JP2010194726A - Porous composite film, method for producing the film, separator for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the separator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous composite film which can be used as a separator for a battery, which is high in reliability and can suppress a thermal runaway in the battery while maintaining discharge characteristics, the battery separator using the composite film, and a nonaqueous electrolyte secondary battery. <P>SOLUTION: The porous composite film includes a porous polyolefin film and a porous layer containing inorganic particles which are laminated on the polyolefin film. The porous layer is formed by the process in which a mixed solution (A) prepared by dissolving a polymeric material in the dispersion of the inorganic particles or a mixed solution (B) prepared by mixing the dispersion of the inorganic particles and a solution containing the polymeric material is fiberized by an electric field spinning method, and a porous film containing the inorganic particles which is formed by the obtained fibers is arranged on the porous polyolefin film. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリオレフィン系多孔質フィルムに多孔質層が積層された複合多孔質フィルムとその製造方法、並びに、前記複合多孔質フィルムを用いた電池用セパレータとそれを用いた非水系電解液二次電池とに関する。   The present invention relates to a composite porous film in which a porous layer is laminated on a polyolefin-based porous film, a manufacturing method thereof, a battery separator using the composite porous film, and a non-aqueous electrolyte secondary solution using the same. Related to batteries.

携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯電子機器の軽量化および小型化に伴い、高エネルギー密度を有する非水系電解液二次電池である、リチウムイオン二次電池がその主電源として広く用いられている。   Lithium ion secondary batteries, which are non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density, are widely used as the main power source with the reduction in weight and size of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers. Yes.

リチウムイオン二次電池は、通常、主として、コバルト酸リチウムに代表されるリチウム化合物等の正極活物質を含有する活物質層を金属集電体上に形成させた正極と、黒鉛等に代表されるリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料等の負極活性物質を含有する活物質層を金属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通常プロトン性非水系溶媒に溶解させた非水系電解液と、高分子多孔質膜からなるセパレータと、から形成されている。 Lithium ion secondary batteries are typically represented by 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 metal current collector, and graphite. A negative electrode in which an active material layer containing a negative electrode active material such as a carbon material capable of occluding and releasing lithium is formed on a metal current collector, and an electrolyte such as a lithium salt such as LiPF 6 is usually used as a protic non-aqueous solvent. And a separator made of a porous polymer membrane.

リチウムイオン二次電池は高いエネルギー密度を有するため、短絡や強制的な充放電等の異常使用に対して、一度に電流が流れて大きな発熱を生じ、最悪の場合、発火する危険性がある。これは、異常使用等によってリチウムイオン二次電池の温度が増加すると、室温付近では抑制されていたリチウムと他の電池構成物質との反応が起こり、その反応によって更に電池温度が上昇するという熱暴走状態によって起こると理解されている。   Since the lithium ion secondary battery has a high energy density, a current flows at a time to generate a large amount of heat for abnormal use such as a short circuit or forced charge / discharge, and in the worst case, there is a risk of ignition. This is because when the temperature of a lithium ion secondary battery increases due to abnormal use, etc., a reaction between lithium and other battery constituents that has been suppressed near room temperature occurs, and the battery temperature further increases due to the reaction. It is understood that it occurs by state.

セパレータが寄与できる安全対策として、シャットダウン(SD)特性とメルトダウン特性とが注目されている。ここで、シャットダウン特性とは、異常電流(大電流)が流れて電池が発熱した場合に、セパレータの空孔が閉塞して、電池内での電流の流れを遮断する特性のことである。メルトダウン特性とは、シャットダウン特性が発現する温度よりもさらに温度が上昇した場合に、セパレータに大きな穴が開いてしまう特性のことである。したがって、より高い安全性を維持するためには、シャットダウン温度(シャットダウン特性が発現する温度)を低くし、さらに、メルトダウン温度(メルトダウン特性が発現する温度)を高くして高温時でのフィルム形状劣化を抑制・防止する(高温時におけるフィルム形状維持特性を向上させる)ことによって、絶縁性を維持することが有効である。   As safety measures that can be contributed by a separator, attention is paid to a shutdown (SD) characteristic and a meltdown characteristic. Here, the shutdown characteristic is a characteristic in which, when an abnormal current (large current) flows and the battery generates heat, the pores of the separator are blocked and the current flow in the battery is cut off. The meltdown characteristic is a characteristic that a large hole opens in the separator when the temperature rises further than the temperature at which the shutdown characteristic appears. Therefore, in order to maintain higher safety, the film at a high temperature is lowered by lowering the shutdown temperature (temperature at which the shutdown characteristics are exhibited) and further increasing the meltdown temperature (temperature at which the meltdown characteristics are exhibited). It is effective to maintain insulation by suppressing and preventing shape deterioration (improving film shape maintenance characteristics at high temperatures).

しかしながら、シャットダウン特性とメルトダウン特性(高温時の形状維持特性)とはトレードオフの関係にあり、これらの特性を高レベルで両立させることは、単一材料系のフィルムでは非常に困難であった。したがって、両特性をバランス良く達成するためには、適切な材料を組み合わせて、目的とする機能をそれぞれの材料に分担させることが有効である。   However, there is a trade-off between shutdown characteristics and meltdown characteristics (shape retention characteristics at high temperatures), and it has been very difficult to achieve a high level of both of these characteristics with a single-material film. . Therefore, in order to achieve both characteristics in a well-balanced manner, it is effective to combine appropriate materials and share the intended function among the respective materials.

そのようなセパレータの例としては、シャットダウン機能を担うポリオレフィン層と、高温時の形状維機能を担う耐熱性樹脂層からなる多層セパレータに関する技術が提案されている。例えば、高温時の形状維持性を担う層の材料として芳香族ポリアミド(特許文献1)やポリイミド(特許文献2、3)を用いた、多層セパレータに関する技術が提案されている。しかし、これらにはいずれも、耐熱性樹脂層が充放電に伴って電気化学的に酸化される場合があるという問題がある。   As an example of such a separator, a technique relating to a multilayer separator composed of a polyolefin layer having a shutdown function and a heat-resistant resin layer having a shape maintaining function at a high temperature has been proposed. For example, a technique related to a multilayer separator using aromatic polyamide (Patent Document 1) or polyimide (Patent Documents 2 and 3) as a material of a layer responsible for shape maintenance at high temperatures has been proposed. However, both of these have the problem that the heat-resistant resin layer may be electrochemically oxidized with charge and discharge.

一方、例えば耐熱性を向上させて、電池内部での熱暴走を抑制する等の目的で、シャットダウン機能を担うポリオレフィン層表面に、無機粒子を含む多孔質層を形成する技術が数多く提案されている。例えば、無機粒子を含む多孔質層を形成する方法としては以下のような事例が挙げられる。   On the other hand, many techniques have been proposed for forming a porous layer containing inorganic particles on the surface of a polyolefin layer responsible for a shutdown function, for example, for the purpose of improving heat resistance and suppressing thermal runaway inside the battery. . For example, examples of the method for forming a porous layer containing inorganic particles include the following.

(1)セラミック物質を含むバインダーを3次元架橋させる方法(特許文献4)
(2)セラミック粉末を分散させた耐熱性含窒素芳香族重合体溶液を、ポリオレフィン系セパレータ表面に塗布し乾燥させる方法(特許文献5)
(3)無機粒子をポリオレフィン系材料に配合し、混練、押し出し、延伸あるいは抽出工程を経て製造する方法(特許文献6)
(1) A method of three-dimensionally crosslinking a binder containing a ceramic material (Patent Document 4)
(2) A method in which a heat-resistant nitrogen-containing aromatic polymer solution in which ceramic powder is dispersed is applied to the surface of a polyolefin separator and dried (Patent Document 5).
(3) A method in which inorganic particles are blended with a polyolefin-based material and manufactured through kneading, extrusion, stretching or extraction processes (Patent Document 6)

しかし、これらの技術においては、多孔質層が直接セパレータ表面に形成され、当該セパレータに強固に接着しているため、セパレータが収縮すると、これに伴って多孔質層も収縮するという欠点を有する。   However, in these techniques, the porous layer is directly formed on the separator surface and is firmly adhered to the separator. Therefore, when the separator contracts, the porous layer also contracts accordingly.

また、非水系電解液に溶解する材料からなる薄膜をポリオレフィン系セパレータ表面に形成し、その薄膜表面に無機酸化物フィラーと結着材と溶剤とを塗布して乾燥させて、多孔質層を形成する方法(特許文献7)が提案されている。この技術では、電池組立工程の注液後に薄膜が非水系電解液と接触することによって、多孔質層とセパレータとを分離させることができる。そのため、多孔質層がセパレータの収縮に伴って収縮することを防ぐことができる。しかし、この技術では、イオン伝導の役割を担う非水電解液保持性を制御するための孔構造、たとえば孔サイズや空孔率と、無機粒子の分散性とを自在に制御して、良好な放電特性を維持することが困難であるという欠点を有していた。   Also, a thin film made of a material that dissolves in the non-aqueous electrolyte is formed on the surface of the polyolefin separator, and an inorganic oxide filler, a binder and a solvent are applied to the thin film surface and dried to form a porous layer. A method (Patent Document 7) has been proposed. In this technique, the porous layer and the separator can be separated by bringing the thin film into contact with the non-aqueous electrolyte after injecting the battery in the battery assembly process. Therefore, it can prevent that a porous layer shrinks with the shrinkage | contraction of a separator. However, with this technology, the pore structure for controlling the non-aqueous electrolyte retention function that plays the role of ionic conduction, for example, the pore size and porosity, and the dispersibility of the inorganic particles can be freely controlled to achieve a good It has the disadvantage that it is difficult to maintain the discharge characteristics.

特開平10−6453号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-6453 特開平10−302749号公報JP-A-10-302749 特開平11−144697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-144697 特開2006−310302号公報JP 2006-310302 A 特開2000−30686号公報JP 2000-30686 A 特開2002−25531号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-25531 特開2005−235508号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-235508

本発明は、放電特性を維持しつつ、異物混入などによる内部短絡や誤用による異常発熱が生じた際に電池内部での熱暴走を抑制できる、信頼性の高い電池用セパレータとしての使用が可能な複合多孔質フィルムを提供することを目的とする。具体的には、内部短絡や異常発熱によってポリオレフィン系多孔質フィルムが収縮した場合でも、該ポリオレフィン系多孔質フィルムと共に熱収縮することなく、電極とセパレータとの間に単独で存在することができ、電池内部での熱暴走を阻止することができる多孔質層を備えた、複合多孔質フィルムを提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような複合多孔質フィルムを用いた電池用セパレータおよび非水系電解液二次電池を提供することも目的とする。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a highly reliable battery separator that can suppress thermal runaway inside a battery when an internal short circuit due to contamination of foreign matters or abnormal heat generation due to misuse occurs while maintaining discharge characteristics. An object is to provide a composite porous film. Specifically, even when the polyolefin porous film contracts due to internal short circuit or abnormal heat generation, it can exist alone between the electrode and the separator without thermal contraction with the polyolefin porous film, An object of the present invention is to provide a composite porous film provided with a porous layer capable of preventing thermal runaway inside the battery. Furthermore, another object of the present invention is to provide a battery separator and a non-aqueous electrolyte secondary battery using such a composite porous film.

