JP2008027839A - Porous membrane with liner, method of manufacturing porous membrane, and method of manufacturing lithium secondary battery - Google Patents

Porous membrane with liner, method of manufacturing porous membrane, and method of manufacturing lithium secondary battery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous membrane which can be used as a separator for a lithium secondary battery, in which reliability and safety are improved, and which is easy to handle while suppressing reduction of energy density, and to provide its manufacturing method, and a method of manufacturing the lithium secondary battery using the porous membrane as the separator. <P>SOLUTION: This is the porous membrane with a liner of which the heat resistance temperature is at least 150°C or more, and in which the porous membrane containing particulates (A) chemically and electrochemically stable in the lithium secondary battery and containing a binder (B) chemically and electrochemically stable in the lithium secondary battery is formed on the liner having mold releasability. The lithium secondary battery using the porous membrane with the liner as the separator is manufactured via a process of peeling off the porous membrane from the porous membrane with the liner and of laminating a positive electrode and a negative electrode in succession. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池のセパレータとして用いるのに好適な多孔質膜がライナー上に形成されてなるライナー付多孔質膜およびその製造方法、並びにライナー付多孔質膜を用いたリチウム二次電池の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a porous membrane with a liner in which a porous membrane suitable for use as a separator of a lithium secondary battery is formed on a liner, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the porous membrane with a liner It is related with the manufacturing method.

非水電池の一種であるリチウムイオン電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン電池の高容量化が更に進む傾向にあり、安全性の確保が重要となっている。   Lithium ion batteries, which are a type of non-aqueous battery, are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density. As the performance of portable devices increases, the capacity of lithium ion batteries tends to increase further, and ensuring safety is important.

現行のリチウムイオン電池では、正極と負極の間に介在させるセパレータとして、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン系の多孔質膜が使用されている。また、セパレータの素材としては、電池の熱暴走温度以下でセパレータの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させ、これにより電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などに電池の安全性を向上させる所謂シャットダウン効果を確保するため、融点の低いポリエチレンが適用されることがある。   In current lithium ion batteries, as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, for example, a polyolefin-based porous film having a thickness of about 20 to 30 μm is used. In addition, as separator material, the constituent resin of the separator is melted below the thermal runaway temperature of the battery to close the pores, thereby increasing the internal resistance of the battery and improving the safety of the battery in the event of a short circuit. In order to ensure the so-called shutdown effect, polyethylene having a low melting point may be applied.

ところで、こうしたセパレータとしては、例えば、多孔化と強度向上のために一軸延伸あるいは二軸延伸したフィルムが用いられている。このようなセパレータは、単独で存在する膜として供給されるため、作業性などの点で一定の強度が要求され、これを上記延伸によって確保している。しかし、このような延伸フィルムでは結晶化度が増大しており、シャットダウン温度も、電池の熱暴走温度に近い温度にまで高まっているため、電池の安全性確保のためのマージンが十分とは言い難い。   By the way, as such a separator, for example, a uniaxially stretched film or a biaxially stretched film is used for increasing the porosity and improving the strength. Since such a separator is supplied as a single film, a certain strength is required in terms of workability and the like, and this is ensured by the above stretching. However, with such a stretched film, the degree of crystallinity has increased, and the shutdown temperature has increased to a temperature close to the thermal runaway temperature of the battery. Therefore, it can be said that the margin for ensuring the safety of the battery is sufficient. hard.

また、上記延伸によってフィルムにはひずみが生じており、これが高温に曝されると、残留応力によって収縮が起こるという問題がある。収縮温度は、融点、すなわちシャットダウン温度と非常に近いところに存在する。このため、ポリオレフィン系の多孔質膜セパレータを使用するときには、充電異常時などに電池の温度がシャットダウン温度に達すると、電流を直ちに減少させて電池の温度上昇を防止しなければならない。空孔が十分に閉塞せず電流を直ちに減少できなかった場合には、電池の温度は容易にセパレータの収縮温度にまで上昇するため、内部短絡による発火の危険性があるからである。   Further, the film is distorted by the stretching, and there is a problem that when this is exposed to high temperature, shrinkage occurs due to residual stress. The shrinkage temperature is very close to the melting point, ie the shutdown temperature. For this reason, when a polyolefin-based porous membrane separator is used, if the battery temperature reaches the shutdown temperature during abnormal charging or the like, the current must be immediately reduced to prevent the battery temperature from rising. This is because if the pores are not sufficiently closed and the current cannot be reduced immediately, the battery temperature easily rises to the contraction temperature of the separator, and there is a risk of ignition due to an internal short circuit.

このように、セパレータの構成フィルムに必要な強度の確保と、電池の安全性を向上させるのに十分に低いシャットダウン温度の確保を両立し、且つ高温での熱収縮の問題を回避することを、単独の膜で達成することは困難である。   Thus, ensuring both the required strength of the constituent films of the separator and ensuring a sufficiently low shutdown temperature to improve battery safety, and avoiding the problem of heat shrinkage at high temperatures, It is difficult to achieve with a single membrane.

他方、上記のような単層構成の単独膜ではなくセパレータを複合膜とすることで、高温での収縮を改善する提案もなされている。例えば、特許文献1〜3には、融点の低いポリマー(ポリエチレンなど)に、融点の高いポリマー(ポリプロピレンなど)を混合してなる複合膜や、融点の低いポリマーのフィルムや不織布と、融点の高いポリマーのフィルムや不織布とを貼り合わせた複合膜でセパレータを構成する技術が開示されている。   On the other hand, proposals have been made to improve shrinkage at high temperatures by using a separator as a composite film instead of a single film having a single layer structure as described above. For example, in Patent Documents 1 to 3, a composite film obtained by mixing a polymer having a low melting point (such as polyethylene) and a polymer having a high melting point (such as polypropylene), a film or nonwoven fabric of a polymer having a low melting point, and a high melting point. A technique for forming a separator with a composite film obtained by bonding a polymer film or a nonwoven fabric is disclosed.

しかしながら、こうした複合膜では薄膜化が困難なため、エネルギー密度の低下を引き起こす他、製造工程が複雑になり製造コストの増大を引き起こすといった問題がある。   However, since it is difficult to reduce the thickness of such a composite film, there are problems that the energy density is lowered and the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is increased.

また、上記した熱収縮による短絡を防ぐために、耐熱性の樹脂を用いた微多孔膜や不織布をセパレータとして用いる方法が提案されている。例えば特許文献4には、全芳香族ポリアミドの微多孔膜を用いたセパレータが、特許文献5にはポリイミド多孔膜を用いたセパレータが開示されている。また、特許文献6には、ポリアミド不織布を用いたセパレータ、特許文献7にはアラミド繊維を用いた不織布を基材としたセパレータ、特許文献8にはポロプロピレン(PP)不織布を用いたセパレータ、特許文献9にはポリエステル不織布を用いたセパレータに関する技術が開示されている。   In order to prevent a short circuit due to the above-described thermal contraction, a method using a microporous film or a nonwoven fabric using a heat resistant resin as a separator has been proposed. For example, Patent Document 4 discloses a separator using a microporous film of wholly aromatic polyamide, and Patent Document 5 discloses a separator using a polyimide porous film. Patent Document 6 discloses a separator using a polyamide nonwoven fabric, Patent Document 7 uses a nonwoven fabric as a base material using an aramid fiber, Patent Document 8 uses a polypropylene (PP) nonwoven fabric, and a patent. Document 9 discloses a technique related to a separator using a polyester nonwoven fabric.

しかし、ポリアミドやポリイミドといった耐熱性の樹脂を用いた微多孔膜は高温での寸法安定性に優れ、薄型化が可能であるが高コストである。また、ポリアミドやアラミド繊維といった耐熱性の繊維を用いた不織布も、寸法安定性に優れるが、高コストである。更に、これらの耐熱性材料を用いたセパレータは、高温時に孔が閉塞するいわゆるシャットダウン特性を持たないために、外部短絡や内部短絡といった電池の温度が急激に上昇する異常時の安全性を十分に確保することができない。   However, a microporous film using a heat-resistant resin such as polyamide or polyimide is excellent in dimensional stability at high temperatures and can be thinned, but is expensive. Nonwoven fabrics using heat-resistant fibers such as polyamide and aramid fibers are also excellent in dimensional stability but are expensive. Furthermore, since the separators using these heat-resistant materials do not have a so-called shutdown characteristic that closes the holes at high temperatures, the safety at the time of abnormalities such as external short-circuits and internal short-circuits where the temperature of the battery suddenly rises is sufficient. It cannot be secured.

また、樹脂を主体とした構成ではなく、無機酸化物などの耐熱性を有する微粒子を主体とした微多孔膜をセパレータとして用いる提案もいくつかなされている。特許文献8には、無機酸化物などの耐熱性微粒子同士をバインダで結着した多孔質層を電極上に形成してセパレータとして用いる技術が示されている。また、特許文献9には、不織布と無機フィラーからなるセパレータに関する技術が示されている。   In addition, some proposals have been made in which a microporous film mainly composed of heat-resistant fine particles such as inorganic oxides is used as a separator instead of a resin-based structure. Patent Document 8 discloses a technique in which a porous layer in which heat-resistant fine particles such as inorganic oxides are bound together with a binder is formed on an electrode and used as a separator. Patent Document 9 discloses a technique related to a separator made of a nonwoven fabric and an inorganic filler.

しかしながら、電極上に直接塗布によりセパレータを形成する方法では、電極とセパレータとが一体化しているために、例えば巻回体電池などで電極を折り曲げた場合に、電極と共にセパレータに割れが生じ、その部分が短絡する虞がある。   However, in the method of forming the separator directly on the electrode, since the electrode and the separator are integrated, for example, when the electrode is bent by a wound battery, the separator is cracked together with the electrode. There is a risk of short circuit.

また、不織布を基材として用いたセパレータでは、不織布の空隙にフィラーを均一に充填しなければならず、特にセパレータを薄くするために厚みの薄い基材を用いた場合に均一に充填することが困難である。更に、厚みの薄い基材を用いた場合には、不織布は同じ厚みの微多孔膜に比べて強度が著しく低いことから、取り扱いが困難になるといった問題もある。   Also, in a separator using a nonwoven fabric as a base material, the filler must be uniformly filled in the voids of the nonwoven fabric, and particularly when a thin base material is used to make the separator thin, it can be filled uniformly. Have difficulty. Furthermore, when a thin base material is used, the nonwoven fabric has a significantly lower strength than a microporous membrane having the same thickness, which makes it difficult to handle.

また、セパレータに適用するための多孔質層を形成する方法として、基材上に塗布した後剥離して独立膜を得る方法についてもいくつかの提案がある。特許文献10には、基材上に高分子溶液を塗布して剥離する方法が、特許文献11には、無機微粒子を主体とする多孔質層を基材上に塗布して剥離する方法が、それぞれ示されている。   In addition, as a method for forming a porous layer to be applied to a separator, there are some proposals for a method for obtaining an independent film by coating on a substrate and then peeling. Patent Document 10 discloses a method of applying and peeling a polymer solution on a substrate, and Patent Document 11 discloses a method of applying and peeling a porous layer mainly composed of inorganic fine particles on a substrate. Each is shown.

しかしながら、上記の剥離法により樹脂フィルムを作製しても、上述のセパレータの熱収縮の問題は完全には解決せず、また、無機微粒子を主体とした多孔質層は熱収縮しないものの、基材から剥離して独立膜として用いるためには、強度の点で膜厚を薄くし難いという問題点がある。   However, even if the resin film is prepared by the above-described peeling method, the above-described problem of thermal shrinkage of the separator is not completely solved, and the porous layer mainly composed of inorganic fine particles does not thermally shrink. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the film thickness in terms of strength.

特開平5−74436号公報JP-A-5-74436 特開平5−251069号公報JP-A-5-251069 特開平5−331306号公報JP-A-5-331306 特開平5−335005号公報JP-A-5-335005 特開2000−306568号公報JP 2000-306568 A 特開平9−259856号公報JP-A-9-259856 特開平11−40130号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-40130 特開平10−163075号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-163075 特開2003−7279号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-7279 特開2003−165863号公報JP 2003-165863 A 特開2005−276503号公報JP 2005-276503 A

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギー密度の低下を可及的に抑制しつつ信頼性や安全性を向上させたリチウム二次電池用のセパレータとして使用可能であり、取り扱いが容易な多孔質膜およびその製造方法、並びに該多孔質膜をセパレータとして用いたリチウム二次電池の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can be used as a separator for a lithium secondary battery in which reliability and safety are improved while suppressing a decrease in energy density as much as possible. It is an object of the present invention to provide a porous membrane that is easy to handle, a method for producing the same, and a method for producing a lithium secondary battery using the porous membrane as a separator.

上記目的を達成し得た本発明の多孔質膜は、少なくとも、耐熱温度が150℃以上であり、かつリチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定な微粒子(A)と、リチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定なバインダ(B)とを含有する多孔質膜が、離型性を有するライナー上に形成されてなることを特徴とするライナー付き多孔質膜である。   The porous film of the present invention that has achieved the above object has at least a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and chemically and electrochemically stable fine particles (A) in a lithium secondary battery, lithium A porous membrane with a liner, characterized in that a porous membrane containing a chemically and electrochemically stable binder (B) in a secondary battery is formed on a liner having releasability. .

なお、上記の微粒子(A)における「耐熱温度が150℃以上である」とは、150℃以上の温度で、軟化などによる実質的な寸法変化が生じないこと、化学的な組成変化を生じないことをいう(後記の繊維状物についても同じ)。   Note that “the heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” in the fine particles (A) means that a substantial dimensional change due to softening or the like does not occur and a chemical composition change does not occur at a temperature of 150 ° C. or higher. This also applies to the fibrous materials described later.

また、本発明の多孔質膜の製造方法は、少なくとも、耐熱温度が150℃以上であり、かつリチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定な微粒子(A)と、リチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定なバインダ(B)とを含有する多孔質膜形成用組成物を、離型性を有するライナー上に塗布し、乾燥して、ライナー付き多孔質膜(すなわち、本発明のライナー付き多孔質膜)を作製し、上記ライナーから多孔質膜を剥離することを特徴とする。   The method for producing a porous membrane of the present invention comprises at least a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and chemically and electrochemically stable fine particles (A) in a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery. A porous film-forming composition containing a chemically and electrochemically stable binder (B) is applied onto a liner having a releasability and dried to form a porous film with a liner (ie, The porous film with a liner of the present invention is prepared, and the porous film is peeled off from the liner.

更に、本発明のリチウム二次電池の製造方法は、本発明のライナー付き多孔質膜から多孔質膜を剥離する工程と、該工程に引き続いて、正極と負極とを、その間に上記多孔質膜をセパレータとして介在させつつ重ね合わせて積層体とする工程とを有することを特徴とする。   Furthermore, the method for producing a lithium secondary battery according to the present invention includes a step of peeling the porous membrane from the porous membrane with a liner according to the present invention, and following the step, the positive electrode and the negative electrode are interposed therebetween. And laminating as separators to form a laminated body.

