機材料との合計に占めるアラミド樹脂の含有率は、２０重量％以上、４５重量％以下が好ましく、３０重量％以上、４０重量％以下が更に好ましい。アラミド樹脂の含有率が５０重量％を超えると、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過率が低下する場合がある。その結果、必要な電池の出力特性が得られない場合がある。アラミド樹脂の含有率が２０重量％未満になると、Ｂ層の強度が低下する場合がある。
【００４２】
正極は、正極活物質およびこれを担持する正極集電体を含む。シート状の正極は、帯状の正極集電体およびその両面に担持された正極合剤層からなる。正極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。
【００４３】
正極集電体には、アルミニウム（Ａｌ）などからなる金属箔、炭素薄膜、導電性樹脂の薄膜などが利用可能である。正極集電体は、カーボンなどで表面処理してもよい。
【００４４】
正極合剤層は、正極活物質を必須成分として含む。正極活物質には、例えばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、Ｌｉ2ＭｎＯ4、ＬｉＭｎ2Ｏ4などのリチウム含有複合酸化物が用いられる。これらリチウム含有複合酸化物の遷移金属の一部を異種元素で置換してもよい。また、一般式：ＬｉＭＰＯ4（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）で表されるオリビン型リン酸リチウム、一般式：Ｌｉ2ＭＰＯ4Ｆ（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）で表されるフルオロリン酸リチウムなども利用可能である。正極活物質は、金属酸化物、リチウム酸化物、導電剤などで表面処理してもよく、表面を疎水化処理してもよい。正極活物質は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４５】
正極合剤層は、様々な任意成分を含むことができる。正極合剤層は、例えば導電剤と正極結着剤とを含む。
導電剤としては、各種天然黒鉛および各種人造黒鉛；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、サーマルブラックなどのカーボンブラック類；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類；フッ化カーボン；アルミニウムなどの金属粉末類；酸化亜鉛やチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；フェニレン誘導体などの有機導電性材料などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
正極結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＰＶＤＦの変性体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＳＢＲの変性体、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを用いることができる。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエンなどから選択される２種以上の共重合体を用いてもよい。正極結着剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
負極は、負極活物質およびこれを担持する負極集電体を含む。例えば、シート状の負極は、帯状の負極集電体およびその両面に担持された負極合剤層からなる。負極活物質には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能であり、かつ安定な電位を示す材料が好ましく用いられる。
【００４８】
負極集電体には、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどからなる金属箔、炭素薄膜、導電性樹脂の薄膜などが利用可能である。負極集電体は、カーボン、ニッケル、チタンなどで表面処理を施してもよい。
【００４９】
負極合剤層は、負極活物質を必須成分として含む。負極活物質には、各種天然黒鉛および各種人造黒鉛；シリコン系複合材料（シリサイドなど）；スズ、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどから選ばれる少なくとも１種を含むリチウム合金；リチウムと反応する各種合金材料などを用いることができる。
【００５０】
負極合剤層は、様々な任意成分を含むことができる。例えば、負極結着剤として、正極結着剤として例示したものを任意に選択して用いることができる。特に、過充電時の電池の安全性を向上させる観点から、ＳＢＲの変性体を負極結着剤に用いることが好ましい。なお、ＳＢＲおよびＳＢＲの変性体は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース系樹脂と併用することが好ましい。
【００５１】
非水電解質は、非水溶媒およびこれに溶解したリチウム塩からなることが好ましい。非水電解質の材料は、活物質の酸化還元電位などを考慮して選択される。
【００５２】
好ましいリチウム塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＣＯ2）、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ4、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）（Ｃ4Ｆ9ＳＯ2）、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2ＮＬｉ、テトラフェニルホウ酸リチウムなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５３】
