JP5418391B2 - セパレータ - Google Patents

Description

本発明は、セパレータに関する。

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、活物質等がバインダとともに集電体に塗布されてなる活物質層を有する正極および負極が、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。

上述したような自動車等のモータ駆動用電源として用いられる非水電解質二次電池には、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用非水電解質二次電池と比較して極めて高い出力特性を有することが求められている。このような要求に応えるべく、鋭意研究開発が進められているのが現状である。

上記リチウムイオン二次電池は、セパレータを構成部材として含む。特許文献１では、熱伝導性の高い無機粒子を含浸させたセパレータが提案されており、これにより、電池内部に発生した熱を電池の積層方向に逃がすという効果を図っている。

特開平８−２５５６１５号公報

特許文献１に記載のセパレータによれば、電池内部で発生した熱を電池の厚み方向（積層方向）へ逃がすことができる。しかしながら、内部短絡によって発生した熱が隣接する他の単電池に伝播してしまう虞があった。

そこで本発明は、内部短絡により電池内部で発生した熱が隣接した部品に伝播することを抑制する手段を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その結果、面方向の熱抵抗が、厚み方向の熱抵抗よりも小さいセパレータにより、上記課題が解決されることを見出した。

セパレータ内部で発生した熱が、セパレータの面方向に移動し放熱するため、セパレータに隣接した部品に熱が伝播することを抑制することができる。

積層型リチウムイオン二次電池の構造を示す断面概略図である。 第１実施形態のセパレータを模式的に表した断面概略図である。 セパレータの表面部の空孔率、およびセパレータと電極との接触熱抵抗の関係を示すグラフである。 接触熱抵抗の算出方法を示す模式図である。 セパレータ表面部の熱伝導率と面方向の熱抵抗との関係を示すグラフである。 図３のグラフと図５のグラフとを対照させた図である。 第２実施形態のセパレータを模式的に表した断面概略図である。 第３実施形態のセパレータを模式的に表した断面概略図である。 リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。

まず、好ましい実施形態である非水電解質リチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

リチウムイオン二次電池の構造・形態で区別した場合には、積層型（扁平型）電池、巻回型（円筒型）電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。

同様に、電解質の形態で区別した場合にも、特に制限はない。例えば、非水電解液をセパレータに含浸させた液体電解質型電池、ポリマー電池とも称される高分子ゲル電解質型電池および固体高分子電解質（全固体電解質）型電池のいずれにも適用されうる。高分子ゲル電解質および固体高分子電解質に関しては、これらを単独で使用することもできるし、これら高分子ゲル電解質や固体高分子電解質をセパレータに含浸させて使用することもできる。

［電池の全体構造］
図１は、扁平型（積層型）の非水電解質リチウムイオン二次電池（以下、単に「積層型電池」ともいう）の一実施形態の基本構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の積層型電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２１が、外装体である電池外装材２９の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素２１は、正極集電体１１の両面に正極活物質層１３が配置された正極と、電解質層１７と、負極集電体１２の両面に負極活物質層１５が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、１つの正極活物質層１３とこれに隣接する負極活物質層１５とが、電解質層１７を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。

これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、１つの単電池層１９を構成する。したがって、本実施形態の積層型電池１０は、単電池層１９が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素２１の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層１３が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図１とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素２１の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。

正極集電体１１および負極集電体１２は、各電極（正極および負極）と導通される正極集電板２５および負極集電板２７がそれぞれ取り付けられ、電池外装材２９の端部に挟まれるようにして電池外装材２９の外部に導出される構造を有している。正極集電板２５および負極集電板２７はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード（図示せず）を介して、各電極の正極集電体１１および負極集電体１２に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。

図２は、積層型リチウムイオン二次電池１０で用いられる電解質層１７に含まれるセパレータ（第１実施形態）を拡大して表した断面概略図である。図２に示すように、本実施形態のセパレータ１は、中心部２と、中心部２の空孔率よりも空孔率が大きい表面部３とを含む。かような構成とすることにより、本実施形態のセパレータは、面方向の熱抵抗が厚み方向（積層方向）の熱抵抗よりも小さくなっている。

