JP2011146365A - Electrochemical element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical element which exhibits excellent charge characteristics at low temperature, and good productivity. <P>SOLUTION: The electrochemical element includes a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator. The negative electrode includes a negative electrode mixture layer containing negative electrode active material on one surface or both surfaces of a collector. The separator includes a porous layer (I) formed of a fine porous film mainly containing thermoplastic resin, and a porous layer (II) mainly containing a filler of which a heat resistant temperature is 150°C or higher. The above problem is solved by the electrochemical element which is characterized in that a ratio Ra/Tb of an arithmetic average roughness Ra(μm) of a surface of the negative electrode mixture layer and a thickness Tb(μm) of the porous layer (II) is 0.10-0.27. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、生産安定性および低温での充電特性に優れた電気化学素子に関するものである。   The present invention relates to an electrochemical device excellent in production stability and charging characteristics at a low temperature.

電気化学素子の1種であるリチウム二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。また、環境問題への配慮から、繰り返し充電できる二次電池の重要性が増大しており、携帯機器以外にも、自動車、電動工具、電動椅子や家庭用、業務用の電力貯蔵システムへの適用が検討されている。   A lithium secondary battery, which is one type of electrochemical element, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. In addition, due to consideration of environmental issues, the importance of rechargeable secondary batteries is increasing, and in addition to portable devices, they can be applied to automobiles, electric tools, electric chairs, household and commercial power storage systems. Is being considered.

前記のように電池に要求される特性は多岐に渡っており、用途別に様々な対応が必要とされている。例えば、使用時間を長くするための高エネルギー密度化や、大電流での使用時の高エネルギー密度化および充電時間の短縮化(すなわち高負荷機器への適応のために入出力特性の更なる向上)が要求されている。更に、様々な温度環境下で使用されることを考慮すると、電気化学素子の反応性が低下する低温でも、実用に支障のない充電特性を備えることが求められる。   As described above, there are a wide variety of characteristics required for batteries, and various measures are required depending on applications. For example, higher energy density for longer usage time, higher energy density when using at high current, and shorter charging time (ie, further improvement of input / output characteristics for adapting to high load equipment) ) Is required. Furthermore, considering that it is used under various temperature environments, it is required to have charging characteristics that do not hinder practical use even at low temperatures at which the reactivity of the electrochemical element decreases.

このような要求に応えるための電極活物質が数多く提案されており、例えば負極活物質においては、合金系、酸化物系、窒化物系、また炭素材料としては、高黒鉛結晶性の天然黒鉛や人造黒鉛、また高アスペクト比の炭素繊維などが広く検討されている。また、黒鉛質粒子の表面に非晶質または低結晶の炭素被覆層を設けることで、大電流負荷特性を改善した複合材料も提案されている(特許文献1〜4参照。)。   Many electrode active materials have been proposed to meet such demands. For example, in the case of a negative electrode active material, alloy-based, oxide-based, nitride-based, and carbon materials include high graphite crystalline natural graphite and Artificial graphite and high aspect ratio carbon fibers are widely studied. In addition, composite materials having improved large current load characteristics by providing an amorphous or low crystal carbon coating layer on the surface of graphite particles have been proposed (see Patent Documents 1 to 4).

ところで、現行のリチウム二次電池では正極と負極の間に介在させるセパレータとして、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン系の微多孔膜が使用されている。また、セパレータの素材としては、電池の熱暴走温度以下でセパレータの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させ、これにより電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などに電池の安全性を向上させる所謂シャットダウン効果を確保するため、融点の低いポリエチレンが適用されることがある。   By the way, in the current lithium secondary battery, as a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, for example, a polyolefin microporous film having a thickness of about 20 to 30 μm is used. In addition, as separator material, the constituent resin of the separator is melted below the thermal runaway temperature of the battery to close the pores, thereby increasing the internal resistance of the battery and improving the safety of the battery in the event of a short circuit. In order to ensure the so-called shutdown effect, polyethylene having a low melting point may be applied.

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

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

このようなセパレータの熱収縮による短絡を防止し、電池の信頼性を高める技術として、例えば、シャットダウン機能を確保するための樹脂を主体として含む第1セパレータ層と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む第2セパレータ層とを有する多孔質のセパレータを用いて電気化学素子を構成することが提案されている(特許文献5)。   As a technique for preventing such a short circuit due to thermal contraction of the separator and improving the reliability of the battery, for example, a first separator layer mainly including a resin for ensuring a shutdown function, and a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more It has been proposed to form an electrochemical device by using a porous separator having a second separator layer containing mainly as a main component (Patent Document 5).

特許文献5に記載のセパレータを使用し、かつ特許文献1〜4に記載の前記炭素材料を負極活物質として用いれば、異常過熱時でも安全性に優れ、更に大電流負荷特性や低温度特性に優れた電気化学素子を構成することができる。   If the separator described in Patent Document 5 is used and the carbon material described in Patent Documents 1 to 4 is used as a negative electrode active material, it is excellent in safety even during abnormal overheating, and further has high current load characteristics and low temperature characteristics. An excellent electrochemical device can be constructed.

特開平6−267531号公報JP-A-6-267531 特開平10−162858号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-162858 特開2002−42887号公報JP 2002-42887 A 特開2003−168429号公報JP 2003-168429 A 国際公開第2007/66768号公報International Publication No. 2007/66768

しかし、前述した炭素材料を用いて構成した負極では、負極合剤層の表面が粗くなって凹凸が生じる場合がある。このような負極と、正極およびセパレータとを用いて巻回体を形成すると、ポリオレフィン系微多孔膜セパレータを使用した場合では、負極の凸部がセパレータにくい込み、正極との電極間距離が部分的に縮まって、充放電サイクル特性の低下を誘引したり、安全性に問題が生じたりすることがあった。   However, in the negative electrode configured using the carbon material described above, the surface of the negative electrode mixture layer may be rough and uneven. When a wound body is formed using such a negative electrode, a positive electrode, and a separator, when a polyolefin microporous membrane separator is used, the convex portion of the negative electrode is difficult to separate, and the distance between the positive electrode and the positive electrode is partially This may lead to a decrease in charge / discharge cycle characteristics or a problem in safety.

