JP2008210782A - Separator for battery, manufacturing method of separator for battery, and lithium secondary battery - Google Patents

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秀昭 片山
Akimichi Kojima
映理 児島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery having high reliability and to provide a separator for a battery capable of constituting the lithium secondary battery and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The separator is composed of at least plate-like boehmite and an organic binder, and constituted so that a ratio of peak intensity of (002) plane to the sum of peak intensities of (020) plane, (120) plane, (031) plane, and (051) plane becomes 0.80 or more, and the lithium secondary battery is constituted by assembling a positive electrode, a negatived electrode, and an organic electrolyte with the separator. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、安価で高温時の寸法安定性に優れたセパレータ、およびこれを用いてなり、信頼性に優れた安全なリチウム二次電池に関するものである。   The present invention relates to an inexpensive separator excellent in dimensional stability at high temperature, and a safe lithium secondary battery excellent in reliability using the separator.

非水電解質電池の一種であるリチウム二次電池は、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二次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。   A lithium secondary battery, which is a type of nonaqueous electrolyte battery, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. As the performance of portable devices increases, the capacity of lithium secondary batteries tends to increase further, and it is important to ensure safety.

現行のリチウム二次電池では、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性フィルムが使用されている。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 secondary batteries, a polyolefin-based porous film having a thickness of, for example, about 20 to 30 μm is used as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode. 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性フィルム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 film separator is used, when the battery temperature reaches the shutdown temperature in the case of abnormal charging, the current must be immediately decreased 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.

このようなセパレータの熱収縮による短絡を防止し、電池の信頼性を高める技術として、例えば、耐熱性の良好な多孔質基体と、フィラー粒子と、シャットダウン機能を確保するための樹脂成分とを有するセパレータにより電気化学素子を構成することが提案されている(特許文献1)。   As a technique for preventing such a short circuit due to thermal contraction of the separator and improving the reliability of the battery, for example, it has a porous substrate with good heat resistance, filler particles, and a resin component for ensuring a shutdown function It has been proposed to configure an electrochemical element with a separator (Patent Document 1).

国際公開2006/62153号公報International Publication No. 2006/62153

特許文献1に開示の技術によれば、異常加熱した際にも熱暴走が生じ難い安全性に優れた電池を提供することができる。   According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to provide a battery having excellent safety that is unlikely to cause thermal runaway even when abnormally heated.

しかし、今後さらに、リチウム二次電池には、より優れた電池特性を確保することが要求されるようになると共に、電池内でリチウムデンドライトが析出しやすい状況になった際にも、リチウムデンドライトによる短絡の発生を十分抑制できるだけの信頼性の確保も求められるようになる。   However, in the future, lithium secondary batteries will be required to ensure better battery characteristics, and when lithium dendrite is likely to precipitate in the battery, Ensuring reliability that can sufficiently suppress the occurrence of short circuits is also required.

すなわち、微粒子とバインダとで構成されているセパレータにおいて、微粒子の充填性が不均一な場合には、リチウムイオンの透過性が不均一になる。よって、このようなセパレータをリチウム二次電池に用いると、上記のリチウムイオンの透過性の不均一さに起因して微小なリチウムデンドライトが析出し易くなり、析出したリチウムデンドライトがセパレータを貫通して、微弱な短絡が生じて電池の信頼性が損なわれたり、充放電サイクル特性が低下したりすることがある。   That is, in the separator composed of the fine particles and the binder, when the fine particle filling property is not uniform, the lithium ion permeability is not uniform. Therefore, when such a separator is used for a lithium secondary battery, minute lithium dendrite is likely to precipitate due to the non-uniformity of lithium ion permeability described above, and the deposited lithium dendrite penetrates the separator. A weak short circuit may occur and the reliability of the battery may be impaired, and the charge / discharge cycle characteristics may be deteriorated.

また、セパレータを構成する微粒子として板状の微粒子を用いた場合には、かかる板状微粒子の平板面をセパレータの面に平行または略平行に配向させてセパレータ内での曲路率を大きくすることで、リチウムデンドライトが析出したとしても、これによるセパレータの貫通を防止することができる。しかし、板状の微粒子を有するセパレータにおいて、その配向や充填が不均一であると、板状の微粒子による上記の作用が十分に発揮されず、また、セパレータにおけるリチウムイオンの透過性が不均一になって、析出したリチウムデンドライトがセパレータを貫通して、微弱な短絡が生じて電池の信頼性が損なわれたり、充放電サイクル特性が低下したりすることがある。特許文献1に開示の技術にも、このような課題をより高いレベルで解決することが必要とされる。   In addition, when plate-like fine particles are used as the fine particles constituting the separator, the plate surface of the plate-like fine particles is oriented parallel or substantially parallel to the separator surface to increase the curvature in the separator. Thus, even if lithium dendrite is deposited, it is possible to prevent the separator from penetrating. However, in the separator having plate-like fine particles, if the orientation and filling are non-uniform, the above-mentioned action due to the plate-like fine particles is not sufficiently exhibited, and the lithium ion permeability in the separator is non-uniform. Thus, the deposited lithium dendrite penetrates the separator, and a weak short circuit may occur, thereby impairing the reliability of the battery or reducing charge / discharge cycle characteristics. The technique disclosed in Patent Document 1 is also required to solve such a problem at a higher level.

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、優れた信頼性を有するリチウム二次電池、該リチウム二次電池を構成し得る電池用セパレータおよびそ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 an object thereof is to provide a lithium secondary battery having excellent reliability, a battery separator that can constitute the lithium secondary battery, and a method for manufacturing the same. is there.

上記目的を達成し得た本発明の電池用セパレータは、少なくとも、有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子と有機バインダとで構成されており、60゜の光沢度が5以上であることを特徴とするものである。   The battery separator of the present invention that can achieve the above object is composed of at least insulating fine particles that are stable with respect to the organic electrolyte and an organic binder, and has a glossiness of 5 or more at 60 °. It is a feature.

また、本発明の電池用セパレータの別の態様は、少なくとも、板状ベーマイトと有機バインダとで構成されており、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比が、0.80以上であることを特徴とするものである。   Another aspect of the battery separator of the present invention is composed of at least plate-like boehmite and an organic binder, and has peak intensity of 020, 120, 031 and 051 planes in the X-ray diffraction spectrum. The ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum is 0.80 or more.

また、本発明の電池用セパレータの更に別の態様は、少なくとも、板状ベーマイトと有機バインダとで構成されており、X線回折スペクトルでの120面、031面および051面のピーク強度のうち、最も強いピークの強度と020面のピーク強度との比が、0.1以下であることを特徴とするものである。   Further, another aspect of the battery separator of the present invention is composed of at least plate-like boehmite and an organic binder, and among the peak intensities of the 120, 031 and 051 planes in the X-ray diffraction spectrum, The ratio between the intensity of the strongest peak and the peak intensity of the 020 plane is 0.1 or less.

更に、本発明は、有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子と有機バインダと溶媒とを含有するセパレータ形成用組成物を基板または繊維状物で構成されたシート状物に塗布することにより、電池用セパレータを形成する電池用セパレータの製造方法であって、上記絶縁性微粒子を溶媒中に分散させて分散体とする工程と、上記分散体と上記有機バインダとを混合し、上記絶縁性微粒子および上記有機バインダを含む固形分の濃度が10〜80質量%のセパレータ形成用組成物を調製する工程と、基板または繊維状物で構成されたシート状物に上記セパレータ形成用組成物を塗布し、乾燥する工程とを有する電池用セパレータの製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention applies a separator-forming composition containing insulating fine particles stable to an organic electrolyte, an organic binder, and a solvent to a substrate or a sheet-like material composed of a fibrous material, A method for producing a battery separator for forming a battery separator, wherein the insulating fine particles are dispersed in a solvent to form a dispersion, the dispersion and the organic binder are mixed, and the insulating fine particles are mixed. And a step of preparing a separator-forming composition having a solid content of 10 to 80% by mass including the organic binder, and applying the separator-forming composition to a substrate or a sheet-like material composed of a fibrous material The manufacturing method of the separator for batteries which has a process to dry is provided.

更に、本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、有機電解液およびセパレータを備えており、上記セパレータとして、上記本発明の電池用セパレータを有することを特徴とするものである。   Furthermore, the lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an organic electrolyte, and a separator, and has the battery separator of the present invention as the separator.

本発明者らは、電子顕微鏡観察などによって評価されるセパレータの内部構造と、セパレータの表面特性などとの関係について鋭意検討を重ねた結果、セパレータ中の絶縁性微粒子の充填性をより高めて、60゜の光沢度が5以上となるようにセパレータを形成すれば、その構造をより緻密かつ均一にすることができ、信頼性の高いセパレータを構成できること、特に、板状ベーマイトのような板状の絶縁性微粒子を用いた場合に、絶縁性微粒子の充填性および配向性をより高め得ることを見出し、本発明を成すに至った。   As a result of intensive studies on the relationship between the internal structure of the separator evaluated by observation with an electron microscope, etc., and the surface characteristics of the separator, etc., the inventors have further improved the filling properties of the insulating fine particles in the separator, If the separator is formed so that the glossiness at 60 ° is 5 or more, the structure can be made denser and uniform, and a highly reliable separator can be formed, in particular, a plate shape such as plate boehmite. It has been found that when the insulating fine particles are used, the filling properties and orientation of the insulating fine particles can be further improved, and the present invention has been achieved.

ここで、板状の絶縁性微粒子として板状ベーマイトを用いる場合には、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比が、0.80以上となるようにセパレータを構成するのであってもよい。   Here, when plate-like boehmite is used as the plate-like insulating fine particles, the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 020, 120, 031 and 051 planes in the X-ray diffraction spectrum is The separator may be configured to be 0.80 or more.

そして、上記のように絶縁性微粒子の充填性や配向性を高めたセパレータを用いることで、充電時におけるリチウムデンドライト発生による短絡を良好に防止することができ、信頼性のより高いリチウム二次電池の提供が可能となった。   Further, by using the separator with improved filling properties and orientation of the insulating fine particles as described above, it is possible to satisfactorily prevent a short circuit due to generation of lithium dendrite during charging, and a lithium secondary battery with higher reliability. Is now available.