リチウム塩を溶解させる非水溶媒には、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）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどのテトラヒドロフラン誘導体、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソランなどのジオキソラン誘導体、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、３−メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトン、アニソール、フルオロベンゼンなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５４】
非水電解質は、更に、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、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、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベニゾフラン、２，４−ジフルオロアニソール、０−ターフェニル、ｍ−ターフェニルなどの添加剤を含んでもよい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５５】
非水電解質を高分子に保持させることにより非流動化させたポリマー電解質も適用可能である。非水電解質を保持させる高分子には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５６】
また、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、Ｌｉ4ＳｉＯ4、Ｌｉ4ＳｉＯ4−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ3ＰＯ4−Ｌｉ4ＳｉＯ4、Ｌｉ2ＳｉＳ3、Ｌｉ3ＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2、硫化リン化合物など、無機材料を固体電解質として用いてもよい。
【００５７】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に限定されない。
［実施例］
（i）正極の作製
硫酸コバルトを０．２０ｍｏｌ／Ｌの濃度で含み、かつ硫酸ニッケルを０．８０ｍｏｌ／Ｌの濃度で含む水溶液を反応槽に連続供給した。その水溶液のｐＨが１０〜１３になるように、反応槽に水酸化ナトリウムを滴下することにより、Ｎｉ0.80Ｃｏ0.20（ＯＨ）2を合成した。その後、この水酸化物を十分に水洗し、乾燥させて、正極活物質の前駆体とした。得られた前駆体と、炭酸リチウムとを、リチウムとニッケルとコバルトとのモル比が１．０２：０．８０：０．２０になるように混合した。その混合物を、６００℃で１０時間、仮焼成し、粉砕した。粉砕された焼成物を、９００℃で再度１０時間焼成した後、粉砕して分級し、式：Ｌｉ1.02Ｎｉ0.80Ｃｏ0.20Ｏ2で表されるリチウム含有複合酸化物を得た。
【００５８】
得られたリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質（平均粒径１２μｍ）１ｋｇを、呉羽化学（株）製の＃１３２０（ＰＶＤＦを１２重量％含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液）０．５ｋｇ、アセチレンブラック４０ｇ、および適量のＮＭＰとともに双腕式練合機を用いて、３０℃で３０分間攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。
【００５９】
得られた正極合剤ペーストを、正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、１２０℃で１５分間乾燥させた。その後、総厚が１６０μｍとなるように、正極合剤を担持した正極集電体を圧延した。得られた極板を、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み５ｍｍの角型の電池ケースに挿入可能な幅に切断して正極を得た。正極には、所定の正極リードを接続した。
【００６０】
（ii）負極の作製
人造黒鉛３ｋｇを、日本ゼオン（株）製のＢＭ−４００Ｂ（変性スチレン−ブタジエンゴムを４０重量％含む水性分散液）２００ｇ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）５０ｇ、および適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。
【００６１】
得られた負極合剤ペーストを、負極集電体となる厚さ１２μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥させた。その後、総厚が１６０μｍとなるように、負極合剤を担持した負極集電体を圧延した。得られた極板を、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み５ｍｍの角形の電池ケースに挿入可能な幅に切断して負極を得た。負極には、所定の負極リードを接続した。
【００６２】
（iii）セパレータの作製
（Ａ層の作製）
