JP2010146960A - Nonaqueous electrolytic liquid secondary battery and positive and negative electrode for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高温環境下においても安全な非水系電解液二次電池と、この非水系電解液二次電池用正極及び負極に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery that is safe even in a high temperature environment, and a positive electrode and a negative electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、電気製品の軽量化、小型化に伴ない、高いエネルギー密度を持ち且つ軽量な非水系電解液二次電池であるリチウム二次電池が、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの広い分野で使用されている。特に最近の地球温暖化問題に対する世界的な関心の高まりを背景に、自動車業界では電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、そのキーデバイスとなる高容量、高出力のリチウム二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, lithium secondary batteries, which are non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density and light weight, have been used in a wide range of fields such as mobile phones and notebook personal computers with the reduction in weight and size of electrical products. Has been. In particular, against the backdrop of the recent growing global interest in global warming, the automobile industry has been expected to reduce carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Development of high-capacity, high-power lithium secondary batteries that are key devices is actively underway.
リチウム二次電池は、コバルト酸リチウムに代表されるリチウム化合物などの正極活物質を含有する活物質層を集電体上に形成させた正極と、黒鉛などに代表されるリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料などの負極活物質を含有する活物質層を集電体上に形成させた負極と、LiPF6等のリチウム塩等の電解質を非プロトン性の非水系溶媒に溶解した非水系電解液と、高分子多孔質膜からなるセパレータとから構成される。 A lithium secondary battery has a positive electrode in which an active material layer containing a positive electrode active material such as a lithium compound typified by lithium cobaltate is formed on a current collector, and occlusion / release of lithium typified by graphite. Non-aqueous electrolysis in which an active material layer containing a negative electrode active material such as a possible carbon material is formed on a current collector, and an electrolyte such as a lithium salt such as LiPF 6 is dissolved in an aprotic non-aqueous solvent It is comprised from the liquid and the separator which consists of a polymeric porous membrane.
このようなリチウム二次電池で使用されるセパレータには、両極間のイオン伝導を妨げないこと、電解液を保持できること、電解液に対して耐性を有すること、などの要件を満たすことが求められている。また、セパレータの重要な機能として、短絡や過充電状態などで電池の温度が上昇したときに、電解液の分解温度以下でセパレータを構成する樹脂が溶融して多孔質膜の空孔を閉塞させ、電流を遮断することで電池の熱暴走を制御するシャットダウン機能がある。 A separator used in such a lithium secondary battery is required to satisfy requirements such as not impeding ion conduction between both electrodes, being able to hold an electrolytic solution, and having resistance to an electrolytic solution. ing. Also, as an important function of the separator, when the battery temperature rises due to a short circuit or overcharge condition, etc., the resin constituting the separator melts below the decomposition temperature of the electrolyte solution, closing the pores of the porous membrane There is a shutdown function that controls the thermal runaway of the battery by cutting off the current.
従来、リチウム二次電池のセパレータとしては、主としてポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンからなる高分子多孔質膜が用いられており、例えば特許文献1及び2に示すような一軸延伸あるいは二軸延伸によって作られたポリオレフィンフィルムが提供されている。ここで、延伸工程はフィルムの多孔化と電池作成時の高速捲回で要求される一定の強度をフィルムに付与するために必須の工程となっている。しかし、延伸を行うことは、フィルムの機械的強度を高めて活物質や混入異物などによる短絡の危険性を軽減する反面、フィルムに歪みを残すことになり、高温に曝された場合にその残留応力によってフィルムの熱収縮や破膜、所謂メルトダウンが生じることになる。特に大容量を必要とするEVやHEVでは短絡時に大電流が流れるため発熱も大きく、一気に樹脂の融点を大きく超えて温度が上がるために、従来のシャットダウン機能での絶縁確保が間に合わず、メルトダウンに至ってしまう。 Conventionally, as a separator of a lithium secondary battery, a polymer porous film mainly made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene has been used. For example, the separator is made by uniaxial stretching or biaxial stretching as shown in Patent Documents 1 and 2. Polyolefin films are provided. Here, the stretching process is an indispensable process for imparting a certain strength to the film required for making the film porous and performing high-speed winding during battery production. However, stretching increases the mechanical strength of the film and reduces the risk of short-circuiting due to active materials and contaminants, but it leaves the film distorted and remains when exposed to high temperatures. The stress causes heat shrinkage or film breakage, so-called meltdown. Especially in EVs and HEVs that require a large capacity, a large current flows when short-circuited, so heat generation is large, and the temperature rises far beyond the melting point of the resin at a stretch. It will lead to.
このようなメルトダウンによる短絡を防ぐために、セパレータとして耐熱性樹脂を用いた多孔膜や、ポリオレフィン等からなる従来のセパレータと耐熱性樹脂を組み合わせた複合多孔膜を用いる方法が提案されている(特許文献3及び4)。しかしながら、耐熱性樹脂を用いた多孔膜は、当然ながら従来のセパレータが持つシャットダウン機能を欠いており、また高温まで多孔性形状を維持するため、電解液の分解生成物が正負両極間を自由に行き来して活物質と反応することで大きな発熱を生じて暴走に至り、必ずしも充分な安全性を確保することはできなかった。これに対して、複合多孔膜よりなるセパレータであれば、従来のセパレータ材料を用いた部分がシャットダウン機能を有するため耐熱性樹脂単独の多孔膜の場合に比べて安全性は増すものの、従来セパレータ部分の熱収縮応力に負けて耐熱性樹脂層も破膜したり、あるいは破膜せずとも従来セパレータ部分のメルトダウンによってシャットダウン性がなくなると、耐熱性樹脂単独の場合と同様に両極間の物質移動が再び生じるため、安全性の充分な確保が難しかった。 In order to prevent such a short circuit due to meltdown, a method using a porous membrane using a heat resistant resin as a separator or a composite porous membrane combining a conventional separator made of polyolefin and a heat resistant resin has been proposed (patent) References 3 and 4). However, a porous film using a heat-resistant resin naturally lacks the shutdown function of conventional separators and maintains the porous shape up to high temperatures, so that the decomposition product of the electrolyte can freely move between the positive and negative electrodes. By going back and forth and reacting with the active material, a large amount of heat was generated, leading to runaway, and sufficient safety could not always be ensured. On the other hand, in the case of a separator made of a composite porous film, the conventional separator part is used, although the part using the conventional separator material has a shutdown function, so the safety is increased compared to the case of the porous film made of a heat resistant resin alone. If the heat-resistant resin layer breaks due to the heat shrinkage stress of the material, or if the shutdown performance is lost due to meltdown of the conventional separator part without film breakage, the mass transfer between both electrodes is the same as in the case of the heat-resistant resin alone Since this occurred again, it was difficult to ensure sufficient safety.
同様にメルトダウンによる短絡を防ぐために、無機微粒子などを用いた多孔質層の形成や耐熱性不織布などの多孔性基材に無機微粒子を混合する技術も提案されている(特許文献5及び6)。しかしながら、このように無機材料を使用した場合も、耐熱性樹脂の場合と同様に高温での両極間の物質移動を制御することはできず、充分な安全性の確保は難しかった。 Similarly, in order to prevent short-circuiting due to meltdown, techniques for forming a porous layer using inorganic fine particles and the like and mixing inorganic fine particles with a porous substrate such as a heat-resistant nonwoven fabric have been proposed (Patent Documents 5 and 6). . However, even when an inorganic material is used in this way, the mass transfer between the electrodes at high temperatures cannot be controlled as in the case of the heat resistant resin, and it has been difficult to ensure sufficient safety.