従来、電池内部の熱を逃がす対策としてセパレータに熱伝導性の高い無機粒子を含浸させて、電池の厚み方向（積層方向）に熱を逃がすという方策が行われていた。しかしながら、かようなセパレータを用いると、電極の厚み方向（積層方向）の熱伝導性が高くなってしまうため、内部短絡により電池内部で発生した熱を他の単電池層にも流してしまう。その結果、隣接する他の単電池層も高温になり、電池の温度上昇の抑制が不十分であるという問題があった。

これに対し、本実施形態のセパレータは、面方向の熱抵抗が、厚み方向（積層方向）の熱抵抗よりも小さくなっている。したがって、内部短絡により電池内部（例えば、セパレータなど）で発生した熱は、セパレータの面方向に移動し放熱するため、厚み方向（積層方向）に熱が伝播することを抑制することができる。これにより、セパレータに隣接する他の部品に熱が伝播することを抑制することができ、電池の温度上昇を抑制することができる。

以下、本実施形態のセパレータについて、詳細に説明する。

（セパレータ）
セパレータの材料は、特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。例えば、電解質（特に電解液）を吸収保持ないし担持するポリマーからなる多孔性シートセパレータ、不織布セパレータなどを用いることができる。

ポリマーからなる多孔性シートとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン製微多孔膜、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミドなどが挙げられる。不織布の材質としては、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、またはアラミド樹脂など従来公知のものを用いることができる。さらに、セルロース、セラミックからなるセパレータを用いてもよく、面方向の熱抵抗が厚み方向（積層方向）の熱抵抗よりも小さくなるように、材料を適宜選択すればよい。より好ましくは、図２に示すように中心部のシート２を、該中心部のシート２よりも空孔率が大きいシート３で挟持する形態である。さらに好ましくは、ポリマーからなる多孔性シートを中心部２として用い、前記ポリマーからなる多孔性シートよりも空孔率が大きい不織布を表面部３に用いる形態である。特に好ましい形態は、中心部２にＣＥＬＧＡＲＤ（登録商標） ２５００（ＣＥＬＧＡＲＤ社製、ポリプロピレン製多孔質膜）を用い、表面部３にセルロースセパレータ（ニッポン高度紙工業株式会社製）を用いる形態である。

中心部２のシートは１枚単独で用いてもよいし、複数枚用いてもよい。複数枚用いる場合は、同じ種類のシートを用いてもよいし異なる種類のシートを用いてもよい。同様に、表面部３のシートも、１枚単独で用いてもよいし、複数枚用いてもよい。複数枚用いる場合は、同じ種類のシートを用いてもよいし異なる種類のシートを用いてもよい。

表面部３の空孔率は、特に制限されないが、セパレータの厚み方向（積層方向）の熱抵抗を大きくする効果を考慮して、設定することが好ましい。

図３は、セパレータ表面部３の空孔率、およびセパレータと電極との接触熱抵抗の関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、空孔率が大きいほど、接触熱抵抗は大きくなる。しかしながら、セパレータの厚み方向（積層方向）の熱抵抗を大きくする効果を考慮すると、セパレータの表面部３の空孔率は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上である。セパレータの中心部２の空孔率は、表面部３の空孔率よりも小さければよく、何ら制限されるものではない。

上記の空孔率は、水銀圧入法によりセパレータ内部に存在する空孔の体積を測定し、セパレータのみかけ体積に対する割合として求めた。なお、この方法以外にも、セパレータのかさ密度ρ’と真密度ρとを用いて、下記数式１から空孔率（ε）を求めることができる。

また、接触熱抵抗は、以下の方法で測定・算出できる（図４参照）。まず、レーザーフラッシュ法により、セパレータ（表面部）の一の端面にパルス状の熱量を与え、他の端面の温度上昇時間を計測することで、熱拡散率を計測し、熱容量と熱拡散率とからセパレータの熱伝導率（λｓ）を算出する。同様にして、電極の熱伝導率（λｅ）も算出する。