特許文献5に記載のセパレータであれば、例えば、微多孔膜で構成可能な第1セパレータ層の表面に形成する第2セパレータ層に係るフィラーの作用によって、前記のような負極の凸部による問題の改善がある程度見込まれるが、電池の信頼性(その指標である検査工程での生産性を含む)の更なる向上も求められる。   In the case of the separator described in Patent Document 5, for example, the problem due to the convex portion of the negative electrode as described above due to the action of the filler related to the second separator layer formed on the surface of the first separator layer that can be configured with a microporous film. However, there is also a need for further improvement in battery reliability (including productivity in the inspection process, which is an indicator).

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温での充電特性に優れ、かつ生産性が良好な電気化学素子を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the electrochemical element which is excellent in the charge characteristic in low temperature, and favorable productivity.

前記目的を達成し得た本発明の電気化学素子は、正極、負極、非水電解液およびセパレータを有する電気化学素子であって、前記負極は、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極合剤層を有しており、前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有しており、前記負極合剤層表面の算術平均粗さRa(μm)と、前記多孔質層(II)の厚みTb(μm)との比Ra/Tbが、0.10〜0.27であることを特徴とするものである。   The electrochemical element of the present invention that has achieved the above object is an electrochemical element having a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, wherein the negative electrode has a negative electrode active material on one or both sides of a current collector. The separator includes a porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin, and a porous layer mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. (II), and the ratio Ra / Tb between the arithmetic average roughness Ra (μm) of the surface of the negative electrode mixture layer and the thickness Tb (μm) of the porous layer (II) is 0.8. It is characterized by being 10 to 0.27.

なお、後記の多孔質基体を除き、本明細書でいう「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。   Except for the porous substrate described later, “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” in this specification means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C.

また、本明細書でいう多孔質層(I)における「熱可塑性樹脂を主体とする」とは、多孔質層(I)内の固形分比率で、熱可塑性樹脂が50体積%以上であることを意味している。更に、本明細書でいう多孔質層(II)における「耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む」とは、層内の固形分比率(ただし、後記の多孔質基体を有する場合においては、多孔質基体を除いた固形分比率)で、耐熱温度が150℃以上のフィラーが50体積%以上であることを意味している。   The term “mainly comprising a thermoplastic resin” in the porous layer (I) in the present specification is a solid content ratio in the porous layer (I), and the thermoplastic resin is 50% by volume or more. Means. Furthermore, in the porous layer (II) in the present specification, “mainly containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher” means a solid content ratio in the layer (however, in the case of having a porous substrate described later) The solid content ratio excluding the porous substrate) means that the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is 50% by volume or higher.

本発明によれば、低温(例えば0℃以下の低温)での充電特性に優れ、かつ生産性が良好な電気化学素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrochemical element which is excellent in the charge characteristic in low temperature (for example, low temperature below 0 degreeC), and favorable productivity can be provided.

本発明の電気化学素子(リチウム二次電池)の一例を模式的に示す図で、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically an example of the electrochemical element (lithium secondary battery) of this invention, (a) is the top view, (b) is the fragmentary longitudinal cross-sectional view. 図1に示す電気化学素子(リチウム二次電池)の斜視図である。It is a perspective view of the electrochemical element (lithium secondary battery) shown in FIG.

本発明の電気化学素子は、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極合剤層を有する負極、および熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有するセパレータを備えており、負極合剤層表面の算術平均粗さRa(μm)と、セパレータに係る多孔質層(II)の厚みTb(μm)との比Ra/Tbが、0.10以上0.27以下であることを特徴としている。   The electrochemical device of the present invention includes a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on one or both sides of a current collector, and a porous layer (I) comprising a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin, A separator having a porous layer (II) mainly containing a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, an arithmetic average roughness Ra (μm) of the negative electrode mixture layer surface, and a porous layer ( The ratio Ra / Tb to the thickness Tb (μm) of II) is 0.10 or more and 0.27 or less.

なお、本発明に係る負極の負極合剤層表面の算術平均粗さRaは、JIS B 0601に規定の算術平均粗さであり、具体的には、共焦点レーザー顕微鏡(レーザテック株式会社製「リアルタイム走査型レーザー顕微鏡 1LM−21D」)を用い、1mm×1mmの視野を512×512ピクセルで測定し、各点の平均線からの絶対値を算術平均することにより求められる数値である。   The arithmetic average roughness Ra of the negative electrode mixture layer surface of the negative electrode according to the present invention is the arithmetic average roughness specified in JIS B 0601. Specifically, a confocal laser microscope (manufactured by Lasertec Corporation, “ This is a numerical value obtained by measuring a 1 mm × 1 mm field of view with 512 × 512 pixels using an real-time scanning laser microscope 1LM-21D ”) and arithmetically averaging the absolute values from the average line of each point.

本発明に係る負極の負極合剤層を形成する主成分である負極活物質としては、リチウムなどの金属や合金、金属酸化物、金属窒化物、黒鉛などの炭素質材料などが挙げられるが、なかでも、高黒鉛結晶性の天然黒鉛や人造黒鉛、また高アスペクト比の炭素繊維などは、可逆容量が高く、また導電性が高いことから好適である。しかしながら、前記天然黒鉛や人造黒鉛、高アスペクト比の炭素繊維の中には、嵩高な材料が多く見られ、後述する方法で集電体の表面に負極合剤層を形成させると、その表面が粗くなることがある。更に、黒鉛質粒子の表面に非晶質または低結晶の炭素被覆層を設けた炭素材料は、高負荷特性や特に低温での充電特性に優れるなどの特徴を有するが、表面が硬くなる傾向があり、このような材料を用いて負極合剤層を形成すると、表面の算術平均粗さRaが、例えば0.3〜1.2μm程度に粗面化することが多い。   Examples of the negative electrode active material that is a main component forming the negative electrode mixture layer of the negative electrode according to the present invention include metals such as lithium and alloys, metal oxides, metal nitrides, and carbonaceous materials such as graphite. Among these, high graphite crystalline natural graphite, artificial graphite, and high aspect ratio carbon fiber are preferable because of their high reversible capacity and high conductivity. However, in the natural graphite, artificial graphite, and high aspect ratio carbon fibers, many bulky materials are seen. When a negative electrode mixture layer is formed on the surface of the current collector by the method described later, the surface is May be rough. Furthermore, the carbon material provided with an amorphous or low crystalline carbon coating layer on the surface of the graphite particles has characteristics such as high load characteristics and particularly excellent charging characteristics at low temperatures, but the surface tends to be hard. When the negative electrode mixture layer is formed using such a material, the arithmetic average roughness Ra of the surface is often roughened to, for example, about 0.3 to 1.2 μm.