特許文献7では、正負極間に絶縁性粒子を備えた電池を提案しており、特に絶縁性粒子としてポリエチレンなどを選択した場合は120℃乃至130℃でシャットダウンが生じて好ましい旨の開示がある。この絶縁性樹脂粒子層を塗布などにより形成する場合、通常は歪みなどは残らないため、樹脂の融点を超えて溶融しても収縮などは生じず、延伸によって得られる従来のセパレータに比較して安全性は高い。しかしながら、これらの樹脂粒子層は溶融した後、温度の上昇に伴い粘度が低下して流動性が増すため、多孔質である活物質層に吸い込まれることが多く、この結果、正負極の短絡を招きやすく、充分な安全性の確保が難しいという問題があった。即ち、特許文献7では、絶縁性粒子として用いるポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂の分子量についての検討は全くなされておらず、分子量のもたらす安全性への効果に関する言及もなく、高温環境下におけるセパレータ代替物の絶縁性保持については何ら開示されていない。
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、正負極間に設けられた多孔質絶縁層がシャットダウン性を有しかつ高温環境下においてもメルトダウンを起こさず、安全性の高い非水系電解液二次電池並びにそのための非水系電解液二次電池用正極及び負極を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and the porous insulating layer provided between the positive and negative electrodes has a shutdown property and does not cause a meltdown even in a high temperature environment, and is highly safe. It aims at providing the positive electrode and negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries and the non-aqueous electrolyte secondary battery therefor.
本発明者は上記課題を解決すべく、鋭意研究の結果、正負極間にセパレータとしての多孔質絶縁層を形成するに当たり、多孔質絶縁層を構成する成分の1つとして分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂を必須成分とすることにより、シャットダウン性と少くなくとも200℃を超える温度でもメルトダウンを起こさず絶縁性を維持する耐メルトダウン性とを両立することができることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied to form a porous insulating layer as a separator between the positive and negative electrodes. As one of the components constituting the porous insulating layer, the molecular weight is 200,000 or more, It has been found that by using a thermoplastic resin of 5 million or less as an essential component, it is possible to achieve both shutdown properties and meltdown resistance that maintains insulation without causing meltdown even at temperatures exceeding 200 ° C. The present invention has been completed.
即ち、本発明の要旨は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、該正極及び負極間に形成された多孔質絶縁層と、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該多孔質絶縁層の構成成分として、分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする非水系電解液二次電池、に存する。 That is, the gist of the present invention is that a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a porous insulating layer formed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous system obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an electrolyte solution, comprising a thermoplastic resin having a molecular weight of 200,000 or more and 5,000,000 or less as a constituent component of the porous insulating layer Battery.
本発明の別の要旨は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な非水系電解液二次電池用正極において、分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂を含む多孔質絶縁層を有することを特徴とする非水系電解液二次電池用正極、に存する。 Another gist of the present invention is a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of occluding and releasing lithium, and having a porous insulating layer containing a thermoplastic resin having a molecular weight of 200,000 to 5,000,000. The present invention resides in a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明の更に別の要旨は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な非水系電解液二次電池用負極において、分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂を含む多孔質絶縁層を有することを特徴とする非水系電解液二次電池用負極、に存する。 Still another subject matter of the present invention is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of occluding and releasing lithium, comprising a porous insulating layer containing a thermoplastic resin having a molecular weight of 200,000 to 5,000,000. And a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明によれば、非水系電解液の分解温度以下でシャットダウン性を有するとともに、少なくとも200℃を超える温度でもメルトダウンを起こさず、電解液の分解物等の正負極間の移動を抑制して、電池の発熱、暴走を防止し得る、高温環境下においても安全性の高い非水系電解液二次電池が提供される。 According to the present invention, it has a shutdown property below the decomposition temperature of the non-aqueous electrolyte solution, does not cause meltdown even at a temperature exceeding 200 ° C., and suppresses movement between positive and negative electrodes such as a decomposition product of the electrolyte solution. A non-aqueous electrolyte secondary battery that can prevent heat generation and runaway of the battery and is highly safe even in a high temperature environment is provided.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明は、これらの具体的内容に限定はされず、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is limited to these specific contents. However, various modifications can be made within the scope of the invention.
[非水系電解液二次電池]
本発明の非水系電解液二次電池は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、該正極及び負極間に形成された多孔質絶縁層と、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該多孔質絶縁層の構成成分として、分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とするものである。
[Non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a porous insulating layer formed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte dissolved in a non-aqueous solvent. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte solution comprising a thermoplastic resin having a molecular weight of 200,000 to 5,000,000 as a constituent component of the porous insulating layer. is there.
<多孔質絶縁層>
(分子量20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂)
本発明の非水系電解液二次電池の正負極間に形成される多孔質絶縁層は、該多孔質絶縁層を構成する成分の1つとして、分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂(以下「高分子量熱可塑性樹脂」と称す場合がある。)を必須成分とすることを特徴とする。
<Porous insulating layer>
(Thermoplastic resin with a molecular weight of 200,000 or more and 5 million or less)
The porous insulating layer formed between the positive and negative electrodes of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a thermoplastic having a molecular weight of 200,000 to 5,000,000 as one of the components constituting the porous insulating layer. Resin (hereinafter sometimes referred to as “high molecular weight thermoplastic resin”) is an essential component.
この高分子量熱可塑性樹脂の分子量が上記下限を下回ると200℃以上の高温における樹脂の流動性が高すぎて、多孔質である両極の活物質層に吸い込まれるため、絶縁性を維持することが困難である。なお、ここで絶縁性維持の目安としては、後述の実施例に示すように、室温(通常20〜40℃、後述の実施例では30℃)における多孔質絶縁層の電気抵抗と250℃における多孔質絶縁層の電気抵抗の比が少なくとも100以上、好ましくは200以上、より好ましくは500以上である。一方、この高分子量熱可塑性樹脂の分子量が上記上限を超えると融点を超えても殆ど流動せず、シャットダウンしないので、電解液の分解物の移動を妨げることができず、分解物と電極との発熱反応を生じ、暴走に至るため好ましくない。
本発明で用いる高分子量熱可塑性樹脂の分子量は好ましくは30万以上、500万以下、より好ましくは50万以上、400万以下、更に好ましくは100万以上、400万以下、最も好ましくは200万以上、300万以下である。
If the molecular weight of this high molecular weight thermoplastic resin falls below the above lower limit, the fluidity of the resin at a high temperature of 200 ° C. or higher is so high that it is sucked into the porous active material layer, so that insulation can be maintained. Have difficulty. In addition, as a standard of insulating maintenance here, as shown in the below-mentioned Example, the electrical resistance of the porous insulating layer in room temperature (usually 20-40 degreeC, 30 degreeC in the below-mentioned Example), and the porosity at 250 degreeC The electrical resistance ratio of the insulating material layer is at least 100 or more, preferably 200 or more, more preferably 500 or more. On the other hand, when the molecular weight of the high molecular weight thermoplastic resin exceeds the above upper limit, even if it exceeds the melting point, it hardly flows and does not shut down, so that the movement of the decomposition product of the electrolytic solution cannot be prevented, and the decomposition product and the electrode An exothermic reaction occurs, leading to runaway.
The molecular weight of the high molecular weight thermoplastic resin used in the present invention is preferably 300,000 or more and 5 million or less, more preferably 500,000 or more and 4 million or less, more preferably 1 million or more and 4 million or less, and most preferably 2 million or more. 3 million or less.
なお、本発明における熱可塑性樹脂の分子量はサイズ排除クロマトグラフィ(SEC)で測定される重量平均分子量であるが、特に分子量の高い樹脂については粘性が高くSECによる測定が困難な場合がある。その場合はJIS K−7367あるいは超高分子量ポリエチレンであればASTM D4020で規定される粘度平均分子量を分子量とする。 The molecular weight of the thermoplastic resin in the present invention is a weight average molecular weight measured by size exclusion chromatography (SEC), but a resin having a particularly high molecular weight has a high viscosity and may be difficult to measure by SEC. In that case, if it is JIS K-7367 or ultra high molecular weight polyethylene, the viscosity average molecular weight prescribed | regulated by ASTM D4020 is made into molecular weight.