次に、セパレータと電極とを接触させ、側面に熱が逃げない構造として、片側に一定の熱量（Ｑ）を与えて、端部の温度（Ｔｓｏ、Ｔｅｏ）を計測する。

上記の熱伝導率（λｓ、λｅ）、与えた熱量（Ｑ）、ならびにセパレータ（表面部）および電極の端部の温度（Ｔｓｏ、Ｔｅｏ）から、フーリエの式によりセパレータと電極との接触面のそれぞれの温度（Ｔｓｉ、Ｔｅｉ）を求めることができる。具体的な数式を、下記数式２および３に示す。

上記数式２および３から、ＴｓｉおよびＴｅｉが算出され、その差と加えた熱量（Ｑ）とから、下記数式４により接触熱抵抗が算出される。

図５は、セパレータ表面部３の熱伝導率と面方向の熱抵抗との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、セパレータ表面部３の熱伝導率を高くするほど、面方向の熱抵抗は小さくなる。図６は、図３のグラフと図５のグラフとを対照させた図であるが、面方向の熱抵抗を厚み方向（積層方向）の接触熱抵抗よりも小さくするという観点で、セパレータの熱伝導率を設定することが好ましい。例えば、表面部の空孔率が９０％の場合、セパレータの熱伝導率は、好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

該セパレータの中心部２の厚さは、特に制限されないが、５〜５０μｍであることが好ましい。同様に、セパレータの表面部３の厚さは、特に制限されないが、５〜５０μｍであることが好ましい。

本実施形態のセパレータの製造方法は、特に制限されない。例えば、中心部の部材および表面部の部材を、順次圧着、融着または接着する方法でもよいし、中心部の部材および表面部の部材を一度に圧着、融着または接着する方法でもよい。

以上説明した第１実施形態のセパレータは、以下の効果を有する。

第１実施形態のセパレータは、面方向の熱抵抗が、厚み方向（積層方向）の熱抵抗よりも小さい。したがって、内部短絡により電池内部で発生した熱は、セパレータの面方向に移動し放熱するため、厚み方向（積層方向）に熱が伝播することを抑制することができる。これにより、隣接する他の部品に熱が伝播することを抑制することができ、電池の温度上昇を抑制することができる。

図７は、第２実施形態のセパレータを示す断面概略図である。本実施形態のセパレータは、第１実施形態と同様に、中心部２と、中心部よりも空孔率の大きい表面部３とを有している。この構成に加えて、中心部２は、さらに中央部４と外周部５とを有しており、中央部４には空孔率の小さい部材が配置され、中心部２の外周部５には空孔率の大きい部材が配置されている。このため、高温になりやすいセパレータの面方向の中央部４の熱伝導率を高めることができ、発熱した熱をさらに効率よくセパレータの外周部５へ逃がすことが出来る。

中央部４に用いられる部材および外周部５に用いられる部材は、特に制限されないが、中央部４にはポリマーからなる多孔性シートを用い、外周部５には前記ポリマーからなる多孔性シートよりも空孔率が大きい不織布を用いる形態が好ましい。ポリマーからなる多孔性シートおよび不織布の具体的な例は、上記と同様であるので、ここでは説明を省略する。特に好ましい形態は、中央部４にＣＥＬＧＡＲＤ（登録商標） ２５００（ＣＥＬＧＡＲＤ社製、ポリプロピレン製多孔質膜）を用い、外周部５にセルロースセパレータ（ニッポン高度紙工業株式会社製）を用いる形態である。

中央部４のシートは１枚単独で用いてもよいし、複数枚用いてもよい。複数枚用いる場合は、同じ種類のシートを用いてもよいし異なる種類のシートを用いてもよい。同様に、外周部５のシートも、１枚単独で用いてもよいし、複数枚用いてもよい。複数枚用いる場合は、同じ種類のシートを用いてもよいし異なる種類のシートを用いてもよい。

この中央部４には、無機物が含有されてもよい。無機物の例としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、ジルコニア、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素などが挙げられ、これらは単独でも２種以上組み合わせても用いることができる。