本発明者は、上述の課題、問題点を考慮し、鋭意検討した結果、下記に記載の解決手段を用いて本発明に到達したものである。   As a result of intensive investigations in consideration of the above-described problems and problems, the present inventor has reached the present invention using the solution means described below.

本発明の複合多孔質フィルムは、ポリオレフィン系多孔質フィルムと、前記ポリオレフィン系多孔質フィルムに積層された、無機粒子を含む多孔質層と、を含む複合多孔質フィルムであって、前記多孔質層は、前記無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、前記無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)を電界紡糸法によって繊維化し、得られた繊維によって形成された無機粒子含有多孔膜を前記ポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置することによって形成されている。   The composite porous film of the present invention is a composite porous film comprising a polyolefin-based porous film and a porous layer containing inorganic particles laminated on the polyolefin-based porous film, wherein the porous layer Is a mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in the dispersion of inorganic particles, or a mixed solution (B) prepared by mixing the dispersion of inorganic particles and a solution containing a polymer material. ) By an electrospinning method, and an inorganic particle-containing porous film formed by the obtained fiber is disposed on the polyolefin-based porous film.

また、本発明は、上記本発明の複合多孔質フィルムを用いた電池用セパレータを提供する。   The present invention also provides a battery separator using the composite porous film of the present invention.

さらに、本発明は、非水系電解液二次電池も提供する。本発明の非水系電解液二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水系溶媒および電解質を含む非水系電解液と、を備えた非水系電解液二次電池であって、前記セパレータが上記本発明の電池用セパレータである。   Furthermore, the present invention also provides a non-aqueous electrolyte secondary battery. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution including a non-aqueous solvent and an electrolyte. An aqueous electrolyte secondary battery, wherein the separator is the battery separator of the present invention.

本発明は、ポリオレフィン系多孔質フィルムと、前記ポリオレフィン系多孔質フィルムに積層された、無機粒子を含む多孔質層と、を含む複合多孔質フィルムの製造方法であって、
(I)前記無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、前記無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)、を準備する工程と、
(II)前記混合溶液(A)又は前記混合溶液(B)を電界紡糸法によって繊維化し、得られた繊維によって無機粒子含有多孔膜を作製する工程と、
(III)前記無機粒子含有多孔膜を前記ポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置して、前記多孔質層とする工程と、
を含む、複合多孔質フィルムの製造方法も提供する。
The present invention is a method for producing a composite porous film comprising a polyolefin-based porous film and a porous layer containing inorganic particles laminated on the polyolefin-based porous film,
(I) A mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in a dispersion of the inorganic particles, or a mixed solution prepared by mixing the dispersion of inorganic particles and a solution containing a polymer material ( B), and a step of preparing
(II) fiberizing the mixed solution (A) or the mixed solution (B) by an electrospinning method, and producing an inorganic particle-containing porous membrane with the obtained fiber;
(III) disposing the inorganic particle-containing porous film on the polyolefin-based porous film to form the porous layer;
A method for producing a composite porous film is also provided.

本発明の複合多孔質フィルムは、ポリオレフィン系多孔質フィルムに、無機粒子を含有する多孔質層が積層された構成を有する。この無機粒子を含有する多孔質層は、電界紡糸法で作製された繊維によって形成されている。電界紡糸法によれば、繊維径をナノサイズまで極細にすることが可能である。したがって、本発明の複合多孔質フィルムの多孔質層は、内部に無機粒子が効率良く充填された極細繊維によって形成することができる。これにより、本発明の複合多孔質フィルムは、イオン伝導の役割を担う非水電解液保持性を制御するための多孔質層の孔構造の制御と、耐熱性を担う無機粒子密度の制御とを両立できるので、放電特性を維持しつつ、耐熱性に優れた電池用セパレータとして使用できる。さらに、極細繊維表面に無機粒子が均一に分布することから、高温での繊維間結着力は強固となり、高温に曝された場合でも多孔質層の亀裂が生じにくいという効果も得られる。   The composite porous film of the present invention has a configuration in which a porous layer containing inorganic particles is laminated on a polyolefin-based porous film. This porous layer containing inorganic particles is formed of fibers produced by electrospinning. According to the electrospinning method, the fiber diameter can be made extremely fine to nano size. Therefore, the porous layer of the composite porous film of the present invention can be formed by ultrafine fibers in which inorganic particles are efficiently filled. As a result, the composite porous film of the present invention has the control of the pore structure of the porous layer for controlling the non-aqueous electrolyte retention function that plays the role of ionic conduction, and the control of the inorganic particle density that is responsible for the heat resistance. Since both can be achieved, it can be used as a battery separator having excellent heat resistance while maintaining discharge characteristics. Furthermore, since the inorganic particles are uniformly distributed on the surface of the ultrafine fibers, the binding force between the fibers at a high temperature becomes strong, and an effect that the porous layer is hardly cracked even when exposed to a high temperature is obtained.

また、本発明の複合多孔質フィルムでは、電界紡糸法によって得られた繊維によって形成された無機粒子含有多孔膜が、ポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置されて、多孔質層となっている。したがって、それぞれの層(ポリオレフィン系多孔質フィルムと多孔質層)が互いに強固に接合されていない。そのため、多孔質層は、内部短絡や異常発熱によるポリオレフィン系多孔質フィルムの熱収縮に影響されず単独で存在することができる。これにより、本発明の複合多孔質フィルムによれば、正負極間の接触を防止して熱暴走を抑止することができ、安全性に優れた非水系電解液二次電池を提供できる。   Moreover, in the composite porous film of this invention, the inorganic particle containing porous film formed of the fiber obtained by the electrospinning method is arrange | positioned on the polyolefin-type porous film, and becomes a porous layer. Therefore, the respective layers (polyolefin-based porous film and porous layer) are not firmly bonded to each other. Therefore, the porous layer can exist independently without being affected by the thermal contraction of the polyolefin-based porous film due to internal short circuit or abnormal heat generation. Thereby, according to the composite porous film of this invention, the contact between positive and negative electrodes can be prevented, thermal runaway can be suppressed, and the nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in safety can be provided.

上記本発明の複合多孔質フィルムを用いた本発明の電池用セパレータは、優れた放電特性を維持しつつ、優れた耐熱性と高温時での形状維持特性を備えているので、放電特性および安全性に優れた非水系電解液二次電池を提供できる。   The battery separator of the present invention using the composite porous film of the present invention has excellent heat resistance and shape maintaining characteristics at high temperatures while maintaining excellent discharge characteristics. A non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in performance can be provided.

また、本発明の非水系電解液二次電池は、上記のような機能を有する電池用セパレータを備えているので、放電特性および安全性に優れている。   Moreover, since the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the battery separator having the above functions, it has excellent discharge characteristics and safety.

本発明の非水系電解液二次電池の一構成例を示す一部断面図である。It is a partial cross section figure which shows the example of 1 structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this invention. 実施例2および実施例4で作製した無機粒子含有多孔膜の表面の電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph of the surface of an inorganic particle-containing porous film produced in Example 2 and Example 4. FIG.

本発明の複合多孔質フィルムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の記載は本発明を限定するものではない。   Embodiments of the composite porous film of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description does not limit the present invention.

本発明の複合多孔質フィルムは、ポリオレフィン系多孔質フィルムと、前記ポリオレフィン系多孔質フィルムに積層された、無機粒子を含む多孔質層と、を含む複合多孔質フィルムである。   The composite porous film of the present invention is a composite porous film including a polyolefin-based porous film and a porous layer containing inorganic particles laminated on the polyolefin-based porous film.

まず、本実施の形態の複合多孔質フィルムに用いられるポリオレフィン系多孔質フィルムについて説明する。なお、本明細書において、ポリオレフィン系多孔質フィルムとは、ポリオレフィンを主成分とする材料(ポリオレフィン含有量90wt%以上)を用いて形成された多孔質フィルムのことである。   First, the polyolefin porous film used for the composite porous film of this Embodiment is demonstrated. In the present specification, the polyolefin-based porous film is a porous film formed using a material containing polyolefin as a main component (polyolefin content of 90 wt% or more).

本実施の形態の複合多孔質フィルムに用いられるポリオレフィン系多孔質フィルムの材料として、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリエチレン(低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンおよび高分子量ポリエチレンを含む)およびポリブチレン等のポリオレフィンを、それぞれ単独で用いてもよいし、これらの樹脂の混合物を用いてもよい。耐溶剤性や耐酸化還元性を考慮すれば、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィンからなる多孔質フィルムが好適である。中でも、加熱されたときに樹脂が溶融して熱変形することによって空孔が閉塞される性質を有し、その結果、電池に所謂シャットダウン機能を付与できるという理由から、ポリオレフィン系多孔質フィルムとしてはポリエチレン多孔質フィルムが特に好適に用いられる。   Polypropylene, polymethylpentene, polyethylene (including low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, high-density polyethylene, and high-molecular-weight polyethylene) are used as materials for the polyolefin-based porous film used in the composite porous film of the present embodiment. And polyolefins such as polybutylene may be used alone, or a mixture of these resins may be used. In view of solvent resistance and oxidation-reduction resistance, a porous film made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene is preferable. Among them, as a polyolefin-based porous film, the resin melts and heat-deforms when heated, so that the pores are blocked, and as a result, a so-called shutdown function can be imparted to the battery. A polyethylene porous film is particularly preferably used.