本発明における分子量が20万以上、500万以下の熱可塑性樹脂のメルトマスフローレート(MFR)は通常0.1以下であり、好ましくは0.06以下、より好ましくは0.04以下、更に好ましくは0.02以下である。MFRが0.1よりも大きいと200℃以上の高温における樹脂の流動性が高すぎて、多孔質である電極の活物質層に吸い込まれて絶縁性を維持できなくなる場合がある。熱可塑性樹脂のMFRはJIS K−7210に準拠して測定される。なお後述の実施例におけるMFRの値は、温度190℃、荷重2.16kgにおいて測定されたものである。また、その単位はg/10分である。 The melt mass flow rate (MFR) of a thermoplastic resin having a molecular weight of 200,000 or more and 5 million or less in the present invention is usually 0.1 or less, preferably 0.06 or less, more preferably 0.04 or less, still more preferably. 0.02 or less. If the MFR is greater than 0.1, the fluidity of the resin at a high temperature of 200 ° C. or higher is too high, and it may be sucked into the active material layer of the porous electrode and the insulation may not be maintained. The MFR of the thermoplastic resin is measured according to JIS K-7210. The MFR values in the examples described later were measured at a temperature of 190 ° C. and a load of 2.16 kg. The unit is g / 10 minutes.
この高分子量熱可塑性樹脂としては、電解液の分解温度よりも低い温度で熱可塑性樹脂が流動化することにより絶縁層の孔を閉塞して電流を遮断する機能が要求されるために、結晶性樹脂の場合はその融点が、また、非晶性樹脂の場合はそのガラス転移点が、電解液の分解温度より低いものが用いられる。このために、結晶性の高分子量熱可塑性樹脂の融点又は非晶性の高分子量熱可塑性樹脂のガラス転移点は、80℃乃至200℃、好ましくは100℃乃至180℃、さらに好ましくは120℃乃至160℃である。 This high molecular weight thermoplastic resin is required to have a function of blocking the current by blocking pores of the insulating layer by fluidizing the thermoplastic resin at a temperature lower than the decomposition temperature of the electrolyte. In the case of resin, the melting point is used, and in the case of amorphous resin, the glass transition point is lower than the decomposition temperature of the electrolytic solution. Therefore, the melting point of the crystalline high molecular weight thermoplastic resin or the glass transition point of the amorphous high molecular weight thermoplastic resin is 80 ° C. to 200 ° C., preferably 100 ° C. to 180 ° C., more preferably 120 ° C. to 160 ° C.
従って、本発明で用いる高分子量熱可塑性樹脂は、分子量が20万以上、500万以下で、かつその熱特性が電解液の分解温度と上述の関係を満たすものであれば特に限定されることはないが、例えば結晶性樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂、ポリアセタールなどが挙げられる。また、非晶性樹脂としてはポリスチレン、AS、ABSなどのスチレン系樹脂、ポリメチルメタアクリレートなどのアクリル系樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリアリレートなどが挙げられる。 Therefore, the high molecular weight thermoplastic resin used in the present invention is not particularly limited as long as the molecular weight is 200,000 or more and 5,000,000 or less and the thermal characteristics satisfy the above relationship with the decomposition temperature of the electrolytic solution. For example, examples of the crystalline resin include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, fluorine resins such as polyvinylidene fluoride, and polyacetal. Examples of the amorphous resin include styrene resins such as polystyrene, AS, and ABS, acrylic resins such as polymethyl methacrylate, vinyl chloride resin, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polysulfone, and polyarylate.
これらの熱可塑性樹脂のうち、本発明において多孔質絶縁層の必須成分として用いる分子量20万以上、500万以下の高分子量熱可塑性樹脂としては、耐熱性、耐電解液性の観点からポリオレフィン系樹脂が好ましく、特にシャットダウン性能の温度及び信頼性の観点からポリエチレン、ポリプロピレンを用いることが好ましい。 Among these thermoplastic resins, the high molecular weight thermoplastic resin having a molecular weight of 200,000 or more and 5,000,000 or less used as an essential component of the porous insulating layer in the present invention is a polyolefin resin from the viewpoint of heat resistance and electrolytic solution resistance. In particular, polyethylene and polypropylene are preferably used from the viewpoint of the temperature and reliability of the shutdown performance.
これらの高分子量熱可塑性樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 These high molecular weight thermoplastic resins may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
(その他の成分)
本発明における正負極間に形成される多孔質絶縁層は、多孔質絶縁層を構成する成分の一つとして、上述の高分子量熱可塑性樹脂を必須成分として含んでいれば、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、無機物等を含んでいてもよい。
(Other ingredients)
If the porous insulating layer formed between the positive and negative electrodes in the present invention contains the above-described high molecular weight thermoplastic resin as an essential component as one of the components constituting the porous insulating layer, other thermoplastic resins Or a thermosetting resin or an inorganic substance.
その他の成分としては、例えば分子量が20万未満の熱可塑性樹脂などが挙げられるが、本発明において必須成分として用いる高分子量熱可塑性樹脂による前述の効果を十分に得る上で、多孔質絶縁層の全構成成分中の高分子量熱可塑性樹脂の割合が通常50重量%以上、特に60重量%以上であることが好ましく、75重量%以上であることがより好ましい。 Examples of the other components include thermoplastic resins having a molecular weight of less than 200,000. In order to sufficiently obtain the above-described effects of the high molecular weight thermoplastic resin used as an essential component in the present invention, the porous insulating layer The proportion of the high molecular weight thermoplastic resin in all the constituent components is usually 50% by weight or more, particularly preferably 60% by weight or more, and more preferably 75% by weight or more.
なお、後述の実施例においては、スラリーの増粘及び樹脂粒子同士を結着させるための成分として、分子量18万のアタクティックポリプロピレンを用いているが、このようなバインダー成分としては、アタクティックポリプロピレンに何ら限定されず、スラリーの溶媒に室温で可溶で、かつ樹脂粒子と親和性のあるものであれば良く、アタクティックポリプロピレン以外のものを用いることもできる。例えば、樹脂粒子がポリエチレンやポリプロピレン粒子で、溶媒がキシレンやトルエンであれば、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレンエラストマー)等のエラストマー類の1種又は2種以上を用いることもできる。これらのバインダー成分を用いる場合、その割合は形成される多孔質絶縁層の全構成成分中の割合で1乃至10重量%であり、好ましくは2乃至8重量%、より好ましくは3乃至6重量%である。バインダー成分が1重量%未満では樹脂粒子を結着させる効果が不充分となる場合があり、バインダー成分が10重量%を超えると溶媒を乾燥除去した後に多孔質絶縁層や電極の表面に皮膜を形成して電気抵抗を上げる原因になり、出力等の電池特性の低下につながる場合がある。 In the examples described later, atactic polypropylene having a molecular weight of 180,000 is used as a component for thickening the slurry and binding resin particles together. As such a binder component, atactic polypropylene is used. However, any material other than atactic polypropylene can be used as long as it is soluble in the solvent of the slurry at room temperature and has an affinity for the resin particles. For example, if the resin particles are polyethylene or polypropylene particles and the solvent is xylene or toluene, one or more elastomers such as SBS (styrene-butadiene-styrene elastomer) can be used. When these binder components are used, the proportion is 1 to 10% by weight, preferably 2 to 8% by weight, more preferably 3 to 6% by weight, based on the total components of the porous insulating layer to be formed. It is. If the binder component is less than 1% by weight, the effect of binding the resin particles may be insufficient. If the binder component exceeds 10% by weight, a film is formed on the surface of the porous insulating layer or electrode after drying and removing the solvent. This may cause an increase in electrical resistance and may lead to a decrease in battery characteristics such as output.
(樹脂粒子)
本発明に係る多孔質絶縁層は、上述の高分子量熱可塑性樹脂の微細な粒子で形成されていることが、リチウムの針状結晶の成長を妨げ、また電気抵抗を下げる上で好ましい。また、残留応力などの成形工程に起因する熱収縮を軽減する上でも好ましい。
また、この場合、樹脂粒子の平均粒径は0.1乃至200μm、特に0.5乃至150μmであることが好ましい。樹脂粒子の平均粒径が上記下限よりも小さいと、粒子が凝集しやすくなり取扱いが困難となり好ましくない。一方、樹脂粒子の平均粒径が上記上限を超えると正負両極間の距離が大きくなり、抵抗が大きくなって電池特性の低下をもたらし、好ましくない。
(Resin particles)
The porous insulating layer according to the present invention is preferably formed of fine particles of the above-described high molecular weight thermoplastic resin in order to prevent the growth of acicular crystals of lithium and to lower the electrical resistance. Further, it is also preferable for reducing thermal shrinkage caused by a molding process such as residual stress.