本発明によれば、耐熱性に優れ、取り扱いが容易で、リチウム二次電池用のセパレータに好適な多孔質膜を提供することができ、上記多孔質膜をセパレータとして用いることで、エネルギー密度の低下を可及的に抑制しつつ、信頼性や安全性を向上させたリチウム二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a porous film that is excellent in heat resistance, easy to handle, and suitable for a separator for a lithium secondary battery. By using the porous film as a separator, energy density can be reduced. A lithium secondary battery with improved reliability and safety while suppressing the decrease as much as possible can be provided.

本発明のライナー付き多孔質膜の断面概略図を図1に示す。本発明のライナー付き多孔質膜1は、耐熱温度が150℃以上であり、かつリチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定な微粒子(A)[以下、「耐熱性微粒子(A)」という]と、リチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定なバインダ(B)とを含有する多孔質膜3が、離型性を有するライナー2(いわゆる離型紙や離型フィルム)上に形成されてなるものである。   A schematic cross-sectional view of a porous membrane with a liner of the present invention is shown in FIG. The porous membrane 1 with a liner of the present invention has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and is chemically and electrochemically stable fine particles (A) [hereinafter referred to as “heat-resistant fine particles (A)” in a lithium secondary battery. And a porous film 3 containing a chemically and electrochemically stable binder (B) in a lithium secondary battery, a liner 2 having a releasability (so-called release paper or release film) It is formed on the top.

耐熱性微粒子(A)としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に電解液や、多孔質膜形成用の組成物(後述する)に用いる溶媒に安定であり、また、電池の作動電圧範囲において酸化還元といった副反応をせず、耐熱温度が150℃以上の微粒子であればよい。また、本明細書でいう「化学的に安定な」とは、電解液中で、溶解などの形態の変化および化学反応による化学構造の変化を起こさないことを意味しており、「電気化学的に安定な」とは、電池の充放電の際に化学変化が生じないことを意味している。   The heat-resistant fine particles (A) have electrical insulation, are electrochemically stable, and are stable to an electrolyte and a solvent used in a composition for forming a porous film (described later). Further, fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher without causing side reactions such as oxidation-reduction in the operating voltage range of the battery may be used. In addition, the term “chemically stable” as used in the present specification means that the electrolyte does not cause a change in form such as dissolution or a chemical structure due to a chemical reaction. "Stable" means that no chemical change occurs during charging and discharging of the battery.

すなわち、耐熱性微粒子(A)は、電気絶縁性(具体的には、体積抵抗率が1010Ω・m以上)であり、電池内で安定に存在し得る有機または無機の微粒子であれば特に制限は無く、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。 That is, the heat-resistant fine particles (A) are electrically insulating (specifically, a volume resistivity of 10 10 Ω · m or more) and are particularly organic or inorganic fine particles that can exist stably in the battery. There is no restriction | limiting, These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

無機微粒子としては、例えば、酸化鉄、SiO、Al、TiO、BaTiO、ZrOなどの酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;モンモリロナイトなどの粘土微粒子;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはこれらの人造物;などが挙げられる。また、金属微粒子;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子;などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料[例えば、耐熱性微粒子(A)を構成し得る上記の無機材料のうち、非電気伝導性のものや、後記の架橋高分子微粒子、耐熱性高分子微粒子を構成する材料など]で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。 Examples of the inorganic fine particles include oxide fine particles such as iron oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 2 , and ZrO; nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride; calcium fluoride, barium fluoride, Slightly soluble ionic crystal particles such as barium sulfate; Covalent crystal particles such as silicon and diamond; Clay particles such as montmorillonite; Substances derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica These artificial products; Further, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles; oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO); carbonaceous fine particles such as carbon black and graphite; Surface treatment with a non-electrically conductive inorganic material that can constitute the heat-resistant fine particles (A), a crosslinked polymer fine particle, a material constituting the heat-resistant fine polymer particle, etc. Fine particles with electrical insulation may be used.

また、有機微粒子(有機粉末)としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子微粒子[ただし、後記の膨潤性微粒子(D)に該当しないもの]や、ポリプロピレン(PP)、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子微粒子などが例示できる。また、これらの有機微粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、上記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(上記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。   Organic fine particles (organic powder) include crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensate, etc. Various kinds of crosslinked polymer fine particles [those that do not fall under the following swellable fine particles (D)], heat resistant polymer fine particles such as polypropylene (PP), polysulfone, polyacrylonitrile, polyaramid, polyacetal, thermoplastic polyimide, etc. It can be illustrated. The organic resin (polymer) constituting these organic fine particles is a mixture, modified body, derivative, or copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. Polymer) and a crosslinked body (in the case of the above heat-resistant polymer).

上記例示の各微粒子の中でも、Al(アルミナ)、SiO(シリカ)、マイカ、ベーマイトが好ましい。 Among the fine particles exemplified above, Al 2 O 3 (alumina), SiO 2 (silica), mica, and boehmite are preferable.

耐熱性微粒子(A)の大きさとしては、その乾燥時における粒径が多孔質膜の厚みより小さければよいが、多孔質膜の厚みの1/3〜1/100の平均粒径を有することが好ましく、具体的には、平均粒径が、0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、10μm以下、より好ましくは5μm以下であることが望ましい。耐熱性微粒子(A)の平均粒径が小さすぎると、微粒子(A)同士の隙間が小さくなることによって多孔質膜中のイオンの伝導パスが長くなって電池特性が低下することがある。また、耐熱性微粒子(A)の平均粒径が大きすぎると、微粒子(A)同士の隙間が大きくなって、リチウムデンドライトの発生に起因する短絡の防止効果が小さくなることがある。   As the size of the heat-resistant fine particles (A), it is sufficient that the particle diameter at the time of drying is smaller than the thickness of the porous film, but it has an average particle diameter of 1/3 to 1/100 of the thickness of the porous film. Specifically, it is desirable that the average particle diameter is 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. If the average particle diameter of the heat-resistant fine particles (A) is too small, the gap between the fine particles (A) becomes small, and thus the ion conduction path in the porous film becomes long, and the battery characteristics may deteriorate. On the other hand, if the average particle diameter of the heat-resistant fine particles (A) is too large, the gap between the fine particles (A) becomes large, and the effect of preventing a short circuit due to the generation of lithium dendrite may be reduced.

耐熱性微粒子(A)の形状については特に制限はなく、略球状、ラグビーボール状などの粒状でもよく、針状や板状などでもよい。中でも、耐熱性微粒子(A)の一部または全部が板状の場合には、リチウムデンドライトに起因する短絡の防止効果の一層の向上を期待できることから、特に好ましい。   The shape of the heat-resistant fine particles (A) is not particularly limited, and may be a substantially spherical shape or a rugby ball shape, or may be a needle shape or a plate shape. Among these, when a part or all of the heat-resistant fine particles (A) are plate-like, it is particularly preferable because a further improvement in the effect of preventing a short circuit due to lithium dendrite can be expected.

耐熱性微粒子(A)が板状の場合には、板状であることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、そのアスペクト比(板状粒子中の最大長さと板状粒子の厚みの比)は、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましい。なお、板状の耐熱性微粒子(A)のアスペクト比は、大きすぎると耐熱性微粒子(A)の比表面積が大きくなりすぎるために取り扱いが困難となることがあるため、100以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましい。   In the case where the heat-resistant fine particles (A) are plate-like, the aspect ratio (ratio between the maximum length in the plate-like particles and the thickness of the plate-like particles is used from the viewpoint of more effectively exerting the above-mentioned effect due to the plate shape. ) Is preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. The aspect ratio of the plate-like heat-resistant fine particles (A) is 100 or less because the specific surface area of the heat-resistant fine particles (A) may become too large if the aspect ratio is too large. Preferably, it is 50 or less.

また、耐熱性微粒子(A)が板状の場合には、その平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値が、1以上であって、3以下、より好ましくは2以下であることが望ましい。耐熱性微粒子(A)の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比が大きすぎると、耐熱性微粒子(A)の形状が針状に近づき、耐熱性微粒子(A)が板状であることによる上記効果が小さくなることがある。   When the heat-resistant fine particles (A) are plate-like, the average value of the ratio of the major axis direction length to the minor axis direction length of the flat plate surface is 1 or more, 3 or less, more preferably 2 The following is desirable. If the ratio between the length in the major axis direction and the length in the minor axis direction of the flat surface of the heat-resistant fine particles (A) is too large, the shape of the heat-resistant fine particles (A) approaches a needle shape and the heat-resistant fine particles (A) are plate-like. In some cases, the above-described effect due to the fact is small.

上記の耐熱性微粒子(A)の平均粒径は、レーザー散乱粒度分布計(HORIBA社製「LA−920」)を用い、耐熱性微粒子(A)が膨潤しない媒体(例えば水)に分散させて測定した数平均粒子径である。また、耐熱性微粒子(A)が板状である場合における上記の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。更に耐熱性微粒子(A)が板状である場合における上記のアスペクト比も、SEMにより撮影した画像を、画像解析することにより求めることができる。   The average particle size of the heat-resistant fine particles (A) is dispersed in a medium (for example, water) in which the heat-resistant fine particles (A) do not swell using a laser scattering particle size distribution meter (“LA-920” manufactured by HORIBA). The measured number average particle diameter. The average value of the ratio of the long axis direction length to the short axis direction length of the flat plate surface when the heat-resistant fine particles (A) are plate-like is, for example, an image taken by a scanning electron microscope (SEM). Can be obtained by image analysis. Furthermore, the above aspect ratio in the case where the heat-resistant fine particles (A) are plate-like can also be obtained by image analysis of an image taken by SEM.

また、セパレータ中における耐熱性微粒子(A)が板状である場合の存在形態は、上記の通り、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、セパレータの表面近傍での平均角度が30°以下であることが好ましい。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から、全体厚みに対して10%以内の領域を意味している。板状の耐熱性微粒子(A)のセパレータ中における存在形態が上記のような場合には、電池としたときに耐熱性微粒子(A)が略平行に並んで配置されることになり、正極と負極間の所謂貫通孔の形成を防ぐことができるため、リチウムデンドライトに起因する短絡を、より効果的に防止することが可能となる。   Further, as described above, the presence form when the heat-resistant fine particles (A) in the separator are plate-like is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator, and the average in the vicinity of the surface of the separator. The angle is preferably 30 ° or less. Here, “near the surface” means a region within 10% of the total thickness from the surface of the separator. When the presence form of the plate-like heat-resistant fine particles (A) in the separator is as described above, the heat-resistant fine particles (A) are arranged substantially in parallel when the battery is formed. Since the formation of so-called through holes between the negative electrodes can be prevented, it is possible to more effectively prevent a short circuit caused by lithium dendrite.

上記のような板状の耐熱性微粒子(A)としては、市販品を用いることができ、例えば、アルミナとしては、キンセイマテック社製の「セラフ(商品名)」、シリカとしては、洞海化学社製の「サンラブリー(商品名)」、ベーマイトとしては、河合石灰社製の「セラシュール(商品名)」、マイカとしては、コープケミカル社製の「ミクロマイカ(商品名)」などが入手可能である。   Commercially available products can be used as the plate-like heat-resistant fine particles (A) as described above, for example, “Seraph (trade name)” manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd. as alumina, and Dokai Chemical as silica. "Sun Lovely" (trade name) made by the company, "Cerasur" (trade name) made by Kawai Lime Co., as boehmite, "Micro Mica (trade name)" made by Corp Chemical, etc. Is possible.

耐熱性微粒子(A)は、多孔質膜の構成成分(全固形分)の全体積中、10体積%以上、より好ましくは20体積%以上であることが望ましい。耐熱性微粒子(A)を上記のような体積比率で含有する多孔質膜であれば、リチウム二次電池用セパレータに用いた場合に、その短絡防止機能をより確実なものとすることができる。なお、耐熱性微粒子(A)の体積比率の上限は、例えば80体積%であることが好ましい。   The heat-resistant fine particles (A) are desirably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, in the total volume of the constituent components (total solid content) of the porous membrane. If it is a porous film containing the heat-resistant fine particles (A) at the volume ratio as described above, the short-circuit prevention function can be made more reliable when it is used in a lithium secondary battery separator. The upper limit of the volume ratio of the heat-resistant fine particles (A) is preferably 80% by volume, for example.

本発明に係る多孔質膜は、耐熱性微粒子(A)同士を結着したり、後述する有機微粒子(C)、膨潤性微粒子(D)、繊維状物(E)などを結着したりするためのバインダ(B)を含有している。   The porous membrane according to the present invention binds heat-resistant fine particles (A) to each other, or binds organic fine particles (C), swellable fine particles (D), fibrous materials (E), and the like described later. Contains a binder (B).

バインダ(B)としては、リチウム二次電池中で、化学的および電気化学的に安定で、更に多孔質膜を構成する上記の各材料を良好に接着できるものであればよいが、例えば、EVA(酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリレート共重合体、フッ素系ゴム、SBR、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびその誘導体などが挙げられる。これらのバインダは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、これらバインダ(B)を使用する場合には、後記する多孔質膜形成用組成物の溶媒に溶解するか、または分散させたエマルジョンやプラスチゾルの形態で用いることができる。   As the binder (B), any material may be used as long as it is chemically and electrochemically stable in a lithium secondary battery and can satisfactorily adhere each of the materials constituting the porous film. For example, EVA (With a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylate copolymer such as ethylene-ethyl acrylate copolymer, fluorine rubber, SBR, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC) , Polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyurethane, epoxy resin, polyvinylidene fluoride (PVDF), and derivatives thereof. These binders may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When these binders (B) are used, they can be used in the form of an emulsion or plastisol dissolved or dispersed in a solvent for a composition for forming a porous film described later.

なお、例えば、後記の有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)が単独で接着性を有する場合には、これらがバインダ(B)を兼ねることもできる。よって、バインダ(B)には、後記の有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)のうち、単独で接着性を有するものも含まれる。   In addition, for example, when the organic fine particles (C) and the swellable fine particles (D) described later have adhesiveness alone, these can also serve as the binder (B). Accordingly, the binder (B) includes organic fine particles (C) and swellable fine particles (D) described later that have adhesive properties alone.

また、上記多孔質膜には、これをセパレータとして用いたリチウム二次電池電池に過充電、短絡などが生じ、電池内が異常に加熱した際の安全性を向上させるために、多孔質膜の空隙を閉塞しイオン透過性を減少させる、いわゆるシャットダウン機能を付与することが好ましい。多孔質膜にシャットダウン機能を付与するには、80〜130℃で溶融する有機微粒子(C)や、非水電解液を吸収して膨潤することが可能であり、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性微粒子(D)を多孔質膜に含有させることが好ましい。また、上記多孔質膜には、有機微粒子(C)と膨潤性微粒子(D)の両者を添加してもよく、更にこれらの複合体を添加しても構わない。   In addition, in the porous membrane, in order to improve the safety when the lithium secondary battery using the separator is overcharged or short-circuited and the inside of the battery is abnormally heated, It is preferable to provide a so-called shutdown function that closes the gap and reduces ion permeability. In order to impart a shutdown function to the porous membrane, it is possible to swell by absorbing organic fine particles (C) that melt at 80 to 130 ° C. or nonaqueous electrolyte, and the degree of swelling is increased by increasing the temperature. It is preferable that the swellable fine particles (D) that increase are contained in the porous membrane. In addition, both the organic fine particles (C) and the swellable fine particles (D) may be added to the porous film, and these composites may be further added.