なお、本明細書でいうセパレータにおける「60゜の光沢度」とは、JIS Z 8741に規定される方法によって測定されたものであり、具体的には、BYKガードナー社製「micro TRI gloss」などによってセパレータの膜面から60゜の角度で測定される光沢度のことを指す。   The “60 ° glossiness” in the separator in the present specification is measured by a method defined in JIS Z 8741, and specifically, “micro TRI gloss” manufactured by BYK Gardner, etc. Refers to the glossiness measured at an angle of 60 ° from the membrane surface of the separator.

本発明によれば、優れた信頼性を有するリチウム二次電池、該リチウム二次電池を構成可能な電池用セパレータ、および該電池用セパレータの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium secondary battery which has the outstanding reliability, the battery separator which can comprise this lithium secondary battery, and the manufacturing method of this battery separator can be provided.

本発明のセパレータは、少なくとも、有機電解液(以下、「電解液」と省略する)に対して安定な絶縁性微粒子と有機バインダとを有する多孔質体であり、60゜の光沢度が5以上である。セパレータ中における絶縁性微粒子の充填性や配向性(板状の場合)を高めると、セパレータに光を当てたときの反射量が多くなり、光沢度が上がる。すなわち、セパレータにおける60゜の光沢度が5未満の場合には、セパレータ中における絶縁性微粒子の充填性や配向性が不十分となって、電池の充電時におけるリチウムデンドライト発生による短絡の防止効果が小さくなってしまう。セパレータの60゜の光沢度は50以下であることが好ましい。   The separator of the present invention is a porous body having at least insulating fine particles and an organic binder that are stable with respect to an organic electrolytic solution (hereinafter abbreviated as “electrolytic solution”), and a glossiness at 60 ° of 5 or more. It is. When the filling property and orientation (in the case of a plate) of insulating fine particles in the separator are increased, the amount of reflection when the light is applied to the separator increases, and the glossiness increases. That is, when the 60 ° glossiness of the separator is less than 5, the filling and orientation of the insulating fine particles in the separator are insufficient, and the effect of preventing a short circuit due to the generation of lithium dendrite during battery charging is obtained. It gets smaller. The 60 ° glossiness of the separator is preferably 50 or less.

また、本発明のセパレータの別の態様は、少なくとも、絶縁性微粒子である板状ベーマイトと、有機バインダとを有する多孔質体であり、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比が、0.80以上である。   Another aspect of the separator of the present invention is a porous body having at least plate-like boehmite that is insulating fine particles and an organic binder, and has an 020 plane, 120 plane, 031 plane and an X-ray diffraction spectrum. The ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 051 plane is 0.80 or more.

板状ベーマイトを有するセパレータについて、X線回折パターンを測定すると、020面、120面、031面および051面に大きなピークが認められる。そして、セパレータ中での板状ベーマイトの配向性を向上させると、020面のピークが大きくなり、板状ベーマイトは020面の配向をしていることが本発明者らの検討により判明した。よって、板状ベーマイトを用いたセパレータでは、X線回折スペクトルにおける020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比によって、セパレータ中における板状ベーマイトの配向度を評価することができる。   When the X-ray diffraction pattern of the separator having plate boehmite is measured, large peaks are observed on the 020 plane, 120 plane, 031 plane, and 051 plane. When the orientation of the plate boehmite in the separator is improved, the peak of the 020 plane increases, and it has been found by the present inventors that the plate boehmite has the 020 plane orientation. Therefore, in the separator using plate boehmite, the orientation of the plate boehmite in the separator depends on the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 020 plane, 120 plane, 031 plane, and 051 plane in the X-ray diffraction spectrum. The degree can be evaluated.

ここで、120面、031面および051面のピーク強度のうち、最も強いピークの強度が、020面のピーク強度に対して0.1以下となる場合、020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比は、0.77以上となるので、より簡便には、120面、031面および051面のピーク強度のうち、最も強いピークの強度と、020面のピーク強度との比で評価してもよい。すなわち、ベーマイトのX線回折スペクトルにおける120面、031面および051面のピーク強度のうち、最も強いピークの強度が、020面のピーク強度に対して0.1以下となるようセパレータを構成するのであってもよい。 Here, among the peak intensities of the 120, 031 and 051 planes, when the intensity of the strongest peak is 0.1 or less with respect to the peak intensity of the 020 plane, the 020, 120, 031 and 051 planes. Since the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the plane is 0.77 or more, the intensity of the strongest peak among the peak intensities of the 120 plane, 031 plane, and 051 plane is more simply You may evaluate by ratio with the peak intensity of 020 surface. That is, the separator is configured so that the intensity of the strongest peak among the peak intensities of the 120, 031 and 051 planes in the X-ray diffraction spectrum of boehmite is 0.1 or less with respect to the peak intensity of the 020 plane. There may be.

板状ベーマイトを有するセパレータにおいて、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比が、およそ0.8に満たない場合には、セパレータ中における板状ベーマイトの配向性が不十分となって、電池の充電時におけるリチウムデンドライト発生による短絡の防止効果が小さくなってしまう。X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比は、1でもよい。また、120面、031面および051面のピーク強度のうち、最も強いピークの強度と、020面のピーク強度との比は0であってもよい。   When the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 020 plane, 120 plane, 031 plane, and 051 plane in the X-ray diffraction spectrum is less than about 0.8 in the separator having plate boehmite The orientation of the plate boehmite in the separator becomes insufficient, and the effect of preventing a short circuit due to the generation of lithium dendrite during battery charging is reduced. The ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 020 plane, 120 plane, 031 plane, and 051 plane in the X-ray diffraction spectrum may be 1. Of the peak intensities on the 120, 031 and 051 planes, the ratio of the strongest peak intensity to the 020 plane peak intensity may be zero.

なお、本発明のセパレータが板状ベーマイトを有する場合、その60゜の光沢度の下限、または、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比の下限のいずれか一方を満足すればよいが、両者を満足することが好ましい。   When the separator of the present invention has plate-like boehmite, the lower limit of the glossiness of 60 °, or the 020 plane relative to the sum of the peak intensities of the 020, 120, 031 and 051 planes in the X-ray diffraction spectrum. Any one of the lower limits of the ratio of the peak intensities may be satisfied, but it is preferable to satisfy both.

絶縁性微粒子は、本発明のセパレータにおいて、その主体となったり、後述する繊維状物同士の間に形成される空隙を埋めるなどして、リチウムデンドライトに起因する短絡の発生を抑制する作用を有している。絶縁性微粒子としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する電解液や、セパレータ形成用組成物(溶媒を含む組成物)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。   Insulating fine particles have the effect of suppressing the occurrence of short circuits due to lithium dendrite by becoming the main component in the separator of the present invention or filling gaps formed between fibrous materials described later. is doing. The insulating fine particles have electrical insulating properties, are electrochemically stable, and are stable to an electrolyte solution described later and a solvent used in a composition for forming a separator (a composition containing a solvent). If it does not melt | dissolve in electrolyte solution in a state, there will be no restriction | limiting in particular.

なお、本明細書でいう「有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子」とは、有機電解液(リチウム二次電池の電解液として使用される有機電解液)中で変形および化学的組成変化の起こらない絶縁性微粒子を意味している。また、本明細書でいう「高温状態」とは、具体的には150℃以上の温度であり、このような温度の電解液中で変形および化学的組成変化の起こらない安定な粒子であればよい。また、本明細書でいう「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 term “insulating fine particles that are stable with respect to an organic electrolyte” as used herein refers to deformation and chemical composition change in an organic electrolyte (an organic electrolyte used as an electrolyte for a lithium secondary battery). Insulating fine particles that do not occur. In addition, the “high temperature state” in the present specification is specifically a temperature of 150 ° C. or higher, and is a stable particle that does not undergo deformation and chemical composition change in an electrolyte solution at such a temperature. Good. Further, “electrochemically stable” as used in the present specification means that no chemical change occurs during charging / discharging of the battery.

このような絶縁性微粒子の具体例としては、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;タルク、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、セリサイト、ベントナイトなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物;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、上記の電気絶縁性の絶縁性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。絶縁性微粒子には、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Specific examples of such insulating fine particles include, for example, 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; Slightly soluble ionic crystal particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; Covalent crystal particles such as silicon and diamond; Clay particles such as talc and montmorillonite; Boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine , Sericite, bentonite and other mineral resource-derived substances or their 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); carbon fine particles such as carbon black and graphite; Fine particles imparted with electrical insulation properties by surface treatment with the above-described materials constituting the electrically insulating fine particles) may be used. These insulating fine particles may be used alone or in combination of two or more.

絶縁性微粒子の形態としては、球状、粒子状、板状などいずれの形態であっても良いが、板状であることが好ましい。板状粒子としては、各種市販品が挙げられ、例えば、旭硝子エスアイテック社製「サンラブリー」(SiO)、石原産業社製「NST−B1」の粉砕品(TiO)、堺化学工業社製の板状硫酸バリウム「Hシリーズ」、「HLシリーズ」、林化成社製「ミクロンホワイト」(タルク)、林化成社製「ベンゲル」(ベントナイト)、河合石灰社製「BMM」や「BMT」(ベーマイト)、河合石灰社製「セラシュールBMT−B」[アルミナ(Al)]、キンセイマテック社製「セラフ」(アルミナ)、斐川鉱業社製「斐川マイカ Z−20」(セリサイト)などが入手可能である。この他、SiO、Al、ZrO、CeOについては、特開2003−206475号公報に開示の方法により作製することができる。 The form of the insulating fine particles may be any form such as a spherical shape, a particle shape, or a plate shape, but a plate shape is preferable. Examples of the plate-like particles include various commercially available products. For example, “Sun Lovely” (SiO 2 ) manufactured by Asahi Glass S Tech Co., Ltd., “NST-B1” pulverized product (TiO 2 ) manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., Sakai Chemical Industry Co., Ltd. Plated barium sulfate “H series”, “HL series”, Hayashi Kasei “micron white” (talc), Hayashi Kasei “bengel” (bentonite), Kawai lime “BMM” and “BMT” (boehmite), Kawai lime Co. "sera sur BMT-B" [alumina (Al 2 O 3)], KINSEI MATEC Co. "Seraph" (alumina), Hikawa mining Co. "Hikawa mica Z-20" (sericite ) Etc. are available. In addition, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO, and CeO 2 can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206475.