本実施の形態におけるポリオレフィン系多孔質フィルムの製造方法は、特に限定されない。乾燥延伸法等の乾式法や、相分離法および溶媒抽出法等の湿式法、樹脂材料からなる不織布を圧延する方法等を用いて、ポリオレフィン系多孔質フィルムを作製できる。このようなポリオレフィン系多孔質フィルムは、例えば旭化成株式会社、東燃化学株式会社、セルガード株式会社、宇部興産株式会社等から市販されており、入手可能である。   The manufacturing method of the polyolefin-type porous film in this Embodiment is not specifically limited. A polyolefin-based porous film can be produced by using a dry method such as a dry stretching method, a wet method such as a phase separation method and a solvent extraction method, a method of rolling a nonwoven fabric made of a resin material, or the like. Such polyolefin-based porous films are commercially available from, for example, Asahi Kasei Corporation, Tonen Chemical Corporation, Celgard Corporation, Ube Industries, Ltd., and the like.

本実施の形態の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いる場合、ポリオレフィン系多孔質膜の孔径は、最大孔径が0.01〜5μmの範囲内であることが好ましく、0.01〜0.5μmの範囲内であることがより好ましい。最大孔径が0.01μm未満では、電解液の拡散が不十分となる傾向がみられ、電池の内部抵抗が高くなるおそれがある。また、最大孔径が5μmを超えると、例えばリチウムイオン二次電池のセパレータとして用いた場合に、リチウムデンドライド(電池反応時に発生成長するリチウムの針状結晶)の発生を抑制することが困難となり、短絡が生じるおそれがある。   When the composite porous film of the present embodiment is used as a battery separator, the pore size of the polyolefin-based porous membrane is preferably within the range of 0.01 to 5 μm, and preferably 0.01 to 0.5 μm. It is more preferable to be within the range. When the maximum pore diameter is less than 0.01 μm, the electrolyte solution tends to be insufficiently diffused, and the internal resistance of the battery may be increased. Further, when the maximum pore diameter exceeds 5 μm, for example, when used as a separator of a lithium ion secondary battery, it becomes difficult to suppress the generation of lithium dendriide (lithium needle crystals generated and generated during battery reaction) Short circuit may occur.

また、本実施の形態の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いる場合、ポリオレフィン系多孔質フィルムの空孔率は、10〜95vol%の範囲が好ましく、20〜65vol%の範囲がより好ましく、40〜60vol%の範囲がさらに好ましい。ポリオレフィン系多孔質フィルムの空孔率が低すぎると、複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いた場合に、イオン伝導率経路が少なくなり、十分な電池特性を得ることができない場合がある。一方、ポリオレフィン系多孔質フィルムの空孔率が高すぎると、複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いた場合に、強度が不十分となる場合がある。強度が不十分である場合、所要の強度を得るためにポリオレフィン系多孔質フィルムの厚みを大きくしなければならなくなり、電池の内部抵抗が高くなってしまう場合がある。   When the composite porous film of the present embodiment is used as a battery separator, the porosity of the polyolefin-based porous film is preferably in the range of 10 to 95 vol%, more preferably in the range of 20 to 65 vol%, The range of ˜60 vol% is more preferable. If the porosity of the polyolefin-based porous film is too low, when the composite porous film is used as a battery separator, there are cases where the ion conductivity path is reduced and sufficient battery characteristics cannot be obtained. On the other hand, if the porosity of the polyolefin-based porous film is too high, the strength may be insufficient when the composite porous film is used as a battery separator. If the strength is insufficient, the thickness of the polyolefin-based porous film must be increased in order to obtain the required strength, which may increase the internal resistance of the battery.

本実施の形態の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いる場合、好ましくは通気度が1500秒/100cc以下、より好ましくは通気度が1000秒/100cc以下のポリオレフィン系多孔質フィルムが用いられる。ポリオレフィン系多孔質フィルムの通気度が高すぎると、複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いた場合に、イオン伝導性が低くなり、十分な電池特性を得ることができない場合がある。   When the composite porous film of the present embodiment is used as a battery separator, a polyolefin-based porous film having an air permeability of preferably 1500 seconds / 100 cc or less, more preferably an air permeability of 1000 seconds / 100 cc or less is used. If the air permeability of the polyolefin-based porous film is too high, when the composite porous film is used as a battery separator, ionic conductivity may be lowered, and sufficient battery characteristics may not be obtained.

ポリオレフィン系多孔質フィルムは、その突刺強度が1N以上であることが望ましい。突刺強度が1Nよりも小さい場合、本実施の形態の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いると、電極間に面圧がかかった際にセパレータが破断して、内部短絡を引き起こすおそれがあるからである。なお、本明細書における突刺強度とは、直径1.0mm、先端の曲率半径0.5mmの針が、2cm/秒の速度でセパレータを突き破るのに必要な力のことである。   The polyolefin porous film preferably has a puncture strength of 1 N or more. When the puncture strength is less than 1N, if the composite porous film of the present embodiment is used as a battery separator, the separator may break when an interfacial pressure is applied between the electrodes, causing an internal short circuit. It is. The puncture strength in this specification is a force necessary for a needle having a diameter of 1.0 mm and a radius of curvature of the tip of 0.5 mm to break through the separator at a speed of 2 cm / second.

次に、ポリオレフィン系多孔質フィルム上に設けられる多孔質層について説明する。   Next, the porous layer provided on the polyolefin-based porous film will be described.

本実施の形態の複合多孔質フィルムに設けられる多孔質層は、無機粒子含有多孔膜からなる。この無機粒子含有多孔膜は、無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)を電界紡糸法によって繊維化し、これによって得られた無機粒子を含む繊維を用いて作製される。なお、混合溶液(A)および混合溶液(B)に含まれる高分子材料は、無機粒子を含む繊維においてマトリックスとなる。また、無機粒子含有多孔膜は、電界紡糸法によって作製された繊維を薄膜状に成形したもの、すなわち前記繊維のみから構成された膜であってもよいし、電界紡糸法によって作製された繊維をテフロン(登録商標)シート等のシート状物で挟み込んで薄膜状としたものであってもよい。   The porous layer provided in the composite porous film of the present embodiment is composed of an inorganic particle-containing porous film. This inorganic particle-containing porous membrane was prepared by mixing a mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in a dispersion of inorganic particles, or a solution containing a dispersion of inorganic particles and a polymer material. The mixed solution (B) is made into a fiber by an electrospinning method, and is produced using a fiber containing inorganic particles obtained thereby. The polymer material contained in the mixed solution (A) and the mixed solution (B) serves as a matrix in the fiber containing inorganic particles. Further, the inorganic particle-containing porous membrane may be a thin film-shaped fiber produced by electrospinning, that is, a membrane composed only of the fiber, or a fiber produced by electrospinning. It may be a thin film sandwiched between sheet-like materials such as a Teflon (registered trademark) sheet.

無機粒子は、電気絶縁性の金属酸化物、非金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群から選ばれる少なくとも何れか1種を主成分とする。無機粒子は、リチウムイオン二次電池等の非水系電解液二次電池の構成材料である非水系電解液に対して、膨潤および溶解しない材料からなることが望ましい。例えば、アルミナ、シリカ、二酸化チタンまたは酸化ジルコニウム等が挙げられ、価格、種類を考慮すると、シリカが好ましく用いられる。なお、本明細書において、無機粒子が金属酸化物、非金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群から選ばれる少なくとも何れか1種を主成分とするとは、無機粒子がこれらの材料を90wt%以上含むことを意味する。   The inorganic particles contain as a main component at least one selected from the group consisting of electrically insulating metal oxides, non-metal oxides, metal nitrides, and metal carbides. The inorganic particles are preferably made of a material that does not swell or dissolve in a non-aqueous electrolyte solution that is a constituent material of a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. For example, alumina, silica, titanium dioxide, zirconium oxide or the like can be mentioned, and silica is preferably used in consideration of price and type. In this specification, the inorganic particles are mainly composed of at least one selected from the group consisting of metal oxides, non-metal oxides, metal nitrides, and metal carbides. It means containing 90 wt% or more.

本発明に用いられる無機粒子の平均一次粒子径は、500nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。一次粒子の平均粒子径が500nmを超えると、高分子材料と混合して繊維化する際、繊維径が太くなり、この繊維から構成される多孔質層の空隙サイズが大きくなり、多孔質層の孔構造が不均質となる場合がある。平均一次粒子径の特に好ましい範囲は、10〜100nmである。なお、本発明において、無機粒子の平均一次粒子径とは、レーザ回折散乱法を用いて測定された粒度分布を用いて求められる算術平均径である。   The average primary particle diameter of the inorganic particles used in the present invention is preferably 500 nm or less, and more preferably 100 nm or less. When the average particle diameter of the primary particles exceeds 500 nm, the fiber diameter increases when mixed with a polymer material to form a fiber, and the pore size of the porous layer composed of this fiber increases. The pore structure may be inhomogeneous. A particularly preferable range of the average primary particle diameter is 10 to 100 nm. In the present invention, the average primary particle diameter of the inorganic particles is an arithmetic average diameter obtained using a particle size distribution measured using a laser diffraction scattering method.

また、無機粒子の含有量は、無機粒子を含有する多孔質層の全体重量の5wt%〜80wt%であることが好ましく、10wt%〜70wt%であることがさらに好ましい。無機粒子の含有量が5wt%より少なくなると、短絡を防止する効果が十分得られない。また、80wt%より多くなると、繊維化する際に無機粒子を十分に結着することが困難となるため膜が脆くなり、ハンドリング性が悪くなることがある。   The content of the inorganic particles is preferably 5 wt% to 80 wt%, more preferably 10 wt% to 70 wt%, based on the total weight of the porous layer containing the inorganic particles. When the content of the inorganic particles is less than 5 wt%, the effect of preventing a short circuit cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if it exceeds 80 wt%, it becomes difficult to bind inorganic particles sufficiently during fiber formation, so that the film becomes brittle and handling properties may be deteriorated.

無機粒子を分散させる溶媒(分散媒)は、特に限定されない。ただし、無機粒子を含有する繊維を作製する際に、無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)を用いる場合は、この高分子材料を溶解する分散媒を選択する必要がある。そのような分散媒を用いる場合、高分子材料を分散媒に直接溶解させることができるため、任意の濃度の溶液を容易に調製できる。また、多孔質層の作製に用いられる高分子材料を溶解しない分散媒を用いる場合は、分散媒と相溶する溶媒に高分子材料を溶解させた溶液を別途作製し、この溶液と分散液とを互いに混合して調製した混合溶液(B)を用いるとよい。   The solvent (dispersion medium) in which the inorganic particles are dispersed is not particularly limited. However, when preparing a fiber containing inorganic particles, when using a mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in a dispersion of inorganic particles, select a dispersion medium that dissolves the polymer material. There is a need to. When such a dispersion medium is used, since the polymer material can be directly dissolved in the dispersion medium, a solution having an arbitrary concentration can be easily prepared. In addition, when using a dispersion medium that does not dissolve the polymer material used for the preparation of the porous layer, separately prepare a solution in which the polymer material is dissolved in a solvent compatible with the dispersion medium. It is preferable to use a mixed solution (B) prepared by mixing each other.