なお、多孔質膜における上記の空隙閉塞現象(シャットダウン機能)は、例えば、有機微粒子(C)を用いた場合には、多孔質膜の透気度を表わすガーレー値により評価することが可能である。具体的には、シャットダウン機能を有する多孔質膜においては、以下の測定法によって加熱時において測定されるガーレー値が、好ましくは加熱前(室温で測定したガーレー値)の3倍以上、より好ましくは10倍以上である。具体的な測定方法は、多孔質膜を、恒温槽中で所定の温度に10分間保持し、取り出した後徐冷して、所定温度まで温度上昇させたときのガーレー値を測定する。以後、5℃刻みで温度を上昇させ、それぞれの温度で多孔質膜を10分間保持した後、同様にしてガーレー値を測定する。なお、ガーレー値の測定は、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示される。また、完全にシャットダウンが生じて空気が透過しなくなった場合は、ガーレー値は無限大となる。 Note that the above-described void blocking phenomenon (shutdown function) in the porous film can be evaluated by a Gurley value representing the air permeability of the porous film, for example, when organic fine particles (C) are used. . Specifically, in a porous membrane having a shutdown function, the Gurley value measured at the time of heating by the following measurement method is preferably three times or more before heating (Gurley value measured at room temperature), more preferably 10 times or more. A specific measurement method is to hold the porous membrane at a predetermined temperature for 10 minutes in a thermostatic bath, take it out, slowly cool it, and measure the Gurley value when the temperature is raised to the predetermined temperature. Thereafter, the temperature is increased in increments of 5 ° C., the porous film is held at each temperature for 10 minutes, and then the Gurley value is measured in the same manner. The Gurley value is measured by a method according to JIS P 8117, and is indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 . In addition, when the shutdown completely occurs and the air does not permeate, the Gurley value becomes infinite.

また、有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)を含有させることによる多孔質膜におけるシャットダウン現象は、電池の内部抵抗上昇により評価することもできる。具体的には、後記の実施例に記載の測定法によって加熱時において測定される電池の内部抵抗値が、好ましくは加熱前(室温で測定した内部抵抗値)の5倍以上、より好ましくは10倍以上である。   Moreover, the shutdown phenomenon in the porous film by containing the organic fine particles (C) and the swellable fine particles (D) can also be evaluated by an increase in the internal resistance of the battery. Specifically, the internal resistance value of the battery measured at the time of heating by the measurement method described in Examples below is preferably 5 times or more, more preferably 10 times that before heating (internal resistance value measured at room temperature). It is more than double.

有機微粒子(C)としては、融点が80〜130℃、すなわちJIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が80〜130℃であり、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する非水電解液(以下、単に「電解液」略す場合がある)や、多孔質膜形成用組成物に用いる溶媒に安定であれば、特に制限はない。具体的な有機微粒子(C)の構成材料としては、ポリエチレン(PE)、エチレン由来の構造単位が85モル%以上の共重合ポリオレフィン、またはポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレンなど)、ポリオレフィンワックス、石油ワックス、カルナバワックスなどが挙げられる。上記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン−ビニルモノマー共重合体、より具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−メチルアクリレート共重合体、またはエチレン−エチルアクリレート共重合体が例示できる。また、ポリシクロオレフィンなどを用いることもできる。有機微粒子(B)は、これらの構成材料の1種のみを有していてもよく、2種以上を有していても構わない。これらの中でも、PE、ポリオレフィンワックス、またはエチレン由来の構造単位が85モル%以上のEVAが好適である。また、有機微粒子(C)は、構成成分として、上記の構成材料の他に、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。   The organic fine particles (C) have a melting point of 80 to 130 ° C., that is, a melting temperature of 80 to 130 ° C. measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K 7121. And is electrochemically stable, and is stable to a non-aqueous electrolyte (to be simply referred to as “electrolyte” hereinafter) or a solvent used for a composition for forming a porous film. There is no particular limitation. Specific constituent materials of the organic fine particles (C) include polyethylene (PE), a copolymerized polyolefin having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more, or a polyolefin derivative (such as chlorinated polyethylene), a polyolefin wax, a petroleum wax, Examples include carnauba wax. Examples of the copolymer polyolefin include an ethylene-vinyl monomer copolymer, more specifically, an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), an ethylene-methyl acrylate copolymer, or an ethylene-ethyl acrylate copolymer. it can. Moreover, polycycloolefin etc. can also be used. The organic fine particles (B) may have only one kind of these constituent materials, or may have two or more kinds. Among these, PE, polyolefin wax, or EVA having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more is preferable. Further, the organic fine particles (C) may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary in addition to the above-described constituent materials. I do not care.

また、例えば、耐熱性微粒子(A)の具体例として上で例示した各種無機微粒子や有機微粒子をコアとし、有機微粒子(C)を構成し得る上記例示の構成材料をシェルとしたコアシェル構造の複合微粒子を多孔質膜に含有させてもよく、このような複合微粒子を含有させた多孔質膜においても、有機微粒子(C)を含有させた場合と同様にシャットダウン機能を付与することができる。   Further, for example, a composite of a core-shell structure in which various inorganic fine particles and organic fine particles exemplified above as a specific example of the heat-resistant fine particles (A) are used as a core, and the above-described constituent materials capable of constituting the organic fine particles (C) are used as a shell. Fine particles may be contained in the porous film, and even in the porous film containing such composite fine particles, the shutdown function can be imparted in the same manner as when the organic fine particles (C) are contained.

80〜130℃で溶融する有機微粒子(C)[または有機微粒子(C)の構成材料をシェルとする上記のコアシェル構造の複合微粒子]を含有する多孔質膜をリチウム二次電池用セパレータとして用いた場合、セパレータが80〜130℃(またはそれ以上の温度)に曝されたときに、有機微粒子(C)(または複合微粒子のシェル部の構成樹脂)が溶融してセパレータの空隙が閉塞されるため、リチウムイオンの移動が阻害され、高温時における急激な放電反応が抑制される。よって、この場合、実施例において後述するガーレー値で評価される空隙閉塞現象が発現する温度(ガーレー値が加熱前の3倍以上になる温度)は、有機微粒子(C)の構成樹脂(または複合微粒子のシェル部の構成樹脂)の融解温度以上130℃以下となる。   A porous film containing organic fine particles (C) that melt at 80 to 130 ° C. [or composite fine particles having the above-mentioned core-shell structure using the constituent material of organic fine particles (C) as a shell] was used as a separator for a lithium secondary battery. In this case, when the separator is exposed to 80 to 130 ° C. (or higher temperature), the organic fine particles (C) (or the constituent resin of the shell portion of the composite fine particles) are melted to block the separator voids. The movement of lithium ions is inhibited, and the rapid discharge reaction at high temperatures is suppressed. Therefore, in this case, the temperature at which the void clogging phenomenon evaluated by the Gurley value described later in the embodiment (the temperature at which the Gurley value becomes three times or more before heating) is the constituent resin (or composite) of the organic fine particles (C). The melting temperature of the constituent resin of the shell part of the fine particles is 130 ° C. or higher.

非水電解液を吸収して膨潤することが可能であり、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性微粒子(D)は、これを含有する多孔質膜をセパレータに用いた電池が高温に曝されると、膨潤性微粒子(D)における温度上昇に伴って膨潤度が増大する性質(以下、「熱膨潤性」という場合がある)により、膨潤性微粒子(D)が電池内の電解液を吸収して膨潤する。この際、セパレータの空隙内部に存在する電解液量が不足するいわゆる「液枯れ」状態となり、また、膨潤した粒子がセパレータ内部の空隙を塞ぐことにもなるので、高温時には、電池内でのリチウムイオンの伝導性が著しく減少して電池の内部抵抗が上昇する。よって、膨潤性微粒子(D)を含有させることによっても、多孔質膜にシャットダウン機能を付与することができる。   The swellable fine particles (D) that can swell by absorbing a non-aqueous electrolyte and whose degree of swelling increases as the temperature rises are high in a battery that uses a porous membrane containing this as a separator. When exposed, the swellable fine particles (D) are transformed into an electrolyte solution in the battery due to the property that the degree of swelling increases with increasing temperature in the swellable fine particles (D) (hereinafter sometimes referred to as “thermal swellability”). Absorbs and swells. At this time, the amount of electrolyte present inside the separator gap becomes so-called “liquid withering” state, and the swollen particles also block the gap inside the separator. Ion conductivity is significantly reduced and the internal resistance of the battery is increased. Therefore, the shutdown function can be imparted to the porous membrane also by containing the swellable fine particles (D).

膨潤性微粒子(D)としては、上記の熱膨潤性を示す温度が、75〜125℃であることが好ましい。熱膨潤性を示す温度が高すぎると、電池内の活物質の熱暴走反応を十分に抑制できず、電池の安全性向上効果が十分に確保できないことがある。また、熱膨潤性を示す温度が低すぎると、通常の使用温度域における電池内でのリチウムイオンの伝導性が低くなりすぎて、機器の使用に支障をきたす場合が生じることがある。すなわち、本発明の多孔質膜では、シャットダウン温度をおよそ80〜130℃の範囲とするため、膨潤性微粒子(D)が温度上昇により熱膨潤性を示し始める温度は、75〜125℃の範囲にあることが好ましい。   As the swellable fine particles (D), the temperature exhibiting the above-mentioned heat swellability is preferably 75 to 125 ° C. If the temperature exhibiting thermal swellability is too high, the thermal runaway reaction of the active material in the battery may not be sufficiently suppressed, and the battery safety improvement effect may not be sufficiently ensured. Moreover, when the temperature which shows heat swelling property is too low, the conductivity of the lithium ion in the battery in a normal use temperature range will become low too much, and it may cause trouble in use of an apparatus. That is, in the porous film of the present invention, since the shutdown temperature is in the range of about 80 to 130 ° C., the temperature at which the swellable fine particles (D) begin to show thermal swellability due to temperature rise is in the range of 75 to 125 ° C. Preferably there is.

また、膨潤性微粒子(D)としては、120℃において測定される、下記式で定義される膨潤度Bが、1以上であるものが好ましい。
B = (V/V)−1 (1)
[上記式(1)中、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後における微粒子の体積(cm)、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後に非水電解液を120℃まで昇温させ、さらに120℃で1時間経過後における微粒子の体積(cm)を意味する]
Further, as the swellable fine particles (D), those having a degree of swelling B as defined by the following formula measured at 120 ° C. of 1 or more are preferable.
B = (V 1 / V 0 ) -1 (1)
[In the above formula (1), V 0 is the volume of fine particles (cm 3 ) 24 hours after being introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C., and V 1 is introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C. 24 hours later, the temperature of the non-aqueous electrolyte is raised to 120 ° C., and the volume of fine particles (cm 3 ) after 1 hour at 120 ° C.]

上記のような膨潤度を有する膨潤性微粒子(D)は、熱膨潤性を示し始める前記温度(75〜125℃のいずれかの温度)を超えた環境下において、その膨潤度が大きく増大する。そのため、このような性質を有する膨潤性微粒子(D)を含有する多孔質膜をセパレータとして用いた電池では、内部温度が特定の温度(例えば、上記の75〜125℃)を超えた時点で、膨潤性微粒子(D)が電池内の電解液を更に吸収して大きく膨張することにより、Liイオンの伝導性を著しく低下させるため、より確実に電池の安全性を確保することが可能となる。なお、上記式(1)で定義される膨潤性微粒子(D)の膨潤度は、大きくなりすぎると電池の変形を発生させることもあり、10以下であるのが望ましい。   The swelling degree of the swellable fine particles (D) having the degree of swelling as described above greatly increases in an environment exceeding the temperature (any one of 75 to 125 ° C.) at which the thermal swellability starts to be exhibited. Therefore, in a battery using a porous membrane containing swellable fine particles (D) having such properties as a separator, when the internal temperature exceeds a specific temperature (for example, the above 75 to 125 ° C.), Since the swellable fine particles (D) further absorb the electrolyte solution in the battery and greatly expand, the conductivity of Li ions is remarkably lowered, so that the safety of the battery can be ensured more reliably. The swelling degree of the swellable fine particles (D) defined by the above formula (1) may cause battery deformation if it becomes too large, and is preferably 10 or less.

上記式(1)で定義される膨潤性微粒子(D)の具体的な測定は、以下の方法により行うことができる。予め電解液中に常温で24時間浸漬したときの膨潤度、および120℃における上記式(1)で定義される膨潤度が分かっているバインダ樹脂の溶液またはエマルジョンに、膨潤性微粒子(D)を混合してスラリーを調製し、これをPETシートやガラス板などの基材上にキャストしてフィルムを作製し、その質量を測定する。次にこのフィルムを常温(25℃)の電解液中に24時間浸漬して質量を測定し、更に電解液を120℃に加熱昇温させ、該温度で1時間後における質量を測定し、下記式(2)〜(8)によって膨潤度Bを算出する[なお、下記式(2)〜(8)は、常温から120℃までの昇温による電解液以外の成分の体積増加は無視できるものとしている]。   Specific measurement of the swellable fine particles (D) defined by the above formula (1) can be performed by the following method. The swellable fine particles (D) are added to a binder resin solution or emulsion in which the degree of swelling when immersed in an electrolytic solution at room temperature for 24 hours in advance and the degree of swelling defined by the above formula (1) at 120 ° C. is known. A slurry is prepared by mixing, and this is cast on a substrate such as a PET sheet or a glass plate to produce a film, and its mass is measured. Next, the film was immersed in an electrolytic solution at room temperature (25 ° C.) for 24 hours, and the mass was measured. Further, the electrolytic solution was heated to 120 ° C., and the mass after 1 hour was measured at the temperature. The degree of swelling B is calculated by the formulas (2) to (8). [In the following formulas (2) to (8), the volume increase of components other than the electrolyte due to the temperature rise from room temperature to 120 ° C. can be ignored. It is said].