絶縁性微粒子が板状である場合には、セパレータ中において、絶縁性微粒子を、その平板面がセパレータの面にほぼ平行となるように配向させることで、短絡の発生をより良好に抑制できる。これは、絶縁性微粒子を上記のように配向させることで、絶縁性微粒子同士が平板面の一部で重なるように配置されるため、セパレータの片面から他面に向かう空隙(貫通孔)が、直線ではなく曲折した形で形成される(すなわち、曲路率が大きくなる)と考えられ、これにより、リチウムデンドライトがセパレータを貫通することを防止できることから、短絡の発生がより良好に抑制されるものと推定される。   In the case where the insulating fine particles are plate-like, the occurrence of a short circuit can be suppressed more satisfactorily by orienting the insulating fine particles in the separator so that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator. This is because the insulating fine particles are oriented as described above so that the insulating fine particles are arranged so as to overlap each other on a part of the flat plate surface, so that the gap (through hole) from one side of the separator to the other side is It is thought that it is formed not in a straight line but in a bent shape (that is, the curvature is increased), and this prevents the lithium dendrite from penetrating the separator, so that the occurrence of a short circuit is better suppressed. Estimated.

絶縁性微粒子が板状の粒子である場合の形態としては、例えば、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)が、5以上、より好ましくは10以上であって、100以下、より好ましくは50以下であることが望ましい。また、粒子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、0.3以上、より好ましくは0.5以上であることが望ましい(1、すなわち、長軸方向長さと短軸方向長さとが同じであってもよい)。板状の絶縁性微粒子が、上記のようなアスペクト比や平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値を有する場合には、上記の短絡防止作用がより有効に発揮される。   As a form in the case where the insulating fine particles are plate-like particles, for example, the aspect ratio (ratio of the maximum length in the plate-like particles to the thickness of the plate-like particles) is 5 or more, more preferably 10 or more. , 100 or less, more preferably 50 or less. Further, the average value of the ratio of the major axis direction length to the minor axis direction length of the flat plate surface of the grains is preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more (ie, the major axis length). And the length in the minor axis direction may be the same). When the plate-like insulating fine particles have the above-mentioned aspect ratio and the average value of the ratio of the major axis direction length to the minor axis direction of the flat plate surface, the above-mentioned short-circuit prevention effect is more effectively exhibited. The

なお、絶縁性微粒子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。更に絶縁性微粒子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。   In addition, when the insulating fine particles are plate-like, the average value of the ratio of the long axis direction length to the short axis direction length of the flat plate surface is, for example, image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM) Can be obtained. Further, the above aspect ratio in the case where the insulating fine particles are plate-like can also be obtained by image analysis of an image taken by SEM.

また、絶縁性微粒子は、上記例示の各種絶縁性微粒子を構成する材料を2種以上含有する粒子であってもよい。   The insulating fine particles may be particles containing two or more materials constituting the various insulating fine particles exemplified above.

60゜の光沢度が5以上のセパレータを構成するためには、絶縁性微粒子として板状ベーマイトを使用することがより好ましい。他方、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比が、0.80以上のセパレータでは、上記の通り、絶縁性微粒子として板状ベーマイトを使用する。   In order to constitute a separator having a 60 ° gloss of 5 or more, it is more preferable to use plate-like boehmite as insulating fine particles. On the other hand, in the case where the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 020 plane, 120 plane, 031 plane, and 051 plane in the X-ray diffraction spectrum is 0.80 or more, as described above, Use plate boehmite.

絶縁性微粒子の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは5μm以下である。なお、本明細書でいう絶縁性微粒子の平均粒径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、絶縁性微粒子を溶解したり、絶縁性微粒子が膨潤したりしない媒体に、絶縁性微粒子を分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる。   The average particle size of the insulating fine particles is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less. In addition, the average particle diameter of the insulating fine particles referred to in this specification is obtained by, for example, using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA) to dissolve the insulating fine particles, It can be defined as the number average particle diameter measured by dispersing insulating fine particles in a medium that does not swell.

セパレータ中における絶縁性微粒子の含有量は、絶縁性微粒子を使用することによる作用をより有効に発揮させる観点から、セパレータの構成成分の全体積中、30体積%以上であることが好ましく、40体積%以上であることがより好ましい。なお、セパレータに、後記の熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子を含有させて、シャットダウン機能も持たせる場合には、絶縁性微粒子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。他方、シャットダウン機能を有しないセパレータとする場合には、絶縁性微粒子の体積比率は、更に高い比率でもよく、例えば95体積%以下であれば問題ない。   The content of the insulating fine particles in the separator is preferably 30% by volume or more in the total volume of the constituent components of the separator from the viewpoint of more effectively exerting the action by using the insulating fine particles, and 40 volumes. % Or more is more preferable. In addition, when the separator contains heat-meltable fine particles and swellable fine particles described later and also has a shutdown function, the upper limit of the volume ratio of the insulating fine particles is preferably 80% by volume, for example. On the other hand, when a separator having no shutdown function is used, the volume ratio of the insulating fine particles may be a higher ratio. For example, there is no problem as long as it is 95% by volume or less.

本発明のセパレータでは、絶縁性微粒子同士を結着したり、後記の繊維状物を含有させる場合には、繊維状物同士をシート状物とするために結着したり、繊維状物で構成されるシート状物と絶縁性微粒子やその他の粒子(後記の熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子など)などとを結着したりする目的で、有機バインダを使用する。 In the separator of the present invention, when the insulating fine particles are bound to each other, or when the fibrous material described later is contained, the fibrous materials are bound to form a sheet, or the fibrous material is configured. An organic binder is used for the purpose of binding the sheet-like material to insulating fine particles and other particles (such as heat-meltable fine particles and swellable fine particles described later).

有機バインダとしては、電気化学的に安定且つ電解液に対して安定で、更に絶縁性微粒子や、繊維状物、その他の粒子など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、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、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、エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。なお、これら有機バインダを使用する場合には、後記するセパレータ形成用の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の形態で用いることができる。   Any organic binder may be used as long as it is electrochemically stable and stable with respect to the electrolytic solution, and can adhere well to insulating fine particles, fibrous materials, and other particles. Vinyl-derived structural units of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylate copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, fluorine-based rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyurethane, epoxy resin, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Absent. In addition, when using these organic binders, they can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in a solvent of a composition for forming a separator described later.

また、例えば、後記の熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子が単独で接着性を有する場合には、これらが有機バインダを兼ねることもできる。よって、有機バインダには、後記の熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子のうち、単独で接着性を有するものも含まれる。   For example, when the heat-meltable fine particles and swellable fine particles described later have adhesiveness alone, they can also serve as an organic binder. Therefore, the organic binder includes those having adhesiveness alone among the heat-meltable fine particles and the swellable fine particles described later.

セパレータにおける有機バインダの含有量は、セパレータの構成成分の全体積中、0.5〜10体積%であることが好ましい。   The content of the organic binder in the separator is preferably 0.5 to 10% by volume in the total volume of the constituent components of the separator.

本発明のセパレータは補強のために繊維状物を含有することが望ましく、その耐熱温度は150℃以上であることが好ましい。例えば130℃以下の温度でセパレータの構成材料の一部が溶融してセパレータの空隙を塞いでセパレータ中のイオンの移動を遮断する機能(所謂シャットダウン機能)をセパレータに付与させておいた場合(詳しくは後述する)、耐熱温度が150℃以上の繊維状物も用いてセパレータを構成していれば、電池内での発熱などによってシャットダウンが起こった後、更に20℃以上セパレータの温度が上昇しても、その形状が安定に保たれる。他方、シャットダウン機能を付与していない場合でも、耐熱温度が150℃以上の繊維状物も用いて構成したセパレータでは、150℃の温度においても実質的に変形せず、その形状が保持される。そのため、例えば従来のPE製多孔性フィルムで構成されるセパレータで生じていた熱収縮に起因する短絡の発生が防止できることから、電池内が異常加熱した際の信頼性・安全性が確保できる。   The separator of the present invention desirably contains a fibrous material for reinforcement, and the heat resistant temperature is preferably 150 ° C. or higher. For example, when a part of the constituent material of the separator is melted at a temperature of 130 ° C. or less to block the gap of the separator to block the movement of ions in the separator (so-called shutdown function) (details are given) If the separator is made of a fibrous material having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, the temperature of the separator further increases by 20 ° C. or higher after shutdown due to heat generation in the battery. However, the shape is kept stable. On the other hand, even when the shutdown function is not provided, a separator configured using a fibrous material having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is not substantially deformed even at a temperature of 150 ° C., and the shape is maintained. Therefore, for example, it is possible to prevent occurrence of a short circuit due to heat shrinkage that has occurred in a separator composed of a conventional PE porous film, and thus it is possible to ensure reliability and safety when the inside of the battery is abnormally heated.

なお、本発明のセパレータは、繊維状物を含まない場合においても、絶縁性微粒子に150℃以上の十分な耐熱温度を持たせることにより、高温時の寸法安定性に優れたものとなる。   In addition, the separator of this invention becomes the thing excellent in the dimensional stability at the time of high temperature by giving insulating fine particle sufficient heat-resistant temperature of 150 degreeC or more, even when a fibrous material is not included.

このように、本発明によれば高温時におけるセパレータの熱収縮に起因する短絡の防止を、例えばセパレータを厚くする以外の構成で達成できるため、本発明のセパレータでは、その厚みを比較的薄くすることが可能であり、これを用いた電池のエネルギー密度の低下を可及的に抑制することもできる。   As described above, according to the present invention, prevention of a short circuit due to thermal contraction of the separator at a high temperature can be achieved by, for example, a configuration other than increasing the thickness of the separator. Therefore, in the separator of the present invention, the thickness is made relatively thin. It is possible to reduce the energy density of a battery using the same as much as possible.

本明細書でいう「150℃以上の耐熱温度」とは、150℃において実質的に変形しないこと、より具体的には、150℃に加熱された繊維状物や絶縁性微粒子を目視観察した際に熱収縮が確認できないことをいう。   As used herein, “heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher” means that there is substantially no deformation at 150 ° C., more specifically, when a fibrous material or insulating fine particles heated to 150 ° C. are visually observed. This means that heat shrinkage cannot be confirmed.

繊維状物は、150℃以上の耐熱温度を有し、かつ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、絶縁性微粒子などを含有するセパレータ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。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。繊維状物のアスペクト比は、10以上であることが好ましい。   The fibrous material has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is electrically insulating, is electrochemically stable, and further contains an electrolytic solution, insulating fine particles, and the like described in detail below. There is no particular limitation as long as the solvent used in the forming composition is stable. 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 is preferably 10 or more.