前記のような表面性状の負極を用い、正極およびセパレータと重ねて渦巻状に巻回して巻回電極体を作製すると、特にポリオレフィン系微多孔膜セパレータを用いた場合では、負極表面の凸部がセパレータにくい込み、正極との電極間距離が部分的に縮まって、電池の充放電サイクル特性の低下を誘引したり、安全性に問題が生じたりすることがある。   When the negative electrode having the surface property as described above is used and a spirally wound electrode body is produced by overlapping with the positive electrode and the separator, a convex portion on the negative electrode surface is formed particularly when a polyolefin-based microporous membrane separator is used. The separator may be difficult to insert, and the distance between the positive electrode and the electrode may be partially reduced, which may cause deterioration of charge / discharge cycle characteristics of the battery and may cause a problem in safety.

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有するセパレータを使用し、多孔質層(II)の厚みTb(μm)と、負極合剤層表面の算術平均粗さRa(μm)との比であるRa/Tbを前記の範囲内に調整することで、高い電気化学特性と安全性とを確保し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have determined that a porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin and a porous layer (II) mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. Ra / Tb which is the ratio of the thickness Tb (μm) of the porous layer (II) and the arithmetic average roughness Ra (μm) of the negative electrode mixture layer surface is within the above range. By adjusting, it discovered that a high electrochemical characteristic and safety | security could be ensured, and came to complete this invention.

本発明の電池に係る負極活物質の中でも、低温(0℃以下)での充電特性を特に高め得るものとして、前述の、黒鉛質粒子の表面に非晶質または低結晶の炭素被覆層を設けた炭素材料が好ましいが、このような炭素材料としては、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値(I1360/I1580)が0.1以上0.5以下であり、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛が挙げられる。 Among the negative electrode active materials according to the battery of the present invention, the above-described amorphous or low-crystalline carbon coating layer is provided on the surface of the graphite particles as a material capable of particularly improving charging characteristics at a low temperature (0 ° C. or lower). and carbon materials are preferred, as such carbon materials, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum (I 1360 / I 1580) of 0.1 For example, graphite having a surface spacing d 002 of 002 plane of 0.338 nm or less is 0.5 or less.

なお、前記R値は、波長514.5nmのアルゴンレーザー〔例えば、Ramanaor社製「T−5400」(レーザーパワー:1mW)〕を用いて得られるラマンスペクトルにより求めることができる。   The R value can be obtained from a Raman spectrum obtained using an argon laser having a wavelength of 514.5 nm [for example, “T-5400” (Laser power: 1 mW) manufactured by Ramanaor Inc.].

R値およびd002が前記の値を満足する前記黒鉛は、平均粒子径D50%(体積基準の積算分率50%における粒子直径。後述するセパレータに係るフィラーの平均粒子径の測定の場合と同じ装置により測定できる。)が10μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。更に、前記黒鉛の比表面積(BET法による。装置例は日本ベル社製「ベルソープミニ」など。)は、1.0m/g以上であることが好ましく、また、5.0m/g以下であることが好ましい。 The graphite whose R value and d 002 satisfy the above values has an average particle diameter D50% (particle diameter at a volume-based cumulative fraction of 50%. The same as in the case of measuring the average particle diameter of the filler according to the separator described later. It is preferably 10 μm or more, and preferably 30 μm or less. Further, the specific surface area of the graphite (according to the BET method. An example of the apparatus is “Bell Soap Mini” manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) is preferably 1.0 m 2 / g or more, and 5.0 m 2 / g. The following is preferable.

R値およびd002が前記の値を満足する前記黒鉛は、例えばd002が0.338nm以下である天然黒鉛または人造黒鉛を球状に賦形した黒鉛を母材とし、その表面を有機化合物で被覆し、800〜1500℃で焼成した後、解砕し、篩を通して整粒することによって得ることができる。なお、前記母材を被覆する有機化合物としては、芳香族炭化水素;芳香族炭化水素を加熱加圧下で重縮合して得られるタールまたはピッチ類;芳香族炭化水素の混合物を主成分とするタール、ピッチまたはアスファルト類;などが挙げられる。前記母材を前記有機化合物で被覆するには、前記有機化合物に前記母材を含浸・混捏する方法が採用できる。また、プロパンやアセチレンなどの炭化水素ガスを熱分解により炭素化し、これをd002が0.338nm以下の黒鉛の表面に堆積させる気相法によっても、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を作製することができる。 The graphite satisfying the R value and d 002 satisfies the above values, for example, a natural graphite having d 002 of 0.338 nm or less or graphite obtained by spherically shaping artificial graphite, and the surface thereof is coated with an organic compound. And after baking at 800-1500 degreeC, it can grind | pulverize and it can obtain by sizing through a sieve. The organic compound covering the base material includes aromatic hydrocarbons; tars or pitches obtained by polycondensation of aromatic hydrocarbons under heat and pressure; tars mainly composed of a mixture of aromatic hydrocarbons. , Pitch or asphalt; In order to coat the base material with the organic compound, a method of impregnating and kneading the base material into the organic compound can be employed. Also, the R value and d 002 satisfy the above values by a vapor phase method in which hydrocarbon gas such as propane or acetylene is carbonized by pyrolysis and deposited on the surface of graphite having d 002 of 0.338 nm or less. Graphite can be produced.

アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値(I1360/I1580)が0.1以上0.5以下であり、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を使用する場合、電池の低温特性をより高める観点からは、かかる黒鉛を、負極活物質全量中に30質量%以上の割合で使用することが好ましく、80質量%以上の割合で使用することがより好ましい(100質量%、すなわち、前記黒鉛のみを負極活物質に使用してもよい)。 R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum (I 1360 / I 1580) is 0.1 or more and 0.5 or less, the surface of 002 plane spacing d 002 In the case of using graphite having a thickness of 0.338 nm or less, from the viewpoint of further improving the low temperature characteristics of the battery, it is preferable to use such graphite in a proportion of 30% by mass or more in the total amount of the negative electrode active material, 80% by mass It is more preferable to use it in the above proportion (100% by mass, that is, only the graphite may be used for the negative electrode active material).

前記黒鉛とともに、他の負極活物質を使用する場合、このような負極活物質としては、例えば、R値が0.1未満の黒鉛(表面の結晶性が高い黒鉛)、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、Liイオンを吸蔵、放出可能な炭素材料が挙げられる。   When other negative electrode active materials are used together with the graphite, examples of such negative electrode active materials include graphite having an R value of less than 0.1 (graphite having high surface crystallinity), pyrolytic carbons, coke, and the like. Carbon materials that can occlude and release Li ions, such as carbonaceous materials, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers.

なお、電気化学素子の低温での充電特性を高めるには、非水電解液の溶媒にプロピレンカーボネートを使用することが好ましいが、負極活物質として使用される炭素材料のなかでも、結晶性がより低いものでは、プロピレンカーボネートに対する耐性が高い。よって、例えば、R値が0.1未満の天然黒鉛や人造黒鉛などに比べて、結晶性が低く、プロピレンカーボネートに対する耐性がより高い炭素材料を使用した場合には、負極とともに電気化学素子に係る非水電解液も、より低温での充電特性を高め得る構成にし得ることから、低温での充電特性の更なる向上効果が期待できる。結晶性が低く、プロピレンカーボネートに対する耐性がより高い炭素材料としては、高アスペクト比の炭素繊維、R値およびd002が前記の値を満足する前記黒鉛などが挙げられ、R値およびd002が前記の値を満足する前記黒鉛が特に好ましい。なお、高アスペクト比の炭素繊維に係るアスペクト比(長さと直径との比)としては、例えば3〜20が好ましい。 In order to improve the low-temperature charging characteristics of the electrochemical element, it is preferable to use propylene carbonate as a solvent for the non-aqueous electrolyte. However, among the carbon materials used as the negative electrode active material, the crystallinity is higher. At low values, the resistance to propylene carbonate is high. Therefore, for example, when a carbon material having low crystallinity and higher resistance to propylene carbonate is used as compared with natural graphite or artificial graphite having an R value of less than 0.1, it relates to the electrochemical element together with the negative electrode. Since the non-aqueous electrolyte can also be configured to enhance the charging characteristics at a lower temperature, a further improvement effect of the charging characteristics at a low temperature can be expected. Have low crystallinity, the higher the carbon material resistant to propylene carbonate, carbon fibers having a high aspect ratio, R value and d 002 and the graphite can be mentioned that satisfy the values of defined, R value and d 002 is the The graphite satisfying the following value is particularly preferable. In addition, as an aspect-ratio (ratio of length and diameter) which concerns on the high aspect-ratio carbon fiber, 3-20 are preferable, for example.

負極合剤層は、前記の負極活物質の他に、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダ、更には必要に応じて使用される導電助剤(例えば、カーボンブラックなどの炭素材料など)などを含む負極合剤により、負極集電体の片面または両面に形成することができる。負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。   In addition to the negative electrode active material, the negative electrode mixture layer includes a binder such as polyvinylidene fluoride, and a conductive additive used as necessary (for example, a carbon material such as carbon black). Depending on the agent, it can be formed on one or both sides of the negative electrode current collector. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one side of the current collector.

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

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

本発明の電気化学素子に用いられるセパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質の多孔質層(II)とを有するものである。   The separator used in the electrochemical device of the present invention includes a porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin, and a porous porous layer mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. (II).

セパレータに係る多孔質層(I)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものである。本発明の電気化学素子の温度が多孔質層(I)の主体となる成分である熱可塑性樹脂[以下、樹脂(A)と称する]の融点以上に達したときには、多孔質層(I)に係る樹脂(A)が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。   The porous layer (I) related to the separator is mainly for ensuring a shutdown function. When the temperature of the electrochemical element of the present invention reaches or exceeds the melting point of a thermoplastic resin [hereinafter referred to as resin (A)], which is a main component of the porous layer (I), the porous layer (I) The resin (A) melts and closes the pores of the separator, thereby causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction.

また、セパレータに係る多孔質層(II)は、電気化学素子の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が150℃以上の板状フィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電気化学素子が高温となった場合には、喩え多孔質層(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、後述するように多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化した構成の場合には、この耐熱性の多孔質層(II)が、セパレータの骨格として作用し、多孔質層(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮を抑制する。   In addition, the porous layer (II) according to the separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the electrochemical element rises, and has a heat resistant temperature of 150. Its function is ensured by a plate-like filler having a temperature of ℃ or higher. That is, when the electrochemical device is at a high temperature, the positive and negative electrodes that can be generated when the separator is thermally contracted by the porous layer (II) that is difficult to contract even if the porous layer (I) contracts. It is possible to prevent a short circuit due to direct contact. In the case where the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated as described later, the heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, The thermal contraction of the layer (I), that is, the thermal contraction of the entire separator is suppressed.

