JP7230798B2

JP7230798B2 - 非水電解質蓄電素子及びその製造方法

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Publication number: JP7230798B2
Application number: JP2019501274A
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Inventors: 寛二井岡
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Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2023-03-01
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Description

本発明は、非水電解質蓄電素子及びその製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極を有する電極体、及び電極間に介在する非水電解質を備え、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、二次電池以外の蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。

このような蓄電素子の正極には、導電性の基材に、正極活物質を含む正極合材層が積層されたものが広く用いられている。上記正極の基材としては、アルミニウム箔が一般的である。一方、蓄電素子の高容量化などを図るべく、基材の薄膜化が進んでいる。そこで、薄膜化に対応可能な十分な強度等を有する基材としてアルミニウム合金が用いられた二次電池等が開発されている（特許文献１、２参照）。

特開２０１４－４７３６７号公報特開２００９－４８８７６号公報

しかし、正極基材にアルミニウム合金を用いた場合、純アルミニウムを用いた場合と比べて、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇が大きいという不都合を有する。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇を抑えることができる非水電解質蓄電素子、及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子は、導電性の基材と、この基材に積層された正極合材層とを有する正極を備え、上記基材が、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されており、上記正極合材層が、正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを含有する非水電解質蓄電素子である。

本発明の他の一態様に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを混合すること、及び上記混合により得られた正極合材を導電性の基材に積層することを有し、上記基材が、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されている非水電解質蓄電素子の製造方法である。

本発明によれば、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇を抑えることができる非水電解質蓄電素子、及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を示す外観斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置を示す概略図である。

本発明の一態様は、非水電解質蓄電素子（以下、単に「蓄電素子」ともいう。）は、導電性の基材と、この基材に積層された正極合材層とを有する正極を備え、上記基材が、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されており、上記正極合材層が、正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを含有する非水電解質蓄電素子である。

当該蓄電素子によれば、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇を抑えることができる。この理由は定かでは無いが、以下のことが推察される。一般的に蓄電素子においては、充放電に伴って、正極活物質である粒子は膨張及び収縮を繰り返す。このような粒子の膨張収縮の繰り返しによって、基材から粒子が浮き上がる。このため、この粒子を含む正極合材層と基材との密着性が低下し、その結果、抵抗が上昇する。特に、堅いアルミニウム合金が基材である場合、この基材からの粒子の離れが顕著になる。この理由は、基材が硬い場合、粒子が膨張する際に、基材表面に平行な方向及び下方向（基材方向）には粒子は膨張し難く、その結果、粒子は、上方向（基材から離れる方向）に押し上げられやすくなるためと推察される。一方、純アルミニウムなど、基材が比較的柔らかい場合は、粒子の膨張に追従して基材が変形するため、密着性は確保される。そこで、基材がアルミニウム合金である場合、正極合材層に大小２種類の粒子を混合させておくことで、以下の作用効果が生じ、密着性が高まると推察される。（１）大粒子間に存在し、比較的移動しやすい小粒子がクッション的に機能するため、大粒子の基材表面方向の膨張が生じやすくなり、大粒子が基材から浮き上がることが抑制される。（２）また、大粒子間に存在する小粒子の一部は、特に大粒子の膨張に伴って、基板に押しつけられる向きに力が働くが、基材が変形しにくいため、この小粒子の基材との密着性が高まる。このように、基材に対する粒子の密着性が高まる結果、抵抗上昇を抑えることができるものと推察される。

なお、「粒径」とは、体積基準の粒度分布における最頻値に対応する粒径（モード径）をいう。「粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを含有する」とは、頻度分布で表した体積基準の粒度分布曲線において、粒子Ａに対応するピークと、粒子Ｂに対応するピークとが現れることを意味する。また、各ピークに対応する粒径を、各粒子の粒径とする。この粒径（粒度分布）は、レーザー回折式粒度分布測定によって測定される値とする。

具体的な粒径の測定方法は以下のとおりである。正極活物質粒子の粒径は、正極活物質粒子の粒度分布をレーザー回折式粒度分布測定装置（装置名：ＳＡＬＤ－２２００（島津製作所製）、測定制御ソフトはＷｉｎｇＳＡＬＤ－２２００）を用いて測定する。測定には、散乱式の測定モードを採用する。正極活物質粒子を分散溶媒中に分散させた分散液を調製し、この分散液を測定資料として使用する。上記の分散液を入れた測定用湿式セルを５分間超音波環境下に置いた後、装置にセットし、レーザー光を照射して測定を行い、散乱光分布を得る。得られた散乱光分布を対数正規分布により近似し、頻度分布グラフ（横軸を粒子径、縦軸を頻度とするグラフ）において最小を０．１μｍ、最大を１００μｍに設定した範囲の中で、最頻値に対応する粒径（モード径）を求める。正極合材層が「粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを含有する」ことは、上記の頻度分布グラフに、粒子Ａに対応する極大点と粒子Ｂに対応する極大点が存在していることをもって判別する。そして、それぞれの極大点に対応する粒径（モード径）を粒子Ａ及び粒子Ｂの粒径とする。