= M×W/P (2)
= (M−M)/P (3)
= M/P−M/P (4)
= M×(1−W)/P (5)
= V+V−V×(B+1) (6)
= V×(B+1) (7)
B = 〔{V+V−V×(B+1)}/V〕−1 (8)
V i = M i × W / P A (2)
V B = (M 0 −M i ) / P B (3)
V C = M 1 / P c -M 0 / P B (4)
V V = M i × (1−W) / P V (5)
V 0 = V i + V B −V V × (B B +1) (6)
V D = V V × (B B +1) (7)
B = [{V 0 + V C −V D × (B C +1)} / V 0 ] −1 (8)

ここで、上記式(2)〜(8)中、
:電解液に浸漬する前の膨潤性微粒子(D)の体積(cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後の膨潤性微粒子(D)の体積(cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm)、
:電解液中に常温に24時間浸漬した時点から、電解液を120℃まで昇温させ、更に前記温度で1時間経過するまでの間に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm)、
:電解液に浸漬する前のバインダ樹脂の体積(cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダ樹脂の体積(cm)、
:電解液に浸漬する前のフィルムの質量(g)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後のフィルムの質量(g)、
:電解液中に常温で24時間浸漬した後、電解液を120℃まで昇温させ、更に前記温度で1時間経過した後におけるフィルムの質量(g)、
W:電解液に浸漬する前のフィルム中の膨潤性微粒子(D)の質量比率、
:電解液に浸漬する前の膨潤性微粒子(D)の比重(g/cm)、
:常温における電解液の比重(g/cm)、
:所定温度での電解液の比重(g/cm)、
:電解液に浸漬する前のバインダ樹脂の比重(g/cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダ樹脂の膨潤度、
:上記(1)式で定義される昇温時のバインダ樹脂の膨潤度
である。
Here, in the above formulas (2) to (8),
V i : volume (cm 3 ) of the swellable fine particles (D) before being immersed in the electrolytic solution,
V 0 : volume (cm 3 ) of the swellable fine particles (D) after being immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours,
V B : volume of the electrolyte solution (cm 3 ) absorbed in the film after being immersed in the electrolyte solution at room temperature for 24 hours,
V c : The volume of the electrolytic solution absorbed by the film (cm) during the period from when the electrolytic solution was immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours until the electrolytic solution was heated to 120 ° C. and further passed for 1 hour at the above temperature. 3 ),
V V : volume (cm 3 ) of the binder resin before being immersed in the electrolytic solution,
V D : volume of the binder resin (cm 3 ) after being immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours,
M i : mass (g) of the film before being immersed in the electrolytic solution,
M 0 : mass (g) of the film after being immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours,
M l : After immersing in the electrolyte solution at room temperature for 24 hours, the electrolyte solution was heated to 120 ° C., and the mass (g) of the film after 1 hour at the above temperature,
W: Mass ratio of the swellable fine particles (D) in the film before being immersed in the electrolytic solution,
P A : Specific gravity (g / cm 3 ) of the swellable fine particles (D) before being immersed in the electrolytic solution,
P B : Specific gravity of electrolyte at room temperature (g / cm 3 ),
P C: specific gravity of the electrolyte at a predetermined temperature (g / cm 3),
P V : Specific gravity (g / cm 3 ) of the binder resin before being immersed in the electrolytic solution,
B B : degree of swelling of the binder resin after being immersed in the electrolyte at room temperature for 24 hours,
B C : Swelling degree of the binder resin at the time of temperature rise defined by the above formula (1).

また、膨潤性微粒子(D)は、下記式(9)で定義される常温(25℃)における膨潤度Bが、0以上1以下であることが好ましい。
= (V/V)−1 (9)
上記式(9)中、VおよびVは、上記式(2)〜(8)について説明したものと同じである。
Also, swellable microparticles (D) is the swelling degree B R at room temperature (25 ° C.) which is defined by the following equation (9) is preferably 0 or more and 1 or less.
B R = (V 0 / V i ) -1 (9)
In the above formula (9), V 0 and V i are the same as those described for the above formulas (2) to (8).

すなわち、膨潤性微粒子(D)は、常温においては、電解液を吸収しない(B=0)ものであっても、若干の電解液を吸収するものであってもよく、電池の通常使用温度範囲(例えば、70℃以下)では、温度によらず電解液の吸収量があまり変化せず、従って膨潤度もあまり変化しないが、温度の上昇によって電解液の吸収量が大きくなり、膨潤度が増大するものであればよい。 That is, the swellable fine particles (D) may be those that do not absorb the electrolyte solution (B R = 0) at room temperature or those that absorb some electrolyte solution. In the range (for example, 70 ° C. or less), the absorption amount of the electrolytic solution does not change so much regardless of the temperature, and thus the degree of swelling does not change so much. It only needs to increase.

膨潤性微粒子(D)としては、好ましくは上記膨潤度BやBを満足しており、また、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する電解液や、多孔質膜形成用組成物に用いる溶媒に安定であり、高温状態で電解液に溶解しないものであれば、特に制限はない。 The swelling particles (D), and preferably has satisfied the swelling degree B or B R, also has an electrically insulating, electrochemically stable, further described below electrolyte, porous There is no particular limitation as long as it is stable in the solvent used in the composition for forming a film and is not soluble in the electrolyte solution at a high temperature.

なお、従来公知のリチウム二次電池では、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が非水電解液として用いられている(リチウム塩や有機溶媒の種類、リチウム塩濃度などの詳細は、後記のリチウム二次電池の説明において記載する)。よって、膨潤性微粒子(D)としては、リチウム塩の有機溶媒溶液中で、75〜125℃のいずれかの温度に達した時に上記の熱膨潤性を示し始め、好ましくは該溶液中において膨潤度Bが上記の値を満足するように膨潤し得るものが推奨される。   In the known lithium secondary battery, for example, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used as the non-aqueous electrolyte (details such as the type of lithium salt and the organic solvent, the lithium salt concentration are described later). Described in the description of the lithium secondary battery). Therefore, as the swellable fine particles (D), in the organic solvent solution of the lithium salt, when the temperature reaches any of 75 to 125 ° C., the above-mentioned thermal swellability starts to be exhibited. Those that can swell so that B satisfies the above values are recommended.

具体的な膨潤性微粒子(D)の構成材料としては、例えば、樹脂架橋体が挙げられる。具体的には、ポリスチレン(PS)、アクリル樹脂、ポリアルキレンオキシド、フッ素樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)などやこれらの誘導体の架橋体;尿素樹脂;ポリウレタン;などが例示できる。膨潤性微粒子(D)は、これらの構成材料のみで構成されていてもよく、電解液に対して安定な無機微粒子や有機微粒子[例えば、耐熱性微粒子(A)に該当する上記例示の無機微粒子や有機微粒子など]をコアとし、上記の構成材料をシェルとして複合化したコアシェル構造の微粒子であってもよい。また、膨潤性微粒子(D)は、上記の構成材料を1種単独で含有していてもよく、2種以上を含有していても構わない。更に、膨潤性微粒子(D)は、構成成分として、上記の構成材料の他に、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Specific examples of the constituent material of the swellable fine particles (D) include a crosslinked resin. Specific examples include polystyrene (PS), acrylic resin, polyalkylene oxide, fluorine resin, styrene butadiene rubber (SBR) and the like, and crosslinked products of these derivatives; urea resin; polyurethane; The swellable fine particles (D) may be composed only of these constituent materials, and may be composed of inorganic fine particles or organic fine particles that are stable with respect to the electrolytic solution [for example, the above-exemplified inorganic fine particles corresponding to the heat-resistant fine particles (A) Or a fine particle having a core-shell structure in which the above-described constituent materials are combined as a shell. Further, the swellable fine particles (D) may contain the above-mentioned constituent materials alone or in combination of two or more. Furthermore, the swellable fine particles (D) contain, as a constituent component, various known additives (for example, antioxidants) that are added to the resin as necessary in addition to the constituent materials described above. It doesn't matter.

上記の樹脂架橋体では、一旦温度上昇により膨張しても温度を下げることにより再び収縮するというように、温度変化に伴う体積変化に可逆性があり、また、これらの樹脂架橋体は、電解液を含まない所謂乾燥状態においては、熱膨張する温度よりも更に高い温度まで安定である。そのため、上記の樹脂架橋体で構成される膨潤性微粒子(D)を用いた多孔質膜では、多孔質膜形成時の乾燥や電池作製の際の電極群の乾燥といった加熱プロセスを通しても、膨潤性微粒子(D)の熱膨潤性が損なわれることはないため、こうした加熱プロセスでの取り扱いが容易となる。さらに、上記可逆性を有することにより、一旦、温度上昇によりシャットダウン機能が働いた場合であっても、電池内の温度低下により安全性が確保された場合は、再度セパレータとして機能させることも可能である。   In the above-mentioned resin cross-linked body, even if it expands due to a temperature rise once, the volume change accompanying the temperature change is reversible such that it shrinks again by lowering the temperature. In a so-called dry state that does not contain water, it is stable up to a temperature higher than the temperature of thermal expansion. Therefore, in the porous film using the swellable fine particles (D) composed of the above crosslinked resin, the swellability can be obtained even through a heating process such as drying during the formation of the porous film or drying of the electrode group during battery production. Since the heat swellability of the fine particles (D) is not impaired, handling in such a heating process becomes easy. Furthermore, by having the above reversibility, even if the shutdown function is activated once due to the temperature rise, it can be made to function as a separator again when safety is ensured by the temperature drop in the battery. is there.

上記の構成材料の中でも、架橋PS、架橋アクリル樹脂[例えば、架橋ポリメチルメタクリレート(PMMA)]、架橋フッ素樹脂[例えば、架橋ポリフッ化ビニリデン(PVDF)]が好ましく、架橋PMMAが特に好ましい。   Among the above-described constituent materials, crosslinked PS, crosslinked acrylic resin [for example, crosslinked polymethyl methacrylate (PMMA)] and crosslinked fluororesin [for example, crosslinked polyvinylidene fluoride (PVDF)] are preferable, and crosslinked PMMA is particularly preferable.

これら樹脂架橋体の微粒子が温度上昇により膨潤するメカニズムについては、詳細は明らかでないが、例えば架橋PMMAでは、粒子の主体をなすPMMAのガラス転移点(Tg)が100℃付近にあるため、PMMAのTg付近で架橋PMMA粒子が柔軟になって、より多くの電解液を吸収して膨潤するといったメカニズムが考えられる。従って、膨潤性微粒子(D)のガラス転移点は、およそ75〜125℃の範囲にあるものが望ましいと考えられる。   Although the details of the mechanism by which the fine particles of these resin crosslinked bodies swell due to temperature rise are not clear, for example, in crosslinked PMMA, the glass transition point (Tg) of PMMA, which is the main component of the particles, is around 100 ° C. It is conceivable that the cross-linked PMMA particles become flexible near Tg and absorb more electrolyte and swell. Therefore, it is considered desirable that the glass transition point of the swellable fine particles (D) is in the range of about 75 to 125 ° C.

有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)の大きさとしては、その乾燥時における粒径が多孔質膜の厚みより小さければよいが、多孔質膜の厚みの1/3〜1/100の平均粒径を有することが好ましく、具体的には、平均粒径が0.1〜20μmであることが好ましい。これらの微粒子の粒径が小さすぎると、微粒子の隙間が小さくなることによってイオンの伝導パスが長くなって電池特性が低下することがある。また、粒径が大きすぎると、隙間が大きくなって、有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)を用いることによる短絡の防止効果が小さくなることがある。なお、ここでいう粒子の平均粒径は、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、微粒子を膨潤しない媒体(例えば水)に分散させて測定した数平均粒子径である。   As the size of the organic fine particles (C) and the swellable fine particles (D), the particle size at the time of drying may be smaller than the thickness of the porous film, but it is 1/3 to 1/100 of the thickness of the porous film. It is preferable that it has an average particle diameter, and specifically, it is preferable that an average particle diameter is 0.1-20 micrometers. If the particle size of these fine particles is too small, the gap between the fine particles becomes small, and thus the ion conduction path becomes long, and the battery characteristics may be deteriorated. On the other hand, when the particle size is too large, the gap becomes large, and the effect of preventing the short circuit by using the organic fine particles (C) and the swellable fine particles (D) may be reduced. In addition, the average particle diameter of the particle | grain here is the number average particle | grains which disperse | distributed the particle | grains to the medium (for example, water) which does not swell using a laser scattering particle size distribution analyzer (for example, "LA-920" by HORIBA). Is the diameter.

上記多孔質膜において、有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)を含有させることでシャットダウン機能を確保する場合には、多孔質膜中における有機微粒子(C)または膨潤性微粒子(D)の含有量は、多孔質膜の構成成分の全体積中、例えば、10体積%以上80体積%以下であることが好ましい。これらの微粒子の含有量が少なすぎると、これらを含有させることによるシャットダウン効果が小さくなることがあり、多すぎると、多孔質膜中における耐熱性微粒子(A)の含有量が減ることになるため、例えば、リチウムデンドライトの発生に起因する短絡を防止する効果が小さくなることがある。   In the porous film, when the shutdown function is ensured by adding organic fine particles (C) or swellable fine particles (D), the organic fine particles (C) or the swellable fine particles (D) in the porous film The content is preferably 10% by volume or more and 80% by volume or less in the total volume of the constituent components of the porous membrane, for example. If the content of these fine particles is too small, the shutdown effect due to the inclusion of these may be small, and if too large, the content of the heat-resistant fine particles (A) in the porous film will decrease. For example, the effect of preventing a short circuit due to generation of lithium dendrite may be reduced.

本発明に係る多孔質膜は、強度を増すための補強材として繊維状物(E)を含有していてもよい。繊維状物(E)としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に下記に詳述する電解液や、多孔質膜形成用組成物に用いる溶媒に安定であれば、特に制限はないが、耐熱温度が150℃以上であることが好ましい。   The porous membrane according to the present invention may contain a fibrous material (E) as a reinforcing material for increasing the strength. As the fibrous material (E), if it has electrical insulation, is electrochemically stable, and is stable to the electrolyte solution described in detail below and the solvent used in the composition for forming a porous film, Although there is no particular limitation, the heat resistant temperature is preferably 150 ° C. or higher.

なお、本明細書でいう「繊維状物」とは、アスペクト比[長尺方向の長さ/長尺方向に直交する方向の幅(直径)]が4以上のものを意味している。繊維状物(E)のアスペクト比は、10以上であることが好ましい。   The “fibrous material” in the present specification means that having an aspect ratio [length in the longitudinal direction / width (diameter) in a direction perpendicular to the longitudinal direction] of 4 or more. The aspect ratio of the fibrous material (E) is preferably 10 or more.

繊維状物(E)の具体的な構成材料としては、例えば、セルロース、セルロース変成体(カルボキシメチルセルロースなど)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル[ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、シリカなどの無機材料(無機酸化物);などが挙げられる。繊維状物(E)は、これらの構成材料の1種を含有していてもよく、2種以上を含有していても構わない。また、繊維状物(E)は、構成成分として、上記の構成材料の他に、必要に応じて、公知の各種添加剤(例えば、樹脂である場合には酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Specific constituent materials of the fibrous material (E) include, for example, cellulose, modified cellulose (such as carboxymethyl cellulose), polypropylene (PP), polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene. Terephthalate (PBT), etc.], polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyaramid, polyamideimide, polyimide and other resins; glass, alumina, silica and other inorganic materials (inorganic oxides); and the like. The fibrous material (E) may contain one of these constituent materials, or may contain two or more. In addition to the above-described constituent materials, the fibrous material (E) contains various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary. It doesn't matter.