セパレータの多孔質層(I)に係る樹脂(A)は、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後で詳述する電気化学素子の有する非水電解液(以下、「電解液」と省略する場合がある)や、セパレータ製造の際に使用する溶媒(詳しくは後述する)に安定な熱可塑性樹脂であれば特に制限は無いが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などが好ましい。   The resin (A) relating to the porous layer (I) of the separator has an electrical insulation property, is electrochemically stable, and further has a non-aqueous electrolyte (hereinafter referred to as “electrochemical solution”) included in an electrochemical element described in detail later. There is no particular limitation as long as it is a thermoplastic resin that is stable to a solvent used in the manufacture of the separator (details will be described later), but polyethylene (PE), polypropylene (PP ), Polyolefins such as ethylene-propylene copolymers; polyesters such as polyethylene terephthalate and copolymerized polyesters;

なお、セパレータは、80℃以上150℃以下(より好ましくは100℃以上)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。そのため、多孔質膜(I)は、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、80℃以上150℃以下(更に好ましくは100℃以上)の熱可塑性樹脂を、その構成成分とするものがより好ましく、PEを主成分とする単層の微多孔膜であるか、PEとPPとを2〜5層積層した積層微多孔膜などであることが好ましい。   In addition, it is preferable that a separator has the property (namely, shutdown function) which the hole obstruct | occludes in 80 degreeC or more and 150 degrees C or less (more preferably 100 degreeC or more). Therefore, the porous film (I) has a melting point, that is, a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K 7121, preferably 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower (more preferably (100 ° C. or higher) thermoplastic resin having a constituent component thereof is more preferable, and it is a single layer microporous film mainly composed of PE or laminated microporous film in which 2 to 5 layers of PE and PP are laminated. A film or the like is preferable.

PEのように融点が80℃以上150℃以下の熱可塑性樹脂と、PPなどのように、融点が150℃を超える熱可塑性樹脂とを併用して多孔質層(I)を構成する場合、例えば
、PEと、PPなどのPEよりも高融点の樹脂とを混合して構成された微多孔膜を多孔質層(I)としたり、PE層と、PP層などのPEよりも高融点の樹脂で構成された層とを積層して構成された積層微多孔膜を多孔質層(I)としたりする場合には、多孔質層(I)を構成する樹脂(A)中、融点が80℃以上150℃以下の樹脂(例えばPE)が、30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。
When the porous layer (I) is composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or more and 150 ° C. or less like PE and a thermoplastic resin having a melting point exceeding 150 ° C. like PP, for example, A microporous membrane composed of a mixture of PE and a resin having a higher melting point than PE such as PP is used as the porous layer (I), or a resin having a higher melting point than PE such as the PE layer and the PP layer. When the laminated microporous membrane constituted by laminating the layers constituted by the above is used as the porous layer (I), the melting point of the resin (A) constituting the porous layer (I) is 80 ° C. The resin (for example, PE) having a temperature of 150 ° C. or less is preferably 30% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.

前記のような微多孔膜としては、例えば、従来公知のリチウム二次電池などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された微多孔膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の微多孔膜を用いることができる。   Examples of the microporous membrane as described above include a microporous membrane composed of the above-described exemplary thermoplastic resin used in, for example, a conventionally known lithium secondary battery, that is, a solvent extraction method, a dry or wet stretching method. An ion-permeable microporous membrane produced by the above method can be used.

また、多孔質層(I)には、セパレータにシャットダウン機能を付与する作用を損なわない範囲で、その強度などを向上するためにフィラーなどを含有させることもできる。多孔質層(I)に使用可能なフィラーとしては、例えば、後述する多孔質層(II)に使用可能なフィラー(耐熱温度が150℃以上の板状フィラー、およびその他の形状のフィラー)と同じものが挙げられる。   Further, the porous layer (I) may contain a filler or the like in order to improve the strength and the like within a range not impairing the action of imparting a shutdown function to the separator. Examples of the filler that can be used for the porous layer (I) include the same fillers that can be used for the porous layer (II) described later (plate-like filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, and fillers having other shapes). Things.

フィラーの粒径は、平均粒子径で、例えば、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは10μm以下、より好ましくは1μm以下である。なお、本明細書でいうフィラーの平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、フィラーを溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径D50%である[後述する多孔質層(II)に係るフィラーについても同じである。]。   The particle diameter of the filler is an average particle diameter, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less. The average particle diameter of the filler referred to in the present specification is measured by, for example, using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA), dispersing these fine particles in a medium in which the filler is not dissolved. The same applies to the filler according to the porous layer (II) described later. ].

前記のような構成の多孔質層(I)を備えることで、セパレータにシャットダウン機能を付与することが容易となり、電気化学素子の内部温度上昇時における安全性確保を容易に達成することが可能となる。   By including the porous layer (I) having the above-described structure, it becomes easy to provide a shutdown function to the separator, and it is possible to easily achieve safety when the internal temperature of the electrochemical element rises. Become.

多孔質層(I)における樹脂(A)の含有量は、シャットダウンの効果をより得やすくするために、例えば、下記のようであることが好ましい。多孔質層(I)の全構成成分中において主体となる樹脂(A)の体積は、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましく、100体積%であってもよい。更に、後記の方法により求められる多孔質層(II)の空孔率が20〜60%であり、かつ樹脂(A)の体積が、多孔質層(II)の空孔体積の50%以上であることが好ましい。   The content of the resin (A) in the porous layer (I) is preferably, for example, as follows in order to make it easier to obtain the shutdown effect. The volume of the resin (A) as a main component in all the constituent components of the porous layer (I) is 50% by volume or more, more preferably 70% by volume or more, and may be 100% by volume. Furthermore, the porosity of the porous layer (II) obtained by the method described later is 20 to 60%, and the volume of the resin (A) is 50% or more of the pore volume of the porous layer (II). Preferably there is.

多孔質層(II)に係るフィラーは、耐熱温度が150℃以上で、電気化学素子の有する電解液に対して安定であり、更に電気化学素子の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、有機粒子でも無機粒子でもよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、安定性(特に耐酸化性)などの点から無機微粒子がより好ましく用いられる。   The filler related to the porous layer (II) has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is stable with respect to the electrolyte solution of the electrochemical device, and is electrochemically resistant to oxidation and reduction in the operating voltage range of the electrochemical device. Organic particles or inorganic particles may be used as long as they are stable, but fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion and the like, and inorganic fine particles are more preferably used from the viewpoint of stability (particularly oxidation resistance).