多孔質層の作製に用いられる高分子材料は、電気化学的かつ熱的に安定であれば特に限定されず、例えばポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリル、含フッ素高分子、酢酸セルロースなどのセルロース類などが挙げられる。なお、ここで、電気化学的に安定な高分子材料とは、ある装置に本実施の形態の複合多孔質フィルムを部材として組み込んだ際に、当該装置内の他の部材と間で化学反応等を起こさずに安定して存在し得る高分子材料のことであり、例えば本実施の形態の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして電池に組み込んだ場合に、電解液と反応する等の化学変化を起こさない高分子材料のことである。また、熱的に安定な高分子材料とは、例えば電池用セパレータとして電池に組み込んだ場合に、充放電時の電池の内部温度に対して安定であり、さらに電池の異常昇温時にポリオレフィン系材料が溶融してしまう温度であっても溶融せずにその形状を維持できる材料のことをいう。なお、一般にポリオレフィン系材料は130℃付近で溶融が始まるので、具体的には、溶融温度が130℃以上である高分子材料が用いられる。   The polymer material used for the preparation of the porous layer is not particularly limited as long as it is electrochemically and thermally stable. For example, polyamide, polyamideimide, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyacrylonitrile, Examples thereof include celluloses such as fluorine-containing polymers and cellulose acetate. Here, the electrochemically stable polymer material means a chemical reaction or the like between other members in the device when the composite porous film of the present embodiment is incorporated as a member in a device. For example, when the composite porous film of the present embodiment is incorporated into a battery as a battery separator, a chemical change such as reaction with an electrolytic solution occurs. A polymeric material that does not wake up. In addition, the thermally stable polymer material is stable against the internal temperature of the battery at the time of charging / discharging, for example, when incorporated in a battery as a battery separator, and further, a polyolefin-based material when the battery is abnormally heated It is a material that can maintain its shape without melting even at a temperature at which it melts. In general, since the polyolefin-based material starts to melt at around 130 ° C., specifically, a polymer material having a melting temperature of 130 ° C. or higher is used.

本発明の複合多孔質フィルムを構成する多孔質層は、無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)を電界紡糸法で紡糸化し、得られた繊維によって作製されている。電界紡糸法とは、高分子溶液に高電圧を印加することによって当該溶液を噴霧して、繊維を作製する方法である。得られる繊維の太さは、印加電圧、溶液濃度、噴霧時の溶液の飛散距離に依存する。電界紡糸法を利用してターゲットに連続的に繊維を供給することによって、当該繊維によって形成された、立体的な網目をもつ3次元構造の多孔膜を、ターゲット上に作製することができる。   The porous layer constituting the composite porous film of the present invention is a mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in a dispersion of inorganic particles, or a solution containing a dispersion of inorganic particles and a polymer material. The mixed solution (B) prepared by mixing the two is spun by an electrospinning method, and is produced from the obtained fiber. The electrospinning method is a method for producing fibers by spraying the solution by applying a high voltage to the polymer solution. The thickness of the fiber obtained depends on the applied voltage, the solution concentration, and the scattering distance of the solution during spraying. By supplying fibers continuously to the target using the electrospinning method, a three-dimensional porous film having a three-dimensional network formed by the fibers can be produced on the target.

さらに、無機粒子を含む多孔質層は、繊維が積層された集合体であるため、孔サイズや空孔率は繊維の堆積厚さや繊維径によって制御できる。孔サイズや空孔率は、原則として、厚さ、圧縮率および繊維径によって制御されるが、高空孔率化や薄膜化の点で、繊維径の調製により行うのが有効である。すなわち、孔サイズを小さくする場合は繊維を細くし、逆に大きくする場合は繊維を太くする。   Furthermore, since the porous layer containing inorganic particles is an aggregate in which fibers are laminated, the pore size and porosity can be controlled by the fiber deposition thickness and fiber diameter. As a general rule, the pore size and the porosity are controlled by the thickness, the compression rate and the fiber diameter, but it is effective to adjust the fiber diameter in terms of increasing the porosity and reducing the film thickness. That is, when the pore size is reduced, the fiber is thinned. When the hole size is increased, the fiber is thickened.

電界紡糸法で製造された繊維の繊維径は、前記混合溶液の粘度を制御することで、平均繊維径10μm以下とすることができ、さらにはナノファイバーまで(例えば0.05μm程度まで)極細化が可能である。したがって、極細繊維が堆積されて製造された多孔質層の孔サイズも、必然的に微小化可能である。本実施の形態の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いる場合、イオン伝導を担う非水系電解液保持性や、電池の内部抵抗を考慮すると、多孔質層の孔サイズは1μm以下であることが望ましい。このため、多孔質層を構成する繊維の平均繊維径は、1μm以下とすることが好ましい。   The fiber diameter of the fiber produced by the electrospinning method can be reduced to an average fiber diameter of 10 μm or less by controlling the viscosity of the mixed solution, and further to nanofibers (for example, up to about 0.05 μm). Is possible. Therefore, the pore size of the porous layer produced by depositing ultrafine fibers can be inevitably reduced. When the composite porous film of the present embodiment is used as a battery separator, the pore size of the porous layer may be 1 μm or less in consideration of the retention of non-aqueous electrolyte solution responsible for ion conduction and the internal resistance of the battery. desirable. For this reason, it is preferable that the average fiber diameter of the fiber which comprises a porous layer shall be 1 micrometer or less.

本実施の形態の複合多孔質フィルムでは、無機粒子含有多孔膜がポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置されて、多孔質層となっている。したがって、それぞれの層(ポリオレフィン系多孔質フィルムと多孔質層)が互いに強固に接合されていない。そのため、多孔質層は、内部短絡や異常発熱によるポリオレフィン系多孔質フィルムの熱収縮に影響されず単独で存在することができる。したがって、本実施の形態の複合多孔質フィルムは、優れた耐熱性と高温時での形状維持特性を得ることができ、例えば350℃で2時間熱処理した際の面積収縮率を5%以下とすることも可能である。   In the composite porous film of the present embodiment, the inorganic particle-containing porous film is disposed on the polyolefin-based porous film to form a porous layer. Therefore, the respective layers (polyolefin-based porous film and porous layer) are not firmly bonded to each other. Therefore, the porous layer can exist independently without being affected by the thermal contraction of the polyolefin-based porous film due to internal short circuit or abnormal heat generation. Therefore, the composite porous film of the present embodiment can obtain excellent heat resistance and shape maintaining characteristics at high temperatures. For example, the area shrinkage rate when heat-treated at 350 ° C. for 2 hours is 5% or less. It is also possible.

以上のように、本実施の形態の複合多孔質フィルムは、
(I)無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)、を準備する工程と、
(II)混合溶液(A)又は混合溶液(B)を電界紡糸法によって繊維化し、得られた繊維によって無機粒子含有多孔膜を作製する工程と、
(III)前記無機粒子含有多孔膜をポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置して、前記多孔質層とする工程と、
を含む方法によって、製造することができる。このように、本実施の形態では、電界紡糸法によって得られた繊維を用いて無機粒子含有多孔膜を別途作製し、この無機粒子含有多孔膜をポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置することによって、複合多孔質フィルムを製造している。このような方法で得られる複合多孔質フィルムでは、電界紡糸法によって得られた繊維をポリオレフィン系多孔質フィルム上に直接供給して多孔質層とする方法で得られる複合多孔質フィルムと比較すると、積層界面における密着性が異なる。ポリオレフィン系多孔質フィルム上に紡糸した繊維を直接供給した場合、紡糸した繊維がポリオレフィン系多孔質フィルム内部へ入り込み、界面付近におけるポリオレフィン系多孔質フィルムの多孔質構造に繊維が絡まって密着性が高くなり、ポリオレフィン系多孔質フィルムと多孔質層とが強固に接合されることとなる。一方、本発明のように各層を別々に作製して積層させる場合、上記の方法に比べて、積層界面付近での密着性が積層構造を維持する程度であり、あまり強固ではない。このため、内部短絡や異常発熱などによるポリオレフィン系多孔質フィルムの収縮の際には界面での密着性が解かれ、無機粒子を含む多孔質層はポリオレフィン系多孔質フィルムの収縮に影響されずにその形状を維持できる。
As described above, the composite porous film of the present embodiment is
(I) A mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in a dispersion of inorganic particles, or a mixed solution (B) prepared by mixing a dispersion of inorganic particles and a solution containing a polymer material And a step of preparing
(II) fiberizing the mixed solution (A) or the mixed solution (B) by an electrospinning method, and producing an inorganic particle-containing porous membrane with the obtained fibers;
(III) disposing the inorganic particle-containing porous film on a polyolefin-based porous film to form the porous layer;
Can be manufactured by a method including: Thus, in this embodiment, by separately producing an inorganic particle-containing porous film using fibers obtained by the electrospinning method, and arranging this inorganic particle-containing porous film on a polyolefin-based porous film, Manufactures composite porous films. In the composite porous film obtained by such a method, compared with the composite porous film obtained by the method of directly supplying the fiber obtained by the electrospinning method onto the polyolefin-based porous film to form a porous layer, The adhesion at the laminated interface is different. When the fiber spun on the polyolefin-based porous film is directly supplied, the spun fiber enters the polyolefin-based porous film, and the fiber is entangled with the porous structure of the polyolefin-based porous film near the interface, resulting in high adhesion. Thus, the polyolefin-based porous film and the porous layer are firmly bonded. On the other hand, when each layer is produced and laminated separately as in the present invention, the adhesiveness in the vicinity of the lamination interface is such that the laminated structure is maintained compared to the above method, and is not so strong. For this reason, when the polyolefin porous film shrinks due to internal short circuit or abnormal heat generation, the adhesion at the interface is released, and the porous layer containing inorganic particles is not affected by the shrinkage of the polyolefin porous film. The shape can be maintained.