繊維状物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 include, for example, cellulose, modified cellulose (such as carboxymethyl cellulose), polypropylene (PP), polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT). And the like], resins such as polyacrylonitrile (PAN), polyaramid, polyamideimide, and polyimide; inorganic materials (inorganic oxides) such as glass, alumina, and silica; and the like. The fibrous material may contain one kind of these constituent materials, or may contain two or more kinds. In addition to the above-described constituent materials, the fibrous material may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as a constituent component. Absent.

繊維状物の直径は、セパレータの厚み以下であればよいが、例えば、0.01〜5μmであることが好ましい。径が大きすぎると、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、延いてはセパレータの強度が小さくなって取扱いが困難となることがある。また、径が小さすぎると、セパレータ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、電池の負荷特性を低下させてしまうことがある。   Although the diameter of a fibrous material should just be below the thickness of a separator, it is preferable that it is 0.01-5 micrometers, for example. If the diameter is too large, the entanglement between the fibrous materials may be insufficient, and the strength of the sheet-like material constituted by these, and consequently the strength of the separator may be reduced, making handling difficult. On the other hand, if the diameter is too small, the gap of the separator becomes too small, and the ion permeability tends to be lowered, and the load characteristics of the battery may be lowered.

本発明のセパレータにおける繊維状物の含有量は、セパレータの構成成分の全体積中、例えば、10体積%以上、より好ましくは30体積%以上であって、90体積%以下、より好ましくは70体積%以下であることが望ましい。セパレータ(シート状物)中での繊維状物の存在状態は、例えば、長軸(長尺方向の軸)の、セパレータ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 content of the fibrous material in the separator of the present invention is, for example, 10% by volume or more, more preferably 30% by volume or more and 90% by volume or less, more preferably 70% by volume in the total volume of the constituent components of the separator. % Or less is desirable. The state of the fibrous material in the separator (sheet-like material) is, for example, preferably that the angle of the major axis (long axis) with respect to the separator surface is 30 ° or less on average, and 20 ° or less. More preferably.

また、セパレータにシャットダウン機能を付与するために、80〜140℃、より好ましくは、130℃以下で溶融する熱溶融性微粒子や、電解液中で膨潤し、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性微粒子を添加することも可能であり、両者を添加してもよく、これらの複合体を添加しても構わない。シャットダウン機能の付与は、上記熱溶融性微粒子および膨潤性微粒子以外に、微多孔性フィルムによりなされてもよく、セパレータには、熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子に代えて、あるいは、熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子とともに80〜140℃、より好ましくは、130℃以下で溶融してシャットダウンを生じる微多孔性フィルムを備えるのであってもよい。   Moreover, in order to give a shutdown function to the separator, it swells in heat-meltable fine particles that melt at 80 to 140 ° C., more preferably 130 ° C. or less, or in an electrolyte, and the degree of swelling increases with an increase in temperature. It is also possible to add swellable fine particles, both of them may be added, and these composites may be added. The shutdown function may be imparted by a microporous film in addition to the heat-meltable fine particles and the swellable fine particles, and the separator may be replaced with the heat-meltable fine particles or the swellable fine particles, or the heat-meltable fine particles. Or a microporous film that melts at 80 to 140 ° C., more preferably 130 ° C. or less, and causes a shutdown, together with the swellable fine particles.

熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子などを用いた場合などにおけるセパレータに係る上記のシャットダウン機能は、例えば、モデルセルの温度による抵抗上昇により評価することが可能である。すなわち、正極、負極、セパレータ、および電解液を備えたモデルセルを作製し、このモデルセルを高温槽中に保持し、5℃/分の速度で昇温しながらモデルセルの内部抵抗値を測定し、測定された内部抵抗値が、加熱前(室温で測定した抵抗値)の5倍以上となる温度を測定することで、この温度をセパレータの有するシャットダウン温度として評価することができる。また、上記微多孔性フィルムのシャットダウン温度も同様にして測定することができる。   The above-described shutdown function related to the separator when using hot-melt fine particles, swellable fine particles, or the like can be evaluated by, for example, an increase in resistance due to the temperature of the model cell. That is, a model cell including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution is prepared, and the model cell is held in a high-temperature bath, and the internal resistance value of the model cell is measured while the temperature is increased at a rate of 5 ° C./min. Then, by measuring the temperature at which the measured internal resistance value is 5 times or more that before heating (resistance value measured at room temperature), this temperature can be evaluated as the shutdown temperature of the separator. Further, the shutdown temperature of the microporous film can be measured in the same manner.

80〜140℃で溶融する熱溶融性微粒子あるいは微多孔性フィルム、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80〜140℃のものを含有するセパレータでは、セパレータが80〜140℃(またはそれ以上の温度)に曝されたときに、熱溶融性微粒子あるいは微多孔性フィルム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、上記の内部抵抗上昇により評価されるセパレータのシャットダウン温度は、熱溶融性微粒子の融点以上140℃以下となる。   Heat-melting fine particles or microporous film that melts at 80 to 140 ° C., that is, those having a melting temperature of 80 to 140 ° C. measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K 7121 When the separator is exposed to 80 to 140 ° C. (or higher temperature), the hot-melt fine particles or the microporous film is melted to close the voids of the separator. Is inhibited, and a rapid discharge reaction at a high temperature is suppressed. Therefore, in this case, the shutdown temperature of the separator evaluated by the increase in internal resistance is not less than the melting point of the heat-meltable fine particles and not more than 140 ° C.

熱溶融性微粒子の構成材料の具体例としては、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、ポリプロピレン、またはポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレンなど)、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。熱溶融性微粒子は、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、熱溶融性微粒子は、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 heat-meltable fine particles include polyethylene (PE), copolymerized polyolefin, polypropylene, or polyolefin derivative (chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, etc.) having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more, polyolefin Examples thereof include wax, petroleum wax, carnauba wax and the like. 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 heat-meltable fine particles 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 heat-meltable fine particles may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary, in addition to the above-described constituent materials. Absent.

また、上記微多孔性フィルムとしては、例えばポリエチレン、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、PE/PP/PE積層体など、ポリオレフィン系の材料で構成されたフィルムなどが好ましく用いられる。なお、微多孔性フィルムとして、耐熱性の高いPP、ポリエステル、ポリイミドなどで構成されたフィルムを用いることもでき、これを基板とすることにより、セパレータの耐熱性を高めることもできる。 Further, as the microporous film, for example, a film made of a polyolefin-based material such as polyethylene, a copolymerized polyolefin having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more, or a PE / PP / PE laminate is preferably used. It is done. In addition, as a microporous film, the film comprised with PP, polyester, a polyimide, etc. with high heat resistance can also be used, and the heat resistance of a separator can also be improved by using this as a board | substrate.

熱溶融性微粒子の粒径としては、絶縁性微粒子と同じ測定法で測定される数平均粒子径で、例えば、0.001μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、15μm以下、より好ましくは1μm以下であることが推奨される。   The particle diameter of the heat-meltable fine particles is, for example, 0.001 μm or more, more preferably 0.1 μm or more and 15 μm or less, more preferably a number average particle diameter measured by the same measurement method as that for the insulating fine particles. Is recommended to be 1 μm or less.

電解液中で膨潤でき、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性微粒子をセパレータが有する場合には、電池内で高温に曝されたときに、膨潤性微粒子の膨潤によって電解液を吸収して大きく膨張する(以下、膨潤性微粒子における温度の上昇に伴って膨潤度が増大する機能を「熱膨潤性」という)ことにより、セパレータ内のLiイオンの伝導性を著しく低下させるため、電池の内部抵抗が上昇し、上記のシャットダウン機能を確実に確保することが可能となる。膨潤性微粒子としては、上記の熱膨潤性を示す温度が、75〜125℃であるものが好ましい。   If the separator has swellable fine particles that can swell in the electrolyte and increase in degree of swelling as the temperature rises, the electrolyte is absorbed by the swelling of the swellable fine particles when exposed to high temperatures in the battery. (Hereinafter referred to as “thermal swelling”), the conductivity of Li ions in the separator is significantly reduced. The internal resistance is increased, and the above-described shutdown function can be reliably ensured. As the swellable fine particles, those having a temperature of 75 to 125 ° C. exhibiting the above heat swellability are preferable.

このような熱膨潤性を有する膨潤性微粒子としては、例えば、架橋ポリスチレン(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)]などが好適であり、架橋PMMAが特に好ましい。   Examples of such swellable fine particles having thermal swellability include crosslinked polystyrene (PS), crosslinked acrylic resin [for example, crosslinked polymethyl methacrylate (PMMA)], and crosslinked fluororesin [for example, crosslinked polyvinylidene fluoride (PVDF). ] Is preferred, and cross-linked PMMA is particularly preferred.

膨潤性微粒子の粒径は、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、0.1〜20μmであることが好ましい。   The particle size of the swellable fine particles is a number average particle size measured by dispersing the fine particles in a non-swelling medium (for example, water) using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA). It is preferable that it is 1-20 micrometers.

膨潤性微粒子の市販品としては、例えば、ガンツ化成社製の架橋PMMA「ガンツパール(製品名)」、東洋インキ社製の架橋PMMA「RSP1079(製品名)」などが入手可能である。   Examples of commercially available swellable fine particles include cross-linked PMMA “Gantz Pearl (product name)” manufactured by Gantz Kasei Co., Ltd. and cross-linked PMMA “RSP1079 (product name)” manufactured by Toyo Ink Co., Ltd. are available.

なお、良好なシャットダウン機能を確保する点からは、セパレータ中における熱溶融性微粒子および/または膨潤性微粒子の含有量は、セパレータの構成成分の全体積中、5〜70体積%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、セパレータ中における絶縁性微粒子や繊維状物の含有量が減ることになるため、これらによって確保される効果が小さくなることがある。   From the viewpoint of ensuring a good shutdown function, the content of the heat-meltable fine particles and / or swellable fine particles in the separator is preferably 5 to 70% by volume in the total volume of the constituent components of the separator. . If the content of these fine particles is too small, the shutdown effect due to the inclusion of these may be reduced, and if too large, the content of insulating fine particles and fibrous materials in the separator will be reduced. The effect secured by these may be reduced.

本発明のセパレータのより具体的な態様としては、例えば、下記(1)、(2)、(3)および(4)の態様が挙げられる。   More specific embodiments of the separator of the present invention include, for example, the following embodiments (1), (2), (3) and (4).