上記粒子Ｂの粒径に対する上記粒子Ａの粒径である粒径比（Ａ／Ｂ）が３以上であることが好ましい。粒径比（Ａ／Ｂ）を３以上とすることで、正極合材層における粒子の充填状態が好適化されることなどにより、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇をより抑えることができる。

上記基材の引張破断強度が２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。このように、強度の高い基材である場合、粒径の異なる粒子Ａ、Ｂを用いることによる抵抗上昇抑制効果がさらに効果的に奏される。なお、基材の引張破断強度は、アルミニウム合金箔から、５号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に記載の引張試験に準拠した引張強さの測定値とすることができる。

上記粒子Ａの粒径が、上記粒子Ｂの粒径より大きく、上記粒子Ａと上記粒子Ｂとの合計含有量に対する上記粒子Ａの含有量が、６０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。粒子Ａと粒子Ｂとの合計含有量に対する粒子Ａの含有量を上記範囲とする、すなわち粒子Ａと粒子Ｂとの質量比を所定範囲とすることで、正極合材層における粒子の充填状態が好適化されることなどにより、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇をさらに抑えることができる。

本発明の一態様は、正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを混合すること、及び上記混合により得られた正極合材を導電性の基材に積層することを有し、上記基材が、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されている非水電解質蓄電素子の製造方法である。当該製造方法によれば、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇を抑えることができる非水電解質蓄電素子を得ることができる。

＜非水電解質蓄電素子＞
本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、正極、負極及び非水電解質を有する。以下、蓄電素子の一例として、二次電池について説明する。上記正極及び負極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回された電極体を形成する。この電極体はケースに収納され、このケース内に上記非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記ケースとしては、二次電池のケースとして通常用いられる公知のアルミニウムケース等を用いることができる。

（正極）
上記正極は、導電性の基材と、この基材に直接又は中間層を介して積層された正極合材層とを有する。

（正極基材）
上記基材（正極基材）は、導電性を有し、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されている。当該蓄電素子においては、正極基材にこのようなアルミニウム合金を用いることで、強度を高め、正極基材の薄膜化が可能となり、高容量化を図ることなどができる。この正極基材には、アルミニウム合金箔を用いることができる。なお、本明細書において、「導電性」を有するとは、ＪＩＳ－Ｈ－０５０５（１９７５年）に準拠して測定される体積抵抗率が１０^７Ω・ｃｍ以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が１０^７Ω・ｃｍ超であることを意味する。

上記基材に含有されるアルミニウム以外の元素としては、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｓｉ（ケイ素）等を挙げることができ、Ｍｎ及びＭｇの少なくとも一方が含有されていることが好ましく、Ｍｎが含有されていることがより好ましい。なお、上記基材に含有されるアルミニウム以外の元素の含有量の上限は、例えば３質量％である。

上記アルミニウム合金としては、ＪＩＳ－Ｈ－４０００（２０１４年）に規定される合金番号２０２４、３００３、３００４、５０５２、５１５４等のＡｌ－Ｍｎ系合金などが例示できる。これらの中でも合金番号３００３のアルミニウム合金（Ａ３００３Ｐ）が好ましい。

上記基材の引張破断強度の下限としては、２５０ＭＰａが好ましく、２６０ＭＰａがより好ましく、２７０ＭＰａがさらに好ましく、２８０ＭＰａが特に好ましい。このように引張破断強度の高い基材を、粒径の異なる粒子Ａ、Ｂと組み合わせて用いることにより、抵抗上昇抑制効果がより効果的に奏される。これは、アルミ箔近傍に存在する小粒子が大粒子の膨張収縮によって、アルミニウム箔に押しつけられる際に、アルミニウム箔強度が高い程、基材との密着性が高まるためである。なお、この引張破断強度の上限としては特に制限されないが、例えば３５０ＭＰａであり、３００ＭＰａが好ましい。

上記基材の平均厚さとしては特に限定されないが、下限としては、１０μｍが好ましく、１２μｍがより好ましく、１５μｍがさらに好ましい。一方、この上限としては、例えば３０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。基材の平均厚さを上記範囲とすることで、薄膜化を図りつつ、十分な強度や低抵抗性を確保することなどができる。