In this case, the average particle size of the resin particles is preferably 0.1 to 200 μm, particularly 0.5 to 150 μm. If the average particle size of the resin particles is smaller than the lower limit, the particles are likely to aggregate and are difficult to handle, which is not preferable. On the other hand, if the average particle size of the resin particles exceeds the above upper limit, the distance between the positive and negative electrodes is increased, the resistance is increased and the battery characteristics are lowered, which is not preferable.
なお、この樹脂粒子の平均粒径は、例えばJIS Z−8825−1などで規定されるレーザー回折法や、あるいはSEM観察により得られた粒子径の平均を取ることで得ることができる。 In addition, the average particle diameter of this resin particle can be obtained by taking the average of the particle diameter obtained by laser diffraction method prescribed | regulated, for example by JISZ-8825-1, etc., or SEM observation.
(空隙率)
本発明に係る多孔質絶縁層は、その多孔性の程度として、空隙率(多孔質絶縁層の見掛けの全体積に占める空隙の体積割合)が30乃至90%、特に50乃至80%、とりわけ60乃至70%であることが好ましい。多孔質絶縁層の空隙率が上記下限よりも小さいと、電気抵抗が高くなりすぎて出力などの電池性能が低下する場合がある。空隙率が上記上限よりも大きいときは、機械的強度が低すぎて、充放電によって活物質が膨張・収縮する場合に形状を維持できず、内部短絡を生じる場合がある。
(Porosity)
The porous insulating layer according to the present invention has a porosity of 30 to 90%, particularly 50 to 80%, particularly 60, as a degree of porosity. The porosity (volume ratio of voids to the apparent total volume of the porous insulating layer) is 30 to 90%. It is preferable to be 70%. If the porosity of the porous insulating layer is smaller than the lower limit, the electrical resistance may be too high, and battery performance such as output may be deteriorated. When the porosity is larger than the above upper limit, the mechanical strength is too low, and the shape cannot be maintained when the active material expands / shrinks due to charge / discharge, which may cause an internal short circuit.
本発明における多孔質絶縁層の空隙率は、以下のように重量法で求められる。
即ち、先ず、多孔質絶縁層を形成する前の電極の厚み(t0)と重量(w0)を測定する。次に多孔質絶縁層を形成後に電極/多孔質絶縁層の厚み(t1)と重量(w1)を測定する。多孔質絶縁層を形成する樹脂の比重をρ0とすると多孔質絶縁層の空隙率Pvは次式で得ることができる。
Pv(%)=100×{1−(ρ1/ρ0)}
(但し、ρ1=(w1−w0)/(t1−t0)、サンプル面積は単位面積。)
The porosity of the porous insulating layer in the present invention is determined by the weight method as follows.
That is, first, the thickness (t0) and weight (w0) of the electrode before forming the porous insulating layer are measured. Next, after forming the porous insulating layer, the thickness (t1) and weight (w1) of the electrode / porous insulating layer are measured. When the specific gravity of the resin forming the porous insulating layer is ρ0, the porosity Pv of the porous insulating layer can be obtained by the following equation.
Pv (%) = 100 × {1- (ρ1 / ρ0)}
(However, ρ1 = (w1-w0) / (t1-t0), sample area is unit area)
(厚さ)
本発明に係る多孔質絶縁層の厚さは、この多孔質絶縁層が適用される非水系電解液二次電池の規模や用途、多孔質絶縁層の形成方法等によっても異なるが、例えば、後述の塗布法で多孔質絶縁層が形成される場合、多孔質絶縁層の厚さは好ましくは0.1乃至200μm、より好ましくは0.5乃至150μmである。多孔質絶縁層の厚さがこの下限より薄くなると欠陥などが生じやすくなり好ましくない。一方、多孔質絶縁層の厚さがこの上限を超えると正負両極間の距離が大きくなり抵抗が大きくなって電池特性の低下をもたらし、好ましくない。
(thickness)
The thickness of the porous insulating layer according to the present invention varies depending on the scale and use of the non-aqueous electrolyte secondary battery to which the porous insulating layer is applied, the formation method of the porous insulating layer, etc. When the porous insulating layer is formed by this coating method, the thickness of the porous insulating layer is preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 0.5 to 150 μm. If the thickness of the porous insulating layer is thinner than this lower limit, defects and the like are likely to occur, which is not preferable. On the other hand, if the thickness of the porous insulating layer exceeds this upper limit, the distance between the positive and negative electrodes is increased, the resistance is increased, and the battery characteristics are deteriorated.
(形成方法)
本発明に係る多孔質絶縁層の形成方法は特に制限されず公知の方法が用いられる。一例を挙げれば、微細樹脂粒子よりなる多孔質絶縁層を形成する場合は、樹脂粒子のスラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード又はロールコータ、ダイコータ、その他ディッピングやスプレー法等などの公知の手法で電極活物質層等の多孔質絶縁層形成面に塗布し、その後溶媒を乾燥させて多孔質絶縁層を形成する。
(Formation method)
The method for forming the porous insulating layer according to the present invention is not particularly limited, and a known method is used. For example, when forming a porous insulating layer composed of fine resin particles, a slurry of resin particles is prepared, and this slurry is a known method such as doctor blade or roll coater, die coater, and other dipping and spraying methods. Then, it is applied to a surface where a porous insulating layer such as an electrode active material layer is formed, and then the solvent is dried to form a porous insulating layer.
ここで用いる溶媒の種類や乾燥手段も特に制限はなく公知の溶媒、公知の乾燥手段が適宜使用されるが、溶媒としては例えば、樹脂粒子がポリエチレンやポリプロピレンの場合は、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素、デカリン、テトラリン等の脂環式炭化水素などの1種又は2種以上用い、樹脂粒子をこのような溶媒に1乃至40重量%程度の濃度に分散させてスラリーを調製することができる。また、乾燥温度としては、溶媒の種類にもよるが、通常80℃乃至、樹脂粒子の融点−20℃である。また、乾燥効率を上げるために熱風を吹き付けてもよい。 The type of solvent used and the drying means are not particularly limited, and known solvents and known drying means are appropriately used. Examples of the solvent include aromatics such as xylene and toluene when the resin particles are polyethylene or polypropylene. 1 type or 2 or more types of alicyclic hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons, decalin, tetralin, etc. are used, and resin particles are dispersed in such a solvent at a concentration of about 1 to 40% by weight to prepare a slurry. it can. The drying temperature is usually 80 ° C. to the melting point of the resin particles −20 ° C., although it depends on the type of solvent. Further, hot air may be blown to increase the drying efficiency.
なお、この場合、用いた樹脂粒子は溶媒に分散するのみで溶解せず、従って、スラリー中の樹脂粒子の平均粒径が、形成された多孔質絶縁層中の樹脂粒子の平均粒径となる。 In this case, the resin particles used are only dissolved in the solvent and are not dissolved. Therefore, the average particle size of the resin particles in the slurry becomes the average particle size of the resin particles in the formed porous insulating layer. .
多孔質絶縁層形成の他の方法としては、高分子量熱可塑性樹脂を溶媒に溶解させてポリマー溶液を調製し、上述のような公知の方法で電極活物質層等の多孔質絶縁層形成面に塗布し、その後熱可塑性樹脂の貧溶媒に浸漬して溶解していた樹脂を凝固させて多孔質絶縁層を形成させる方法が挙げられる。 As another method of forming the porous insulating layer, a polymer solution is prepared by dissolving a high molecular weight thermoplastic resin in a solvent, and the surface of the porous insulating layer such as an electrode active material layer is formed by a known method as described above. There is a method in which a porous insulating layer is formed by solidifying a resin that has been applied and then immersed in a poor solvent of a thermoplastic resin to dissolve it.