次に、本発明の非水系電解液二次電池について説明する。本発明の非水系電解液二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水系溶媒および電解質を含む非水系電解液と、を備えている。この非水系電解液二次電池に用いられるセパレータは、上述の本発明の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いたものである。なお、本発明の複合多孔質フィルムが用いられた電池用セパレータは、公知の電池用セパレータと同様に、正極と負極との間に介在させた状態で用いて、非水系電解液二次電池を組み立てることができる。正極、負極、電池ケース、電解液等の材質やこれら構成要件の配置構造については、公知の非水系電解液二次電池と同様とすることができる。   Next, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described. A non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and an electrolyte. . The separator used for this non-aqueous electrolyte secondary battery uses the above-mentioned composite porous film of the present invention as a battery separator. In addition, the battery separator using the composite porous film of the present invention is used in the state of being interposed between the positive electrode and the negative electrode, similarly to the known battery separator, and a non-aqueous electrolyte secondary battery is used. Can be assembled. The material of the positive electrode, the negative electrode, the battery case, the electrolyte, and the like and the arrangement structure of these constituent elements can be the same as those of a known non-aqueous electrolyte secondary battery.

本実施の形態では、本発明の非水系電解液二次電池の一例として、図1に示すような円筒型のリチウムイオン二次電池1について説明する。なお、図1では、図を見やすくする目的で、一部ハッチングを省略する。   In the present embodiment, a cylindrical lithium ion secondary battery 1 as shown in FIG. 1 will be described as an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. In FIG. 1, some hatching is omitted for the purpose of making the drawing easier to see.

図1に示すように、リチウムイオン二次電池1では、正極2と、負極3と、正極2と負極3との間に配置されたセパレータ4とが一体的に渦巻状に巻回されて、有底の電池ケース5に収容されている。正極2に連接する正極リード(図示せず)は、下部絶縁スリーブ(図示せず)を介して電池ケース5と電気的に接続されている。図中、5aは正極端子部を示している。負極3に電気的に接続された負極タブ7は、上部絶縁スリーブ8の空洞部8aを介して負極端子部6aに電気的に接続されている。電池内部には非水系電解液(図示せず)が充填されている。電池ケース5は、負極端子部6aを含む蓋体6と、蓋体6と電池ケース5との隙間を塞ぐパッキング9とによって封口されており、電池外部に非水系電解液が漏出できない構造となっている。また、セパレータ4には電解液が含浸しており、結果、セパレータ4を挟む正極2と負極3との間でイオン担体の移動が行われ、二次電池として放電および充電を行うことができることになる。なお、この例では、2枚のセパレータ4を貼り合わせて袋状とし、その中に負極3を挿入して正極2と共に巻回することによって形成されている。しかしながら、巻回後の状態で、互いに隣接する正極2と負極3との間にセパレータ4が配置されるような構成となっていればよいため、必ずしもセパレータ4を袋状とする必要はない。   As shown in FIG. 1, in the lithium ion secondary battery 1, the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are integrally wound in a spiral shape, The battery case 5 with a bottom is accommodated. A positive electrode lead (not shown) connected to the positive electrode 2 is electrically connected to the battery case 5 via a lower insulating sleeve (not shown). In the figure, reference numeral 5a denotes a positive terminal portion. The negative electrode tab 7 electrically connected to the negative electrode 3 is electrically connected to the negative electrode terminal portion 6 a through the cavity portion 8 a of the upper insulating sleeve 8. The battery is filled with a non-aqueous electrolyte (not shown). The battery case 5 is sealed by a lid body 6 including a negative electrode terminal portion 6a and a packing 9 that closes a gap between the lid body 6 and the battery case 5, so that a non-aqueous electrolyte cannot leak out of the battery. ing. In addition, the separator 4 is impregnated with an electrolytic solution. As a result, the ion carrier is moved between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 sandwiching the separator 4, and can be discharged and charged as a secondary battery. Become. In this example, two separators 4 are bonded together to form a bag shape, and the negative electrode 3 is inserted therein and wound together with the positive electrode 2. However, the separator 4 need not necessarily be formed in a bag shape because the separator 4 may be disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 adjacent to each other in the state after winding.

正極2は、リチウムイオンを吸蔵・放出する活物質と、バインダーと、集電体とで形成されている。正極2は、例えば、バインダーを溶解させた溶媒に前記活物質を混合してペーストを作製し、このペーストを集電体上に塗布して乾燥させることによって、作製できる。乾燥後に、さらにプレスをしてもよい。   The positive electrode 2 is formed of an active material that occludes and releases lithium ions, a binder, and a current collector. The positive electrode 2 can be produced, for example, by preparing a paste by mixing the active material in a solvent in which a binder is dissolved, applying the paste onto a current collector, and drying the paste. You may press further after drying.

正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられている公知の化合物を使用できる。具体的には、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2等のリチウム含有遷移金属酸化物、またはそれらの遷移金属の一部が他の遷移金属で置換されたリチウム含有遷移金属酸化物、二硫化チタン、二硫化モリブデン等のカルコゲン化合物等が挙げられる。 As a positive electrode active material, the well-known compound used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, lithium-containing transition metal oxides such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , and LiNiO 2, or lithium-containing transition metal oxides in which a part of the transition metal is substituted with another transition metal, titanium disulfide, Examples include chalcogen compounds such as molybdenum disulfide.

バインダーには、正極2を構成するバインダーとして公知の樹脂が使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ヘキサフロロプロピレンおよびポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマー等の炭化水素系樹脂、または、それらの混合物等が使用できる。また、導電助剤として、カーボンブラック等の導電性粉末を添加してもよい。   As the binder, a known resin can be used as the binder constituting the positive electrode 2. For example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoropropylene and polytetrafluoroethylene, a hydrocarbon resin such as styrene butadiene rubber and ethylene propylene terpolymer, or a mixture thereof can be used. Moreover, you may add electroconductive powder, such as carbon black, as a conductive support agent.

正極2の集電体としては、耐酸化性に優れた金属が用いられ、例えば箔状やメッシュ状に加工されたアルミニウムが好適に用いられる。   As the current collector of the positive electrode 2, a metal excellent in oxidation resistance is used. For example, aluminum processed into a foil shape or a mesh shape is preferably used.

負極3は、炭素系活物質またはリチウム含有合金と、バインダーと、集電体とで形成されている。負極3も、正極2と同様の方法で作製できる。また、バインダーも、正極2で用いたバインダーと同様のものが使用できる。   The negative electrode 3 is formed of a carbon-based active material or a lithium-containing alloy, a binder, and a current collector. The negative electrode 3 can also be produced by the same method as the positive electrode 2. Further, the same binder as the binder used in the positive electrode 2 can be used.

炭素系活物質としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、コークスやピッチ等の焼成体、フェノール樹脂、ポリイミドおよびセルロース等を焼結したもの、等が挙げられる。リチウム含有金属としては、例えばAl、Sn、Si系の合金が挙げられる。   Examples of the carbon-based active material include artificial graphite, natural graphite, fired bodies such as coke and pitch, and those obtained by sintering phenol resin, polyimide, cellulose, and the like. Examples of the lithium-containing metal include Al, Sn, and Si alloys.

負極3の集電体としては、還元安定性に優れた金属が用いられ、例えば箔状やメッシュ状に加工された銅が好適に用いられる。   As the current collector of the negative electrode 3, a metal excellent in reduction stability is used. For example, copper processed into a foil shape or a mesh shape is preferably used.

非水系電解液は、非水系溶媒および電解質を含んでいる。具体的には、リチウム塩(電解質)を非水系溶媒に溶解させた電解液、当該電解液を含むゲル電解液、リチウム塩を例えばポリエチレンオキシド等のポリマーに溶解分解させた固体電解質等、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の電解液が挙げられる。電解質として用いられるリチウム塩の具体例は、ホウ四フッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)およびトリフロロスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)等を用いることができる。また、非水系溶媒には、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)およびγ−ブチロラクトン(γ−BL)等の溶媒、またはこれらの混合溶媒が使用できる。 The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent and an electrolyte. Specifically, an electrolytic solution in which a lithium salt (electrolyte) is dissolved in a non-aqueous solvent, a gel electrolytic solution containing the electrolytic solution, a solid electrolyte in which a lithium salt is dissolved and decomposed into a polymer such as polyethylene oxide, lithium ions, etc. The well-known electrolyte solution used for a secondary battery is mentioned. Specific examples of the lithium salt used as the electrolyte include lithium borotetrafluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium trifluorosulfonate (LiCF 3 SO). 3 ) etc. can be used. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), 1,2-dimethoxyethane (DME), and γ-butyrolactone (γ-BL). Or a mixed solvent thereof can be used.

セパレータ4には、上述の本発明の複合多孔質フィルムが用いられる。したがって、優れた放電特性を維持しつつ、優れた耐熱性と高温時での形状維持特性とを備えたセパレータとなる。   For the separator 4, the above-described composite porous film of the present invention is used. Therefore, a separator having excellent heat resistance and shape maintaining characteristics at high temperatures while maintaining excellent discharge characteristics is obtained.

このリチウムイオン二次電池には、セパレータとして本発明の複合多孔質フィルムが用いられているので、優れた放電特性および安全性が実現できる。   In this lithium ion secondary battery, since the composite porous film of the present invention is used as a separator, excellent discharge characteristics and safety can be realized.

なお、本実施の形態では、本発明の非水系電解液二次電池として、円筒型の非水系電解液二次電池を例に挙げて説明したが、他の構成、例えば筒型やラミネート型の非水系電解液二次電池であっても、本発明の構成を適用できる。   In the present embodiment, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery has been described as an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. However, other configurations such as a cylindrical or laminated type are described. The configuration of the present invention can be applied even to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

次に、本発明の複合多孔質フィルム、電池用セパレータおよび非水系電解液二次電池について、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。   Next, the composite porous film, battery separator and non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Absent.

まず、後述する各実施例および比較例で作製した複合多孔質フィルムの物性および電池特性の測定方法について説明する。   First, the measurement method of the physical property and battery characteristic of the composite porous film produced by each Example and comparative example which are mentioned later is demonstrated.

[フィルム物性]
<ポリオレフィン系多孔質フィルムおよび無機粒子含有多孔膜の厚さ>
1/10000mmシックネスゲージにより測定した。
[Film properties]
<Thickness of polyolefin-based porous film and inorganic particle-containing porous film>
Measurement was performed with a 1/10000 mm thickness gauge.