（正極合材層）
上記正極合材層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極合材層を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー（結着剤）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含むことができる。

上記正極合材層は、正極活物質として、粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを含有する。以下、粒子Ａの粒径が、粒子Ｂの粒径よりも大きいとして説明する。上記粒子Ｂの粒径に対する上記粒子Ａの粒径である粒径比（Ａ／Ｂ）の下限としては、１超であればよいが、３が好ましく、４がより好ましく、４．５がさらに好ましく、４．８６が特に好ましい。一方、この粒径比（Ａ／Ｂ）の上限としては、例えば１０であり、８が好ましく、６がより好ましく、５．５がさらに好ましい。このような粒径比とすることで、大粒子Ａと小粒子Ｂとの充填状態が好適化され、上述した小粒子Ｂのクッション性や小粒子Ｂの基材への密着性が高まり、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇をより抑えることができる。粒子Ａが最密充填して、粒子Ａの隙間に規則的に粒子Ｂが配置される状態が、粒子Ａと粒子Ｂの距離が最も近く、膨張収縮に伴う密着性増大の効果が最も大きいと考えられる。粒子Ａ及び粒子Ｂが真球であるとすると、Ａ／Ｂ≒４．４５となるが、実際の粒子は真球から外れた粒子形態であることから上記範囲とすることが好ましい。

上記粒子Ａの粒径の上限としては、例えば５０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。一方、粒子Ａの粒径の下限としては、５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。上記粒子Ｂの粒径の上限としては、１０μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、粒子Ｂの粒径の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。

上記粒子Ａと上記粒子Ｂとの質量比（Ａ：Ｂ）としては特に限定されないが、粒子Ａと粒子Ｂとの合計含有量に対する粒子Ａの含有量は、６０質量％（Ａ：Ｂ＝６：４）以上が好ましく、６５質量％（Ａ：Ｂ＝６．５：３．５）以上がより好ましい。また、粒子Ａと粒子Ｂとの合計含有量に対する粒子Ａの含有量は、９０質量％（Ａ：Ｂ＝９：１）以下が好ましく、８０質量％（Ａ：Ｂ＝８：２）以下がより好ましい。このような混合比とすることで、粒子Ｂ同士、或いは、粒子Ａ同士の余分な接触が抑制されることで粒子Ａと粒子Ｂとの充填状態が好適化され、上述した粒子Ｂのクッション性や粒子Ｂの基材への密着性が高まり、充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇をより抑えることができる。

なお、上記正極合材層における正極活物質としては、上記粒子Ａ及び粒子Ｂ以外の正極活物質（例えば粒子Ｃ等）が含有されていてもよい。但し、全正極活物質に対する上記粒子Ａ及び粒子Ｂの合計含有量としては、６０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましく、９５質量％以上がさらに好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。このように、正極活物質における粒子Ａ及び粒子Ｂの割合を高めることで、粒子Ａと粒子Ｂとを併用する効果をより高めることができる。

上記正極活物質としては特に限定されず、例えばＬｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（層状のα－ＮａＦｅＯ_２型結晶構造を有するＬｉ_ｘＣｏＯ_２，Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２，Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３，Ｌｉ_ｘＮｉ_αＣｏ_{（１－α）}Ｏ_２，Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１－α－β）}Ｏ_２等、スピネル型結晶構造を有するＬｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４，Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_{（２－α）}Ｏ_４等）、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４，ＬｉＭｎＰＯ_４，ＬｉＮｉＰＯ_４，ＬｉＣｏＰＯ_４，Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３，Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４，Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは、他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極合材層においては、これら化合物の１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの正極活物質が、粒子Ａ及び粒子Ｂを形成している。

上記正極活物質としては、上記Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１－α－β）}Ｏ_２（ｘは、０．８以上１．３以下の数である。α及びβは、それぞれ独立して、０超１未満の整数である。）等、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｏを含む複合金属酸化物が好ましい。特に、粒子Ａ及び粒子Ｂの双方が、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｏを含む複合金属酸化物から形成されていることが好ましい。

リチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として使用した蓄電素子は、エネルギー密度、充放電特性、高温保存等の寿命特性のバランスに優れることから好ましい。また、遷移金属のモル数に対するニッケルのモル数の割合が多い程、充放電時の活物質の膨張収縮が大きくなることで、充放電サイクルに伴う正極の抵抗が増加しやすくなることから、本発明の効果がより顕著に得られるため好ましい。よって、リチウム遷移金属複合酸化物に含まれるニッケルのモル数の割合は遷移金属のモル数に対して３０％を超えることが好ましく、３３％以上であることがより好ましい。一方、リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属のモル数に対するニッケルのモル数の割合が８０％を超えるとリチウム遷移金属複合酸化物の初期クーロン効率が低下する傾向がある。これらの観点から、リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属のモル数に対するニッケルのモル数の割合は３０％を超えることが好ましく、３３％以上であることがより好ましく、３３％以上８０％以下とすることが特に好ましい。最も好ましくは、Ｌｉ_ｗＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_{１－ｘ－ｙ}Ｏ_２（０＜ｗ≦１．２、０．３＜ｘ≦０．８、０≦ｙ＜０．７、但しｘ＋ｙ≦１）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として使用することである。なお、０．１≦ｙ≦０．４であることが好ましく、０．１≦１－ｘ－ｙ≦０．４であることが好ましい。さらに、ｘ≧ｙかつｘ≧１－ｘ－ｙであることが好ましい。ｘとｙと１－ｘ－ｙとの比（ｘ：ｙ：１－ｘ－ｙ）は、実質的に１：１：１であってよい。また、上記式Ｌｉ_ｗＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_{１－ｘ－ｙ}Ｏ_２で表されるリチウム遷移金属複合酸化物には、リチウム遷移金属複合酸化物の性能を向上、改質させるために、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＯ以外の元素を含んでいても良い。

一方、この正極活物質は、充放電による体積変動によって割れやすく、強度の高い基材を用いた場合にはその傾向が顕著になる。そこで、粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂとして、このようなＮｉ、Ｍｎ及びＣｏを含む複合金属酸化物を用いた場合、比較的移動しやすい小粒子Ｂがクッション的に機能し、充放電に伴う割れが抑制される。これによって、本発明の効果を奏しつつ、蓄電素子の高エネルギー密度化を図ることができる。

上記正極合材層における正極活物質の含有量の下限としては、８０質量％が好ましく、８５質量％がより好ましく、９０質量％がさらに好ましい。一方、正極活物質の含有量の上限としては、９９質量％が好ましく、９５質量％がより好ましい。正極活物質の含有量を上記範囲とすることで、蓄電素子の電気容量を高めることなどができる。

上記導電剤としては、蓄電素子性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックス等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。

上記バインダー（結着剤）としては、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体等）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂；エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム等のエラストマー；多糖類高分子等が挙げられる。

上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。

上記フィラーとしては、蓄電素子性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が挙げられる。

また、上記正極合材層の多孔度の上限としては、３５体積％が好ましく、２８体積％がより好ましく、２６体積％がさらに好ましい。このように、正極合材層の多孔度を比較的低くすることで、正極合材層と基材との密着性を高め、抵抗上昇をより効果的に抑制することなどができる。一方、この下限としては、例えば２０体積％であってよく、２４体積％であってよい。

上記正極の密度としては特に限定されず、下限としては、２ｇ／ｃｍ^３であってもよいが、３ｇ／ｃｍ^３が好ましく、３．２ｇ／ｃｍ^３がより好ましい。このように、正極の密度を比較的高くすることで、正極合材層と基材との密着性を高め、抵抗上昇をより効果的に抑制することなどができる。一方、この上限としては、４ｇ／ｃｍ^３が好ましく、３．４ｇ／ｃｍ^３がより好ましい。

（負極）
上記負極は、負極基材、及びこの負極基材に直接又は中間層を介して配される負極合材層を有する。上記中間層は正極の中間層と同様の構成とすることができる。

上記負極基材の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はそれらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。

上記負極合材層は、負極活物質を含むいわゆる負極合材から形成される。また、負極合材層を形成する負極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー（結着剤）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極合材層と同様のものを用いることができる。

上記負極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばＳｉ、Ｓｎ等の金属又は半金属；Ｓｉ酸化物、Ｓｎ酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物；ポリリン酸化合物；黒鉛（グラファイト）、非晶質炭素（易黒鉛化性炭素または難黒鉛化性炭素）等の炭素材料等が挙げられる。

さらに、負極合材層は、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等の典型非金属元素、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ等の典型金属元素、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗ等の遷移金属元素を含有してもよい。

（セパレータ）
上記セパレータは、正極と負極とを隔離し、かつ非水電解質を保持する役割を担う。セパレータの材質としては、例えば織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも多孔質樹脂フィルムが好ましい。多孔質樹脂フィルムの主成分としては、強度の観点から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が好ましい。また、これらの樹脂とアラミドやポリイミド等の樹脂とを複合した多孔質樹脂フィルムを用いてもよい。

（非水電解質）
上記非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解する電解質塩とを含む。上記非水電解質には、その他の添加剤が含有されていてもよい。