(その他のセパレータの併用)
本発明に係る多孔質絶縁層は、正負極間に設けられるが、この多孔質絶縁層には、従来公知のセパレータを積層して正負極間に介在させてもよい。この場合、多孔質絶縁層は正極の活物質層上、又は負極の活物質層上、又は両極の活物質層上に形成してもよく、あるいはセパレータの少なくとも片面に形成してもよい。またセパレータの代わりに従来公知の不織布を本発明に係る多孔質絶縁層に積層して正負極間に介在してもよい。この場合、多孔質絶縁層は正極の活物質層上、又は負極の活物質層上、又は両極の活物質層上に形成してもよく、あるいは不織布の少なくとも片面に形成してもよい。
(Combined use with other separators)
Although the porous insulating layer according to the present invention is provided between the positive and negative electrodes, a conventionally known separator may be laminated on the porous insulating layer and interposed between the positive and negative electrodes. In this case, the porous insulating layer may be formed on the active material layer of the positive electrode, the active material layer of the negative electrode, or the active material layer of both electrodes, or may be formed on at least one side of the separator. Moreover, a conventionally known nonwoven fabric may be laminated on the porous insulating layer according to the present invention instead of the separator and interposed between the positive and negative electrodes. In this case, the porous insulating layer may be formed on the active material layer of the positive electrode, the active material layer of the negative electrode, or the active material layer of both electrodes, or may be formed on at least one side of the nonwoven fabric.
<非水系電解液>
(非水系溶媒)
本発明の非水系電解液二次電池に使用される電解液の非水系溶媒としては、非水系電解液二次電池の溶媒として公知の任意のものを用いることができる。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等のアルキレンカーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のジアルキルカーボネート(ジアルキルカーボネートのアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい);テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル;ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等の鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル;酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
<Non-aqueous electrolyte>
(Non-aqueous solvent)
As the non-aqueous solvent of the electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, any known solvent can be used as the solvent for the non-aqueous electrolyte secondary battery. For example, alkylene carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate; dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, and ethyl methyl carbonate (the alkyl group of the dialkyl carbonate is an alkyl having 1 to 4 carbon atoms) A cyclic ether such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; a chain ether such as dimethoxyethane and dimethoxymethane; a cyclic carboxylic acid ester such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; methyl acetate, methyl propionate and propion Examples thereof include chain carboxylic acid esters such as ethyl acid. These may be used alone or in combination of two or more.
(電解質)
非水系電解液の溶質である電解質としては、通常リチウム塩が用いられる。このリチウム塩としては、任意のものを用いることができ、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩などが挙げられる。これらのうち、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2が好ましく、特にLiPF6、LiBF4が好ましい。なお、リチウム塩についても1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(Electrolytes)
As the electrolyte that is the solute of the nonaqueous electrolytic solution, a lithium salt is usually used. Any lithium salt can be used, for example, an inorganic lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 ; LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF Fluorine-containing organic lithium salts such as 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 are included. Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 are preferable, and LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferable. In addition, also about lithium salt, 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
これらのリチウム塩の非水系電解液中の濃度の下限値としては、通常0.5mol/l以上、中でも0.75mol/l以上、上限値としては、通常2mol/l以下、中でも1.5mol/l以下である。リチウム塩の濃度がこの上限値を超えると非水系電解液の粘度が高くなり、電気伝導率も低下する。また、この下限値を下回ると電気伝導率が低くなるので、上記濃度範囲内で非水系電解液を調製することが好ましい。 The lower limit of the concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is usually 0.5 mol / l or more, especially 0.75 mol / l or more, and the upper limit is usually 2 mol / l or less, especially 1.5 mol / l. l or less. When the concentration of the lithium salt exceeds this upper limit value, the viscosity of the nonaqueous electrolytic solution increases and the electrical conductivity also decreases. Moreover, since electrical conductivity will become low if less than this lower limit, it is preferable to prepare a non-aqueous electrolyte within the said concentration range.
(その他の成分)
本発明に係る非水系電解液には、非水系溶媒及び電解質以外に必要に応じて他の有用な成分、例えば従来公知の過充電防止剤、脱水剤、脱酸剤、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤等の各種の添加剤を含有させてもよい。
(Other ingredients)
The non-aqueous electrolyte solution according to the present invention includes other useful components as required in addition to the non-aqueous solvent and the electrolyte, such as conventionally known overcharge inhibitors, dehydrating agents, deoxidizing agents, capacity maintenance after high-temperature storage. Various additives such as an auxiliary agent for improving characteristics and cycle characteristics may be contained.
高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤としては、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート及びエリスリタンカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物などが挙げられる。非水系電解液がこれらの助剤を含有する場合、その非水系電解液中の濃度は、通常0.1乃至5重量%である。 As auxiliary agents for improving capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high temperature storage, carbonate compounds such as vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate and erythritan carbonate; succinic anhydride, anhydrous glutar Carboxylic acid anhydrides such as acid, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, phenylsuccinic anhydride; Sulfur containing ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, tetramethylthiuram monosulfide, etc. Compound; Nitrogen-containing compound such as 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylsuccinimide; Examples thereof include hydrocarbon compounds such as heptane, octane, and cycloheptane. When the non-aqueous electrolyte contains these auxiliaries, the concentration in the non-aqueous electrolyte is usually 0.1 to 5% by weight.
<正極>
本発明の非水系電解液二次電池に使用される正極は、通常、正極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成させたものである。
<Positive electrode>
The positive electrode used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually one in which an active material layer containing a positive electrode active material and a binder is formed on a current collector.
正極活物質としては、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物材料などのリチウムを吸蔵及び放出可能な材料が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。 Examples of the positive electrode active material include materials capable of inserting and extracting lithium, such as lithium transition metal composite oxide materials such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.
バインダーとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としてはポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレンエラストマー)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。 The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), SBS (styrene-butadiene-styrene elastomer), fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like can be mentioned. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.
正極活物質層中のバインダーの割合は、下限値が通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、上限値が通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは40重量%以下、更に好ましくは10重量%以下である。バインダーの割合が少ないと、活物質を十分に保持できないので、正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させることがあり、逆に多すぎると電池容量や導電性を下げることになる。 As for the ratio of the binder in the positive electrode active material layer, the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and still more preferably 10% by weight or less. If the proportion of the binder is small, the active material cannot be sufficiently retained, so that the mechanical strength of the positive electrode is insufficient, and the battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. On the contrary, if the amount is too large, the battery capacity and conductivity are lowered. It will be.
正極活物質層は、通常、導電性を高めるため導電剤を含有する。導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛の微粒子や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素微粒子等の炭素質材料を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。正極活物質層中の導電剤の割合は、下限値が通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、上限値が通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。導電剤の割合が少ないと導電性が不十分になることがあり、逆に多すぎると電池容量が低下することがある。 The positive electrode active material layer usually contains a conductive agent in order to increase conductivity. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as graphite fine particles such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon fine particles such as needle coke. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. The ratio of the conductive agent in the positive electrode active material layer is such that the lower limit is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is usually 50% by weight or less. , Preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. If the proportion of the conductive agent is small, the conductivity may be insufficient, and conversely if too large, the battery capacity may be reduced.
正極活物質層には、その他、増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させることができる。 In addition, the positive electrode active material layer can contain additives for a normal active material layer such as a thickener.
増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。 The thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.
正極の集電体には、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。正極集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、20μm以下が更に好ましい。正極集電体の厚さが、上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足する場合がある。また、集電体の厚さが上記範囲よりも厚いと、電池内に入れられる活物質の体積比率が下がり、必要な電池容量を得られない場合がある。 Aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used for the current collector of the positive electrode. Although the thickness of the positive electrode current collector is arbitrary, it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. If the thickness of the positive electrode current collector is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient. On the other hand, if the thickness of the current collector is larger than the above range, the volume ratio of the active material put in the battery is lowered, and the required battery capacity may not be obtained.
正極は、前述の正極活物質とバインダーと導電剤、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより形成することができる。 The positive electrode can be formed by applying a slurry obtained by slurrying the above-described positive electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives added as necessary with a solvent onto a current collector, and drying the positive electrode active material. .
スラリー化のために用いる溶媒としては、通常はバインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。 As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.
このようにして形成される正極活物質層の厚さは、通常10乃至200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。 The thickness of the positive electrode active material layer thus formed is usually about 10 to 200 μm. The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.