熱可塑性樹脂である超高分子量ポリエチレン樹脂（重量平均分子量３００万、融点１３６℃）１００重量部と、熱可塑性樹脂であるオレフィン系ワックス粉末４４重量部（重量平均分子量１０００、融点１１０℃）と、炭酸カルシウム（平均粒径０．２０μｍ）２５６重量部とを、ヘンシェルミキサで混合した。その後、２軸混練機で混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得た。
【００６３】
得られたポリオレフィン系樹脂組成物を、ロールで圧延し、シート状に成形した。次に、得られたポリエチレン製シート（ＰＥシート）を、塩酸水溶液の入った浴槽に浸漬して、炭酸カルシウムを溶解させて除去した。その後、ＰＥシートを水洗し、乾燥させた。乾燥したＰＥシートをテンター延伸機で延伸して、多孔質なポリエチレンフィルム（Ａ層）を得た。
【００６４】
ポリオレフィン系樹脂組成物のロール圧延時におけるロール温度を１４９℃〜１５２℃、圧延後の厚みを７０μｍ〜８０μｍの範囲に設定し、さらにテンター延伸時の温度を１００℃〜１１０℃の範囲に設定し、表１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａおよび５Ａに示すような、厚み、空隙率、透気度および突刺し強度を有する様々なＡ層を得た。
なお、一辺の長さが１０ｃｍである正方形のA層のサンプルを２枚切り取り、８０℃および１８０℃の恒温槽にそれぞれ１分間投入した。その後、ガーレー値を測定したところ、８０℃の恒温槽に投入したサンプルでは、ガーレー値に変化はほとんどなかった。一方、１８０℃の恒温槽に投入したサンプルでは、ガーレー値が５０００（秒／１００ｍｌ）以上に変化した。これより、Ａ層は８０〜１８０℃で実質的に無孔性になることを確認した。
【００６５】
（Ｂ層の作製）
ＮＭＰ４２００ｇに塩化カルシウム２７２．６５ｇを溶解した後、パラフェニレンジアミン１３２．９１ｇを添加して完全に溶解させた。得られた溶液に、テレフタル酸ジクロライド（以下、ＴＰＣと略す）２４３．３２ｇを徐々に添加してパラアラミドを重合させ、さらにＮＭＰで希釈して、濃度２．０重量％のパラアラミド溶液を得た。なお、得られたパラアラミド溶液からパラアラミド樹脂を分離し、その固有粘度を求めたところ、２．０１ｄｌ／ｇであった。
【００６６】
得られたパラアラミド溶液に、アルミナ粉末（平均粒子径０．１６μｍ）を添加し、分散させ、様々なアラミド樹脂の含有率を有するＢ層の原料スラリーを調製した。ここでは、アラミド樹脂とアルミナ粉末との合計に占めるアラミド樹脂の含有率を１６重量％、２０重量％、３３重量％、４５重量％または５０重量％となるように変化させた。
【００６７】
次に、ポリエチレンフィルム（Ａ層）の片面に、所定量のＢ層の原料スラリーを塗布し、温度６０℃、湿度７０％の雰囲気で、アラミド樹脂を析出させた。その後、析出したアラミド樹脂を水洗し、乾燥させた。その結果、Ａ層およびＡ層の片面に形成されたＢ層からなり、Ｂ層がアラミド樹脂とアルミナ粉末とを含むセパレータが得られた。
【００６８】
アラミド樹脂の含有率が異なるＢ層の原料スラリーを用いるとともに、Ａ層への塗布量を調整することにより、表１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａおよび５Ａに示すような、アラミド含有率および厚みを有する様々なＢ層を形成し、様々なセパレータを得た。
【００６９】
（iv）電池の作製
上記のようにして作製した正極、負極およびセパレータを用いて、図１に示すような角型の非水電解質二次電池を作製した。
まず、負極１と正極２とを、これらの間にセパレータ３を介在させて捲回し、断面が略楕円形の電極群４を構成した。なお、同じ電極群をそれぞれ３０個ずつ作製した。次に、封口板６と正極リード７とを導通させ、ガスケットで囲まれた状態で封口板６に設けられた外部負極端子１０と負極リードとを導通させた。その後、封口板６と電池ケース５の開口端とを溶接した。その後、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解させた非水電解質を、封口板６に設けられた注液孔から注液した。最後に、注液孔に封栓８を差し込み、溶接により注液孔を塞いだ。このようにして、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚み５ｍｍの角型電池を作製した。電池の設計容量は１０００ｍＡｈとした。
【００７０】
（v）評価
上記のように作製したセパレータおよび角型の非水電解質二次電池に対し、以下の評価を行った。
（セパレータの評価）
（１）Ａ層およびＢ層の厚み
厚みは、ＪＩＳ規格Ｋ７１３０−１９９２による方法に準じて測定した。
【００７１】
（２）Ａ層の空隙率
Ａ層を、一辺の長さが１０ｃｍの正方形に切り取り、重量Ｗ（ｇ）と厚みＴ（ｃｍ）とを測定した。次に、Ａ層の真比重Ｄ（ｇ／ｃｍ3）の値を用いて、次式より、空隙率（％）を求めた。
空隙率（％）＝１００×｛１−（Ｗ／Ｄ）／（１００×Ｔ）｝
【００７２】
（３）透気度
セパレータのガーレー値（秒／１００ｍｌ）を、ＪＩＳ規格Ｐ８１１７による方法に準じて、Ｂ型デンソメーター（（株）東洋精機製作所）を用いて測定した。
【００７３】
（４）突刺し強度
セパレータをφ１２ｍｍのワッシャで固定し、固定されたセパレータに、ピンを２００ｍｍ／分の速度で突刺し、その際の最大応力（ｇｆ）を突刺し強度として求めた。ピンの形状は、ピン径φ１ｍｍ、先端０．５Ｒとした。
【００７４】
（電池の評価）
（１）初期容量
以下の評価を行う前に、作製された電池を２０℃の環境に置き、設計容量を基準にして０．１Ｃの定電流で４．２Ｖに到達するまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で５時間充電した。その後、０．１Ｃの定電流で放電し、常温における初期容量（Ｃ0）を測定した。