上記非水溶媒としては、一般的な蓄電素子用非水電解質の非水溶媒として通常用いられる公知の非水溶媒を用いることができる。上記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、エステル、エーテル、アミド、スルホン、ラクトン、ニトリル等を挙げることができる。これらの中でも、環状カーボネート又は鎖状カーボネートを少なくとも用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの体積比（環状カーボネート：鎖状カーボネート）としては、特に限定されないが、例えば５：９５以上５０：５０以下とすることが好ましい。

上記環状カーボネートとしては、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）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ジフルオロエチレンカーボネート（ＤＦＥＣ）、スチレンカーボネート、カテコールカーボネート、１－フェニルビニレンカーボネート、１，２－ジフェニルビニレンカーボネート等を挙げることができ、これらの中でもＥＣが好ましい。

上記鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジフェニルカーボネート等を挙げることができ、これらの中でもＥＭＣが好ましい。

上記電解質塩としては、一般的な蓄電素子用非水電解質の電解質塩として通常用いられる公知の電解質塩を用いることができる。上記電解質塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等を挙げることができるが、リチウム塩が好ましい。

上記リチウム塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｆ）_２等の無機リチウム塩、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）（ＳＯ_２Ｃ_４Ｆ_９）、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＣ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_３等のフッ化炭化水素基を有するリチウム塩などを挙げることができる。これらの中でも、無機リチウム塩が好ましい。

上記非水電解質における上記電解質塩の含有量の下限としては、０．１Ｍが好ましく、０．３Ｍがより好ましく、０．５Ｍがさらに好ましく、０．７Ｍが特に好ましい。一方、この上限としては、特に限定されないが、２．５Ｍが好ましく、２Ｍがより好ましく、１．５Ｍがさらに好ましい。

＜非水電解質蓄電素子の製造方法＞
本発明の一実施形態に係る上記蓄電素子の製造方法は、
（１）正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを混合すること、及び
（２）上記混合により得られた正極合材を導電性の基材に積層すること
を有する。ここで、上記基材は、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されている。

上記（１）においては、上記正極活物質としての粒子Ａ及び粒子Ｂの他、バインダーや分散媒等の任意成分を必要に応じて混合する。ここで、粒子Ａ及び粒子Ｂは、通常、それぞれ体積基準の粒度分布において単一のピークを有する粒子である。

上記（２）においては、上記（１）により混合した正極合材を塗布等の公知の方法によって基材に積層する。塗布後は、乾燥等を経ることにより、基材に正極合材層が積層された正極が得られる。なお、塗布又は乾燥後、公知の方法により、正極合材層を厚さ方向に押圧してもよい。このように、正極合材層をプレスすることによって、正極合材層と基材との密着性を高めることができる。

上記（１）及び（２）の工程以外は、公知の方法によって、当該蓄電素子を得ることができる。当該製造方法は、例えば、正極及び負極（電極体）をケースに収容する工程、及び上記ケースに上記非水電解質を注入する工程を備える。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。上記実施の形態においては、蓄電素子が二次電池である形態を中心に説明したが、その他の蓄電素子であってもよい。その他の蓄電素子としては、例えばキャパシタ（電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ）等が挙げられる。

図１に、本発明に係る蓄電素子の一実施形態である矩形状の非水電解質二次電池１（二次電池１）の概略図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図１に示す二次電池１は、電極体２が電池容器３に収納されている。電極体２は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード４’を介して正極端子４と電気的に接続され、負極は、負極リード５’を介して負極端子５と電気的に接続されている。また、電池容器３内に、非水電解質が注入されている。なお、正極等の各要素の具体的構成等は、上述したとおりである。

本発明に係る蓄電素子の構成については特に限定されるものではなく、円筒型電池、角型電池（矩形状の電池）、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明は、上記の蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図２に示す。図２において、蓄電装置３０は、複数の蓄電ユニット２０を備えている。それぞれの蓄電ユニット２０は、複数の二次電池１を備えている。上記蓄電装置３０は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車用電源として搭載することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに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。

なお、実施例及び比較例で用いたアルミニウム箔及びアルミニウム合金箔は、以下のとおりである。引張破断強度の測定には、株式会社島津製作所製オートグラフＡＧ－Ｘｐｌｕｓを使用した。
Ａｌ合金箔１：平均厚さ１５μｍ、引張破断強度２８２．５ＭＰａのアルミニウム合金箔（ＪＩＳＡ３００３Ｐ：アルミニウム含有量９８質量％）
Ａｌ合金箔２：平均厚さ１５μｍ、引張破断強度２９８．７ＭＰａのアルミニウム合金箔（アルミニウム含有量９８．６質量％、鉄含有量１．１質量％）
Ａｌ合金箔３：平均厚さ１２μｍ、引張破断強度２３６．５ＭＰａのアルミニウム合金箔（アルミニウム含有量９８．５質量％、鉄含有量１．２質量％）
純Ａｌ箔：平均厚さ１５μｍ、引張破断強度２０９．０ＭＰａの純アルミニウム箔（ＪＩＳＡ１０８５Ｐ）