<ポリオレフィン系多孔質フィルムの空孔率>
ポリオレフィン系多孔質フィルムの面積S(cm2)、平均厚みt(cm)、重量W(g)、ポリオレフィン系多孔質フィルムを構成する樹脂の密度d(g/cm3)の各値を用いて、次式にて算出した。
空孔率(vol%)=(1−W/(S×t×d))×100
<Porosity of polyolefin-based porous film>
Using each value of area S (cm 2 ), average thickness t (cm), weight W (g), and density d (g / cm 3 ) of the resin constituting the polyolefin porous film, the polyolefin porous film. The following formula was used.
Porosity (vol%) = (1−W / (S × t × d)) × 100

<ポリオレフィン系多孔質フィルムの通気度>
JIS P 8117に準拠して求めた。
<Air permeability of polyolefin porous film>
It calculated | required based on JISP8117.

<ポリオレフィン系多孔質フィルムの突刺強度>
カトーテック株式会社製の圧縮試験機「KES−G5」を用いて測定した。測定によって得られた荷重変位曲線から最大荷重を読み取り、突刺強度とした。針は、直径1.0mm、先端の曲率半径0.5mmのものを用いた。突刺速度は2cm/秒とした。
<Puncture strength of polyolefin porous film>
It measured using the compression tester "KES-G5" by Kato Tech Co., Ltd. The maximum load was read from the load displacement curve obtained by the measurement and used as the puncture strength. A needle having a diameter of 1.0 mm and a radius of curvature of the tip of 0.5 mm was used. The puncture speed was 2 cm / second.

<電子顕微鏡による無機粒子含有多孔膜の形状観察>
株式会社KEYENCE製のVE−7800を用いて、無機粒子含有多孔膜の表面観察を行った。
<Observation of inorganic particle-containing porous membrane by electron microscope>
The surface of the inorganic particle-containing porous film was observed using VE-7800 manufactured by KEYENCE Corporation.

<耐熱試験>
試験対象となる膜を35mm×35mmのサイズに切り出し、これをアルミカップに載せて350℃のオーブン中に2時間投入した後、形状観察を行い、さらに面積収縮率を求めた。面積収縮率は、(熱処理前の膜面積−熱処理後の膜面積)×100/(熱処理前の膜面積)で算出した。なお、熱処理後の膜面積は、それぞれ写真撮影を行い、画像解析により算出した。
<Heat resistance test>
A film to be tested was cut into a size of 35 mm × 35 mm, placed on an aluminum cup and placed in an oven at 350 ° C. for 2 hours, and then the shape was observed to obtain the area shrinkage. The area shrinkage ratio was calculated by (film area before heat treatment−film area after heat treatment) × 100 / (film area before heat treatment). The film area after the heat treatment was calculated by image analysis after taking a photograph.

[電池特性]
<トリクル充電試験>
株式会社ナガノ製の二次電池充放電試験装置「BST2005W」を用いた。60℃の恒温槽に電池を設置して、4mA、4.25Vで定電流定電圧トリクル充電を7日間行った後、4mA、2.75V終止の定電流放電を行い、電池の充電容量に対する放電容量の百分率(%)にて耐酸化性を評価した。ここで、トリクル充電とは、二次電池の自然放電を補い、満充電状態を維持するために、絶えず微小電流を流しておく充電方式である。なお、リチウムイオン二次電池が満充電状態にあるとき、そのセパレータは強酸化雰囲気に曝される。したがって、セパレータの耐酸化性が悪い場合、セパレータが酸化して劣化し、放電容量が減る。したがって、トリクル充電試験の結果を用いて求められる充放電効率(100×(放電容量)/(充電容量)(%))を、セパレータの耐酸化性の指標とできる。
[Battery characteristics]
<Trickle charge test>
A secondary battery charge / discharge test apparatus “BST2005W” manufactured by Nagano Co., Ltd. was used. Install the battery in a constant temperature bath at 60 ° C, perform constant current constant voltage trickle charging at 4 mA, 4.25 V for 7 days, perform 4 mA, 2.75 V termination constant current discharge, and discharge to the charge capacity of the battery The oxidation resistance was evaluated as a percentage (%) of the capacity. Here, trickle charging is a charging method in which a minute current is continuously supplied in order to compensate for the spontaneous discharge of the secondary battery and maintain a fully charged state. When the lithium ion secondary battery is in a fully charged state, the separator is exposed to a strong oxidizing atmosphere. Therefore, when the oxidation resistance of the separator is poor, the separator is oxidized and deteriorated, and the discharge capacity is reduced. Therefore, the charge / discharge efficiency (100 × (discharge capacity) / (charge capacity) (%)) obtained using the result of the trickle charge test can be used as an index of the oxidation resistance of the separator.

次に、実施例1〜4および比較例1〜2として作製した複合多孔質フィルムおよびリチウムイオン二次電池について、詳細に説明する。   Next, the composite porous film and lithium ion secondary battery produced as Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2 are demonstrated in detail.

[実施例1]
<複合多孔質フィルム>
平均一次粒子径10〜20nmのシリカ(SiO2)粒子を20wt%含有したジメチルアセトアミドゾルを日産化学株式会社より購入した。一方、高分子材料としてAldrich社より購入したポリアクリロニトリル([−CH2CHCN−]n)を、N,N−ジメチルホルムアミド(以下DMFと記載する。)に溶解させた溶液を準備した。ポリマー重量に対してSiO2が50wt%になるようにジメチルアセトアミドゾルと前記溶液と配合し、固形分濃度15wt%の混合溶液(混合溶液(B))を調製した。
[Example 1]
<Composite porous film>
A dimethylacetamide sol containing 20 wt% of silica (SiO 2 ) particles having an average primary particle diameter of 10 to 20 nm was purchased from Nissan Chemical Co., Ltd. On the other hand, a solution in which polyacrylonitrile ([—CH 2 CHCN—] n ) purchased from Aldrich as a polymer material was dissolved in N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) was prepared. Dimethylacetamide sol and the above solution were blended so that SiO 2 was 50 wt% with respect to the polymer weight to prepare a mixed solution (mixed solution (B)) having a solid content concentration of 15 wt%.

この混合溶液を用いて、電界紡糸法によって無機粒子含有多孔膜を製造した。多孔膜の製造には、カトーテック(株)製のナノファイバーエレクトロスピニングユニットを用いた。製造条件は、送液速度:0.01〜0.05cm/min、ターゲット速度:12m/min、印加電圧:15.0kV、針先〜ターゲット間距離:13cm、温度:22〜24℃、湿度:20〜50%とした。さらに、アルミホイルを準備し、これをターゲットドラムに巻きつけて、無機粒子を含む繊維をアルミホイル上に供給して薄膜状とした。この薄膜状の繊維をアルミホイルから剥がし取り、これをテフロン(登録商標)シートに挟み込んで120℃に加熱したヒートロールでラミネートして、厚さ10μmの無機粒子含有多孔膜を作製した。   Using this mixed solution, an inorganic particle-containing porous membrane was produced by electrospinning. A nanofiber electrospinning unit manufactured by Kato Tech Co., Ltd. was used for the production of the porous membrane. Manufacturing conditions are: liquid feeding speed: 0.01 to 0.05 cm / min, target speed: 12 m / min, applied voltage: 15.0 kV, distance between needle tip and target: 13 cm, temperature: 22 to 24 ° C., humidity: 20 to 50%. Furthermore, an aluminum foil was prepared, wound around a target drum, and fibers containing inorganic particles were supplied onto the aluminum foil to form a thin film. The thin-film fibers were peeled off from the aluminum foil, and this was sandwiched between Teflon (registered trademark) sheets and laminated with a heat roll heated to 120 ° C. to prepare an inorganic particle-containing porous film having a thickness of 10 μm.

以上のように作製した無機粒子含有多孔膜を、厚さ16μm、空孔率60vol%、通気度92秒/100cc、突き刺し強度4.1Nのポリエチレン多孔質フィルム上に配置して、多孔質層とした。   The inorganic particle-containing porous membrane produced as described above was placed on a polyethylene porous film having a thickness of 16 μm, a porosity of 60 vol%, an air permeability of 92 seconds / 100 cc, and a puncture strength of 4.1 N. did.

以上のように作製された複合多孔質フィルムを35mm×35mmサイズに切断して、電池用セパレータとして用いた。   The composite porous film produced as described above was cut into a size of 35 mm × 35 mm and used as a battery separator.

<正極>
リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)89重量部、アセチレンブラック5重量部、PVDF6重量部およびNMP(N−メチルピロリドン)90重量部を混合し、正極合材スラリーを得た。この正極合材スラリーを70メッシュの網に通過させて、粒径の大きな固形物を取り除いた後、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の片面に均一に塗布した。塗膜を乾燥させた後でプレスして、正極を得た。本実施例において、正極の塗布面積(W1×W2)は、27×27(mm2)であった。なお、正極電極には、活物質が塗布されていない集電部が設けられており、正極耳部分をタブ(アルミニウム)と溶接した。
<Positive electrode>
89 parts by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), 5 parts by weight of acetylene black, 6 parts by weight of PVDF, and 90 parts by weight of NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed to obtain a positive electrode mixture slurry. This positive electrode mixture slurry was passed through a 70-mesh net to remove solids having a large particle size, and then uniformly applied to one side of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm. The coating film was dried and then pressed to obtain a positive electrode. In this example, the application area (W1 × W2) of the positive electrode was 27 × 27 (mm 2 ). Note that the positive electrode was provided with a current collecting portion to which no active material was applied, and the positive electrode ear portion was welded to a tab (aluminum).

<負極>
黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ(MCMB、大阪ガスケミカル社製、d(002)=0.34nm未満)粉末95重量部、PVDF5重量部、NMP110重量部を混合し、負極合材スラリーを得た。この負極合材スラリーを、厚さ18μmの銅箔からなる負極集電体の片面に塗布した。塗膜を乾燥させた後でプレスして、負極を得た。本実施例において、負極の塗布面積(W1×W2)は、29×29(mm2)であった。なお、負極電極には、活物質が塗布されていない集電部が設けられており、負極耳部分をタブ(ニッケル)と溶接した。
<Negative electrode>
Graphite mesocarbon microbeads (MCMB, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd., d (002) = 0.34 nm) powder 95 parts by weight, PVDF 5 parts by weight, NMP 110 parts by weight were mixed to obtain a negative electrode mixture slurry. This negative electrode mixture slurry was applied to one side of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 18 μm. The coating film was dried and then pressed to obtain a negative electrode. In this example, the negative electrode coating area (W1 × W2) was 29 × 29 (mm 2 ). The negative electrode was provided with a current collecting part to which no active material was applied, and the negative electrode ear was welded to a tab (nickel).