得られた初期容量を基準にして、下記の要領で、低温レート特性、サイクル特性、加熱試験およびリーク不良を評価した。
【００７５】
（２）低温レート特性
電池を２０℃の環境に置き、設計容量を基準にして０．１Ｃの定電流で４．２Ｖに到達するまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で５時間充電した。次に、充電状態の電池を−１０℃の環境に６０分間放置後、１Ｃ（１０００ｍＡ）の電流で放電を行った。得られた放電容量の、初期容量（Ｃ0）に対する割合を、容量維持率（％）として求めた。
【００７６】
（３）サイクル特性
２０℃環境温度で、以下の条件で電池の充放電を繰り返した。
まず、１．０Ａの定電流で、電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、その後、４．２Ｖの定電圧で、５０ｍＡの電流値に低下するまで充電した。充電後の電池は３０分間休止させた。その後、０．２Ａの電流値で、電池電圧が３．０Ｖに低下するまで定電流で放電した。放電後の電池は３０分間休止させた。この充放電を１サイクルとして、放電容量が初期容量（Ｃ0）の５０％になるまで、充放電サイクルを繰り返した。その時のサイクル数を５０％維持サイクル数として求めた。
【００７７】
（４）加熱試験
電池を加熱槽に設置し、加熱槽を５℃／分の昇温速度で１４０℃まで上昇させ、その状態で１０分間放置した。その後、電池の温度をモニタし、電池温度が到達した最高温度を測定した。
【００７８】
（５）リーク不良
電極群に対して、直流電圧２５０Ｖを印加した際、１０ｍＡ以上の電流量が通電した場合をリークセルと見なした。３０個中、３個以上のリークセルが発生した場合をリーク不良発生と判断した。
【００７９】
（vi）評価結果
［評価１］
表１Ａに示すように、セパレータの厚みを１６μｍで固定し、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率を変えたときの評価結果を表１Ｂに示す。なお、サンプル１〜３は実施例、サンプルＣ１およびＣ２は比較例である。
【００８０】
【表１Ａ】
【００８１】
【表１Ｂ】
【００８２】
表１Ａおよび１Ｂに示すように、セパレータの厚みが１６μｍの場合、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が、２．５以上、１３以下の範囲で、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。
【００８３】
サンプルＣ１（Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が２．０）では、低温レート特性が低く、５０％維持サイクル数が少なかった。これは、Ｂ層が相対的に厚くなるため、リチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためと考えられる。
【００８４】
サンプルＣ２（Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が１３．５）では、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル４と同程度であった。しかし、サンプルＣ４の加熱試験における最高温度は、サンプル１〜４に比べて、２０℃程度も高かった。Ｂ層が薄いため、耐熱性が低下したと考えられる。
【００８５】
［評価２］
表２Ａに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率を４．３で固定し、Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計を変えたときの評価結果を表２Ｂに示す。
【００８６】
【表２Ａ】
【００８７】
【表２Ｂ】
【００８８】
表２Ａおよび２Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が３３重量％の場合、Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計が１１〜２２μｍであるサンプル２、５および６では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。なお、サンプル２、５および６を比較すると、Ａ層の厚みとＢ層の厚みとの合計が大きくなるにしたがい、若干低温レート特性および５０％維持サイクル数が低下する傾向があった。これは、セパレータが厚くなるにしたがって、リチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００８９】
サンプルＣ３（セパレータの厚みが８μｍ）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル５と同程度であった。しかし、加熱試験では、耐熱性の低下が見られ、リーク不良も観測された。これは、セパレータが薄いため、絶縁性、耐圧および耐熱性が低下したためである。
【００９０】
サンプルＣ４（セパレータの厚みが２３μｍ）の場合、加熱試験およびリーク不良の結果は、サンプル６と同程度であった。しかし、低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数も減少した。これは、セパレータのリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００９１】
［評価３］
表３Ａに示すように、Ａ層の厚みとＢ層の厚みを固定し、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を変えたときの評価結果を表３Ｂに示す。
【００９２】