(1)の態様に係るセパレータは、絶縁性微粒子が有機バインダにより相互に結着しているものである。(2)の態様に係るセパレータは、繊維状物が多数集合して、これらのみによりシート状物を形成しているもの、例えば、織布、不織布(紙を含む)といった形態のものを用い、このシート状物中に絶縁性微粒子や必要に応じてその他の微粒子を含有させ、有機バインダによりシート状物に係る繊維状物や絶縁性微粒子などを結着したものである。   In the separator according to the aspect (1), insulating fine particles are bound to each other by an organic binder. The separator according to the aspect (2) is a separator in which a large number of fibrous materials are gathered to form a sheet-like material only, for example, a woven fabric or a nonwoven fabric (including paper). Insulating fine particles and other fine particles as required are contained in the sheet-like material, and fibrous materials or insulating fine particles related to the sheet-like material are bound by an organic binder.

(3)の態様に係るセパレータは、絶縁性微粒子と繊維状物(更には、必要に応じてその他の微粒子)とが均一に分散し、これらが有機バインダにより結着されて、シートを形成しているものである。
(4)の態様に係るセパレータは、基板として微多孔性のフィルム上に、絶縁性微粒子と必要に応じて繊維状物等が、有機バインダにより結着されて、シートを形成しているものである。
In the separator according to the aspect (3), the insulating fine particles and the fibrous material (further, if necessary, other fine particles) are uniformly dispersed, and these are bound by an organic binder to form a sheet. It is what.
The separator according to the aspect (4) is a separator in which insulating fine particles and, if necessary, fibrous materials or the like are bound by an organic binder on a microporous film as a substrate to form a sheet. is there.

なお、(2)の態様と(3)の態様を合わせた形態、すなわち、繊維状物で構成される独立したシート状物中に、絶縁性微粒子と繊維状物(更には、必要に応じてその他の微粒子)とが分散し、有機バインダにより結着されている形態を有していてもよい。また、本発明のセパレータは必ずしも独立膜である必要はなく、正極および負極の少なくとも一方と一体化した形態としてもよい。   In addition, in the form which combined the aspect of (2) and the aspect of (3), ie, the independent sheet-like thing comprised with a fibrous material, insulating fine particles and a fibrous material (further, as needed Other fine particles) may be dispersed and bound by an organic binder. The separator of the present invention is not necessarily an independent film, and may be integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode.

電池の短絡防止効果をより高め、セパレータの強度を確保して、その取り扱い性を良好とする観点から、セパレータの厚みは、例えば、3μm以上とすることが好ましく、5μm以上とすることがより好ましい。他方、電池のエネルギー密度をより高める観点からは、セパレータの厚みは、50μm以下とすることが好ましく、30μm以下とすることがより好ましく、20μm以下とすることが特に好ましい。これらの厚みは、前記(4)の態様のように、基板を用いる場合には、基板の厚みを含めた総厚みを指す。また、基板を用いる場合の、基板の厚みと絶縁性微粒子で構成される層との厚みの比率は、基板の厚みをA、絶縁性微粒子の層の厚みをBとした場合に、A/Bが1以上、10以下であることが望ましい。   The thickness of the separator is preferably 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more, from the viewpoint of further enhancing the effect of preventing short-circuiting of the battery, ensuring the strength of the separator, and improving its handleability. . On the other hand, from the viewpoint of further increasing the energy density of the battery, the thickness of the separator is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and particularly preferably 20 μm or less. These thicknesses indicate the total thickness including the thickness of the substrate when the substrate is used as in the above-described aspect (4). In the case of using a substrate, the ratio of the thickness of the substrate to the layer composed of insulating fine particles is A / B when the thickness of the substrate is A and the thickness of the insulating fine particle layer is B. Is preferably 1 or more and 10 or less.

また、上述のいずれの態様をとる場合でも、セパレータの空隙率は、乾燥した状態で、例えば、20%以上、より好ましくは30%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。セパレータ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、セパレータの強度が不足することがある。なお、セパレータの空隙率:P(%)は、セパレータの厚み、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 = Σaρ /(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:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)、である。
In any of the above embodiments, the separator has a dry porosity of, for example, 20% or more, more preferably 30% or more, and 70% or less, more preferably 60% or less. It is desirable to be. If the porosity of the separator is too small, the ion permeability may be reduced, and if the porosity is too large, the strength of the separator may be insufficient. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by calculating the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following formula.
P = Σa 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 separator (g / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).

更に、上述のいずれの態様においても、セパレータの強度としては、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と、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, in any of the above embodiments, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too low, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated.

また、ガーレー値で示されるセパレータの透気度は、10〜300sec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、小さすぎるとセパレータの強度が小さくなることがある。   Further, the air permeability of the separator indicated by the Gurley value is desirably 10 to 300 sec. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, and if it is too low, the strength of the separator may be reduced.

本発明のセパレータの製造方法としては、例えば、下記の(I)、(II)の方法が採用できる。(I)の方法は、イオン透過性のシート状物に、絶縁性微粒子および有機バインダを含むセパレータ形成用組成物(スラリーなど)を塗布または含浸させた後、所定の温度で乾燥する製造方法である。(I)の方法によって、(2)の態様あるいは(4)の態様のセパレータを製造することができる。   As a method for producing the separator of the present invention, for example, the following methods (I) and (II) can be employed. The method (I) is a production method in which a separator-forming composition (slurry or the like) containing insulating fine particles and an organic binder is applied to or impregnated into an ion-permeable sheet material and then dried at a predetermined temperature. is there. By the method of (I), the separator of the aspect of (2) or the aspect of (4) can be manufactured.

すなわち、(I)の方法でいう「シート状物」には、繊維状物で構成されたシート状物(各種織布、不織布など)あるいは、微多孔性のフィルムが該当する。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種で構成される織布や、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)、PAN不織布などの不織布などが例示できる。また、微多孔性のフィルムとしては、イオン透過性の孔構造を有する微多孔フィルムが挙げられる。より具体的には、ポリエチレン(PE)、PP、ポリエステル、ポリイミドなどのポリマーフィルムが例示できる。特に、PE製の微多孔フィルムや、PE/PP/PE積層体等のPE微多孔フィルムを含む多層フィルムなどのように、シャットダウンを生じる微多孔性フィルムが好ましく用いられる。   That is, the “sheet-like product” in the method (I) corresponds to a sheet-like product (various woven fabrics, non-woven fabrics, etc.) composed of fibrous materials or a microporous film. Specifically, a woven fabric composed of at least one type of fibrous material containing each of the exemplified materials as a constituent component, a porous sheet such as a nonwoven fabric having a structure in which these fibrous materials are entangled with each other, and the like. It is done. More specifically, non-woven fabrics such as paper, PP non-woven fabric, polyester non-woven fabric (PET non-woven fabric, PEN non-woven fabric, PBT non-woven fabric, etc.) and PAN non-woven fabric can be exemplified. Examples of the microporous film include a microporous film having an ion permeable pore structure. More specifically, polymer films such as polyethylene (PE), PP, polyester, and polyimide can be exemplified. In particular, a microporous film that causes shutdown, such as a microporous film made of PE and a multilayer film including a PE microporous film such as a PE / PP / PE laminate, is preferably used.

上記のセパレータ形成用組成物は、絶縁性微粒子および有機バインダ、更には必要に応じて、熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子などを含有し、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(有機バインダについては溶媒に溶解していてもよい)。セパレータ形成用組成物に用いられる溶媒は、絶縁性微粒子や熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子を均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、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、有機バインダが水溶性である場合、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、イソプロピルアルコール、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 above-mentioned composition for forming a separator contains insulating fine particles and an organic binder, and further contains hot-melt fine particles, swellable fine particles, etc., if necessary, and these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium, the same applies hereinafter). (The organic binder may be dissolved in a solvent). The solvent used in the composition for forming a separator may be any solvent that can uniformly disperse insulating fine particles, heat-meltable fine particles, and swellable fine particles, and can uniformly dissolve or disperse the organic binder. An organic solvent such as an aromatic hydrocarbon such as tetrahydrofuran; a furan such as tetrahydrofuran; a ketone such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; 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 addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.

上記シート状物が、紙、PP不織布、ポリエステル不織布などの不織布のように、繊維状物で構成されるものであって、特にその空隙の開口径が比較的大きい場合(例えば、空隙の開口径が5μm以上の場合)には、これが電池の短絡の要因となりやすい。よって、この場合には、絶縁性微粒子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。また、絶縁性微粒子以外の微粒子(熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子など)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より好ましい。このような構造とすることで、絶縁性微粒子以外の微粒子を用いることによる作用(熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子であればシャットダウン機能)がより有効に発揮されるようになる。シート状物の空隙内に絶縁性微粒子や熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子などを存在させるには、例えば、上記のセパレータ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、余分なセパレータ形成用組成物を除去し、その後乾燥するなどの工程を経ればよい。   When the sheet-like material is composed of a fibrous material such as paper, PP nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric or the like, and the opening diameter of the gap is relatively large (for example, the opening diameter of the gap) This is likely to cause a short circuit of the battery. Therefore, in this case, it is preferable to have a structure in which some or all of the insulating fine particles are present in the voids of the sheet-like material. Further, it is more preferable that a part or all of fine particles (such as heat-meltable fine particles and swellable fine particles) other than the insulating fine particles exist in the voids of the sheet-like material. By adopting such a structure, the effect of using fine particles other than insulating fine particles (shutdown function in the case of hot-melt fine particles or swellable fine particles) is more effectively exhibited. In order to make insulating fine particles, heat-meltable fine particles, swellable fine particles, etc. exist in the voids of the sheet-like material, for example, after impregnating the above-mentioned separator-forming composition into the sheet-like material, a certain gap is passed through. The excess separator forming composition may be removed and then dried.

本発明のセパレータの(II)の製造方法は、上記のセパレータ形成用組成物に、必要に応じて更に繊維状物を含有させ、これをフィルムや金属箔などの基材上に塗布し、所定の温度で乾燥した後に、該基材から剥離する方法である。(II)の方法によって、(1)または(3)の態様のセパレータを製造することができる。また、フィルムや金属箔などの基材上にセパレータ形成用組成物を塗布することで、独立膜である(1)または(3)の態様のセパレータを製造することができ、基材としてフィルムや金属箔の代わりに正極や負極を用いることで、電極と一体化した(1)または(3)の態様のセパレータを製造することができる。   In the separator (II) production method of the present invention, the separator-forming composition further contains a fibrous material as required, and this is applied onto a substrate such as a film or a metal foil, In this method, the substrate is dried at a temperature of 1, and then peeled off from the substrate. By the method of (II), the separator of the aspect of (1) or (3) can be manufactured. Moreover, the separator of the aspect of (1) or (3) which is an independent film | membrane can be manufactured by apply | coating the composition for separator formation on base materials, such as a film and metal foil, By using a positive electrode or a negative electrode instead of the metal foil, the separator of the aspect (1) or (3) integrated with the electrode can be produced.