［実施例１］
（正極）
正極活物質として、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２の粒子Ａ（粒径１０．２μｍ）と、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２の粒子Ｂ（粒径２．１μｍ）とを７：３の質量比で用いた。粒子Ｂの粒径に対する粒子Ａの粒径（Ａ／Ｂ）は、４．８６である。この正極活物質と、導電剤であるアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及び非水系溶媒であるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いて正極合材ペーストを作製した。正極活物質、結着剤及び導電剤の質量比率は９０：５：５（固形分換算）とした。この正極合材ペーストを正極基材としてのＡｌ合金箔１（厚さ１５μｍ）の両面に、正極合材層非形成部を残して間欠塗工し、乾燥させることで正極合材層を作製した。その後、正極合材層表面をロールプレスし、正極を得た。得られた正極の厚さは１３７μｍ、密度は３．２３ｇ／ｃｍ^３であった。

（負極）
負極活物質である黒鉛、結着剤であるスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び溶媒である水を用いて負極合材ペーストを作製した。黒鉛とＳＢＲとＣＭＣの質量比率は９６：２：２とした。負極合材ペーストは、水の量を調整することにより、固形分（質量％）を調整し、マルチブレンダーミルを用いた混練工程を経て作製した。この負極ペーストを銅箔（厚さ１０μｍ）の両面に、負極合材層非形成部を残して間欠塗布し、乾燥することにより負極合材層を作製した。その後、ロールプレスを行い、負極を作製した。負極の厚みは１２４μｍであった。

（非水電解質）
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを、それぞれ３０体積％、７０体積％となるように混合した溶媒に、塩濃度が１．０ｍｏｌ／ＬとなるようにＬｉＰＦ_６を溶解させ、非水電解質を調製した。非水電解質中の水分量は５０ｐｐｍ未満とした。

（セパレータ）
セパレータには、厚み２１μｍのポリエチレン製微多孔膜を用いた。

（電池の組み立て）
上記正極と、負極と、セパレータとを積層して巻回した。その後、正極の正極合材層非形成部及び負極の負極合材層非形成部を正極リード及び負極リードにそれぞれ溶接して容器に封入し、容器と蓋板とを溶接後、非水電解質を注入して封口した。この様にして、実施例１の二次電池を作製した。

［実施例２～４、比較例１、２］
表１に記載の粒径の正極活物質（ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）の粒子、及び正極基材を用い、得られた正極の密度が表１に記載のとおりであったこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２～４及び比較例１、２の各二次電池を得た。なお、正極合材層表面のプレス圧力は、適宜変更した。

［評価］
（容量測定）
上記のようにして作製された実施例１～４及び比較例１、２の各電池について、２５℃に設定した恒温槽中で、以下の容量測定を実施し、電池の公称容量と同等の電気量の充放電が可能であることを確認した。容量測定の充電条件は、電流値１ＣＡ、電圧４．２Ｖの定電流定電圧充電とした。充電時間は通電開始から３時間とした。放電条件は、電流１ＣＡ、終止電圧２．７５Ｖの定電流放電とした。充電と放電の間には、１０分間の休止時間を設けた。なお、上記電流値である１ＣＡとは、電池に１時間の定電流通電を行った時に、電池の公称容量と同じ電気量となる電流値である。

（サイクル試験前交流抵抗測定）
終止電圧２．７５Ｖまで放電した各電池について１０分休止時間を設けた後、日置電機社製「３５６０」ＡＣミリオームハイテスタを用いて交流抵抗値（ＡＣＲ値）を測定した。測定は、１ｋＨｚの周波数の交流電圧または交流電流を電池に印加することで実施した。

（高温充放電サイクル試験）
実施例１～４及び比較例１、２の各二次電池について、以下の評価を行った。得られた二次電池について、充電電流１ＣｍＡ、充電電圧４．２Ｖの定電流定電圧充電、及び放電電流１ＣｍＡ、放電終止電圧２．７５Ｖの定電流放電を繰り返す充放電を６０℃で５００サイクル行った。なお、充放電サイクル試験前及び試験後の交流抵抗（ＡＣＲ）を測定した。ＡＣＲは、終止電圧終止電圧２．７５Ｖまで放電した各電池について１０分休止時間を設けた後、日置電機社製「３５６０」ＡＣミリオームハイテスタを用いて測定した。測定は、１ｋＨｚの周波数の交流電圧または交流電流を電池に印加することで実施した。