【表３Ａ】
【００９３】
【表３Ｂ】
【００９４】
表３Ａおよび３Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、セパレータの厚みが１６μｍであり、アラミド樹脂の含有率が２０〜４５重量％であるサンプル２、７および８では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。なお、サンプル２、７および８を比較すると、アラミド樹脂の含有率が増加するにしたがい、若干低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数が減少する傾向があった。これは、アラミド樹脂の含有率が増加するにしたがい、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００９５】
サンプルＣ５（アラミド樹脂の含有率が１６重量％）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル７と同程度であった。しかし、加熱試験では最高温度の上昇が観測された。これは、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が少ないため、Ｂ層の耐熱性が低下したためである。
【００９６】
サンプルＣ６（アラミド樹脂の含有率が５０重量％）の場合、加熱試験の結果は、サンプル８と同程度であり、リーク不良も観測されなかった。しかし、低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数も減少した。これは、Ｂ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【００９７】
［評価４］
表４Ａに示すように、Ａ層の厚みとＢ層の厚みを固定し、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を固定し、Ａ層の空隙率およびセパレータの透気度を変えたときの評価結果を表４Ｂに示す。
【００９８】
【表４Ａ】
【００９９】
【表４Ｂ】
【０１００】
表４Ａおよび４Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、セパレータの厚みが１６μｍであり、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が３３重量％であり、Ａ層の空隙率が３７〜４８％（セパレータの透気度が１５０秒／１００ｍｌ〜４００秒／１００ｍｌ）であるサンプル２、９および１０では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。なお、サンプル２、９および１０を比較すると、Ａ層の空隙率が増加する（セパレータの透気度の値が小さくなる）にしたがい、若干低温レート特性が向上し、５０％維持サイクル数が増加する傾向があった。これは、Ａ層の空隙率が増加するにしたがい、Ａ層におけるリチウムイオンの透過性が増加し、抵抗が減少したためである。
【０１０１】
サンプルＣ７（Ａ層の空隙率が３５％、セパレータの透気度が４５０秒／１００ｍｌ）の場合、加熱試験の結果は、サンプル９と同程度であり、リーク不良も観測されなかった。しかし、低温レート特性が低下し、５０％維持サイクル数は減少した。これは、Ａ層におけるリチウムイオンの透過性が低下し、抵抗が増加したためである。
【０１０２】
サンプルＣ８（Ａ層の空隙率が５０％、セパレータの透気度が１２０秒／１００ｍｌ）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル１０と同程度であった。しかし、リーク不良が観測された。これは、Ａ層の空隙率が高いため、セパレータの絶縁性および耐圧が低下したためである。
【０１０３】
［評価５］
表５Ａに示すように、Ａ層の厚みとＢ層の厚みを固定し、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率を固定し、セパレータの突刺し強度を変えたときの評価結果を表５Ｂに示す。なお、突刺し強度は、Ａ層の作製時におけるロール温度および延伸時の温度を制御することにより変化させた。
【０１０４】
【表５Ａ】
【０１０５】
【表５Ｂ】
【０１０６】
表５Ａおよび５Ｂに示すように、Ｂ層の厚みに対するＡ層の厚みの比率が４．３であり、セパレータの厚みが１６μｍであり、Ｂ層に含まれるアラミド樹脂の含有率が３３重量％であり、セパレータの突刺し強度が２５０ｇｆ以上であるサンプル２、１１、１２および１３では、低温レート特性、５０％維持サイクル数および加熱試験で、良好な結果が得られた。また、リーク不良も観測されなかった。
【０１０７】
サンプルＣ９（セパレータの突刺し強度が２００ｇｆ）の場合、低温レート特性および５０％維持サイクル数は、サンプル１１と同程度であった。しかし、リーク不良が観測された。これは、セパレータの絶縁性および耐圧が低下したためである。
【０１０８】
上記実施例では、電極を捲回した電極群を有する角型の非水電解質二次電池について説明したが、本発明を適用できる電池の形状は、角型に限定されない。例えば、円筒電池、平型電池、コイン型電池、ラミネート型電池にも本発明を適用することができる。また、上記実施例では、小型機器用の電池について検討したが、本発明は、電気自動車用電源、電力貯蔵など、大型の大容量電池にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、様々な非水電解質二次電池に利用可能であり、特に、優れた出力特性と安全性が要求される小型機器用の非水電解質二次電池において有用である。例えば角型電池、円筒電池、平型電池、コイン型電池、ラミネート型電池などに、本発明を適用することができる。ただし、本発明は、電気自動車用電源、大型の電力貯蔵装置などにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の非水電解質二次電池の一例の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】本発明の非水電解質二次電池用セパレータの部分断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 電極群