(II)の方法で使用するセパレータ形成用組成物は、必要に応じて繊維状物を含有させる点を除き、(I)の方法で用いるセパレータ形成用組成物と同じである。また、(II)の方法で得られるセパレータにおいても、繊維状物を含有させる場合は繊維状物で形成されるシート状物の空隙内に、絶縁性微粒子の一部または全部が存在する構造とすることが望ましい。   The composition for forming a separator used in the method (II) is the same as the composition for forming a separator used in the method (I) except that a fibrous material is contained as necessary. Further, in the separator obtained by the method (II), when the fibrous material is contained, a structure in which part or all of the insulating fine particles are present in the voids of the sheet material formed of the fibrous material and It is desirable to do.

なお、(I)の方法、(II)の方法のいずれにおいても、セパレータの60゜の光沢度を5以上としたり、板状ベーマイトを有するセパレータにおいて、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比を0.80以上としたりするために、セパレータ中における絶縁性微粒子の充填性や配向性(板状の絶縁性微粒子の場合)を高めるには、下記のいずれかの方法を採用することができる。   In either of the methods (I) and (II), the 60 ° gloss of the separator is set to 5 or more, or in the separator having plate boehmite, the 020 plane and 120 plane in the X-ray diffraction spectrum. In order to set the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensities of the 031 plane and the 051 plane to 0.80 or more, the filling properties and orientation of the insulating fine particles in the separator (the plate-like insulating fine particles In order to increase the case), any of the following methods can be employed.

絶縁性微粒子を溶媒に、ディスパー、アジター、ホモジナイザー、ボールミル、アトライター、ジェットミル、サンドミルなどの各種混合・攪拌装置、分散装置など(好ましくは、高圧ホモジナイザー、ボールミル、ジェットミル、サンドミルなどの湿式の分散装置)を用いて分散させ、得られた分散体に有機バインダ(更に、必要に応じて繊維状物、熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子など)を添加・混合することで、絶縁性微粒子の分散性が高く、かつ絶縁性微粒子および有機バインダ(更に、必要に応じて添加される繊維状物、熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子など)を含む固形分濃度が45〜80質量%のセパレータ形成用組成物を調製し、これを上記シート状物への塗布・含浸や、基材上への塗布に用いることにより、絶縁性微粒子の充填性・配向性(板状の場合)を高めることができる。   Insulating fine particles as a solvent, dispersers, agitators, homogenizers, ball mills, attritors, jet mills, sand mills and other various mixing / stirring devices, dispersion devices, etc. (preferably high-pressure homogenizers, ball mills, jet mills, sand mills, etc. Dispersion using a dispersion apparatus), and an organic binder (further, if necessary, fibrous material, heat-meltable fine particles, swellable fine particles, etc.) is added to and mixed with the resulting dispersion. Forming a separator having a high dispersibility and a solid content concentration of 45 to 80% by mass including insulating fine particles and an organic binder (in addition, fibrous materials, heat-melting fine particles, swellable fine particles, etc. added as necessary) By preparing a composition for use in coating and impregnation of the sheet-like material and application on a substrate, the insulating fine particles are filled. It is possible to increase sex and orientation (for a plate-like).

セパレータ形成用組成物の塗布・含浸後に乾燥して溶媒を除去することによって絶縁性微粒子の充填性・配向性をある程度高めることは可能であるが、セパレータ形成用組成物の固形分濃度が低い場合には、乾燥時にセパレータ形成用組成物内の絶縁性微粒子の並びに乱れが生じて、その充填性・配向性の向上がある程度制限される。これに対し、上記のように、固形分濃度の高いセパレータ形成用組成物を使用した場合には、セパレータ形成用組成物の塗布・含浸後の乾燥の際に絶縁性微粒子の並びに乱れが生じ難いため、その充填性・配向性を、固形分濃度の低いセパレータ形成用組成物を用いた場合よりも高めることができる。そして、セパレータ形成用組成物中での絶縁性微粒子の分散性を高めておくことで、絶縁性微粒子の充填性・配向性を更に高めることができる。   It is possible to improve the filling and orientation of insulating fine particles to some extent by removing the solvent by drying after application / impregnation of the separator-forming composition, but when the solid content concentration of the separator-forming composition is low In this case, disorder of the insulating fine particles in the separator-forming composition occurs during drying, and the improvement of the filling property and orientation is limited to some extent. On the other hand, as described above, when a separator-forming composition having a high solid content concentration is used, disorder of the insulating fine particles hardly occurs during drying after application / impregnation of the separator-forming composition. Therefore, the filling property / orientation property can be enhanced as compared with the case where a composition for forming a separator having a low solid content concentration is used. Then, by increasing the dispersibility of the insulating fine particles in the separator-forming composition, the filling properties and orientation of the insulating fine particles can be further improved.

また、上記のように絶縁性微粒子の分散性を高めた高固形分濃度のセパレータ形成用組成物を上記シート状物に塗布・含浸させたり、基材上に塗布したりした後、乾燥する前に、セパレータ形成用組成物にシェアをかけることが好ましく、その場合には、絶縁性微粒子の充填性・配向性を更に高めることができる。セパレータ形成用組成物にシェアをかける方法としては、例えば、セパレータ形成用組成物を上記シート状物に塗布・含浸させたり、基材上に塗布したりした後に、一定のギャップを通して余分なセパレータ形成用組成物を除去する方法が挙げられる。   In addition, after the above-described sheet-form material is coated / impregnated with the high solid content separator-forming composition with improved dispersibility of the insulating fine particles as described above, and before being dried on the substrate, In addition, it is preferable to apply a share to the composition for forming a separator. In this case, the filling property and orientation of the insulating fine particles can be further improved. As a method for applying a share to the composition for forming a separator, for example, after the separator-forming composition is applied to or impregnated into the above-mentioned sheet-like material or applied onto a substrate, an extra separator is formed through a certain gap. And a method for removing the composition.

また、上記の方法以外にも、表面に油脂類、界面活性剤、シランカップリング剤などの分散性剤を作用させて、表面を改質した絶縁性微粒子を用いて調製したセパレータ形成用組成物に使用する方法;形状、径またはアスペクト比の異なる絶縁性微粒子を併用して調製したセパレータ形成用組成物を使用する方法;セパレータ形成用組成物をシート状物に塗布・含浸させたり、基材上に塗布したりした後の乾燥条件を制御する方法;乾燥後にセパレータを、例えば1〜100MPaの圧力で加圧や加熱加圧プレスする方法;セパレータ形成用組成物をシート状物に塗布・含浸させたり、基材上に塗布したりした後、乾燥前に磁場をかける方法;などを採用することで、セパレータ中における絶縁性微粒子の充填性・配向性(板状の場合)を高めることができる。これらの方法を採用する場合には、セパレータ形成用組成物の固形分濃度は、10〜80質量%とすることが好ましく、比較的低固形分濃度のセパレータ形成用組成物を用いても、セパレータ中における絶縁性微粒子の充填性・配向性(板状の場合)を高めることが可能である。   In addition to the above method, a composition for forming a separator prepared using insulating fine particles whose surface is modified by the action of a dispersing agent such as fats and oils, a surfactant, and a silane coupling agent on the surface. A method of using a separator-forming composition prepared by combining insulating fine particles having different shapes, diameters, or aspect ratios; a sheet-like composition is coated and impregnated, or a substrate Method of controlling drying conditions after being applied on top; Method of pressing or heating and pressing a separator after drying, for example, at a pressure of 1 to 100 MPa; Application and impregnation of a composition for forming a separator on a sheet By applying a method of applying a magnetic field before drying after applying or coating on a substrate, etc., it is possible to increase the filling and orientation (in the case of a plate) of insulating fine particles in the separator. Rukoto can. When these methods are employed, the solid content concentration of the separator forming composition is preferably 10 to 80% by mass, and even if a relatively low solid content separator forming composition is used, the separator It is possible to enhance the filling and orientation (in the case of a plate shape) of insulating fine particles inside.

セパレータ中における絶縁性微粒子の充填性・配向性(板状の場合)を高めるための上記の各方法は、それぞれ1つだけを実施してもよく、2つ以上を組み合わせて実施してもよい。   Each of the above-described methods for improving the filling property / orientation property (in the case of a plate shape) of insulating fine particles in the separator may be carried out by one or a combination of two or more. .

本発明のセパレータは、上で示した各構造に限定されるものではなく、例えば、絶縁性微粒子は、個々に独立して存在していなくてもよく、互いに、または、繊維状物に、一部が融着されていても構わない。   The separator of the present invention is not limited to each structure shown above. For example, the insulating fine particles may not be present independently of each other. The parts may be fused.

本発明のリチウム二次電池は、本発明のセパレータを有していれば特に制限はなく、その他の構成、構造については、従来公知の構成、構造が採用できる。   The lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it has the separator of the present invention, and conventionally known configurations and structures can be adopted for other configurations and structures.

リチウム二次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 lithium secondary battery include a cylindrical 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、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有す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で(−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(すなわち、正極合剤層)に仕上げたものなどを用いることができる。 The positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. 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 such as LiMn 2 O 4 Manganese 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. The positive electrode mixture is formed into a molded body (ie, a current collector as a core material). Can be used such as those finished positive electrode mixture layer).

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よい。   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、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有す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、リチウムイオンを吸蔵、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(負極合剤層)に仕上げたものや、上記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に形成したものなどの負極剤層を有するものが用いられる。   The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, it can occlude and release lithium ions 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 carbon-based materials are 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 obtained 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 a molded body (negative electrode mixture layer) using a current collector as a core material And those having a negative electrode agent layer such as those made of the above-mentioned various alloys and lithium metal foils 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、負極合剤層を含む)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よい。   As with the lead portion on the negative electrode side, the negative electrode layer (including a layer having a negative electrode active material and a negative electrode mixture layer) is usually formed on a part of the current collector during the preparation of the negative electrode. Without leaving the exposed portion of the current collector, it is provided as a lead portion. However, the lead portion on the negative electrode side 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、本発明のセパレータを介して積層した積層体や、更にこれを巻回した電極巻回体の形態で用いることができる。   The electrode can be used in the form of a laminate in which the above positive electrode and the above negative electrode are laminated via the separator of the present invention, or an electrode wound body in which this is wound.