本発明の非水系電解液二次電池用正極は、このようにして集電体上に正極活物質層を形成して得られる従来の非水系電解液二次電池用正極の活物質層上に、前述の多孔質絶縁層の形成方法に従って、本発明に係る多孔質絶縁層を形成したものである。この多孔質絶縁層の厚さは、この非水系電解液二次電池用正極を適用する非水系電解液二次電池の規模や用途、他のセパレータや不織布の併用の有無、適用される非水系電解液二次電池用負極の多孔質絶縁層の有無によっても異なるが、通常0.1乃至200μm、好ましくは0.5乃至150μmである。 The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is formed on the active material layer of a conventional positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by forming a positive electrode active material layer on a current collector in this way. The porous insulating layer according to the present invention is formed according to the method for forming a porous insulating layer described above. The thickness of the porous insulating layer is determined based on the scale and use of the non-aqueous electrolyte secondary battery to which the positive electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery is applied, whether or not other separators and non-woven fabrics are used in combination, and the non-aqueous system to be applied. Although it varies depending on the presence or absence of the porous insulating layer of the negative electrode for the electrolyte secondary battery, it is usually 0.1 to 200 μm, preferably 0.5 to 150 μm.
<負極>
本発明の非水系電解液二次電池に使用される負極は、通常、負極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成させたものである。
<Negative electrode>
The negative electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually one in which an active material layer containing a negative electrode active material and a binder is formed on a current collector.
負極活物質としては様々な熱分解条件での有機物の熱分解物や人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウムを吸蔵及び放出可能な炭素質材料;酸化錫、酸化珪素等のリチウムを吸蔵及び放出可能な金属酸化物材料;リチウム金属;種々のリチウム合金などを用いることができる。これらの負極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。 As a negative electrode active material, a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium such as organic pyrolysate, artificial graphite and natural graphite under various pyrolysis conditions; capable of occluding and releasing lithium such as tin oxide and silicon oxide Metal oxide material; lithium metal; various lithium alloys can be used. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
バインダーとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。 The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, and butadiene rubber. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.
負極活物質層中の上述のバインダーの割合は、下限値が通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、上限値が通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは40重量%以下、更に好ましくは10重量%以下である。バインダーの割合が少ないと、活物質を十分に保持できないので負極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させることがあり、逆に多すぎると電池容量や導電性を下げることになる。 The ratio of the binder in the negative electrode active material layer is such that the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less. Preferably it is 60 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less, More preferably, it is 10 weight% or less. If the ratio of the binder is small, the active material cannot be sufficiently retained, so that the negative electrode mechanical strength may be insufficient, and the battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. become.
負極活物質層は、更に導電性を高めるために導電剤を含有してもよい。導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛の微粒子や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素微粒子等等の炭素質材料を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。負極活物質層中の導電剤の割合は、下限値が通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、上限値が通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。導電剤の割合が上記範囲よりも少ないと必要とする導電性の向上効果が得られない場合があり、導電剤の割合が上記範囲よりも多いと活物質の比率が下がって必要な導電性が得られないことがある。 The negative electrode active material layer may contain a conductive agent in order to further increase the conductivity. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as graphite fine particles such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon fine particles such as needle coke. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. As for the ratio of the conductive agent in the negative electrode active material layer, the lower limit is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is usually 50% by weight or less. , Preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. When the proportion of the conductive agent is less than the above range, the required conductivity improvement effect may not be obtained, and when the proportion of the conductive agent is greater than the above range, the active material ratio decreases and the necessary conductivity is reduced. It may not be obtained.
負極活物質層には、その他、増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させることができる。増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。 In addition, the negative electrode active material layer may contain additives for a normal active material layer such as a thickener. The thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.
負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。負極集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、20μm以下が更に好ましい。負極集電体の厚さが、上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足する場合がある。また、集電体の厚さが上記範囲よりも厚いと、電池内に入れられる活物質の体積比率が下がり、必要な電池容量を得られない場合がある。 Copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or the like is used for the negative electrode current collector. The thickness of the negative electrode current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. If the thickness of the negative electrode current collector is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient. On the other hand, if the thickness of the current collector is larger than the above range, the volume ratio of the active material put in the battery is lowered, and the required battery capacity may not be obtained.
負極は、前述の負極活物質とバインダーと導電剤、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより形成することができる。 The negative electrode can be formed by applying a slurry obtained by slurrying the above-described negative electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives added as necessary with a solvent onto a current collector, and then drying the negative electrode active material. .
スラリー化のために用いる溶媒としては、通常はバインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。 As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.
このようにして形成される負極活物質層の厚さは、通常10乃至200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。 The thickness of the negative electrode active material layer thus formed is usually about 10 to 200 μm. The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.
本発明の非水系電解液二次電池用負極は、このようにして集電体上に負極活物質層を形成して得られる従来の非水系電解液二次電池用負極の活物質層上に、前述の多孔質絶縁層の形成方法に従って、本発明に係る多孔質絶縁層を形成したものである。この多孔質絶縁層の厚さは、この非水系電解液二次電池用負極を適用する非水系電解液二次電池の規模や用途、他のセパレータや不織布の併用の有無、適用される非水系電解液二次電池用正極の多孔質絶縁層の有無によっても異なるが、通常0.1乃至200μm、好ましくは0.5乃至150μmである。 The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is formed on the active material layer of a conventional negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by forming a negative electrode active material layer on a current collector in this way. The porous insulating layer according to the present invention is formed according to the method for forming a porous insulating layer described above. The thickness of the porous insulating layer is determined based on the scale and use of the non-aqueous electrolyte secondary battery to which the negative electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery is applied, whether or not other separators and nonwoven fabrics are used in combination, and the non-aqueous system to be applied. Although it depends on the presence or absence of the porous insulating layer of the positive electrode for the electrolyte secondary battery, it is usually 0.1 to 200 μm, preferably 0.5 to 150 μm.
<電池形状>
本発明の非水系電解液二次電池の電池形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。一般的に採用されている電池形状の例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ、シート電極及びセパレータを積層したラミネートタイプなどが挙げられる。なお、本発明においては、セパレータは必ずしも必要ではなく、電極と一体化された多孔質絶縁層がセパレータの役割を果たすことができる。あるいは、より一層安全に関する信頼性を高めるために、本発明の多孔質絶縁層とセパレータとを併用しても構わない。
<Battery shape>
The battery shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various shapes generally employed according to the application. Examples of commonly used battery shapes include a cylinder type with a sheet electrode and separator in a spiral shape, a cylinder type with an inside-out structure combining a pellet electrode and a separator, a coin type with stacked pellet electrodes and a separator, Examples include a laminate type in which a sheet electrode and a separator are laminated. In the present invention, a separator is not always necessary, and a porous insulating layer integrated with an electrode can serve as a separator. Alternatively, the porous insulating layer of the present invention and the separator may be used in combination in order to further increase the safety-related reliability.
<非水系電解液二次電池の組み立て方法>
本発明の非水系電解液二次電池を組み立てる方法は特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。例えば、本発明に係る多孔質絶縁層と前述の非水系電解液、正極及び負極と、必要に応じて従来公知のセパレータ又は不織布などを用い、正負極間に多孔質絶縁層及び必要に応じて用いられる他のセパレータや不織布を介在させてこれらを積層し、正負極間に非水系電解液を注入して、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。また、予め本発明に係る多孔質絶縁層を形成した負極及び/又は正極を用い、これらを対向させて適切な形状に組み立てることにより製造される。
<Assembly method of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The method for assembling the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery. For example, the porous insulating layer according to the present invention, the above-described non-aqueous electrolyte, the positive electrode and the negative electrode, and if necessary, a conventionally known separator or non-woven fabric is used. It is manufactured by laminating other separators and non-woven fabrics used, injecting a non-aqueous electrolyte between positive and negative electrodes, and assembling into an appropriate shape. Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary. Moreover, it manufactures by using the negative electrode and / or positive electrode which formed the porous insulating layer concerning this invention previously, making these oppose and assembling into an appropriate shape.
<用途>
本発明の非水系電解液二次電池の用途は特に限定されず、従来公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等の小型機器、及び、電気自動車、ハイブリッド自動車等の大型機器を挙げることができる。
<Application>
The application of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various conventionally known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, gaming devices, small devices such as watches, strobes and cameras, and large devices such as electric vehicles and hybrid vehicles Can be mentioned.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.