前記フィラーは板状であることが好ましい。多孔質層(II)が板状フィラーを含有することで、負極合剤層の表面が粗い負極と組み合わせても、電気化学素子の生産性の低下をより良好に抑制できる他、多孔質層(II)が多孔質層(I)と一体化した場合においても、板状フィラー同士の衝突によって多孔質膜(I)が収縮する力を、より良好に抑制することが可能となる。また、板状フィラーを用いることでセパレータにおける正極負極間の経路、すなわち所謂曲路率が大きくなる。そのため、デンドライトが生成した場合でも、該デンドライトが負極から正極に到達し難くなり、デンドライトショートに対する信頼性を高めることができる。   The filler is preferably plate-shaped. The porous layer (II) contains a plate-like filler, so that even when the negative electrode mixture layer is combined with a negative electrode having a rough surface, the productivity of the electrochemical element can be more effectively suppressed, and the porous layer ( Even when II) is integrated with the porous layer (I), the force that the porous membrane (I) contracts due to the collision between the plate-like fillers can be more favorably suppressed. Further, the use of the plate-like filler increases the path between the positive electrode and the negative electrode in the separator, that is, the so-called curvature. Therefore, even when dendrite is generated, it becomes difficult for the dendrite to reach the positive electrode from the negative electrode, and the reliability against a dendrite short can be improved.

前記の板状フィラーとしては、各種市販品が挙げられ、例えば、旭硝子エスアイテック社製「サンラブリー(商品名)」(SiO)、石原産業社製「NST−B1(商品名)」の粉砕品(TiO)、堺化学工業社製の板状硫酸バリウム「Hシリーズ(商品名)」、「HLシリーズ(商品名)」、林化成社製「ミクロンホワイト(商品名)」(タルク)、林化成社製「ベンゲル(商品名)」(ベントナイト)、河合石灰社製「BMM(商品名)」や「BMT(商品名)」(ベーマイト)、河合石灰社製「セラシュールBMT−B(商品名)」[アルミナ(Al)]、キンセイマテック社製「セラフ(商品名)」(アルミナ)、斐川鉱業社製「斐川マイカ Z−20(商品名)」(セリサイト)などが入手可能である。この他、SiO、Al、ZrO、CeOについては、特開2003−206475号公報に開示の方法により作製することができる。これらの中でも、ベーマイト、アルミナ、シリカ(SiO)が好ましい。 Examples of the plate-like filler include various commercially available products, such as “Sun Lovely (trade name)” (SiO 2 ) manufactured by Asahi Glass S-Tech Co., Ltd. and “NST-B1 (trade name)” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. (TiO 2 ), Sakai Chemical Industry's plate-like barium sulfate “H series (trade name)”, “HL series (trade name)”, Hayashi Kasei Co., Ltd. “micron white (trade name)” (talc), “Bengel (trade name)” (bentonite) manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd. “BMM (trade name)” or “BMT (trade name)” (boehmite) manufactured by Kawai Lime Co., Ltd. Name) ”[Alumina (Al 2 O 3 )],“ Seraph (trade name) ”(alumina) manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd.,“ Yodogawa Mica Z-20 (trade name) ”(sericite) manufactured by Yodogawa Mining Co., Ltd., etc. Is possible. In addition, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and CeO 2 can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206475. Among these, boehmite, alumina, and silica (SiO 2 ) are preferable.

板状の前記フィラーの形態としては、アスペクト比(板状フィラー中の最大長さと板状フィラーの厚みとの比)が、好ましくは5以上、より好ましくは10以上であって、好ましくは100以下、より好ましくは50以下である。板状フィラーにおけるアスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。   As the form of the plate-like filler, the aspect ratio (ratio between the maximum length in the plate-like filler and the thickness of the plate-like filler) is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and preferably 100 or less. More preferably, it is 50 or less. The aspect ratio of the plate-like filler can be obtained by, for example, image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM).

また、板状の前記フィラーは、板厚が薄いと衝撃によって割れやすいという問題があることから、その平均厚みが、0.02μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましい。ただし、板状の前記フィラーの厚みが大きすぎると、セパレータの厚みが厚くなって、放電容量が低下したり、電気化学素子の作製時に多孔質層(II)が割れやすくなることから、その平均厚みは、0.7μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。   In addition, since the plate-like filler has a problem of being easily cracked by impact when the plate thickness is thin, the average thickness is preferably 0.02 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more. . However, if the thickness of the plate-like filler is too large, the thickness of the separator is increased, the discharge capacity is reduced, and the porous layer (II) is liable to break during the production of the electrochemical element. The thickness is preferably 0.7 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less.

板状の前記フィラーの平均厚みは、セパレータの断面をSEMにより観察し、フィラー100個の厚みの平均値(数平均値)として求めることができる。   The average thickness of the plate-like filler can be determined as an average value (number average value) of the thickness of 100 fillers by observing the cross section of the separator with an SEM.

多孔質層(II)は、前記の板状フィラーと共に、板状以外の形状のフィラー(例えば、球状や略球状などのフィラー)を含有していてもよい。板状以外の形状のフィラーも、板状フィラーと同様に耐熱温度が150℃以上であることが好ましく、例えば、このような耐熱温度を有する無機粒子または有機粒子が挙げられる。   The porous layer (II) may contain a filler other than a plate shape (for example, a filler such as a sphere or a substantially sphere) together with the plate filler. The filler having a shape other than the plate shape preferably has a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher as in the case of the plate filler, and examples thereof include inorganic particles or organic particles having such heat resistant temperature.