電解液(有機電解液)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 the electrolytic solution (organic electrolytic solution), as described above, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. 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. , They 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、電解液をゲル状にして電池に用いてもよい。電解液をゲル状とするための高分子材料としては、PVDF、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(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 electrolytic solution and gels may be added, and the electrolytic solution may be gelled for use in a battery. Polymer materials for making the electrolyte into a gel include PVDF, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), PAN, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, main Examples of the host polymer capable of forming a known gel electrolyte, such as a crosslinked polymer having an ethylene oxide chain in the chain or side chain, and a crosslinked poly (meth) acrylate.

本発明の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 of the present invention can be applied to the same uses as various uses 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 do not limit the present invention, and all modifications made without departing from the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.

実施例1
<セパレータの作製>
絶縁性微粒子である板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gと水1000gとのスラリーを卓上ボールミルにて6日間分散を行った後、有機バインダとしてアクリルラテックス(固形分として、絶縁性微粒子100質量部に対して3質量部)を添加し、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(セパレータ形成用組成物)を得た。得られたスラリーの固形分濃度は、48質量%であった。
Example 1
<Preparation of separator>
A slurry of 1000 g of plate-like boehmite (average particle size: 1 μm, aspect ratio: 10), which is an insulating fine particle, and water (1000 g) is dispersed for 6 days in a table-top ball mill, and then an acrylic latex (solid content as an insulating material) is used as an organic binder. 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of fine particles) was added and dispersed by stirring with a three-one motor for 1 hour to obtain a uniform slurry (separator forming composition). The solid content concentration of the obtained slurry was 48% by mass.

上記のスラリー中に、厚みが15μmのPET製不織布を通し、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、その後60℃15時間減圧乾燥して、厚みが20μmのセパレータを得た。   A non-woven fabric made of PET having a thickness of 15 μm is passed through the slurry, and after applying the slurry by pulling up, it is passed through a gap having a predetermined interval, and then dried under reduced pressure at 60 ° C. for 15 hours, and the thickness is 20 μm. A separator was obtained.

実施例1のセパレータについて、絶縁性微粒子の比重を3g/cm、バインダの比重を1g/cm、PET製不織布に係るPETの比重を1.38g/cmとして算出した絶縁性微粒子の体積含有率は43.5%である。 For the separator of Example 1, the volume of the insulating fine particles calculated with the specific gravity of the insulating fine particles being 3 g / cm 3 , the specific gravity of the binder being 1 g / cm 3 , and the specific gravity of the PET relating to the PET nonwoven fabric being 1.38 g / cm 3 The content is 43.5%.

<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:85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に、活物質塗布長が表面320mm、裏面250mになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダ処理を行って、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340mm、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。
<Preparation of positive electrode>
85 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of PVDF as a binder are uniformly mixed with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. It mixed so that positive electrode mixture containing paste might be prepared. This paste was intermittently applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector so that the active material application length was 320 mm on the front surface and 250 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 340 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320mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダ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330mm、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 is intermittently applied on both sides of a 10 μm thick collector made of copper foil so that the active material application length is 320 mm on the front surface and 260 mm on the back surface, dried, and then calendered. 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 330 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、上記のセパレータを介して重ね合わせ、電極セパレータ積層体を作製した。電極セパレータ積層体をアルミラミネートで作製した袋に挿入し、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、開口部を常法に従って封止してリチウム二次電池を作製した。電池組み立て後の予備充電(化成時充電)では、電池の定格容量750mAhに対して20%にあたる電気量となるように、150mAで4.2Vまでの定電流充電と、その後4.2Vでの定電圧充電を、合計6時間行い、その後、150mAで3Vまで定電流放電を行った。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode obtained as described above were overlapped with each other through the separator to prepare an electrode separator laminate. The electrode separator laminate is inserted into a bag made of aluminum laminate, and LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1.2 mol / l in an electrolyte solution (a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2). And the opening was sealed according to a conventional method to produce a lithium secondary battery. In the pre-charging after battery assembly (charging at the time of chemical formation), constant current charging up to 4.2V at 150mA and then constant voltage at 4.2V so that the amount of electricity is 20% of the rated capacity of 750mAh. Voltage charging was performed for a total of 6 hours, and then a constant current discharge was performed up to 3 V at 150 mA.

実施例2
卓上ボールミルでの分散を3日行った以外は実施例1と同様にしてスラリー(セパレータ形成用組成物)を調製し、このスラリーを用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
Example 2
A slurry (separator forming composition) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion in a table-top ball mill was performed for 3 days. A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that this slurry was used.

上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.

実施例3
板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gと水430gとのスラリーを調製し、このスラリーを卓上ボールミルでの分散に供した以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例3で使用したスラリー(セパレータ形成用組成物)の固形分濃度は、66質量%である。
Example 3
A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that a slurry of 1000 g of plate boehmite (average particle size 1 μm, aspect ratio 10) and 430 g of water was prepared, and this slurry was subjected to dispersion with a table-top ball mill. The solid content concentration of the slurry (separator forming composition) used in Example 3 is 66% by mass.

上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.

実施例4
絶縁性微粒子である板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gと水2750gとのスラリーを卓上ボールミルにて3日間分散を行った後、有機バインダとしてアクリルラテックス(固形分として、絶縁性微粒子100質量部に対して3質量部)を添加し、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(セパレータ形成用組成物)を得た。得られたスラリーの固形分濃度は、28質量%であった。
Example 4
A slurry of 1000 g of plate-like boehmite (average particle size: 1 μm, aspect ratio: 10) as an insulating fine particle and 2750 g of water was dispersed in a table ball mill for 3 days, and then an acrylic latex (as a solid content, insulating property) as an organic binder. 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of fine particles) was added and dispersed by stirring with a three-one motor for 1 hour to obtain a uniform slurry (separator forming composition). The solid content concentration of the obtained slurry was 28% by mass.

上記のスラリー中に、厚みが15μmのPET製不織布を通し、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、その後60℃15時間減圧乾燥して、厚みが20μmのセパレータを得た。得られたセパレータに対し、プレス圧9.8MPaでカレンダ処理を行った。   A non-woven fabric made of PET having a thickness of 15 μm is passed through the slurry, and after applying the slurry by pulling up, it is passed through a gap having a predetermined interval, and then dried under reduced pressure at 60 ° C. for 15 hours, and the thickness is 20 μm. A separator was obtained. The obtained separator was calendered at a press pressure of 9.8 MPa.

上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.

実施例5
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た。得られた負極の上に実施例1のスラリーをアプリケータにて塗布し、その後60℃15時間減圧乾燥してセパレータ部の厚みが20μmの負極一体型セパレータを得た。
Example 5
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 applied to both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil, dried, and then calendered to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer so that the total thickness was 142 μm. . The slurry of Example 1 was applied on the obtained negative electrode with an applicator, and then dried under reduced pressure at 60 ° C. for 15 hours to obtain a negative electrode integrated separator having a separator part thickness of 20 μm.

上記の負極一体型セパレータのセパレータ面と、実施例1と同様にして作製した正極とを重ね合わせて電極セパレータ積層体を作製し、この電極セパレータ積層体を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   The separator surface of the negative electrode integrated separator and the positive electrode produced in the same manner as in Example 1 were overlapped to produce an electrode separator laminate, and the same procedure as in Example 1 was conducted except that this electrode separator laminate was used. Thus, a lithium secondary battery was produced.

実施例6
板状ベーマイトを、平均粒径0.8μm、アスペクト比20のものに変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 6
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the plate boehmite was changed to one having an average particle diameter of 0.8 μm and an aspect ratio of 20. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.

実施例7
絶縁性微粒子である板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gと水1000gとのスラリーを卓上ボールミルにて6日間分散を行った後、有機バインダとしてアクリルラテックス(固形分として、絶縁性微粒子100質量部に対して3質量部)を添加し、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(セパレータ形成用組成物)を得た。得られたスラリーの固形分濃度は、48質量%であった。
Example 7
A slurry of 1000 g of plate-like boehmite (average particle size: 1 μm, aspect ratio: 10), which is an insulating fine particle, and water (1000 g) is dispersed for 6 days in a table-top ball mill, and then an acrylic latex (solid content as an insulating material) is used as an organic binder. 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of fine particles) was added and dispersed by stirring with a three-one motor for 1 hour to obtain a uniform slurry (separator forming composition). The solid content concentration of the obtained slurry was 48% by mass.

得られたスラリーを、PE製微多孔フィルム(厚み16μm、空孔率40%)上に、ダイコーターを用いて塗布して乾燥し、厚みが20μmのセパレータを得た。上記セパレータを用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   The obtained slurry was applied on a PE microporous film (thickness 16 μm, porosity 40%) using a die coater and dried to obtain a separator having a thickness of 20 μm. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.

比較例1
卓上ボールミルでの分散を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてスラリー(セパレータ形成用組成物)を調製し、このスラリーを用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
Comparative Example 1
A slurry (separator forming composition) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion with a table-top ball mill was not performed. A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that this slurry was used.

上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.

比較例2
カレンダ処理を行わなかった以外は、実施例4と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A separator was prepared in the same manner as in Example 4 except that the calendar treatment was not performed, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.

比較例3
絶縁性微粒子として球状アルミナ(平均粒径1μm)を用い、卓上ボールミルでの分散を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてスラリー(セパレータ形成用組成物)を調製し、このスラリーを用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
Comparative Example 3
A slurry (a composition for forming a separator) was prepared in the same manner as in Example 1 except that spherical alumina (average particle size: 1 μm) was used as the insulating fine particles, and the dispersion was not performed with a table-top ball mill. A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that.

上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.

実施例1〜7および比較例1〜3のセパレータについて、下記の充填性・配向性測定を行った。結果を表1に示す。   About the separator of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3, the following filling property and orientation measurement were performed. The results are shown in Table 1.

<セパレータの充填性・配向性測定>
実施例1〜7および比較例1〜3のセパレータの60゜の光沢度を、JIS Z 8741に規定される方法に従って、BYKガードナー社製の光沢度計「micro TRI gloss」を用いて測定した。
<Measurement of separator filling and orientation>
The glossiness at 60 ° of the separators of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using a gloss meter “micro TRI gloss” manufactured by BYK Gardner according to the method defined in JIS Z 8741.