<電池の作製>
上記のとおり作製された複合多孔質フィルム、正極および負極を用いて電池を作製した。なお、複合多孔質フィルムは、電池用セパレータとして用いた。正極および負極を、複合多孔質フィルムを介して交互に積層することによって、電極積層体を作製した。この電極積層体を、アルミニウムラミネートパッケージに仕込んだ後、パッケージ内に、エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート(重量比:1/1)混合溶媒に1.0mol/L濃度でヘキサフルオロリン酸リチウムを溶解させた電解液を注液し、次いでパッケージを封口して、ラミネートシール型リチウムイオン二次電池を組み立てた。この実施例1のリチウムイオン二次電池について、25℃の一定温度下で、0.2CmAのレートで2回の初期充放電を行い、その後トリクル充電試験を行った。試験結果は、表1に示すとおりである。
<Production of battery>
A battery was produced using the composite porous film, positive electrode and negative electrode produced as described above. The composite porous film was used as a battery separator. An electrode laminate was produced by alternately laminating the positive electrode and the negative electrode via the composite porous film. After this electrode laminate was charged into an aluminum laminate package, lithium hexafluorophosphate was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate / diethyl carbonate (weight ratio: 1/1) at a concentration of 1.0 mol / L in the package. The electrolyte solution was injected, then the package was sealed, and a laminate seal type lithium ion secondary battery was assembled. The lithium ion secondary battery of Example 1 was subjected to initial charge / discharge twice at a rate of 0.2 CmA at a constant temperature of 25 ° C., and then a trickle charge test was performed. The test results are as shown in Table 1.

[実施例2]
無機粒子含有多孔膜の厚みを約25μmとした点以外は、実施例1と同様の方法で複合多孔質フィルム、正極、負極およびリチウムイオン二次電池を作製した。得られた実施例2のリチウムイオン二次電池についても、実施例1と同様の方法でトリクル充電試験を行った。結果は、表1に示すとおりである。また、本実施例においては、電子顕微鏡による無機粒子含有多孔膜の表面観察も行った。さらに、本実施例の無機粒子含有多孔膜については、耐熱試験も行った。
[Example 2]
A composite porous film, a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the inorganic particle-containing porous film was about 25 μm. For the obtained lithium ion secondary battery of Example 2, a trickle charge test was conducted in the same manner as in Example 1. The results are as shown in Table 1. In this example, the surface of the inorganic particle-containing porous film was also observed with an electron microscope. Furthermore, a heat resistance test was also conducted on the inorganic particle-containing porous membrane of this example.

[実施例3]
平均一次粒子径10〜20nmのシリカ(SiO2)粒子を20wt%含有したジメチルアセトアミドゾルを日産化学株式会社より購入した。一方、高分子材料としてAldrich社より購入したポリアクリロニトリルを、DMFに溶解させた溶液を準備した。ポリマー重量に対してSiO2が30wt%になるようにジメチルアセトアミドゾルと前記溶液と配合し、固形分濃度15wt%の混合溶液(混合溶液(B))を調製した。
[Example 3]
A dimethylacetamide sol containing 20 wt% of silica (SiO 2 ) particles having an average primary particle diameter of 10 to 20 nm was purchased from Nissan Chemical Co., Ltd. On the other hand, a solution was prepared by dissolving polyacrylonitrile purchased from Aldrich as a polymer material in DMF. Dimethylacetamide sol and the above solution were blended so that SiO 2 was 30 wt% with respect to the polymer weight to prepare a mixed solution (mixed solution (B)) having a solid content concentration of 15 wt%.

この混合溶液を用いて、電界紡糸法によって無機粒子含有多孔膜を製造した。厚さを15μmとした点以外は、実施例1と同様の方法で無機粒子含有多孔膜を作製した。この無機粒子含有多孔膜を、厚さ16μm、空孔率60vol%、通気度92秒/100cc、突き刺し強度4.1Nのポリエチレン多孔質フィルム上に配置して、多孔質層とした。   Using this mixed solution, an inorganic particle-containing porous membrane was produced by electrospinning. An inorganic particle-containing porous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 15 μm. This inorganic particle-containing porous film was disposed on a polyethylene porous film having a thickness of 16 μm, a porosity of 60 vol%, an air permeability of 92 seconds / 100 cc, and a puncture strength of 4.1 N to form a porous layer.

以上のように作製された複合多孔質フィルムを35mm×35mmサイズに切断して、電池用セパレータとして用いた。実施例1と同様の方法で、正極、負極およびリチウムイオン二次電池を作製した。得られた実施例3のリチウムイオン二次電池についても、実施例1と同様の方法でトリクル充電試験を行った。結果は、表1に示すとおりである。   The composite porous film produced as described above was cut into a size of 35 mm × 35 mm and used as a battery separator. In the same manner as in Example 1, a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced. For the lithium ion secondary battery of Example 3 obtained, a trickle charge test was performed in the same manner as in Example 1. The results are as shown in Table 1.

[実施例4]
無機粒子含有多孔膜の厚みを約25μmとした点以外は、実施例3と同様の方法で複合多孔質フィルム、正極、負極およびリチウムイオン二次電池を作製した。得られた実施例4のリチウムイオン二次電池についても、実施例1と同様の方法でトリクル充電試験を行った。結果は、表1に示すとおりである。また、本実施例においては、電子顕微鏡による無機粒子含有多孔膜の表面観察も行った。さらに、本実施例の無機粒子含有多孔膜については、耐熱試験も行った。
[Example 4]
A composite porous film, a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 3 except that the thickness of the inorganic particle-containing porous film was about 25 μm. For the obtained lithium ion secondary battery of Example 4, a trickle charge test was conducted in the same manner as in Example 1. The results are as shown in Table 1. In this example, the surface of the inorganic particle-containing porous film was also observed with an electron microscope. Furthermore, a heat resistance test was also conducted on the inorganic particle-containing porous membrane of this example.

[比較例1]
厚さ16μm、空孔率60vol%、通気度92秒/100cc、突き刺し強度4.1Nのポリエチレン多孔質フィルムを準備し、35mm×35mmサイズに切断して、電池用セパレータとした。電池用セパレータが異なる点以外は、実施例1と同様の方法で正極、負極およびリチウムイオン二次電池を作製した。得られた比較例1のリチウムイオン二次電池についても、実施例1と同様の方法でトリクル充電試験を行った。結果は、表1に示すとおりである。また、本比較例で電池用セパレータとして用いたポリエチレン多孔質フィルムについて、耐熱試験も行った。
[Comparative Example 1]
A polyethylene porous film having a thickness of 16 μm, a porosity of 60 vol%, an air permeability of 92 seconds / 100 cc, and a puncture strength of 4.1 N was prepared and cut into a size of 35 mm × 35 mm to obtain a battery separator. A positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the battery separator was different. For the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 obtained, a trickle charge test was conducted in the same manner as in Example 1. The results are as shown in Table 1. Moreover, the heat resistance test was also done about the polyethylene porous film used as a battery separator in this comparative example.

[比較例2]
<複合多孔質フィルム>
Aldrich社より購入した実施例1で用いたポリアクリロニトリルを、DMFに溶解させて、固形分濃度12.5wt%の溶液を調製した。この溶液を用いて電界紡糸法によって多孔膜を製造した。多孔膜の製造には、カトーテック(株)製のナノファイバーエレクトロスピニングユニットを用いた。製造条件は、送液速度:0.01〜0.05cm/min、ターゲット速度:12m/min、印加電圧:15.0kV、針先〜ターゲット間距離:13cm、温度:22〜24℃、湿度:20〜50%とした。さらに、アルミホイルを準備し、これをターゲットドラムに巻きつけて、電界紡糸法によって得られる繊維をアルミホイル上に供給して薄膜状とした。この薄膜状の繊維をアルミホイルから剥がし取り、これをテフロン(登録商標)シートに挟み込んで120℃に加熱したヒートロールでラミネートして、厚さ15μmの多孔膜を作製した。
[Comparative Example 2]
<Composite porous film>
The polyacrylonitrile used in Example 1 purchased from Aldrich was dissolved in DMF to prepare a solution with a solid content concentration of 12.5 wt%. A porous film was produced by electrospinning using this solution. For the production of the porous membrane, a nanofiber electrospinning unit manufactured by Kato Tech Co., Ltd. was used. Manufacturing conditions are: liquid feeding speed: 0.01 to 0.05 cm / min, target speed: 12 m / min, applied voltage: 15.0 kV, distance between needle tip and target: 13 cm, temperature: 22 to 24 ° C., humidity: 20 to 50%. Furthermore, an aluminum foil was prepared, wound around a target drum, and fibers obtained by electrospinning were supplied onto the aluminum foil to form a thin film. The thin fiber was peeled off from the aluminum foil, and was sandwiched between Teflon (registered trademark) sheets and laminated with a heat roll heated to 120 ° C. to prepare a porous film having a thickness of 15 μm.

以上のように作製した多孔膜を、厚さ16μm、空孔率60vol%、通気度92秒/100cc、突き刺し強度4.1Nのポリエチレン多孔質フィルム上に配置して、多孔質層とした。   The porous film produced as described above was disposed on a polyethylene porous film having a thickness of 16 μm, a porosity of 60 vol%, an air permeability of 92 seconds / 100 cc, and a puncture strength of 4.1 N to form a porous layer.

以上のように作製された複合多孔質フィルムを35mm×35mmサイズに切断して、電池用セパレータとして用いた。   The composite porous film produced as described above was cut into a size of 35 mm × 35 mm and used as a battery separator.

電池用セパレータが異なる点以外は、実施例1と同様の方法で正極、負極およびリチウムイオン二次電池を作製した。得られた比較例2のリチウムイオン二次電池についても、実施例1と同様の方法でトリクル充電試験を行った。結果は、表1に示すとおりである。また、本比較例のポリアクリロニトリルのみからなる多孔膜について、耐熱試験も行った。   A positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the battery separator was different. For the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 obtained, a trickle charge test was conducted in the same manner as in Example 1. The results are as shown in Table 1. In addition, a heat resistance test was also conducted on the porous film made of only polyacrylonitrile of this comparative example.

以下に、各評価試験結果(トリクル充電試験、耐熱試験、電子顕微鏡観察)について、説明する。   Below, each evaluation test result (a trickle charge test, a heat test, and an electron microscope observation) is demonstrated.

[評価結果1:トリクル充電試験]
実施例1〜4および比較例1,2にて得られたラミネートシール型リチウムイオン二次電池について、初期充放電の2回目の放電容量を初期放電容量とし、初期充放電の2回目の充放電効率を初期充放電効率とした。結果を表1に示す。トリクル充電試験結果も表1に併記する。
[Evaluation result 1: Trickle charge test]
For the laminated seal type lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the initial discharge capacity is the second discharge capacity of the initial charge / discharge, and the second charge / discharge of the initial charge / discharge is performed. The efficiency was defined as initial charge / discharge efficiency. The results are shown in Table 1. The trickle charge test results are also shown in Table 1.