無機粒子の構成材料の具体例としては、例えば、酸化鉄、Al(アルミナ)、SiO(シリカ)、TiO、BaTiO、ZrOなどの無機酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;モンモリロナイトなどの粘土;などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などであってもよい。また、金属、SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。無機粒子としては、多孔質層(II)が正極に面するように電気化学素子を構成した場合に、その高温での貯蔵性や充放電サイクル特性を高め得る(詳しくは後述する)ことから、前記の無機酸化物の粒子(微粒子)が好ましく、中でも、アルミナ、シリカおよびベーマイトが特に好ましく用いられる。 Specific examples of the constituent material of the inorganic particles include inorganic oxides such as iron oxide, Al 2 O 3 (alumina), SiO 2 (silica), TiO 2 , BaTiO 3 , ZrO 2 ; aluminum nitride, silicon nitride, etc. Inorganic nitrides of the above; poorly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalent bonds such as silicon and diamond; clays such as montmorillonite; Here, the inorganic oxide may be boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or other mineral resource-derived substances or artificial products thereof. In addition, the surface of a conductive material exemplified by metal, SnO 2 , conductive oxide such as tin-indium oxide (ITO), carbonaceous material such as carbon black, graphite, etc., is a material having electrical insulation ( For example, the particle | grains which gave the electrical insulation property by coat | covering with the said inorganic oxide etc. may be sufficient. As inorganic particles, when the electrochemical element is configured so that the porous layer (II) faces the positive electrode, its high temperature storage and charge / discharge cycle characteristics can be improved (details will be described later). The inorganic oxide particles (fine particles) are preferable, and alumina, silica, and boehmite are particularly preferably used.

また、有機粒子(有機粉末)としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子粒子などが例示できる。また、これらの有機粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。   Organic particles (organic powder) include crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer crosslinked product, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensate, etc. Examples thereof include various crosslinked polymer particles and heat-resistant polymer particles such as polysulfone, polyacrylonitrile, aramid, polyacetal, and thermoplastic polyimide. The organic resin (polymer) constituting these organic particles is a mixture, modified body, derivative, or copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. Polymer) or a crosslinked product (in the case of the above-mentioned heat-resistant polymer).

また、多孔質層(II)は、前記の板状フィラーと共に、一次粒子が凝集した二次粒子構造を有する微粒子を含有していてもよい。前記二次粒子構造のフィラーも、前記の板状前記フィラーと同様の熱収縮抑制作用や、デンドライトショートの抑制作用を有している。前記二次粒子構造のフィラーの例としては、大明化学社製「ベーマイト C06(商品名)」、「ベーマイト C20(商品名)」(ベーマイト)、米庄石灰工業社製「ED−1(商品名)」(CaCO)、J.M.Huber社製「Zeolex 94HP(商品名)」(クレイ)などが挙げられる。 The porous layer (II) may contain fine particles having a secondary particle structure in which primary particles are aggregated together with the plate-like filler. The filler having the secondary particle structure also has the same heat shrinkage suppressing action as that of the plate-like filler and the action of suppressing dendrite shorts. Examples of the filler having the secondary particle structure include “Boehmite C06 (trade name)”, “Boehmite C20 (trade name)” (boehmite) manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., “ED-1 (trade name) manufactured by Yonesho Lime Industry Co., Ltd. ) ”(CaCO 3 ), J. et al. M.M. Examples include “Zeolex 94HP (trade name)” (clay) manufactured by Huber.

なお、多孔質層(II)が、前記の板状フィラーと共に、板状以外の形状のフィラーも含有する場合には、前記の板状フィラーの使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、多孔質層(II)が含有するフィラーの全量中、前記の板状フィラーが、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。   In addition, when the porous layer (II) also contains a filler having a shape other than a plate shape together with the plate-like filler, from the viewpoint of better securing the above-described effect due to the use of the plate-like filler. In the total amount of filler contained in the porous layer (II), the plate-like filler is preferably 80% by volume or more, and more preferably 90% by volume or more.

多孔質層(II)に係る耐熱温度が150℃以上のフィラーの平均粒子径(板状フィラーおよび他形状フィラーの平均粒子径。以下同じ。)は、小さすぎるとイオンの透過性が低下することから、好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上である。また、大きすぎると電気特性が劣化しやすくなることから、耐熱温度が150℃以上のフィラーの平均粒子径は、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。   If the average particle diameter of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher (the average particle diameter of the plate-like filler and other-shaped fillers; the same applies hereinafter) of the porous layer (II) is too small, the ion permeability decreases. Therefore, it is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more. Moreover, since an electrical characteristic will deteriorate easily when too large, the average particle diameter of the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more becomes like this. Preferably it is 5 micrometers or less, More preferably, it is 2 micrometers or less.

多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの量[板状フィラーと共に板状以外の形状のフィラーを用いている場合には、それらの合計量。多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの量について、以下同じ。]は、多孔質層(II)の構成成分の全体積中[ただし、後記の多孔質基体を使用する場合には、多孔質基体を除く構成成分の全体積中。多孔質層(II)の各構成成分の含有量について、以下同じ。]、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることが更に好ましい。多孔質層(II)中のフィラーを前記のように高含有量とすることで、電気化学素子が高温となった際の正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができ、また、特に多孔質層(I)と多孔質層(II)とを一体化した構成のセパレータの場合には、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができる。   Amount of filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II) [when a filler having a shape other than a plate is used together with a plate filler, the total amount thereof. The same applies hereinafter for the amount of filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II). ] In the total volume of the constituent components of the porous layer (II) [However, in the case of using the porous substrate described later, in the total volume of the constituent components excluding the porous substrate. The same applies to the content of each component of the porous layer (II). ], 50% by volume or more, preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, and still more preferably 90% by volume or more. By making the content of the filler in the porous layer (II) high as described above, the occurrence of a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode when the electrochemical device is at a high temperature is better suppressed. In particular, in the case of a separator having a configuration in which the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated, the thermal contraction of the entire separator can be satisfactorily suppressed.

また、多孔質層(II)には、耐熱温度が150℃以上のフィラー同士を結着したり、必要に応じて多孔質層(I)と多孔質層(II)とを結着したりするために有機バインダを含有させることが好ましく、このような観点から、多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラー量の好適上限値は、例えば、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、99.5体積%である。なお、多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの量を70体積%未満とすると、例えば、多孔質層(II)中の有機バインダ量を多くする必要が生じるが、その場合には多孔質層(II)の空孔が有機バインダによって埋められやすく、セパレータとしての機能が低下する虞があり、また、開孔剤などを用いて多孔質化した場合には、前記フィラー同士の間隔が大きくなりすぎて、熱収縮を抑制する効果が低下する虞がある。   Moreover, the porous layer (II) binds fillers having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, or binds the porous layer (I) and the porous layer (II) as necessary. For this reason, it is preferable to contain an organic binder. From such a viewpoint, the suitable upper limit of the filler amount having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II) is, for example, a constituent component of the porous layer (II). Is 99.5% by volume. If the amount of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II) is less than 70% by volume, for example, it is necessary to increase the amount of the organic binder in the porous layer (II). In the porous layer (II), the pores of the porous layer (II) are easily filled with an organic binder, and the function as a separator may be deteriorated. There is a possibility that the effect of suppressing the heat shrinkage may be reduced due to the excessively large interval.