繊維状物(E)の直径は、多孔質膜の厚み以下であれば良いが、例えば、0.01〜5μmであることが好ましい。径が大きすぎると、後述する繊維が多数集合して形成したシート状物を用いた場合に、繊維状物同士の絡み合いが不足して、これらで構成されるシート状物の強度、延いては多孔質膜の強度が小さくなって取り扱いが困難となることがある。また、径が小さすぎると、多孔質膜の空隙が小さくなりすぎて、イオン透過性が低下する傾向にあり、これをセパレータとして用いた電池において、負荷特性を低下させてしまうことがある。   The diameter of the fibrous material (E) may be equal to or less than the thickness of the porous membrane, but is preferably 0.01 to 5 μm, for example. If the diameter is too large, when using a sheet-like material formed by gathering a large number of fibers described later, the entanglement between the fibrous materials is insufficient, the strength of the sheet-like material composed of these, In some cases, the strength of the porous membrane is reduced, making it difficult to handle. On the other hand, if the diameter is too small, the voids in the porous membrane tend to be too small and the ion permeability tends to decrease, and the load characteristics may be deteriorated in a battery using this as a separator.

多孔質膜中での繊維状物(E)の存在状態は、例えば、長軸(長尺方向の軸)の、多孔質膜面に対する角度が平均で30°以下であることが好ましく、20°以下であることがより好ましい。   The presence state of the fibrous material (E) in the porous membrane is, for example, preferably such that the angle of the major axis (long axis) with respect to the porous membrane surface is 30 ° or less on average, 20 ° The following is more preferable.

繊維状物(E)を含有する多孔質膜においては、多数の繊維状物(E)が集合して、これらのみによりシート状物を形成している形式のもの、例えば織布、不織布、紙といった形態のものを用い、このシート中に耐熱性微粒子(A)などを含有した構成の多孔質膜としてもよいし、繊維状物(E)と耐熱性微粒子(A)などが均一に分散された形で含有されている構成の多孔質膜としてもよい。または、上記した両者の構成を合わせた構成とすることもできる。   In the porous membrane containing the fibrous material (E), a large number of fibrous materials (E) are aggregated to form a sheet-like material only by these, for example, woven fabric, non-woven fabric, paper A porous film having a structure containing the heat-resistant fine particles (A) and the like may be used in the sheet, and the fibrous material (E) and the heat-resistant fine particles (A) are uniformly dispersed. It is good also as the porous membrane of the structure contained in the form. Or it can also be set as the structure which combined both above-mentioned structures.

なお、繊維状物(E)を含有する多孔質膜においては、耐熱性微粒子(A)の機能をより有効に発揮させる観点からは、耐熱性微粒子(A)の一部または全部が、繊維状物(E)で構成されるシート状物の空隙内に存在する構造とすることが好ましい。また、有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)を使用する場合にも、これらの微粒子の一部または全部が、繊維状物(E)で構成されるシート状物の空隙内に存在する構造とすることが、上記の各微粒子の機能をより有効に発揮させ得ることから好ましい。   In the porous membrane containing the fibrous material (E), part or all of the heat-resistant fine particles (A) are fibrous from the viewpoint of more effectively exerting the function of the heat-resistant fine particles (A). It is preferable to have a structure that exists in the voids of the sheet-like material composed of the material (E). Also, when using organic fine particles (C) and swellable fine particles (D), some or all of these fine particles are present in the voids of the sheet-like material composed of the fibrous material (E). The structure is preferable because the functions of the fine particles can be more effectively exhibited.

本発明に係る多孔質膜の厚みは、3μm以上、より好ましくは5μm以上であって、50μm以下、より好ましくは30μm以下であることが望ましい。多孔質膜が薄すぎると、デンドライトに起因する微短絡を抑制する効果が十分でなく、電池としての信頼性を確保することが困難になる。他方、厚すぎると、電池としたときのエネルギー密度が小さくなる傾向にある。   The thickness of the porous membrane according to the present invention is desirably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. If the porous film is too thin, the effect of suppressing a fine short circuit due to dendrites is not sufficient, and it becomes difficult to ensure the reliability of the battery. On the other hand, if it is too thick, the energy density of the battery tends to be small.

また、多孔質膜の空隙率としては、15%以上、より好ましくは20%以上であって、70%以下、より好ましくは60%以下であることが望ましい。多孔質膜の空隙率が小さすぎると、イオン透過性が小さくなることがあり、また、空隙率が大きすぎると、多孔質膜の強度が不足することがある。なお、多孔質膜の空隙率:P(%)は、多孔質膜の厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、次式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
P = Σ aρ /(m/t)
ここで、上記式中、a:質量%で表した成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:多孔質膜の単位面積あたりの質量(g/cm)、t:多孔質膜の厚み(cm)、である。
The porosity of the porous membrane is preferably 15% or more, more preferably 20% or more, and 70% or less, more preferably 60% or less. If the porosity of the porous membrane is too small, the ion permeability may be reduced, and if the porosity is too large, the strength of the porous membrane may be insufficient. The porosity of the porous membrane: P (%) can be calculated by calculating the sum of each component i from the thickness of the porous membrane, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation.
P = Σ a i ρ i / (m / t)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i expressed by mass%, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the porous membrane (g / cm 2) ), T: Thickness (cm) of the porous membrane.

更に、上記の方法により測定されるガーレー値で示される多孔質膜の透気度は、30〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、多孔質膜の強度が小さくなることがある。また、多孔質膜の強度としては、直径が1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎる多孔質膜をセパレータに用いた電池では、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き敗れによる短絡が発生する虞がある。   Furthermore, the air permeability of the porous film indicated by the Gurley value measured by the above method is desirably 30 to 300 sec. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the porous membrane may be reduced. Further, the strength of the porous membrane is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. In a battery using a porous film having a puncture strength that is too small as a separator, when a dendrite crystal of lithium is generated, there is a possibility that a short circuit occurs due to the piercing of the separator.

本発明に係る多孔質膜の製造方法としては、例えば、下記(I)および(II)の方法が採用できる。(I)の方法は、離型性を有するライナー上に、耐熱性微粒子(A)とバインダ(B)などを含有する多孔質膜形成用組成物(スラリー、ペーストなど)を塗布した後、所定の温度で乾燥する製造方法である。   As the method for producing a porous membrane according to the present invention, for example, the following methods (I) and (II) can be employed. In the method (I), a porous film-forming composition (slurry, paste, etc.) containing heat-resistant fine particles (A) and a binder (B) is applied on a liner having releasability, and then predetermined. It is the manufacturing method dried at the temperature of.

上記の多孔質膜形成用組成物は、耐熱性微粒子(A)およびバインダ(B)、更には必要に応じて有機微粒子(C)、膨潤性微粒子(D)、繊維状物(E)などを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む、以下同じ)に分散させたものである[バインダ(B)については溶解していてもよい]。多孔質膜形成用組成物に用いられる溶媒は、耐熱性微粒子(A)や有機微粒子(C)、膨潤性微粒子(D)、繊維状物(E)を均一に分散でき、また、バインダ(B)を均一に溶解または分散できるものであれば良いが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素;テトラヒドロフランなどのフラン類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;などの有機溶媒が好適である。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加しても良い。また、バインダ(B)をエマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming a porous film comprises a heat-resistant fine particle (A) and a binder (B), and if necessary, an organic fine particle (C), a swellable fine particle (D), a fibrous material (E) and the like. And these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium, hereinafter the same) [the binder (B) may be dissolved]. The solvent used in the composition for forming a porous film can uniformly disperse the heat-resistant fine particles (A), the organic fine particles (C), the swellable fine particles (D), and the fibrous material (E), and the binder (B However, organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene; furans such as tetrahydrofuran; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; are suitable. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In the case where the binder (B) is used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, ethylene glycol, etc.) may be added as appropriate to control the interfacial tension. it can.

多孔質膜形成用組成物では、耐熱性微粒子(A)、バインダ(B)、有機微粒子(C)、膨潤性微粒子(D)、繊維状物(E)を含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが望ましく、20〜70質量%とすることが更に望ましい。   In the composition for forming a porous film, the solid content including the heat-resistant fine particles (A), the binder (B), the organic fine particles (C), the swellable fine particles (D), and the fibrous material (E) is, for example, 10 to 10. It is desirable to set it as 80 mass%, and it is still more desirable to set it as 20-70 mass%.

(II)の多孔質膜製造方法は、上記(I)の方法で用いたのと同じ多孔質膜形成用組成物を、繊維状物(E)よりなるシート状物に塗布、あるいは含浸させ、乾燥する前に離型性を有するライナー上に密着させて所定温度で乾燥する方法である。   (II) The method for producing a porous membrane is the same porous membrane forming composition as used in the method (I) described above, which is applied to or impregnated into a sheet-like material comprising a fibrous material (E), In this method, the film is dried on a liner having a releasability and dried at a predetermined temperature before drying.

(II)の方法でいう「シート状物」には、繊維状物(E)で構成されたシート状物(不織布など)が該当する。具体的には、上記例示の各材料を構成成分に含む繊維状物の少なくとも1種で構成され、これら繊維状物同士が絡み合った構造を有する不織布などの多孔質シートなどが挙げられる。より具体的には、紙、PP不織布、ポリエステル不織布(PET不織布、PEN不織布、PBT不織布など)などの不織布などが例示できる。   The “sheet-like material” referred to in the method (II) corresponds to a sheet-like material (nonwoven fabric or the like) composed of the fibrous material (E). Specifically, a porous sheet such as a non-woven fabric having a structure in which at least one of the above-exemplified materials is included as a constituent component and the fibrous materials are entangled with each other can be used. More specifically, non-woven fabrics such as paper, PP non-woven fabric, and polyester non-woven fabric (PET non-woven fabric, PEN non-woven fabric, PBT non-woven fabric, etc.) can be exemplified.

なお、(II)の方法で多孔質膜を作製する場合には、上記の通り、繊維状物(E)で形成されるシート状物の空隙内に、耐熱性微粒子(A)の一部または全部が存在する構造とすることが好ましく、更に、有機微粒子(C)や膨潤性微粒子(D)を用いる場合には、これらの微粒子についても、その一部または全部が、シート状物の空隙内に存在する構造とすることが好ましい。シート状物の空隙内に耐熱性微粒子(A)や有機微粒子(C)、膨潤性微粒子(D)を存在させるには、例えば、多孔質膜形成用組成物をシート状物に含浸させた後、一定のギャップを通し、余分の多孔質膜形成用組成物を除去した後、乾燥するなどの工程を用いればよい。   In the case of producing a porous membrane by the method (II), as described above, a part of the heat-resistant fine particles (A) in the voids of the sheet-like material formed of the fibrous material (E) or It is preferable to have a structure in which all are present. Further, when organic fine particles (C) and swellable fine particles (D) are used, a part or all of these fine particles are within the voids of the sheet-like material. It is preferable to have a structure existing in In order to allow the heat-resistant fine particles (A), the organic fine particles (C), and the swellable fine particles (D) to exist in the voids of the sheet-like material, for example, after impregnating the sheet-like material with the composition for forming a porous film A process such as drying after removing the excess porous film-forming composition through a certain gap may be used.

また、多孔質膜において、耐熱性微粒子(A)として板状粒子を用いた場合、その配向性を高めるには、多孔質膜形成用組成物を含浸させたシート状物において、該組成物にシェアをかければよい。例えば、(II)の製造方法においては、耐熱性微粒子(A)などをシート状物の空隙内に存在させる方法として上述した多孔質膜形成用組成物をシート状物に含浸させた後、一定のギャップを通す方法により、上記組成物にシェアをかけることが可能であり、耐熱性微粒子(A)の配向性を高めることができる。また、(I)の製造方法、(II)の製造方法のいずれにおいても、多孔質膜形成用組成物をライナー上に塗布した後、上記組成物中の溶媒を除去するための乾燥前に磁場をかけることにより板状の耐熱性微粒子(A)を配向させることも可能である。   Further, when plate-like particles are used as the heat-resistant fine particles (A) in the porous film, in order to increase the orientation, in the sheet-like material impregnated with the porous film-forming composition, Just share it. For example, in the production method of (II), after impregnating the porous film-forming composition described above as a method for causing the heat-resistant fine particles (A) and the like to exist in the voids of the sheet-like material, a certain amount is obtained. It is possible to share the composition by the method of passing through the gap, and the orientation of the heat-resistant fine particles (A) can be improved. In either of the production method (I) and the production method (II), after applying the porous film-forming composition on the liner, the magnetic field is removed before drying to remove the solvent in the composition. It is also possible to orient the plate-like heat-resistant fine particles (A) by applying.

本発明のライナー付き多孔質膜に用いるライナーとしては、多孔質膜形成用組成物に対して安定であり、所定の乾燥温度において耐熱性のある材料で構成されており、適度な離型性を有していれば特に制限はなく、多孔質膜の製造方法として(I)の方法、(II)の方法のいずれを採用する場合においても、同様のライナーを用いることができる。   The liner used in the porous membrane with a liner of the present invention is stable with respect to the composition for forming a porous membrane, is composed of a material having heat resistance at a predetermined drying temperature, and has an appropriate release property. If it has, there will be no restriction | limiting in particular, When employ | adopting any of the method of (I) and the method of (II) as a manufacturing method of a porous membrane, the same liner can be used.

具体的には、基材表面に離型剤などにより離型処理を施したものが使用可能である。より具体的には、基材としては、ポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルムなどの樹脂フィルム;紙;樹脂でコーティングした紙;などを用いることができ、特にポリエステルフィルムが好適である。また、離型剤としては、従来公知のフッ素系、シリコン系などの離型剤を用いることができる。   Specifically, it is possible to use a substrate whose surface has been subjected to a release treatment with a release agent or the like. More specifically, as the substrate, a resin film such as a polyester film, a polyolefin film, a polyimide film, or a polyamide film; a paper; a paper coated with a resin; and the like can be used, and a polyester film is particularly preferable. Moreover, as a mold release agent, conventionally known mold release agents such as fluorine and silicon can be used.

ライナーの有する離型性は、多孔質膜形成後の巻き取り工程、スリット工程などにおいて、ライナーと多孔質膜とが剥がれることなく、電池作製時における多孔質膜を正極およひ負極と共に巻回する巻回工程直前の、ライナーと多孔質膜との剥離工程において、多孔質膜が壊れることなくライナーから容易に剥離し、多孔質膜がライナー上に必要以上に残留しない程度の剥離性であることが好ましく、離型剤の種類の選択や塗布量などによって、適宜調整すればよい。なお、基材自体が、上記した離型性を予め備えている場合には、特に離型剤を用いることなく、ライナーとして使用することが可能である。   The releasability of the liner is determined by winding the porous film together with the positive electrode and the negative electrode during battery production without peeling the liner and porous film in the winding process and slitting process after the porous film is formed. In the peeling process between the liner and the porous film immediately before the winding process, the porous film is easily peeled off from the liner without breaking, and the porous film does not remain unnecessarily on the liner. It is preferable to adjust appropriately according to the selection of the type of the release agent and the coating amount. In addition, when the base material itself is provided with the above-described releasability in advance, it can be used as a liner without using a release agent.

本発明に係る多孔質膜は、一次電池、二次電池を問わず、広く非水電解質電池のセパレータとして使用できる。以下、本発明に係る多孔質膜の特に主要な用途である二次電池について説明する。   The porous membrane according to the present invention can be widely used as a separator for non-aqueous electrolyte batteries regardless of whether it is a primary battery or a secondary battery. Hereinafter, a secondary battery which is a particularly main application of the porous membrane according to the present invention will be described.