表1の結果より、無機粒子を含む多孔質層をポリエチレン多孔質フィルムに積層した複合多孔膜フィルムをセパレータとして用いることで、電池内部のイオン移動を阻害することなく正常に初期充放電を行うことができ、加熱条件下での長期充電においてもセパレータの劣化に起因する放電容量の減少が抑制され、長期信頼性に優れたリチウムイオン二次電池が得られることが明らかとなった。また、実施例1〜4の結果をポリエチレン多孔質フィルムに無機粒子を含まないポリアクリロニトリル多孔質層を積層させた比較例2と比較しても、同程度の放電効率が得られていることから、無機粒子の存在によって放電効率の大幅な低下が生じないことも確認された。これに対し、ポリエチレン多孔質フィルムのみをセパレータとして用いた比較例1では、トリクル充電試験の充放電効率が10.3%程度と低かった。これらの結果から、無機粒子を含む繊維によって形成された多孔質層を備える本発明の複合多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いた場合、良好な放電特性を実現できることがわかった。   From the results shown in Table 1, normal composite charging / discharging is performed without hindering ion movement inside the battery by using a composite porous membrane film in which a porous layer containing inorganic particles is laminated on a polyethylene porous film as a separator. Thus, it has been clarified that a decrease in discharge capacity due to deterioration of the separator is suppressed even during long-term charging under heating conditions, and a lithium ion secondary battery excellent in long-term reliability can be obtained. Moreover, even if the result of Examples 1-4 is compared with the comparative example 2 which laminated | stacked the polyacrylonitrile porous layer which does not contain an inorganic particle on a polyethylene porous film, the discharge efficiency of the same grade is obtained. It was also confirmed that the discharge efficiency was not significantly reduced by the presence of inorganic particles. On the other hand, in the comparative example 1 which used only the polyethylene porous film as a separator, the charge / discharge efficiency of the trickle charge test was as low as about 10.3%. From these results, it was found that when the composite porous film of the present invention having a porous layer formed of fibers containing inorganic particles was used as a battery separator, good discharge characteristics could be realized.

[評価結果2:耐熱試験]
実施例2および実施例4の複合多孔質フィルムを350℃のオーブン中に2時間投入したところ、実施例2および実施例4の面積収縮率は共に4.4%であった。さらに、熱処理後の形状変化を観察したところ、実施例2および実施例4の複合多孔質フィルムは、面内に亀裂も生じておらず、ほぼ熱処理前と同様の形状を維持していた。これに対し、ポリエチレン多孔質フィルムのみの比較例1は、熱処理前の形状を全く維持できず、塊状に変形したため、面積収縮率は100%であった。一方、無機粒子を含まない多孔質層の比較例2では、膜が炭化し、収縮と共に面内に亀裂も生じ、脆くなった。比較例2の面積収縮率は、26.5%であった。この結果から、無機粒子を含む繊維によって形成された多孔質層は、耐熱性に優れており、高温時の形状維持特性に優れることがわかった。
[Evaluation result 2: heat resistance test]
When the composite porous films of Example 2 and Example 4 were put into an oven at 350 ° C. for 2 hours, the area shrinkage rates of Example 2 and Example 4 were both 4.4%. Furthermore, when the shape change after heat processing was observed, the composite porous film of Example 2 and Example 4 did not produce the crack in a plane, but was maintaining the same shape as before heat processing substantially. On the other hand, Comparative Example 1 using only the polyethylene porous film could not maintain the shape before the heat treatment at all and was deformed into a lump, so that the area shrinkage rate was 100%. On the other hand, in the comparative example 2 of the porous layer not containing inorganic particles, the film was carbonized, and cracks were generated in the surface along with the shrinkage, and the film became brittle. The area shrinkage rate of Comparative Example 2 was 26.5%. From this result, it was found that the porous layer formed of fibers containing inorganic particles has excellent heat resistance and excellent shape maintaining characteristics at high temperatures.

[評価結果3:電界紡糸法により作製した多孔質層の電子顕微鏡観察]
図2に、実施例2および実施例4で作製した無機粒子含有多孔膜の表面を電子顕微鏡にて観察した様子を示す。図2の電子顕微鏡写真に示されているように、無機粒子および高分子材料を含む混合溶液を用いて電界紡糸法によって作製された繊維は、繊維径が平均1μm以下の極細であった。さらに、実施例2の100,000倍の表面写真から、実施例2の繊維では、繊維内に無機粒子が一様に分散していることが認められた。
[Evaluation Result 3: Electron Microscopic Observation of Porous Layer Prepared by Electrospinning Method]
FIG. 2 shows a state in which the surface of the inorganic particle-containing porous film produced in Example 2 and Example 4 was observed with an electron microscope. As shown in the electron micrograph of FIG. 2, fibers produced by electrospinning using a mixed solution containing inorganic particles and a polymer material were extremely fine with an average fiber diameter of 1 μm or less. Furthermore, from the 100,000 times surface photograph of Example 2, it was confirmed that the inorganic particles were uniformly dispersed in the fiber of Example 2.

本発明の複合多孔質フィルムは、高温時の形状維持特性を有し、且つ、耐酸化性にも優れているので、電池用セパレータやキャパシタ等に適用可能である。また、本発明の電池用セパレータは、リチウムイオン二次電池等の非水系電解液二次電池のセパレータとして使用可能である。   The composite porous film of the present invention has shape maintaining characteristics at high temperatures and is excellent in oxidation resistance, and therefore can be applied to battery separators, capacitors and the like. In addition, the battery separator of the present invention can be used as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.

1 非水系電解液二次電池
2 正極
3 負極
4 セパレータ(複合多孔質フィルム)
5 電池ケース
5a 正極端子
6 蓋体
6a 負極端子
7 負極タブ
8 上部絶縁スリーブ
8a 空洞部
9 パッキング
1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator (composite porous film)
5 Battery Case 5a Positive Terminal 6 Lid 6a Negative Terminal 7 Negative Tab 8 Upper Insulating Sleeve 8a Cavity 9 Packing

Claims (8)

ポリオレフィン系多孔質フィルムと、前記ポリオレフィン系多孔質フィルムに積層された、無機粒子を含む多孔質層と、を含む複合多孔質フィルムであって、
前記多孔質層は、前記無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、前記無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)を電界紡糸法によって繊維化し、得られた繊維によって形成された無機粒子含有多孔膜を前記ポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置することによって形成されている、複合多孔質フィルム。
A composite porous film comprising a polyolefin-based porous film and a porous layer containing inorganic particles laminated on the polyolefin-based porous film,
The porous layer was prepared by mixing a mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in the inorganic particle dispersion, or a mixture containing the inorganic particle dispersion and a polymer material. A composite porous film formed by fiberizing the mixed solution (B) by an electrospinning method and disposing an inorganic particle-containing porous film formed by the obtained fiber on the polyolefin-based porous film.
前記無機粒子の平均一次粒子径は10nm〜500nmであって、前記多孔質層における前記無機粒子の含有量が10wt%〜70wt%であり、かつ、
前記無機粒子を含む繊維の平均繊維径が0.05μm〜10μmである、請求項1に記載の複合多孔質フィルム。
The average primary particle diameter of the inorganic particles is 10 nm to 500 nm, the content of the inorganic particles in the porous layer is 10 wt% to 70 wt%, and
The composite porous film according to claim 1, wherein an average fiber diameter of the fibers containing the inorganic particles is 0.05 μm to 10 μm.
前記無機粒子は、金属酸化物、非金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群から選ばれる少なくとも何れか1種を主成分とする、請求項1又は2に記載の複合多孔質フィルム。   3. The composite porous film according to claim 1, wherein the inorganic particles are mainly composed of at least one selected from the group consisting of metal oxides, non-metal oxides, metal nitrides, and metal carbides. 前記高分子材料が、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリル、含フッ素高分子およびセルロース類からなる群から選ばれる少なくとも何れか1種である、請求項1〜3の何れか1項に記載の複合多孔質フィルム。   The polymer material is at least one selected from the group consisting of polyamide, polyamideimide, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyacrylonitrile, a fluorine-containing polymer, and celluloses. The composite porous film according to any one of? 350℃で2時間熱処理した際の面積収縮率が5%以下である、請求項1〜4の何れか1項に記載の複合多孔質フィルム。   The composite porous film according to any one of claims 1 to 4, wherein an area shrinkage ratio when heat-treated at 350 ° C for 2 hours is 5% or less. 請求項1〜5の何れか1項に記載の複合多孔質フィルムを用いた電池用セパレータ。   The battery separator using the composite porous film of any one of Claims 1-5. 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水系溶媒および電解質を含む非水系電解液と、を備えた非水系電解液二次電池であって、
前記セパレータが、請求項6に記載の電池用セパレータである、非水系電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the separator is the battery separator according to claim 6.
ポリオレフィン系多孔質フィルムと、前記ポリオレフィン系多孔質フィルムに積層された、無機粒子を含む多孔質層と、を含む複合多孔質フィルムの製造方法であって、
(I)前記無機粒子の分散液に高分子材料を溶解させて調製した混合溶液(A)、又は、前記無機粒子の分散液と高分子材料を含む溶液とを混合して調製した混合溶液(B)、を準備する工程と、
(II)前記混合溶液(A)又は前記混合溶液(B)を電界紡糸法によって繊維化し、得られた繊維によって無機粒子含有多孔膜を作製する工程と、
(III)前記無機粒子含有多孔膜を前記ポリオレフィン系多孔質フィルム上に配置して、前記多孔質層とする工程と、
を含む、複合多孔質フィルムの製造方法。
A method for producing a composite porous film comprising a polyolefin porous film and a porous layer containing inorganic particles laminated on the polyolefin porous film,
(I) A mixed solution (A) prepared by dissolving a polymer material in a dispersion of the inorganic particles, or a mixed solution prepared by mixing the dispersion of inorganic particles and a solution containing a polymer material ( B), and a step of preparing
(II) fiberizing the mixed solution (A) or the mixed solution (B) by an electrospinning method, and producing an inorganic particle-containing porous membrane with the obtained fiber;
(III) disposing the inorganic particle-containing porous film on the polyolefin-based porous film to form the porous layer;
A method for producing a composite porous film.
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