〔実施例1〕
<非水系電解液の調製>
乾燥アルゴン雰囲気下、プロピレンカーボネートに、十分に乾燥したLiBF4を1.0mol/lの割合となるように溶解し、更に界面活性剤としてTOP(トリオクチルフォスフェイト)を液中の濃度が1重量%となるように加えて非水系電解液とした。
[Example 1]
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
Under a dry argon atmosphere, sufficiently dried LiBF 4 was dissolved in propylene carbonate at a ratio of 1.0 mol / l, and TOP (trioctyl phosphate) as a surfactant was added at a concentration of 1 wt. % To obtain a non-aqueous electrolyte solution.
<正極の作製>
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を用い、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O285重量部にアセチレンブラック10重量部及びポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製商品名「KF−1000」)5重量部を加えて混合し、混合物をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。これを、正極集電体である厚さ15μmのアルミニウム箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、プレス機により正極活物質層の密度が2.6g/cm3になるようにプレスして厚さ60μmの正極活物質層を形成して正極とした。
<Preparation of positive electrode>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material, 10 parts by weight of acetylene black and polyvinylidene fluoride (Kureha) were added to 85 parts by weight of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2. 5 parts by weight of a chemical trade name “KF-1000” manufactured by Kagaku Co., Ltd. was added and mixed, and the mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. This was uniformly applied to one side of a 15 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, and then pressed by a press machine so that the density of the positive electrode active material layer was 2.6 g / cm 3. A positive electrode active material layer having a thickness of 60 μm was formed as a positive electrode.
<負極の作製>
負極活物質として天然黒鉛粉末を用い、天然黒鉛粉末94重量部にポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製商品名「KF−1000」)6重量部を混合し、混合物をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。これを、負極集電体である厚さ9μmの銅箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、プレス機により負極活物質層の密度が1.45g/cm3になるようにプレスして厚さ49μmの負極活物質層を形成して負極とした。
<Production of negative electrode>
Using natural graphite powder as the negative electrode active material, 94 parts by weight of natural graphite powder is mixed with 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride (trade name “KF-1000” manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.), and the mixture is mixed with N-methyl-2-pyrrolidone. It was dispersed to form a slurry. This was uniformly applied to one side of a 9 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector, dried, and then pressed by a pressing machine so that the density of the negative electrode active material layer was 1.45 g / cm 3. A negative electrode active material layer having a thickness of 49 μm was formed as a negative electrode.
<多孔質絶縁層の形成>
アタクティックポリプロピレン(重量平均分子量=18万)の3重量%キシレン溶液に、超高分子量ポリエチレン(三井化学社製「ミペロンXM220」、粘度平均分子量(ASTM D4020)=200万、融点=136℃、平均粒径=30μm、MFR<0.01)を固形分濃度(超高分子量ポリエチレン濃度)23重量%で分散させたスラリーを調製した。200μmアプリケータを使用して、上記で作製した負極の負極活物質層上にこのスラリーを塗布した後、80℃の熱風オーブンで1時間乾燥して塗膜のキシレンを除去した。負極上の塗膜の厚みは64μmであった。テスターで銅箔と塗膜の抵抗を測定したところ1MΩ以上であり、絶縁層が形成されていた。
<Formation of porous insulating layer>
In a 3 wt% xylene solution of atactic polypropylene (weight average molecular weight = 180,000), ultra high molecular weight polyethylene ("Mipelon XM220" manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), viscosity average molecular weight (ASTM D4020) = 2 million, melting point = 136 ° C, average A slurry was prepared in which particle size = 30 μm, MFR <0.01) was dispersed at a solid content concentration (ultra high molecular weight polyethylene concentration) of 23% by weight. This slurry was applied onto the negative electrode active material layer of the negative electrode produced above using a 200 μm applicator, and then dried in a hot air oven at 80 ° C. for 1 hour to remove xylene from the coating film. The thickness of the coating film on the negative electrode was 64 μm. When the resistance of the copper foil and the coating film was measured with a tester, it was 1 MΩ or more, and an insulating layer was formed.
<抵抗測定>
正極と、多孔質絶縁層を形成した負極とをそれぞれ直径10mmの円形、及び2cm×2cmの正方形の大きさに切り出し、正極の正極活物質層と負極の多孔質絶縁層とを対向させて重ね合わせ、非水系電解液を含浸させた。このようにして両極を積層して組み立てたサンプルをインピーダンス測定セルにセットしてミリオームメータ(アジレント・テクノロジー社製4338B)を用いて2KHzの条件下で交流インピーダンスを測定し、その実部Z’を多孔質絶縁層の電気抵抗とした。
1分当たり5℃の速度で昇温を行い、室温(30℃)及び250℃での多孔質絶縁層の抵抗を測定した。結果を表1に示す。なお、電気抵抗の測定面積は正極の面積0.785cm2とした。
<Resistance measurement>
The positive electrode and the negative electrode on which the porous insulating layer is formed are cut into a circular shape having a diameter of 10 mm and a square of 2 cm × 2 cm, respectively, and the positive electrode active material layer of the positive electrode and the porous insulating layer of the negative electrode are opposed to each other. Combined and impregnated with non-aqueous electrolyte. The sample assembled by laminating both electrodes in this way is set in an impedance measurement cell, and the AC impedance is measured under a condition of 2 KHz using a milliohm meter (Agilent Technology 4338B), and its real part Z ′ is made porous. The electrical resistance of the quality insulating layer was used.
The temperature was raised at a rate of 5 ° C. per minute, and the resistance of the porous insulating layer at room temperature (30 ° C.) and 250 ° C. was measured. The results are shown in Table 1. In addition, the measurement area of electric resistance was made into the positive electrode area 0.785 cm < 2 >.
〔実施例2〕
実施例1で用いたアタクティックポリプロピレンの3重量%キシレン溶液に、超高分子量ポリエチレン(三井化学社製「ハイゼックスミリオン030S」、重量平均分子量=30万、融点=136℃、平均粒径=120μm、MFR=0.01)を固形分濃度(超高分子量ポリエチレン濃度)40重量%で分散させたスラリーを調製した。200μmアプリケータを使用して、上記で作製した負極の負極活物質層上にこのスラリーを塗布した後、80℃の熱風オーブンで1時間乾燥して塗膜のキシレンを除去した。負極上の塗膜の厚みは320μmであった。テスターで銅箔と塗膜の抵抗を測定したところ1MΩ以上であり、絶縁層が形成されていた。
この多孔質絶縁層形成負極を用いて、実施例1と同様に電気抵抗の測定を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
To a 3% by weight xylene solution of atactic polypropylene used in Example 1, ultrahigh molecular weight polyethylene (“Hi-Zex Million 030S” manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., weight average molecular weight = 300,000, melting point = 136 ° C., average particle size = 120 μm, A slurry in which MFR = 0.01) was dispersed at a solid content concentration (ultra high molecular weight polyethylene concentration) of 40% by weight was prepared. This slurry was applied onto the negative electrode active material layer of the negative electrode produced above using a 200 μm applicator, and then dried in a hot air oven at 80 ° C. for 1 hour to remove xylene from the coating film. The thickness of the coating film on the negative electrode was 320 μm. When the resistance of the copper foil and the coating film was measured with a tester, it was 1 MΩ or more, and an insulating layer was formed.
Using this porous insulating layer-formed negative electrode, the electrical resistance was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
〔実施例3〕
実施例1で用いたアタクティックポリプロピレンの3重量%キシレン溶液に、高密度ポリエチレン(プライムポリマー社製「ハイゼックス7000FP」、重量平均分子量=20万、融点=131℃、平均粒径=50μm、MFR=0.04)を固形分濃度(高密度ポリエチレン濃度)40重量%で分散させたスラリーを調製した。200μmアプリケータを使用して、上記で作製した負極の負極活物質層上にこのスラリーを塗布した後、80℃の熱風オーブンで1時間乾燥して塗膜のキシレンを除去した。負極上の塗膜の厚みは115μmであった。テスターで銅箔と塗膜の抵抗を測定したところ1MΩ以上であり、絶縁層が形成されていた。
この多孔質絶縁層形成負極を用いて、実施例1と同様に電気抵抗の測定を行った。結果を表1に示す。
Example 3
In a 3% by weight xylene solution of atactic polypropylene used in Example 1, high density polyethylene (“Hi-Zex 7000FP” manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., weight average molecular weight = 200,000, melting point = 131 ° C., average particle size = 50 μm, MFR = 0.04) was dispersed at a solid content concentration (high density polyethylene concentration) of 40% by weight to prepare a slurry. This slurry was applied onto the negative electrode active material layer of the negative electrode produced above using a 200 μm applicator, and then dried in a hot air oven at 80 ° C. for 1 hour to remove xylene from the coating film. The thickness of the coating film on the negative electrode was 115 μm. When the resistance of the copper foil and the coating film was measured with a tester, it was 1 MΩ or more, and an insulating layer was formed.