本発明に係る電池(リチウム二次電池)は、本発明に係る多孔質膜をセパレータとしてを有していれば特に制限はなく、従来公知の構成、構造が採用できる。   The battery (lithium secondary battery) according to the present invention is not particularly limited as long as it has the porous film according to the present invention as a separator, and a conventionally known configuration and structure can be adopted.

電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the battery include a tubular shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

正極としては、従来公知のリチウム二次電池に用いられている正極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mnなど)で表されるリチウム含有遷移金属酸化物;LiMnなどのリチウムマンガン酸化物;LiMnのMnの一部を他元素で置換したLiMn(1−x);オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5;Li(1+a)MnNiCo(1−x−y)(−0.1<a<0.1、0<x<0.5、0<y<0.5);などを適用することが可能であり、これらの正極活物質に公知の導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの結着剤などを適宜添加した正極合剤を、集電体を芯材として成形体に仕上げたものなどを用いることができる。 If it is a positive electrode used for a conventionally well-known lithium secondary battery as a positive electrode, there will be no restriction | limiting in particular. For example, as an active material, lithium-containing transition metal oxide represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc.); lithium manganese such as LiMn 2 O 4 Oxide; LiMn x M (1-x) O 2 in which part of Mn of LiMn 2 O 4 is substituted with another element; olivine type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 ; Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xy) O 2 (−0.1 <a <0.1, 0 <x <0.5, 0 <y <0. 5); can be applied, and a known conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is appropriately added to these positive electrode active materials. Finishing the positive electrode mixture into a molded body using the current collector as the core material Or the like can be used things.

正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。   As the current collector of the positive electrode, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. Usually, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.

正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けても良い。   The lead portion on the positive electrode side is normally provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the positive electrode mixture layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.

負極としては、従来公知のリチウム二次電池に用いられている負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si,Sn、Ge,Bi,Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの結着剤などを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体に仕上げたものが用いられる他、上記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、若しくは集電体上に形成したものを用いても良い。   The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known lithium secondary battery. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. A negative electrode mixture prepared by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials and using a current collector as a core material is used. In addition, the above-described various alloys and lithium metal foils may be used alone or formed on a current collector.

負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、また、下限は5μmであることが望ましい。   When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm.

負極側のリード部も、正極側のリード部と同様に、通常、負極作製時に、集電体の一部に負極剤層(負極活物質を有する層)を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、この負極側のリード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体に銅製の箔などを後から接続することによって設けても良い。   Similarly to the lead portion on the positive electrode side, the negative electrode lead portion is usually exposed to the current collector without forming a negative electrode agent layer (a layer having a negative electrode active material) on a part of the current collector during negative electrode fabrication. It is provided by leaving a part and using it as a lead part. However, the negative electrode side lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting a copper foil or the like to the current collector later.

電極は、上記の正極と上記の負極とを、本発明に係る多孔質膜を介して積層した積層電極体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。   The electrode can be used in the form of a laminated electrode body in which the above positive electrode and the above negative electrode are laminated via the porous film according to the present invention, or a wound electrode body in which the electrode is wound.

非水電解液としては、上述したように、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF 、LiBF、LiAsF 、LiSbF などの無機リチウム塩;LiCFSO 、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 As described above, a solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent is used as the nonaqueous electrolytic solution. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group]; it can.

電解液に用いる有機溶媒としては、上記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンといった環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、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環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルといったニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用しても構わない。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。また、これらの電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキサン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。   The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it dissolves the above lithium salt and does not cause side reactions such as decomposition in the voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as ethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile; Sulfites such as ethylene glycol sulfite; and the like, and these may be used alone. , It may be used in combination of two or more thereof. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate. In addition, for the purpose of improving the safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these electrolytes, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexane, biphenyl, fluorobenzene, t- Additives such as butylbenzene can also be added as appropriate.

このリチウム塩の電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、上記の有機溶媒の代わりに、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、グアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミドといった常温溶融塩を用いることもできる。   In addition, instead of the above organic solvent, melting at room temperature such as ethyl-methylimidazolium trifluoromethylsulfonium imide, heptyl-trimethylammonium trifluoromethylsulfonium imide, pyridinium trifluoromethylsulfonium imide, guanidinium trifluoromethylsulfonium imide A salt can also be used.

更に、上記の非水電解液を含有してゲル化するような高分子材料を添加して、非水電解液をゲル状にして電池に用いてもよい。非水電解液をゲル状とするための高分子材料としては、PVDF、PVDF−HFP、PAN、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖または側鎖にエチレンオキシド鎖を有する架橋ポリマー、架橋したポリ(メタ)アクリル酸エステルなど、公知のゲル状電解質形成可能なホストポリマーが挙げられる。   Furthermore, a polymer material that contains the above non-aqueous electrolyte and gels may be added, and the non-aqueous electrolyte may be gelled and used for a battery. Polymer materials for making the non-aqueous electrolyte into a gel include PVDF, PVDF-HFP, PAN, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, crosslink having ethylene oxide chain in the main chain or side chain Known host polymers capable of forming a gel electrolyte, such as polymers and cross-linked poly (meth) acrylates, can be mentioned.

上記リチウム二次電池の製造方法としては、例えば、以下の(i)または(ii)の方法が挙げられる。   Examples of the method for producing the lithium secondary battery include the following method (i) or (ii).

(i)の方法は、集電体の片面または両面に正極合剤層を形成した正極、および集電体の片面または両面に負極剤層を形成した負極を、所定の大きさに切断し、本発明に係る多孔質膜を介して積層して積層電極体とし、この積層電極体を外装缶またはラミネートフィルム外装体に挿入して、電解液を注液した後に封止してリチウム二次電池とする方法である。   In the method (i), a positive electrode in which a positive electrode mixture layer is formed on one side or both sides of a current collector, and a negative electrode in which a negative electrode layer is formed on one side or both sides of the current collector are cut into a predetermined size. The laminated secondary electrode body is laminated through the porous membrane according to the present invention, and the laminated electrode body is inserted into an outer can or a laminated film outer body, injected with an electrolytic solution, and sealed to be a lithium secondary battery. It is a method.

なお、(i)の方法においては、ライナー付き多孔質膜から多孔質膜を剥離する剥離工程に引き続いて、正極と負極とを多孔質膜を介して積層する積層工程を設ける。すなわち、上記積層工程の直前に、多孔質膜をライナーから剥離する剥離工程を設けることで、多孔質膜は、リチウム二次電池製造の殆どの工程を、ライナーまたは電極(正極および負極)によって補強された状態で通過するため、独立膜として取り扱うのに必要な程度の強度を有していない多孔質膜であっても使用することができる。そのため、例えば、電池とした際に短絡が十分に防止できる範囲であれば、多孔質膜を薄くすることが可能であり、電池のエネルギー密度を高めることができる。   In the method (i), a lamination step of laminating the positive electrode and the negative electrode through the porous membrane is provided following the peeling step of peeling the porous membrane from the liner-attached porous membrane. That is, by providing a peeling step for peeling the porous membrane from the liner immediately before the laminating step, the porous membrane reinforces most steps of lithium secondary battery production with a liner or electrode (positive electrode and negative electrode). Therefore, even a porous membrane that does not have the strength necessary for handling as an independent membrane can be used. Therefore, for example, if it is a range which can prevent a short circuit enough when it is set as a battery, a porous membrane can be made thin and the energy density of a battery can be raised.

ライナー付き多孔質膜は、予め所定の大きさに切断されていてもよいし、電極との積層と同時に切断してもよい。また、電極(正極若しくは負極)または多孔質膜のいずれかに予め粘着層を設けておき、電極に多孔質膜を粘着させつつライナーから多孔質膜を剥離する、いわゆる転写法を用いることもできる。更に、ゲル電解質や、固体電解質を用いて電池を構成する場合には、集電体のそれぞれの面に正極合剤層と負極剤層を設けた、いわゆるバイポーラ構造の電極を用いてもよい。   The liner-attached porous membrane may be cut into a predetermined size in advance, or may be cut simultaneously with the lamination with the electrode. Alternatively, a so-called transfer method can be used in which an adhesive layer is provided in advance on either the electrode (positive electrode or negative electrode) or the porous film, and the porous film is peeled off from the liner while adhering the porous film to the electrode. . Furthermore, when a battery is formed using a gel electrolyte or a solid electrolyte, a so-called bipolar structure electrode in which a positive electrode mixture layer and a negative electrode layer are provided on each surface of the current collector may be used.

(ii)の方法は、上記(i)の方法における正極、多孔質膜および負極を重ね合わせて積層体(積層電極体)とする積層工程に引き続いて、上記積層体を渦巻状に巻回して、巻回電極体とする巻回工程を有するリチウム二次電池の製造方法である。(ii)の方法では、予め短冊状に切断した正極および負極を、ライナー付き多孔質膜から剥離した直後の多孔質膜を介して積層し、続いてこの積層体を渦巻状に巻き取って、所定の長さで切断する。上記の巻回工程により得られた巻回電極体は、(i)の製造方法における積層電極体と同様に、外装缶またはラミネートフィルム外装体に挿入して、電解液を注液した後に封止してリチウム二次電池とする。   In the method (ii), following the stacking step in which the positive electrode, the porous film, and the negative electrode in the method (i) are stacked to form a stacked body (laminated electrode body), the stacked body is wound in a spiral shape. And a method for manufacturing a lithium secondary battery having a winding step of forming a wound electrode body. In the method (ii), a positive electrode and a negative electrode that have been cut into strips in advance are stacked via a porous film immediately after being peeled from the liner-attached porous film, and then the stacked body is wound into a spiral shape, Cut to a predetermined length. The wound electrode body obtained by the winding process is inserted into the exterior can or the laminate film exterior body, and sealed after injecting the electrolyte, similarly to the laminated electrode body in the manufacturing method (i). Thus, a lithium secondary battery is obtained.

(i)の方法、(ii)の方法のいずれにおいても、電解液を注入し封止した後のリチウム二次電池には、常法に従い予備充電、エージングなどを施せばよい。   In either the method (i) or the method (ii), the lithium secondary battery after the electrolyte solution is injected and sealed may be subjected to precharging, aging, or the like according to a conventional method.

本発明に係るリチウム二次電池は、従来公知のリチウム二次電池が用いられている各種用途と同じ用途に適用することができる。   The lithium secondary battery according to the present invention can be applied to the same uses as those in which conventionally known lithium secondary batteries are used.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.

実施例1
耐熱性微粒子(A)であるアルミナ(Al)微粒子(平均粒径0.3μm)1000g、水800g、イソプロピルアルコール(IPA)200g、およびバインダ(B)であるPVB[積水化学社製「エスレックKX−5(商品名)」]1000gを容器に入れ、スリーワンモーターで1時間攪拌して分散させ、均一なスラリー(多孔質膜形成用組成物)とした。このスラリーを、シリコーンコートポリエステルフィルム(厚み25μm)上に、ダイコーターを用いて塗布した後、乾燥して、多孔質膜の厚みが20μmのライナー付多孔質膜を得た。
Example 1
1000 g of alumina (Al 2 O 3 ) fine particles (average particle size 0.3 μm) as heat-resistant fine particles (A), 800 g of water, 200 g of isopropyl alcohol (IPA), and PVB [manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. "SREC KX-5 (trade name)"] 1000 g was put in a container, and stirred and dispersed with a three-one motor for 1 hour to obtain a uniform slurry (a composition for forming a porous film). This slurry was applied onto a silicone-coated polyester film (thickness 25 μm) using a die coater and then dried to obtain a porous membrane with a liner having a thickness of 20 μm.

実施例1に係る多孔質膜について、アルミナの比重を4.0g/cm、PVBの比重を1.1g/cmとして算出したアルミナの体積含有率は77.5%である。 For the porous membrane according to Example 1, the alumina volume content calculated with the specific gravity of alumina being 4.0 g / cm 3 and the specific gravity of PVB being 1.1 g / cm 3 is 77.5%.

実施例2
耐熱性微粒子(A)を板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)に変更した以外は実施例1と同様にして、多孔質膜の厚みが15μmのライナー付多孔質膜を作製した。
Example 2
A porous membrane with a liner having a thickness of 15 μm was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat-resistant fine particles (A) were changed to plate-like boehmite (average particle size 1 μm, aspect ratio 10).

実施例2に係る多孔質膜について、板状ベーマイトの比重を3.0g/cm、PVBの比重を1.1g/cmとして算出した板状ベーマイトの体積含有率は82.1%である。 For the porous membrane according to Example 2, the volume content of the plate boehmite calculated as the specific gravity of the plate boehmite is 3.0 g / cm 3 and the specific gravity of PVB is 1.1 g / cm 3 is 82.1%. .

実施例3
バインダ(B)として、SBRラテックス[JSR社製「TRD−2001(商品名)」]500gおよびCMC(ダイセル化学社製「2200」)30g、並びに水4000gを容器に入れ、均一に溶解するまで室温にて攪拌した。さらに膨潤性微粒子(D)として、架橋PMMAの水分散体(平均粒径0.3μm、B=0.5、B=4)2500gを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で1時間攪拌して分散させた。これに、耐熱性微粒子(A)として板状アルミナ(平均粒径2μm、アスペクト比25)3000gを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で3時間攪拌して、均一なスラリー(多孔質膜形成用組成物)とした。このスラリーを、実施例1と同様に、シリコーンコートポリエステルフィルム上に塗布し、乾燥して、多孔質膜の厚みが25μmのライナー付多孔質膜を得た。
Example 3
As a binder (B), 500 g of SBR latex [“TRD-2001 (trade name)” manufactured by JSR Co., Ltd.] and 30 g of CMC (“2200” manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd.) and 4000 g of water are placed in a container and room temperature until uniformly dissolved. Was stirred. Further, 2500 g of an aqueous dispersion of cross-linked PMMA (average particle size 0.3 μm, B R = 0.5, B = 4) was added as swellable fine particles (D), and the mixture was stirred with a disper at 2800 rpm for 1 hour. Dispersed. To this, 3000 g of plate-like alumina (average particle size 2 μm, aspect ratio 25) as heat-resistant fine particles (A) was added, and stirred with a disper at 2800 rpm for 3 hours to obtain a uniform slurry (composition for forming a porous film) ). This slurry was applied onto a silicone-coated polyester film in the same manner as in Example 1 and dried to obtain a porous membrane with a liner having a thickness of 25 μm.

実施例3に係る多孔質膜について、板状アルミナの比重を4.0g/cm、SBRの比重を0.97g/cm、CMCの比重を1.6g/cm、架橋PMMAの比重を1.2g/cmとして算出した板状アルミナの体積含有率は41.5%である。 For the porous membrane according to Example 3, the specific gravity of plate-like alumina was 4.0 g / cm 3 , the specific gravity of SBR was 0.97 g / cm 3 , the specific gravity of CMC was 1.6 g / cm 3 , and the specific gravity of crosslinked PMMA was The volume content of the plate-like alumina calculated as 1.2 g / cm 3 is 41.5%.