また、実施例1〜7および比較例1〜2のセパレータについて、X線回折手法(理学電機社製「RINT2500V」(CuKα線)での測定を行い、配向度を求めた。配向度は、(020)回折線の強度(020面のピーク強度)Ia、(120)回折線の強度(120面のピーク強度)Ib、(031)回折線の強度(031面のピーク強度)Icおよび(051)回折線の強度(051面のピーク強度)Idを求め、Ia、Ib、IcおよびIdの和に対するIaの比、Ia/(Ia+Ib+Ic+Id)から求めた。なお、実施例3のセパレータに係るX線回折スペクトルを図1に、比較例1のセパレータに係るX線回折スペクトルを図2に示す。   Moreover, about the separator of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-2, it measured by the X-ray-diffraction method ("RINT2500V" (CuK alpha ray) by a Rigaku Denki Co., Ltd.), and calculated | required the orientation degree. 020) Diffraction line intensity (020 plane peak intensity) Ia, (120) Diffraction line intensity (120 plane peak intensity) Ib, (031) Diffraction line intensity (031 plane peak intensity) Ic and (051) The diffraction line intensity (051 plane peak intensity) Id was determined and determined from the ratio of Ia to the sum of Ia, Ib, Ic, and Id, Ia / (Ia + Ib + Ic + Id), which is the X-ray diffraction of the separator of Example 3. The spectrum is shown in FIG. 1, and the X-ray diffraction spectrum of the separator of Comparative Example 1 is shown in FIG.

Figure 2008210782
Figure 2008210782

表1から分かるように、実施例1〜7のセパレータでは、60゜の光沢度、Ia/(Ia+Ib+Ic+Id)のいずれもが高く、絶縁性微粒子の配向性が良好であるのに対し、卓上ボールミルでの分散を行わずに調製したセパレータ形成用組成物を用いて作製した比較例1のセパレータ、および低固形分濃度のセパレータ形成用組成物を使用し、カレンダ処理を行わなかった比較例2のセパレータは、60゜の光沢度、Ia/(Ia+Ib+Ic+Id)のいずれもが低く、絶縁性微粒子の配向性が劣っている。また、絶縁性微粒子に球状アルミナを用い、卓上ボールミルでの分散を行わずに調製したセパレータ形成用組成物を用いて作製した比較例3のセパレータは、60゜の光沢度が低く、絶縁性微粒子の充填性が劣っている(比較例3のセパレータは板状ベーマイトを用いていないため、X線回折測定は実施していない)。   As can be seen from Table 1, in the separators of Examples 1 to 7, the glossiness of 60 ° and Ia / (Ia + Ib + Ic + Id) are both high, and the orientation of the insulating fine particles is good. The separator of Comparative Example 1 prepared by using the separator-forming composition prepared without dispersing the above and the separator of Comparative Example 2 which was not subjected to calendaring treatment using the separator-forming composition having a low solid content concentration The glossiness at 60 ° and Ia / (Ia + Ib + Ic + Id) are both low, and the orientation of the insulating fine particles is poor. Further, the separator of Comparative Example 3 produced using a separator-forming composition prepared by using spherical alumina as the insulating fine particles and not being dispersed in a table-top ball mill has a low gloss of 60 °, and the insulating fine particles (The separator of Comparative Example 3 does not use plate boehmite, so X-ray diffraction measurement is not performed).

また、図3には実施例6のセパレータの断面のSEM写真を、図4には比較例2のセパレータの断面のSEM写真を示しているが、これらの写真から、実施例6のセパレータでは、比較例2のセパレータよりも板状ベーマイトが良好に配向していることが分かる。   Moreover, although the SEM photograph of the cross section of the separator of Example 6 is shown in FIG. 3, the SEM photograph of the cross section of the separator of Comparative Example 2 is shown in FIG. It can be seen that the plate-like boehmite is oriented better than the separator of Comparative Example 2.

更に、実施例1〜7および比較例1〜3のリチウム二次電池について、下記のようにしてセパレータの短絡電流測定を行った。結果を表2に示す。   Furthermore, about the lithium secondary battery of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3, the short circuit current measurement of the separator was performed as follows. The results are shown in Table 2.

<セパレータの短絡電流測定>
実施例1〜7または比較例1〜3の電池を0.2Cで4.2Vまでの定電流充電と、その後4.2Vでの定電圧充電を行い、定電流充電時の充電電流と充電時間の積が1.2Cになるまで充電した。その後、150mAで3Vまで定電流放電を行った。続いて0.1C毎に充電電流を上げながら同様の充放電を繰り返し行い、充電時に電圧が4.2Vに到達しないか、4.2V到達後も充電電流が減衰しない時の充電電流値を、セパレータの短絡電流値として評価した。
<Short-circuit current measurement of separator>
The batteries of Examples 1 to 7 or Comparative Examples 1 to 3 were subjected to constant current charging up to 4.2 V at 0.2 C, and then constant voltage charging at 4.2 V, and charging current and charging time during constant current charging The battery was charged until the product reached 1.2C. Then, constant current discharge was performed to 3V at 150 mA. Subsequently, the same charging / discharging is repeated while increasing the charging current every 0.1 C, and the charging current value when the voltage does not reach 4.2 V during charging or when the charging current does not decay even after reaching 4.2 V, The short-circuit current value of the separator was evaluated.

Figure 2008210782
Figure 2008210782

表2から明らかなように、絶縁性微粒子の配向性が良好なセパレータを用いた実施例1〜7のリチウム二次電池では、セパレータの短絡電流値が向上しており、セパレータの繊維状物間に形成される空隙を埋める絶縁性微粒子の配向性を向上させることで、セパレータ内部の貫通孔や構造欠陥が減少し、充電時に発生するリチウムデンドライトの部分的な析出を抑制することで短絡の発生を抑えることができているものと推測される。   As is clear from Table 2, in the lithium secondary batteries of Examples 1 to 7 using the separator with good orientation of the insulating fine particles, the short-circuit current value of the separator is improved, and between the fibrous materials of the separator By improving the orientation of the insulating fine particles that fill the voids formed in the separator, the number of through-holes and structural defects inside the separator is reduced, and the occurrence of short-circuiting is suppressed by suppressing the partial precipitation of lithium dendrite that occurs during charging. It is presumed that this can be suppressed.

実施例3の電池用セパレータのX線回折スペクトルである。3 is an X-ray diffraction spectrum of a battery separator of Example 3. FIG. 比較例1の電池用セパレータのX線回折スペクトルである。4 is an X-ray diffraction spectrum of a battery separator of Comparative Example 1. 実施例6の電池用セパレータの断面の走査型電子顕微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the cross section of the battery separator of Example 6. FIG. 比較例2の電池用セパレータの断面の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of a cross section of a battery separator of Comparative Example 2.

Claims (11)

少なくとも、有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子と有機バインダとで構成されており、60゜の光沢度が5以上であることを特徴とする電池用セパレータ。   A battery separator comprising at least insulating fine particles stable to an organic electrolyte and an organic binder, and having a glossiness of 60 or more of 5 or more. 絶縁性微粒子が、板状ベーマイトである請求項1に記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to claim 1, wherein the insulating fine particles are plate boehmite. 少なくとも、板状ベーマイトと有機バインダとで構成されており、X線回折スペクトルでの020面、120面、031面および051面のピーク強度の和に対する020面のピーク強度の比が、0.80以上であることを特徴とする電池用セパレータ。   It is composed of at least plate-like boehmite and an organic binder, and the ratio of the peak intensity of the 020 plane to the sum of the peak intensity of the 020 plane, 120 plane, 031 plane and 051 plane in the X-ray diffraction spectrum is 0.80. A battery separator characterized by the above. 少なくとも、板状ベーマイトと有機バインダとで構成されており、X線回折スペクトルでの120面、031面および051面のピーク強度のうち、最も強いピークの強度と020面のピーク強度との比が、0.1以下であることを特徴とする電池用セパレータ。   It is composed of at least plate-like boehmite and an organic binder, and the ratio of the intensity of the strongest peak to the peak intensity of the 020 plane among the 120, 031 and 051 plane peak intensities in the X-ray diffraction spectrum is , 0.1 or less, a battery separator. 150℃で実質的に変形しない繊維状物を更に有する請求項1〜4のいずれかに記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to any one of claims 1 to 4, further comprising a fibrous material that does not substantially deform at 150 ° C. 微多孔性フィルムを更に有する請求項1〜5のいずれかに記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to any one of claims 1 to 5, further comprising a microporous film. 微多孔性フィルムがポリオレフィンフィルムである請求項6に記載の電池用セパレータ。 The battery separator according to claim 6, wherein the microporous film is a polyolefin film. 有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子と有機バインダと溶媒とを含有するセパレータ形成用組成物を基板または繊維状物で構成されたシート状物に塗布する工程を経て電池用セパレータを形成する電池用セパレータの製造方法であって、
上記絶縁性微粒子を溶媒中に分散させて分散体とする工程と、
上記分散体と上記有機バインダとを混合し、上記絶縁性微粒子および上記有機バインダを含む固形分の濃度が10〜80質量%のセパレータ形成用組成物を調製する工程と、
基板または繊維状物で構成されたシート状物に上記セパレータ形成用組成物を塗布し、乾燥する工程とを有することを特徴とする電池用セパレータの製造方法。
A separator for a battery is formed through a step of applying a separator-forming composition containing insulating fine particles, an organic binder, and a solvent, which are stable with respect to an organic electrolyte, to a substrate or a sheet-like material composed of a fibrous material. A method for manufacturing a battery separator,
A step of dispersing the insulating fine particles in a solvent to form a dispersion;
Mixing the dispersion and the organic binder to prepare a separator-forming composition having a solid content concentration of 10 to 80% by mass including the insulating fine particles and the organic binder;
And a step of applying the separator-forming composition to a substrate or a sheet-like material composed of a fibrous material, followed by drying.
乾燥後に、1〜100MPaの圧力でプレス処理を行う工程を有する請求項8に記載の電池用セパレータの製造方法。   The manufacturing method of the battery separator of Claim 8 which has the process of performing a press process with the pressure of 1-100 Mpa after drying. 正極、負極、有機電解液およびセパレータを備えており、上記セパレータとして、請求項1〜7のいずれかに記載の電池用セパレータを有することを特徴とするリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an organic electrolyte, and a separator, wherein the separator for a battery according to claim 1 is used as the separator. 上記セパレータが、正極および負極の少なくとも一方と一体化されている請求項10に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 10, wherein the separator is integrated with at least one of a positive electrode and a negative electrode.
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