Using this porous insulating layer-formed negative electrode, the electrical resistance was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
〔比較例1〕
実施例1で用いたアタクティックポリプロピレンの3重量%キシレン溶液に、低密度ポリエチレン(セイシン企業社製「SK−PE−20L」、重量平均分子量=18万、融点=103℃、平均粒径=20μm、MFR=24)を固形分濃度(低密度ポリエチレン濃度)23重量%で分散させたスラリーを調製した。200μmアプリケータを使用して、上記で作製した負極の負極活物質層上にこのスラリーを塗布した後、80℃の熱風オーブンで1時間乾燥して塗膜のキシレンを除去した。負極上の塗膜の厚みは72μmであった。テスターで銅箔と塗膜の抵抗を測定したところ1MΩ以上であり、絶縁層が形成されていた。
この多孔質絶縁層形成負極を用いて、実施例1と同様に電気抵抗の測定を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
To a 3% by weight xylene solution of atactic polypropylene used in Example 1, low density polyethylene (“SK-PE-20L” manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., weight average molecular weight = 180,000, melting point = 103 ° C., average particle size = 20 μm) , MFR = 24) was dispersed at a solid content concentration (low density polyethylene concentration) of 23% by weight. This slurry was applied onto the negative electrode active material layer of the negative electrode produced above using a 200 μm applicator, and then dried in a hot air oven at 80 ° C. for 1 hour to remove xylene from the coating film. The thickness of the coating film on the negative electrode was 72 μm. When the resistance of the copper foil and the coating film was measured with a tester, it was 1 MΩ or more, and an insulating layer was formed.
Using this porous insulating layer-formed negative electrode, the electrical resistance was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
〔比較例2〕
実施例1で用いたアタクティックポリプロピレンの3重量%キシレン溶液に、高密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製「HY430P」、重量平均分子量=18万、融点=135℃、平均粒径=200μm、MFR=0.8)を固形分濃度(高密度ポリエチレン濃度)23重量%で分散させたスラリーを調製した。200μmアプリケータを使用して、上記で作製した負極の負極活物質層上にこのスラリーを塗布した後、80℃の熱風オーブンで1時間乾燥して塗膜のキシレンを除去した。負極上の塗膜の厚みは415μmであった。テスターで銅箔と塗膜の抵抗を測定したところ1MΩ以上であり、絶縁層が形成されていた。
この多孔質絶縁層形成負極を用いて、実施例1と同様に電気抵抗の測定を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
To a 3% by weight xylene solution of atactic polypropylene used in Example 1, high density polyethylene (“HY430P” manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd., weight average molecular weight = 180,000, melting point = 135 ° C., average particle size = 200 μm, MFR = 0 .8) was dispersed at a solid content concentration (high density polyethylene concentration) of 23% by weight. This slurry was applied onto the negative electrode active material layer of the negative electrode produced above using a 200 μm applicator, and then dried in a hot air oven at 80 ° C. for 1 hour to remove xylene from the coating film. The thickness of the coating film on the negative electrode was 415 μm. When the resistance of the copper foil and the coating film was measured with a tester, it was 1 MΩ or more, and an insulating layer was formed.
Using this porous insulating layer-formed negative electrode, the electrical resistance was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
〔比較例3〕
延伸によって作成された市販の電池セパレータ(セルガード社製「Celgard2325」)を2cm×2cmの大きさに切り出して用いた。
正極と負極とをそれぞれ直径10mmの円形及び2cm×2cmの正方形の大きさに切り出して、互いの活物質層を対向させた状態で両極間に上記市販のセパレータを挟んで重ね合わせ、電解液を含浸させた。このようにして組み立てたサンプルを用い、実施例1と同様にして電気抵抗の測定を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
A commercially available battery separator ("Celgard 2325" manufactured by Celgard) produced by stretching was cut into a size of 2 cm x 2 cm and used.
The positive electrode and the negative electrode are cut into a circular shape with a diameter of 10 mm and a square with a size of 2 cm × 2 cm, and with the active material layers facing each other, the above-mentioned commercially available separator is sandwiched between the two electrodes, and the electrolytic solution is added. Impregnated. Using the sample assembled in this manner, the electrical resistance was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
なお、表1には、各例における30℃での電気抵抗の測定値に対する250℃での電気抵抗の測定値の比(250℃/30℃)を、高温短絡防止性として示した。 In Table 1, the ratio of the measured value of electrical resistance at 250 ° C. to the measured value of electrical resistance at 30 ° C. in each example (250 ° C./30° C.) is shown as the high-temperature short-circuit prevention property.
表1より次のことが分かる。
分子量20万以上のポリエチレンを用いて多孔質絶縁層を形成した実施例1〜3では、用いたポリエチレンの融点を100℃以上超える高温においても十分な絶縁性を保っている。これは前述のように、このような高分子量のポリエチレンは分子量が大きいことから粘性が高く、溶融しても流動性が低いため、多孔質の活物質層内に吸い込まれることなく、電極の活物質層表面上に溶融被膜状態で留まるためであり、この結果、高温における短絡の発生を良好に防止しうる。
Table 1 shows the following.
In Examples 1 to 3 in which the porous insulating layer is formed using polyethylene having a molecular weight of 200,000 or more, sufficient insulation is maintained even at a high temperature exceeding the melting point of the used polyethylene by 100 ° C. or more. As described above, this high molecular weight polyethylene has a high molecular weight and thus has a high viscosity and low fluidity even when melted. Therefore, it is not sucked into the porous active material layer, so This is because the film stays on the surface of the material layer in a molten film state, and as a result, occurrence of a short circuit at a high temperature can be well prevented.
これに対して分子量20万未満のポリエチレンを用いて多孔質絶縁層を形成した比較例1〜2では、多孔質絶縁層の高温における抵抗は実施例1〜3に比較して1桁以上小さく、絶縁性が大きく低下している。これは、用いたポリエチレンの分子量が低く、溶融したときの流動性が高いため、電極の多孔質活物質層、特に間隙の大きな負極活物質層中に樹脂が吸い込まれた結果、部分的に被膜が消失して微短絡を起こしていることによるものと推定される。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the porous insulating layer was formed using polyethylene having a molecular weight of less than 200,000, the resistance at a high temperature of the porous insulating layer was smaller by one digit or more than in Examples 1 to 3, Insulation is greatly reduced. This is because the polyethylene used has a low molecular weight and has a high fluidity when melted. As a result, the resin is sucked into the porous active material layer of the electrode, particularly the negative electrode active material layer having a large gap. Is presumed to be due to the occurrence of a slight short circuit.
また、延伸によって作成された市販のセパレータは、比較例3に示すように比較例1〜2よりもさらに高温での抵抗が小さくなっているが、これは前述のように、熱収縮によるメルトダウンが進行しつつあることによるものと考えられる。 In addition, as shown in Comparative Example 3, the commercially available separator produced by stretching has a lower resistance at a higher temperature than Comparative Examples 1 and 2, but as described above, this is a meltdown due to heat shrinkage. This is thought to be due to the ongoing progress.
なお、実施例1〜3で形成した多孔質絶縁層を、電子顕微鏡により調べたところ、いずれの多孔質絶縁層も、樹脂粒子の集合体として形成されていた。また、前述の方法で調べた多孔質層の空隙率は何れも約70%であることが確認された。 In addition, when the porous insulating layer formed in Examples 1-3 was investigated with the electron microscope, all the porous insulating layers were formed as the aggregate | assembly of the resin particle. Moreover, it was confirmed that the porosity of the porous layer investigated by the above-mentioned method is about 70%.
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