測定したＡＣＲ増加率（試験前のＡＣＲに対する試験後のＡＣＲの増加率）の相対値を表１に示す。なお、表１に記載の各値は、純Ａｌ箔を基材に用いた対応する比較例を基準とした相対値であり、具体的には、実施例１及び比較例１は、比較例１を基準（１００．０％）とし、実施例２～４及び比較例２は、比較例２を基準（１００．０％）とした値である。

［比較例３］
（正極）
正極活物質として、粒径４．０μｍのＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２を用いた。この正極活物質と、導電剤であるアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及び非水系溶媒であるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いて正極合材ペーストを作製した。正極活物質、結着剤及び導電剤の質量比率は９０：５：５（固形分換算）とした。この正極合材ペーストを正極基材としてのＡｌ合金箔１（厚さ１５μｍ）の表面両面に、正極合材層非形成部を残して間欠塗工し、乾燥させたることで正極合材層を作製した。その後、正極合材層表面をロールプレスし、正極を得た。得られた正極の厚さは８３μｍ、密度は２．９３ｇ／ｃｍ^３であった。

（負極）
負極活物質である難黒鉛化性炭素、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及び溶媒であるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いて負極合材ペーストを作製した。難黒鉛化性炭素とＰＶＤＦの質量比率は９０：１０とした。負極合材ペーストは、ＮＭＰの量を調整することにより、固形分（質量％）を調整し、マルチブレンダーミルを用いた混練工程を経て作製した。この負極ペーストを銅箔（厚さ１０μｍ）の両面に、負極合材層非形成部を残して間欠塗布し、乾燥することにより負極合材層を作製した。その後、ロールプレスを行い、負極を作製した。負極の厚みは１０４μｍであった。

（電池の組み立て）
上記正極及び負極、並びに実施例１と同様の非水電解質及びセパレータを用い、実施例１と同様にして、比較例３の二次電池を作製した。

［比較例４］
表１に記載の正極基材を用いたこと以外は比較例３と同様にして、比較例４の二次電池を得た。

［評価］
（容量測定）
上記のようにして作製された比較例３、４の各二次電池について、２５℃に設定した恒温槽中で、以下の容量測定を実施し、二次電池の公称容量と同等の電気量の充放電が可能であることを確認した。容量測定の充電条件は、電流値１ＣＡ、電圧４．２Ｖの定電流定電圧充電とした。充電時間は通電開始から３時間とした。放電条件は、電流１ＣＡ、終止電圧２．７５Ｖの定電流放電とした。充電と放電の間には、１０分間の休止時間を設けた。

（高温充放電サイクル試験）
比較例３、４の各二次電池について、以下の評価を行った。得られた二次電池について、充電電流及び放電電流を共に２ＣｍＡとし、充電深度（ＳＯＣ）２０－８０％の充放電サイクルを６０℃で３０００サイクル行った。なお、充放電サイクル試験前及び試験後の交流抵抗（ＡＣＲ）を測定した。ＡＣＲは、比較例３、４の各二次電池を終止電圧２．７５Ｖまで放電して、１０分間の休止時間を経た後、日置電機社の「３５６０」ＡＣミリオームハイテスタを用いて交流抵抗値（ＡＣＲ値）を測定した。測定は、１ｋＨｚの周波数の交流電圧または交流電流を電池に印加することで実施した。測定した試験前ＡＣＲ、ＡＣＲ増加率（試験前のＡＣＲに対する試験後のＡＣＲの増加率）の相対値を表１に示す。なお、表１に記載の比較例３、４の値は、純Ａｌ箔を基材に用いた対応する比較例４を基準（１００．０％）とした相対値である。

［比較例５］
（正極）
正極活物質として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４の粒子Ａ（粒径１８μｍ）と、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２の粒子Ｂ（粒径１０μｍ）を７：３の質量比で用いた。粒子Ｂの粒径に対する粒子Ａの粒径（Ａ／Ｂ）は、１．８０である。この正極活物質と、導電剤であるアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及び非水系溶媒であるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いて正極合材ペーストを作製した。正極活物質、結着剤及び導電剤の質量比率は９０：５：５（固形分換算）とした。この正極合材ペーストを正極基材としてのＡｌ合金箔１（厚さ１５μｍ）の両面に、正極合材層非形成部を残して間欠塗工し、乾燥させることで正極合材層を作製した。その後、正極合材層表面をロールプレスし、正極を得た。得られた正極の厚さは１８６μｍ、密度は２．１７ｇ／ｃｍ^３であった。