実施例4
バインダであるEVA(酢酸ビニル由来の構造単位が15モル%)300g、およびトルエン6000gを容器に入れ、均一に溶解するまで室温にて攪拌した。さらに有機微粒子(B)として、PE粉末(平均粒径5μm、融点105℃)1000gを4回に分けて加え、ディスパーで、2800rpmの条件で1時間分散させた。その後、耐熱性微粒子(A)であるアルミナ微粒子(平均粒径0.4μm)4000gを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で3時間攪拌して均一なスラリー(多孔質膜形成用組成物)を作製した。このスラリーを、実施例1と同様に、シリコーンコートポリエステルフィルム上に塗布し、乾燥して、多孔質膜の厚みが25μmのライナー付多孔質膜を得た。
Example 4
300 g of EVA (a structural unit derived from vinyl acetate of 15 mol%) as a binder and 6000 g of toluene were placed in a container and stirred at room temperature until evenly dissolved. Further, 1000 g of PE powder (average particle size 5 μm, melting point 105 ° C.) was added in four portions as organic fine particles (B), and dispersed with a disper at 2800 rpm for 1 hour. Thereafter, 4000 g of alumina fine particles (average particle size 0.4 μm) as heat-resistant fine particles (A) are added and stirred with a disperser at 2800 rpm for 3 hours to produce a uniform slurry (a composition for forming a porous film). did. This slurry was applied onto a silicone-coated polyester film in the same manner as in Example 1 and dried to obtain a porous membrane with a liner having a thickness of 25 μm.

実施例4に係る多孔質膜について、アルミナの比重を4.0g/cm、EVAの比重を0.94g/cm、PEの比重を1.0g/cmとして算出したアルミナの体積含有率は43.1%である。 For porous film according to Example 4, the volume content of the calculated alumina specific gravity of alumina specific gravity of 4.0 g / cm 3, EVA specific gravity of 0.94 g / cm 3, PE as 1.0 g / cm 3 Is 43.1%.

実施例5
実施例1で作製したスラリーに更に、繊維状物(E)としてアルミナ繊維(平均繊維径3μm、アスペクト比30,000)100gを加え、均一になるまで室温にて攪拌した。このようにして得られたスラリー(多孔質膜形成用組成物)を、実施例1と同様に、シリコーンコートポリエステルフィルム上に塗布し、乾燥して、多孔質膜の厚みが20μmのライナー付多孔質膜を得た。
Example 5
To the slurry prepared in Example 1, 100 g of alumina fiber (average fiber diameter 3 μm, aspect ratio 30,000) was further added as a fibrous material (E) and stirred at room temperature until uniform. The slurry (composition for forming a porous membrane) thus obtained was applied onto a silicone-coated polyester film and dried in the same manner as in Example 1, and the porous membrane with a liner having a porous membrane thickness of 20 μm. A membrane was obtained.

実施例5に係る多孔質膜について、アルミナ微粒子の比重を4.0g/cm、PVBの比重を1.1g/cm、アルミナ繊維の比重を4.0g/cmとして算出したアルミナ微粒子の体積含有率は71.9%である。 For the porous membrane according to Example 5, the alumina fine particles were calculated with a specific gravity of alumina fine particles of 4.0 g / cm 3 , a specific gravity of PVB of 1.1 g / cm 3 , and a specific gravity of alumina fibers of 4.0 g / cm 3 . The volume content is 71.9%.

実施例6
実施例1で作製したスラリー(多孔質膜形成用組成物)を、厚みが15μmのPP製メルトブロー不織布に通し、引き上げ塗布によりスラリーを塗布した後、所定の間隔を有するギャップの間を通して擦り切り、乾燥する前に、実施例1で用いたのと同じシリコーンコートポリエステルフィルム上に重ね合わせて乾燥し、多孔質膜の厚みが20μmのライナー付多孔質膜を得た。
Example 6
The slurry (composition for forming a porous film) prepared in Example 1 is passed through a PP meltblown nonwoven fabric having a thickness of 15 μm, and the slurry is applied by pulling up and then scraped through gaps having a predetermined interval and dried. Before the above, the same silicone-coated polyester film as used in Example 1 was overlaid and dried to obtain a porous membrane with a liner having a thickness of 20 μm.

実施例6に係る多孔質膜について、アルミナの比重を4.0g/cm、PVBの比重を1.1g/cm、PP製不織布に係るPPの比重を0.9g/cmとして算出したアルミナの体積含有率は38.8%である。 For the porous membrane according to Example 6, the specific gravity of alumina was calculated as 4.0 g / cm 3 , the specific gravity of PVB was 1.1 g / cm 3 , and the specific gravity of PP related to the PP nonwoven fabric was calculated as 0.9 g / cm 3 . The volume content of alumina is 38.8%.

実施例1〜6のライナー付き多孔質膜に係る多孔質膜について、下記の評価を行った。結果を表1に示す。   The following evaluation was performed about the porous membrane which concerns on the porous membrane with a liner of Examples 1-6. The results are shown in Table 1.

<多孔質膜の加熱特性>
実施例1〜6のライナー付多孔質膜から多孔質膜を剥離し、150℃の恒温槽内に30分放置し、多孔質膜の収縮率を測定した。また、比較例1として、従来公知のセパレータであるPE製微多孔膜(厚み20μm)も150℃の恒温槽内に30分放置し、実施例1〜6に係る多孔質膜と同様の測定を行った。
<Heating characteristics of porous membrane>
The porous membrane was peeled from the liner-attached porous membranes of Examples 1 to 6, and left in a thermostatic bath at 150 ° C. for 30 minutes, and the shrinkage rate of the porous membrane was measured. Further, as Comparative Example 1, a PE microporous membrane (thickness 20 μm), which is a conventionally known separator, is also left in a thermostatic bath at 150 ° C. for 30 minutes, and the same measurement as that of the porous membrane according to Examples 1 to 6 is performed. went.

収縮率の測定は、次のようにして行った。4cm×4cmに切り出した多孔質膜片を、クリップで固定した2枚のステンレス板で挟みこみ、150℃の恒温槽内に30分放置した後に取り出し、各多孔質膜片の長さを測定し、試験前の長さと比較して長さの減少割合を収縮率とした。   The shrinkage rate was measured as follows. A porous membrane piece cut out to 4 cm × 4 cm is sandwiched between two stainless plates fixed with clips, left in a thermostatic bath at 150 ° C. for 30 minutes, taken out, and the length of each porous membrane piece is measured. The percentage of decrease in length compared with the length before the test was taken as the shrinkage rate.

また、実施例4に係る多孔質膜、および比較例1の微多孔膜について、温度上昇に伴うガーレー値の変化を以下の条件で測定した。室温で上記測定法によりガーレー値を測定した後、恒温槽中で80℃で多孔質膜を10分間保持し、取り出した後徐冷して、80℃まで温度上昇させたときのガーレー値を測定した。以後、5℃刻みで150℃まで温度を上昇させ、それぞれの温度で多孔質膜を10分間保持した後、同様にしてガーレー値を測定した。上記測定から、ガーレー値が加熱前の3倍以上になった温度(上昇温度)を求めた。   Moreover, the change of the Gurley value accompanying a temperature rise was measured on the following conditions about the porous membrane which concerns on Example 4, and the microporous membrane of the comparative example 1. FIG. After measuring the Gurley value by the above measurement method at room temperature, hold the porous membrane at 80 ° C. for 10 minutes in a thermostatic bath, take it out, slowly cool it, and measure the Gurley value when the temperature is raised to 80 ° C. did. Thereafter, the temperature was increased to 150 ° C. in increments of 5 ° C., the porous membrane was held at each temperature for 10 minutes, and then the Gurley value was measured in the same manner. From the above measurement, the temperature (rising temperature) at which the Gurley value became three times or more that before heating was determined.

Figure 2008027839
Figure 2008027839

表1から以下のことが分かる。従来品に相当する比較例1の微多孔膜では、熱収縮率が大きく、これをセパレータとして用いた電池では、内部温度が150℃に達するまでの間に、セパレータの収縮が生じて、正極と負極が接触することによる短絡の虞がある。これに対し、実施例1〜6に係る多孔質膜では、熱収縮が殆ど見られず、目視レベルでは実質的に変形が生じていない。よって、これらをセパレータとして用いた電池では、内部温度が150℃に達しても、セパレータによって正極と負極との接触が十分に妨げられて、短絡の発生が防止され得る。更に、実施例4の多孔質膜では、恒温槽での加熱前に対して、加熱後ではガーレー値(透気度)が100〜130℃の温度範囲で3倍以上に増大している。よって、実施例4の多孔質膜をセパレータに用いた電池では、内部温度が上昇する過程で、セパレータのイオン透過性が低下することによって電流の流れが妨げられ、信頼性・安全性が確保され得る。これに対し、比較例1の微多孔膜では、ガーレー値の上昇し始める温度が高く、シャットダウン応答性が劣っている。   Table 1 shows the following. In the microporous membrane of Comparative Example 1 corresponding to the conventional product, the thermal shrinkage rate is large. In the battery using this as the separator, the separator shrinks until the internal temperature reaches 150 ° C. There is a risk of short circuit due to contact of the negative electrode. On the other hand, in the porous membranes according to Examples 1 to 6, almost no heat shrinkage was observed, and substantially no deformation occurred at the visual level. Therefore, in a battery using these as a separator, even when the internal temperature reaches 150 ° C., the contact between the positive electrode and the negative electrode is sufficiently hindered by the separator, and the occurrence of a short circuit can be prevented. Furthermore, in the porous membrane of Example 4, the Gurley value (air permeability) is increased three times or more in the temperature range of 100 to 130 ° C. after the heating, compared to the heating in the thermostat. Therefore, in the battery using the porous membrane of Example 4 as the separator, the flow of current is hindered by the decrease in the ion permeability of the separator in the process of increasing the internal temperature, and the reliability and safety are ensured. obtain. On the other hand, in the microporous film of Comparative Example 1, the temperature at which the Gurley value starts to increase is high, and the shutdown response is inferior.

実施例7
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:80質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面または片面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μm(両面に正極合剤層を設けたもの)または82.5μm(片面に正極合剤層を設けたもの)になるように正極合剤層の厚みを調整し、幅48mm、長さ88mmになるように切断し、さらにこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブ付けを行った。
Example 7
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 80 parts by mass, acetylene black as a conductive additive: 10 parts by mass, and PVDF as a binder: 5 parts by mass uniformly using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent It mixed so that positive electrode mixture containing paste might be prepared. This paste was applied to both or one side of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector, dried, and then calendered to give a total thickness of 150 μm (with a positive electrode mixture layer on both sides) or The thickness of the positive electrode mixture layer is adjusted to 82.5 μm (one side provided with a positive electrode mixture layer), cut to have a width of 48 mm and a length of 88 mm, and the positive electrode aluminum foil is exposed. Tabs were added to the parts.

<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:90質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅50mm、長さ90mmになるように切断し、さらにこの負極の銅箔の露出部にタブ付けを行った。
<Production of negative electrode>
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 90 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste is applied to both sides of a 10 μm thick collector made of copper foil, dried, and then calendered to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer so that the total thickness is 142 μm. And it cut | disconnected so that it might become width 50mm and length 90mm, and also tab-attached to the exposed part of the copper foil of this negative electrode.

<電池の組み立て>
上記のようにして得られた正極と負極とを、実施例1で作製したライナー付多孔質膜から剥離した多孔質膜を介して積層して積層電極体を作製した。なお、積層電極体の両外側には、集電体の片面のみに正極合剤層を設けた正極を配置し、積層電極体内では、正極合剤層および負極剤層が、それぞれ4層になるように積層した。また、多孔質膜を介して正極と負極とを積層する方法には、図2に示すように、幅53mmにスリットし、ロール状に巻き取ったライナー付多孔質膜1を用い、ライナー2から多孔質膜3を剥離した直後に正極4および負極5と積層し、長さ93mmごとに切断する方法を用いた。なお、図2中、6は正極タブ、7は負極タブである。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode obtained as described above were laminated through a porous film peeled from the liner-coated porous film produced in Example 1, to produce a laminated electrode body. A positive electrode having a positive electrode mixture layer provided on only one side of the current collector is disposed on both outer sides of the laminated electrode body, and the positive electrode mixture layer and the negative electrode agent layer each have four layers in the laminated electrode body. The layers were laminated as follows. Further, in the method of laminating the positive electrode and the negative electrode via the porous membrane, as shown in FIG. 2, the liner-attached porous membrane 1 slit into a width of 53 mm and wound up in a roll shape is used. Immediately after the porous membrane 3 was peeled off, the positive electrode 4 and the negative electrode 5 were laminated and cut every 93 mm in length. In FIG. 2, 6 is a positive electrode tab and 7 is a negative electrode tab.

上記のようにして作製した積層電極体を、ラミネートフィルム外装材内に装填し、電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを1:2の体積比で混合した溶媒に、LiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入し、真空封止を行ってリチウム二次電池を作製した。なお、電極端子の取り出しは、正極、負極のタブをそれぞれ積層して、電極端子に溶接し、端子を外装材から取り出す方法によって行った。 The laminated electrode body produced as described above was loaded in a laminate film packaging material, and an electrolyte (LiPF 6 was added to a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2 at 1.2 mol / liter. The solution was dissolved at a concentration of 1) and vacuum sealed to produce a lithium secondary battery. The electrode terminal was taken out by laminating positive and negative electrode tabs, welding the electrode terminal, and taking out the terminal from the exterior material.

図3および図4に作製したリチウム二次電池の概略図を示す。図3は、リチウム二次電池100の平面図であり、外装材10の内部における積層電極体20の存在する部位(並びに、正極端子8および負極端子9の一部)を点線で示している。また、図4は、図3のA−A線断面図である。   FIG. 3 and FIG. 4 show schematic views of the fabricated lithium secondary battery. FIG. 3 is a plan view of the lithium secondary battery 100, and a portion where the laminated electrode body 20 exists in the exterior material 10 (and a part of the positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9) is indicated by a dotted line. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図4に示すように、リチウム二次電池100の外装材10内に装填された積層電極体では、その両外側に、正極集電体11の片面に正極合剤層12を形成した正極が配置されており、これらの正極の電池内側には、多孔質膜3からなるセパレータを介して、負極集電体13の両面に負極剤層14を形成した負極が配置されており、これら負極の電池内側には、多孔質膜3からなるセパレータを介して、正極集電体11の両面に正極合剤層12を形成した正極が配置されている。そして、各正極の正極タブ6は積層されて正極端子8に接続されており、上記正極端子8は、外装材外部へ引き出されている。また、各負極の負極タブ7は積層されて負極端子9に接続されており、上記負極端子9は、外装材外部へ引き出されている。   As shown in FIG. 4, in the laminated electrode body loaded in the exterior material 10 of the lithium secondary battery 100, the positive electrode in which the positive electrode mixture layer 12 is formed on one side of the positive electrode current collector 11 is disposed on both outer sides. A negative electrode in which a negative electrode agent layer 14 is formed on both surfaces of a negative electrode current collector 13 is disposed inside a battery of these positive electrodes via a separator made of a porous film 3. On the inner side, a positive electrode in which a positive electrode mixture layer 12 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 11 is disposed via a separator made of a porous film 3. And the positive electrode tab 6 of each positive electrode is laminated | stacked, and is connected to the positive electrode terminal 8, and the said positive electrode terminal 8 is pulled out to the exterior material exterior. Moreover, the negative electrode tab 7 of each negative electrode is laminated | stacked and connected to the negative electrode terminal 9, and the said negative electrode terminal 9 is pulled out to the exterior material exterior.