上記無機物の含有量は、特に制限されないが、セパレータの中央部４の質量に対して、好ましくは５〜６０質量％、より好ましくは１０〜５０質量％である。

無機物を含有させる方法は特に制限されず、例えば、セパレータの空孔に、直接繊維状、粒子状、燐片状などの無機物を挿入する方法が挙げられる。また、電解質中または電解液中に無機物を混合・分散させ、その電解質またはその電解液を中央部４に含浸させることによっても、無機物を含有させることができる。

図８は、第３実施形態のセパレータを示す断面概略図である。本実施形態のセパレータは、第１実施形態と同様に、中心部２および前記中心部２よりも空孔率が大きい表面部３を有するが、中心部２は、無機物６を含有している。これにより、セパレータの厚み方向（積層方向）の熱伝導性を高めることがほとんどないか全くなしに、セパレータの面方向の熱伝導率のみを高くすることができる。よって、面方向の熱抵抗はより小さくなり、電池内部で発生した熱を面方向にさらに効率よく放熱させることができる。この際、用いられる無機物や無機物を含有させる方法は、上記と同様であるので、ここでは説明を省略する。

上記で説明したリチウムイオン二次電池は、セパレータに特徴を有する。以下、その他の主要な構成部材について説明する。

（集電体）
集電体は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は１〜１００μｍ程度である。

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。

（活物質層）
［正極（正極活物質層）および負極（負極活物質層）］
活物質層１３または１５は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。

正極活物質層１３は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ）Ｏ_２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。

負極活物質層１５は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト（黒鉛）、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。

各活物質層１３、１５に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは１〜２０μｍである。

正極活物質層１３および負極活物質層１５は、バインダを含む。

活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、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（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、０．５〜１５質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。

活物質層に含まれうるその他の添加剤としては、例えば、導電助剤、電解質塩（リチウム塩）、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。

導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。

電解質塩（リチウム塩）としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等が挙げられる。

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。

正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。各活物質層の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、２〜１００μｍ程度である。

（電解質層）
電解質層１７を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。

（タブおよびリード）
電池外部に電流を取り出す目的で、タブを用いてもよい。タブは最外層集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。

タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。

正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材２９から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。

（電池外装材）
電池外装材２９としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。

なお、上記のリチウムイオン二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。

＜リチウムイオン二次電池の外観構成＞
図９は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。

図９に示すように、扁平なリチウムイオン二次電池５０では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ５８、負極タブ５９が引き出されている。発電要素５７は、リチウムイオン二次電池５０の電池外装材５２によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素５７は、正極タブ５８および負極タブ５９を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素５７は、先に説明した図１に示すリチウムイオン二次電池１０の発電要素２１に相当するものである。発電要素５７は、正極（正極活物質層）１３、電解質層１７および負極（負極活物質層）１５で構成される単電池層（単セル）１９が複数積層されたものである。

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。

また、図９に示すタブ５８、５９の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ５８と負極タブ５９とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ５８と負極タブ５９をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図９に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。

上記リチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。

１ セパレータ、
２ 中心部、
３ 表面部、
４ 中央部、
５ 外周部、
６ 無機物、
１０、５０ リチウムイオン二次電池、
１１ 正極集電体、
１２ 負極集電体、
１３ 正極活物質層、
１５ 負極活物質層、
１７ 電解質層、
１９ 単電池層、
２１、５７ 発電要素、
２５ 正極集電板、
２７ 負極集電板、
２９、５２ 電池外装材、
５８ 正極タブ、
５９ 負極タブ。

Claims (5)

1. 面方向の熱抵抗が厚み方向の熱抵抗よりも小さいセパレータであって、
   前記セパレータが中心部と前記中心部よりも空孔率が大きい表面部とを有し、
   前記中心部が、さらに中央部と前記中央部よりも空孔率が大きい外周部とを有する、
   セパレータ。
2. 面方向の熱抵抗が厚み方向の熱抵抗よりも小さいセパレータであって、
   前記セパレータが中心部と前記中心部よりも空孔率が大きい表面部とを有し、
   無機物が前記中心部に含有されている、セパレータ。
3. 前記中心部が、さらに中央部と前記中央部よりも空孔率が大きい外周部とを有する、請求項２に記載のセパレータ。
4. 前記表面部の空孔率が９０％以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセパレータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のセパレータを含む、リチウムイオン二次電池。