（負極）
負極活物質である黒鉛、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及び溶媒であるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いて負極合材ペーストを作製した。黒鉛とＰＶＤＦの質量比率は９０：１０とした。負極合材ペーストは、ＮＭＰの量を調整することにより、固形分（質量％）を調整し、マルチブレンダーミルを用いた混練工程を経て作製した。この負極ペーストを銅箔（厚さ１０μｍ）の両面に、負極合材層非形成部を残して間欠塗布し、乾燥することにより負極合材層を作製した。その後、ロールプレスを行い、負極を作製した。負極の厚みは１２９μｍであった。

（電池の組み立て）
上記正極及び負極、並びに実施例１と同様の非水電解質及びセパレータを用い、実施例１と同様にして、比較例５の二次電池を作製した。

［比較例６］
表１に記載の正極基材を用いたこと以外は比較例５と同様にして、比較例６の二次電池を得た。

［評価］
（容量測定）
上記のようにして作製された比較例５及び比較例６の二次電池について、２５℃に設定した恒温槽中で、以下の容量測定を実施し、二次電池の公称容量と同等の電気量の充放電が可能であることを確認した。容量測定の充電条件は、電流値１ＣＡ、電圧４．１Ｖの定電流定電圧充電とした。充電時間は通電開始から３時間とした。放電条件は、電流１ＣＡ、終止電圧２．７５Ｖの定電流放電とした。充電と放電の間には、１０分間の休止時間を設けた。

（高温充放電サイクル試験）
比較例５及び比較例６の二次電池について、以下の評価を行った。得られた二次電池について、充電電流及び放電電流を共に１ＣｍＡとし、充電深度（ＳＯＣ）０－１００％の充放電サイクルを４５℃で１０００サイクル行った。なお、充放電サイクル試験前及び試験後の交流抵抗（ＡＣＲ）を測定した。ＡＣＲは、比較例５及び比較例６の各二次電池を終止電圧２．７５Ｖまで放電して、１０分間の休止時間を経た後、日置電機社製「３５６０」ＡＣミリオームハイテスタを用いて交流抵抗値（ＡＣＲ値）を測定した。測定は、１ｋＨｚの周波数の交流電圧または交流電流を電池に印加することで実施した。測定した試験前ＡＣＲ、ＡＣＲ増加率（試験前のＡＣＲに対する試験後のＡＣＲの増加率）の相対値を表１に示す。なお、表１に記載の比較例５及び比較例６の値は、純Ａｌ箔を基材に用いた対応する比較例６を基準（１００．０％）とした相対値である。

表１に示されるように、１種類の粒子のみを用いた比較例３と比較例４とを比べると、基材を純アルミニウムからアルミニウム合金に変えることによりＡＣＲ増加率が１割以上高くなっている。これに対し、粒径の異なる２種類の粒子を用いた場合、基材を純アルミニウムからアルミニウム合金に変えることによるＡＣＲ増加率の上昇が、１種類の粒子を用いた場合に比べて抑えられていることが分かる。特に、実施例１～４の二次電池においては、ＡＣＲ増加率が純アルミニウムを基材に用いた場合に比べて低下していることが分かる。

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車などの電源として使用される非水電解質二次電池をはじめとした非水電解質蓄電素子に適用できる。

１非水電解質二次電池
２電極体
３電池容器
４正極端子
４’ 正極リード
５負極端子
５’ 負極リード
２０蓄電ユニット
３０蓄電装置

Claims

導電性の基材と、この基材に積層された正極合材層とを有する正極を備え、
上記基材が、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されており、
上記正極合材層が、正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを含有し、
上記粒子Ｂの粒径に対する上記粒子Ａの粒径である粒径比（Ａ／Ｂ）が３以上１０以下であり、
上記粒子Ａと上記粒子Ｂとの合計含有量に対する上記粒子Ａの含有量が、６０質量％以上９０質量％以下であり、
上記基材の引張破断強度が２５０ＭＰａ以上である非水電解質蓄電素子。
正極活物質としての粒径の異なる粒子Ａ及び粒子Ｂを混合すること、及び
上記混合により得られた正極合材を導電性の基材に積層することを有し、
上記基材が、アルミニウム以外の元素の含有割合が１質量％以上であるアルミニウム合金から形成されており、
上記粒子Ｂの粒径に対する上記粒子Ａの粒径である粒径比（Ａ／Ｂ）が３以上１０以下であり、
上記粒子Ａと上記粒子Ｂとの合計含有量に対する上記粒子Ａの含有量が、６０質量％以上９０質量％以下である非水電解質蓄電素子の製造方法。