４ 電池ケース
５ 封口板
２ 正極リード
３ 負極リード
６ 外部負極端子
８ 封栓
７ ガスケット
９ セパレータ
１０ 第１多孔質層（Ａ層）
１１ 第２多孔質層（Ｂ層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層（Ｂ層）とを積層した非水電解質二次電池用セパレータであって、
前記Ｂ層の厚み（ＴB）に対する、前記Ａ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）が、２．５以上、１３以下である、非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項２】
前記Ａ層が、熱可塑性樹脂からなる多孔質層であり、８０℃以上、１８０℃以下の温度で実質的に無孔性の層となる、請求項１記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項３】
前記Ａ層が、ポリエチレンからなる多孔質層である、請求項１または２記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項４】
前記Ａ層の厚みと前記Ｂ層の厚みとの合計（ＴA＋ＴB）が、１１μｍ以上、２２μｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項５】
前記Ｂ層に含まれる前記アラミド樹脂の含有率が、２０重量％以上、４５重量％以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項６】
前記Ａ層の空隙率が、３７％以上、４８％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項７】
透気度が、１５０秒／１００ｍｌ以上、４００秒／１００ｍｌ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項８】
突刺し強度が、２５０ｇｆ以上である、請求項１〜７のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項９】
リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、非水電解質とを具備し、前記セパレータが、請求項１〜８のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータである、非水電解質二次電池。
【請求項１】
高温時に実質的に無孔性の層となるシャットダウン特性を有する第１多孔質層（Ａ層）と、アラミド樹脂と無機材料とを含む第２多孔質層（Ｂ層）とを積層した非水電解質二次電池用セパレータであって、
前記Ｂ層の厚み（ＴB）に対する、前記Ａ層の厚み（ＴA）の比率（ＴA／ＴB）が、２．５以上、１３以下である、非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項２】
前記Ａ層が、熱可塑性樹脂からなる多孔質層であり、８０℃以上、１８０℃以下の温度で実質的に無孔性の層となる、請求項１記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項３】
前記Ａ層が、ポリエチレンからなる多孔質層である、請求項１または２記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項４】
前記Ａ層の厚みと前記Ｂ層の厚みとの合計（ＴA＋ＴB）が、１１μｍ以上、２２μｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項５】
前記Ｂ層に含まれる前記アラミド樹脂の含有率が、２０重量％以上、４５重量％以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項６】
前記Ａ層の空隙率が、３７％以上、４８％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項７】
透気度が、１５０秒／１００ｍｌ以上、４００秒／１００ｍｌ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項８】
突刺し強度が、２５０ｇｆ以上である、請求項１〜７のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータ。
【請求項９】
リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する正極と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、非水電解質とを具備し、前記セパレータが、請求項１〜８のいずれかに記載の非水電解質二次電池用セパレータである、非水電解質二次電池。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２９９６１２（Ｐ２００７−２９９６１２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２６２１１（Ｐ２００６−１２６２１１）
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]