実施例8〜12
実施例2〜6のライナー付多孔質膜を用いた以外は、実施例7と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Examples 8-12
Lithium secondary batteries were produced in the same manner as in Example 7 except that the porous membrane with liner in Examples 2 to 6 was used.

比較例2
比較例1のPE製微多孔膜をセパレータとして用いた以外は、実施例7と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 7 except that the PE microporous membrane of Comparative Example 1 was used as a separator.

実施例7〜12および比較例2に係るリチウム二次電池について、電気化学的評価(放電容量割合)および信頼性評価を行った。結果を表2に示す。   The lithium secondary batteries according to Examples 7 to 12 and Comparative Example 2 were subjected to electrochemical evaluation (discharge capacity ratio) and reliability evaluation. The results are shown in Table 2.

<放電容量割合>
実施例7〜12および比較例2に係るリチウム二次電池について、0.2Cでの定電流充電(4.2Vまで)と4.2Vでの定電圧充電による充電(定電流充電と定電圧充電の合計時間15時間)の後、3.0Vまで、0.2Cまたは2Cで放電を行い、2Cでの0.2Cに対する放電容量割合(負荷特性)を求めた。
<Discharge capacity ratio>
Regarding the lithium secondary batteries according to Examples 7 to 12 and Comparative Example 2, constant current charging at 0.2 C (up to 4.2 V) and charging by constant voltage charging at 4.2 V (constant current charging and constant voltage charging) Thereafter, discharge was performed at 0.2 C or 2 C up to 3.0 V, and a discharge capacity ratio (load characteristic) with respect to 0.2 C at 2 C was obtained.

<信頼性評価>
実施例7〜12および比較例2に係るリチウム二次電池を150℃恒温槽中に放置し、短絡までの時間を測定した。
<Reliability evaluation>
The lithium secondary batteries according to Examples 7 to 12 and Comparative Example 2 were left in a constant temperature bath at 150 ° C., and the time until short circuit was measured.

Figure 2008027839
Figure 2008027839

表2から分かるように、実施例7〜12に係るリチウム二次電池では、放電容量割合が比較的良好で実用レベルにあった。また、実施例7〜12に係るリチウム二次電池は、比較例2に係るリチウム二次電池に比べて短絡までの時間が長く信頼性・安全性が向上している。   As can be seen from Table 2, in the lithium secondary batteries according to Examples 7 to 12, the discharge capacity ratio was relatively good and at a practical level. Moreover, the lithium secondary battery which concerns on Examples 7-12 has the long time to a short circuit compared with the lithium secondary battery which concerns on the comparative example 2, and has improved reliability and safety | security.

実施例13
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:80質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、活物質塗布長が表面280mm、裏面210mになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ280mm、幅43mmの正極を作製した。さらにこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブ付けを行った。
Example 13
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 80 parts by mass, acetylene black as a conductive additive: 10 parts by mass, and PVDF as a binder: 5 parts by mass are mixed so as to be uniform using NMP as a solvent. An agent-containing paste was prepared. This paste was intermittently applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm as a current collector so that the active material application length was 280 mm on the front surface and 210 m on the back surface, dried, and then subjected to a calendering treatment to obtain a total thickness. The thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted to 150 μm, and the positive electrode mixture layer was cut to a width of 43 mm to produce a positive electrode having a length of 280 mm and a width of 43 mm. Further, the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode was tabbed.

<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:90質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に、活物質塗布長が表面290mm、裏面230mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ290mm、幅45mmの負極を作製した。さらにこの負極の銅箔の露出部にタブ付けを行った。
<Production of negative electrode>
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 90 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste was intermittently applied on both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil so that the active material application length was 290 mm on the front surface and 230 mm on the back surface, dried, and then subjected to calendar treatment. The thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted so that the total thickness was 142 μm, and the negative electrode mixture layer was cut to have a width of 45 mm to produce a negative electrode having a length of 290 mm and a width of 45 mm. Further, a tab was attached to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode.

<電池の組み立て>
上記のようにして得られた正極と負極とを、実施例3で作製したライナー付多孔質膜から剥離した多孔質膜を介して積層し、これを渦巻状に巻回して巻回電極体とした。この巻回電極体を押しつぶして扁平状にしてアルミニウム製の外装缶に装填し、電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを1:2の体積比で混合した溶媒に、LiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入し、封止を行ってリチウム二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode obtained as described above are laminated through the porous film peeled from the liner-coated porous film produced in Example 3, and this is wound in a spiral shape to form a wound electrode body. did. The wound electrode body is crushed into a flat shape and loaded into an aluminum outer can, and an electrolyte (LiPF 6 is added to a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 at a ratio of 1.2 mol / liter. 1) was injected and sealed to prepare a lithium secondary battery.

なお、多孔質膜を正極および負極と積層する工程は、図5の概略図を示すようにして行った。すなわち、ロール状に巻き取ったライナー付き多孔質膜1を2つ、並びにロール状に巻き取った正極4および負極5を用意し、上記ロールから引き出したライナー付き多孔質膜1について、ライナー2から多孔質膜3を剥離し、その直後に、ロールから引き出した正極4および負極5と、剥離した多孔質膜3とを積層した。なお、一方のロールから引き出したライナー付き多孔質膜1から剥離した多孔質膜3は、正極4と負極5との間に介在させ、他方のロールから引き出したライナー付き多孔質膜1から剥離した多孔質膜3は、正極4の、負極5側とは反対側の面に重ねた。そして、多孔質膜3、正極4および負極5を積層した後に、渦巻状に巻回した。   In addition, the process of laminating | stacking a porous film with a positive electrode and a negative electrode was performed as showing the schematic of FIG. That is, two liner-coated porous membranes 1 wound up in a roll shape, and positive electrode 4 and negative electrode 5 wound up in a roll shape are prepared. The porous film 3 was peeled, and immediately thereafter, the positive electrode 4 and the negative electrode 5 drawn from the roll and the peeled porous film 3 were laminated. The porous film 3 peeled from the liner-attached porous film 1 drawn from one roll was interposed between the positive electrode 4 and the negative electrode 5 and peeled from the liner-attached porous film 1 drawn from the other roll. The porous membrane 3 was superposed on the surface of the positive electrode 4 opposite to the negative electrode 5 side. And after laminating | stacking the porous membrane 3, the positive electrode 4, and the negative electrode 5, it wound around the spiral shape.

比較例3
多孔質膜に代えて、比較例1のPE製微多孔膜をセパレータに用いた以外は、実施例13と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 13 except that the PE microporous membrane of Comparative Example 1 was used as the separator instead of the porous membrane.

実施例13および比較例3に係るリチウム二次電池について、下記の各評価を行った。結果を表3に示す。   The lithium secondary batteries according to Example 13 and Comparative Example 3 were evaluated as follows. The results are shown in Table 3.

<放電容量割合>
実施例13および比較例3に係るリチウム二次電池について、実施例7に係る電池などと同じ条件で、放電容量割合を求めた。
<Discharge capacity ratio>
About the lithium secondary battery which concerns on Example 13 and Comparative Example 3, the discharge capacity ratio was calculated | required on the same conditions as the battery which concerns on Example 7, etc.

<信頼性試験>
実施例13および比較例3に係る電池を150℃の恒温層中に放置して、電池の機能が失われるまでの時間を測定し、高温時における信頼性・安全性を評価した。
<Reliability test>
The batteries according to Example 13 and Comparative Example 3 were left in a constant temperature layer at 150 ° C., and the time until the battery function was lost was measured to evaluate the reliability and safety at high temperatures.

<シャットダウン温度>
実施例13および比較例3に係る電池を恒温槽中に置き、室温から毎分2℃の割合で昇温しながら電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗が5倍となった温度をシャットダウン温度とした。
<Shutdown temperature>
The batteries according to Example 13 and Comparative Example 3 were placed in a thermostatic chamber, and the internal resistance of the battery was measured while increasing the temperature from room temperature at a rate of 2 ° C. per minute. The temperature at which the internal resistance increased 5 times was determined as the shutdown temperature. It was.

Figure 2008027839
Figure 2008027839

表3からわかるように、実施例13に係るリチウム二次電池は、比較例3に係る電池に比べて、150℃に放置してから、電池の機能が失われるまでの時間が長く、信頼性・安全性に優れている。また、実施例13に係る電池では、良好なシャットダウン特性を有していることも分かる。   As can be seen from Table 3, the lithium secondary battery according to Example 13 has a longer time until the function of the battery is lost after being left at 150 ° C. than the battery according to Comparative Example 3.・ Excellent safety. It can also be seen that the battery according to Example 13 has good shutdown characteristics.

本発明のライナー付き多孔質膜の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the porous membrane with a liner of this invention. 実施例7におけるリチウム二次電池の作製工程を説明するための概念図である。9 is a conceptual diagram for explaining a manufacturing process of a lithium secondary battery in Example 7. FIG. 実施例に係るリチウム二次電池の平面概略図である。1 is a schematic plan view of a lithium secondary battery according to an example. 図3のA−A線断面概略図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3. 実施例13におけるリチウム二次電池の作製工程を説明するための概念図である。14 is a conceptual diagram for explaining a manufacturing process of a lithium secondary battery in Example 13. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ライナー付き多孔質膜
2 ライナー
3 多孔質膜
4 正極
5 負極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Porous membrane with liner 2 Liner 3 Porous membrane 4 Positive electrode 5 Negative electrode

Claims (12)

少なくとも、耐熱温度が150℃以上であり、かつリチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定な微粒子(A)と、リチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定なバインダ(B)とを含有する多孔質膜が、離型性を有するライナー上に形成されてなることを特徴とするライナー付き多孔質膜。   At least a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and chemically and electrochemically stable fine particles (A) in the lithium secondary battery, and a chemically and electrochemically stable binder ( A porous membrane with a liner is formed on a liner having releasability. 多孔質膜が、融点が80〜130℃である有機微粒子を更に含有する請求項1に記載のライナー付き多孔質膜。   The porous membrane with a liner according to claim 1, wherein the porous membrane further contains organic fine particles having a melting point of 80 to 130 ° C. 多孔質膜が、非水電解液を吸収して膨潤することが可能であり、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する微粒子を更に含有する請求項1または2に記載のライナー付き多孔質膜。   The porous membrane with a liner according to claim 1 or 2, further comprising fine particles that can swell by absorbing a non-aqueous electrolyte and that increase in degree of swelling as the temperature rises. 非水電解液を吸収して膨潤することが可能であり、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する微粒子は、下記式で定義される膨潤度Bが1以上である請求項3に記載のライナー付き多孔質膜。
B = (V/V)−1
[上記式中、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後における粒子の体積(cm)、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後に非水電解液を120℃に昇温し、120℃で1時間経過後における粒子の体積(cm)を意味する。]
The liner according to claim 3, wherein the fine particles which can swell by absorbing the nonaqueous electrolytic solution and whose degree of swelling increases with an increase in temperature have a degree of swelling B defined by the following formula of 1 or more. With porous membrane.
B = (V 1 / V 0 ) -1
[In the above formula, V 0 is the volume of particles (cm 3 ) 24 hours after being introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C., and V 1 is 24 after being introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C. The temperature of the non-aqueous electrolyte is raised to 120 ° C. after time, and the volume (cm 3 ) of the particles after 1 hour at 120 ° C. is meant. ]
微粒子(A)が無機酸化物微粒子である請求項1〜4のいずれかに記載のライナー付き多孔質膜。   The liner-attached porous membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the fine particles (A) are inorganic oxide fine particles. 微粒子(A)が板状粒子である請求項1〜5のいずれかに記載のライナー付き多孔質膜。   The porous membrane with a liner according to any one of claims 1 to 5, wherein the fine particles (A) are plate-like particles. 微粒子(A)がベーマイトである請求項1〜6のいずれかに記載のライナー付き多孔質膜。   The fine film (A) is boehmite, and the porous membrane with a liner according to any one of claims 1 to 6. 多孔質膜が、耐熱温度が150℃以上の繊維状物を更に含有する請求項1〜7のいずれかに記載のライナー付き多孔質膜。   The porous membrane with a liner according to any one of claims 1 to 7, wherein the porous membrane further contains a fibrous material having a heat resistant temperature of 150 ° C or higher. 耐熱温度が150℃以上の繊維状物は、セルロース、セルロース変成体、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ガラス、アルミナおよびシリカよりなる群から選択される少なくとも1種の材料を構成成分に含むものである請求項1〜8のいずれかに記載のライナー付き多孔質膜。   The fibrous material having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is composed of at least one material selected from the group consisting of cellulose, cellulose modified material, polypropylene, polyester, polyaramid, polyamideimide, polyimide, glass, alumina, and silica. The porous membrane with a liner according to claim 1, which is contained. 少なくとも、耐熱温度が150℃以上であり、かつリチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定な微粒子(A)と、リチウム二次電池内において化学的および電気化学的に安定なバインダ(B)とを含有する多孔質膜形成用組成物を、離型性を有するライナー上に塗布し、乾燥して、ライナー付き多孔質膜を作製し、上記ライナーから多孔質膜を剥離することを特徴とする多孔質膜の製造方法。   At least a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and chemically and electrochemically stable fine particles (A) in the lithium secondary battery, and a chemically and electrochemically stable binder ( B) is applied to a liner having a releasability and dried to produce a porous film with a liner, and the porous film is peeled off from the liner. A method for producing a porous film, which is characterized. 正極、負極、および多孔質膜からなるセパレータを有するリチウム二次電池を製造する方法であって、
請求項1〜9のいずれかに記載のライナー付き多孔質膜から多孔質膜を剥離する工程と、該工程に引き続いて、正極と負極とを、その間に上記多孔質膜をセパレータとして介在させつつ重ね合わせて積層体とする工程とを有することを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
A method for producing a lithium secondary battery having a separator comprising a positive electrode, a negative electrode, and a porous membrane,
A step of peeling the porous membrane from the liner-attached porous membrane according to any one of claims 1 to 9, and subsequently to the step, the positive electrode and the negative electrode are interposed between the porous membrane as a separator. A method for producing a lithium secondary battery, comprising: a step of superimposing to form a laminated body.
正極と多孔質膜と負極との積層体を渦巻状に巻回する工程を有する請求項11に記載のリチウム二次電池の製造方法。

The manufacturing method of the lithium secondary battery of Claim 11 which has the process of winding the laminated body of a positive electrode, a porous membrane, and a negative electrode in a spiral shape.

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