前記の板状フィラーは、多孔質層(II)中において、それらの板状面で積層(平板を形成する広い面で厚み方向に積層されていれば、上下のフィラーの水平位置が互いにずれていてもよい)していることが好ましく、また、板状フィラーの積層枚数が、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましい。セパレータに係る多孔質層(II)において、前記の板状フィラーがこのように存在していることで、セパレータの強度(例えば、後述する測定方法により測定される貫通強度)をより高めることができる。ただし、前記の板状フィラーの多孔質層(II)中における積層枚数が多すぎると、多孔質層(II)の厚み、ひいてはセパレータの厚みの増大を引き起こし、電気化学素子のエネルギー密度低下を引き起こす虞がある。そのため、多孔質層(II)における前記の板状フィラーの積層数は、50以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。   In the porous layer (II), the above plate-like fillers are laminated on their plate-like surfaces (if they are laminated in the thickness direction on a wide surface forming a flat plate, the horizontal positions of the upper and lower fillers are shifted from each other. The number of laminated plate-like fillers is preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. In the porous layer (II) relating to the separator, the presence of the plate-like filler as described above can further increase the strength of the separator (for example, penetration strength measured by a measurement method described later). . However, if the number of laminated layers of the plate-like filler in the porous layer (II) is too large, the thickness of the porous layer (II) and thus the thickness of the separator is increased, and the energy density of the electrochemical device is decreased. There is a fear. Therefore, the number of laminated plate-like fillers in the porous layer (II) is preferably 50 or less, and more preferably 20 or less.

多孔質層(II)中における前記の板状フィラーの積層枚数は、クロスセクションポリッシャー法によって、セパレータを減圧雰囲気下で、アルゴンイオンレーザービームにより切断し、断面をSEMで観察することにより積層枚数を計測することにより求められる。計測を行う場所は任意であるが、本発明に係るセパレータでは、多孔質層(I)と多孔質層(II)との積層面に対して垂直に切断した場合に、多孔質層(II)のいずれの場所においても、積層枚数が5枚以上であるように板状フィラーを分散させることが好ましい。   The number of laminated plate-like fillers in the porous layer (II) is determined by the cross section polisher method, by cutting the separator with an argon ion laser beam under a reduced pressure atmosphere, and observing the cross section with an SEM. It is obtained by measuring. The place where the measurement is performed is arbitrary, but in the separator according to the present invention, the porous layer (II) when cut perpendicularly to the laminated surface of the porous layer (I) and the porous layer (II). In any of these locations, it is preferable to disperse the plate filler so that the number of laminated layers is 5 or more.

また、前記の板状フィラーの多孔質層(II)中での板状粒子の存在形態は、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、より具体的には、セパレータの表面近傍における前記の板状フィラーについて、その平板面とセパレータ面との平均角度が30°以下であることが好ましい[最も好ましくは、当該平均角度が0°、すなわち、セパレータの表面近傍における板状の平板面が、セパレータの面に対して平行である]。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から全体厚みに対しておよそ10%の範囲を指す。板状フィラーの存在形態が前記のような状態となるように板状フィラーの配向性を高めることで、前記の多孔質層(II)の熱収縮抑制作用をより強く発揮させることが可能になり、また、電極表面に析出するリチウムデンドライトや電極表面の活物質の突起により生じ得る内部短絡をより効果的に防ぐことができる。なお、多孔質層(II)中における前記の板状フィラーの存在形態は、セパレータの断面をSEMにより観察することにより把握することができる。   Further, the presence form of the plate-like particles in the porous layer (II) of the plate-like filler is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator. The plate-like filler in the vicinity of the surface preferably has an average angle between the flat plate surface and the separator surface of 30 ° or less [most preferably, the average angle is 0 °, that is, a plate shape in the vicinity of the separator surface. The flat plate surface is parallel to the separator surface]. Here, “near the surface” refers to a range of about 10% from the surface of the separator to the entire thickness. By increasing the orientation of the plate-like filler so that the form of the plate-like filler is in the state as described above, it becomes possible to exert the heat shrinkage suppressing action of the porous layer (II) more strongly. In addition, internal short-circuiting that may be caused by lithium dendrite deposited on the electrode surface or protrusions of the active material on the electrode surface can be more effectively prevented. In addition, the presence form of the said plate-shaped filler in porous layer (II) can be grasped | ascertained by observing the cross section of a separator by SEM.

多孔質層(II)には、セパレータの形状安定性の確保や、多孔質層(II)と多孔質層(I)との一体化などのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The porous layer (II) preferably contains an organic binder in order to ensure the shape stability of the separator and to integrate the porous layer (II) and the porous layer (I). Examples of organic binders include ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA, those having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, and fluorine-based binders. Rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin, etc. In particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the organic binder, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

前記例示の有機バインダの中でも、EVA、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ(EVA)」、日本ユニカー社のEVA、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体)」、日本ユニカー社のEEA、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム)」、JSR社の「TRD−2001(SBR)」、日本ゼオン社の「BM−400B(SBR)」などがある。   Among the organic binders exemplified above, highly flexible binders such as EVA, ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine-based rubber, and SBR are preferable. Specific examples of such highly flexible organic binders include Mitsui DuPont Polychemical's “Evaflex Series (EVA)”, Nihon Unicar's EVA, Mitsui DuPont Polychemical's “Evaflex-EAA Series (Ethylene). -Acrylic acid copolymer) ", Nippon Unicar EEA, Daikin Industries" DAI-EL Latex Series (Fluororubber) ", JSR" TRD-2001 (SBR) ", Nippon Zeon" BM-400B " (SBR) ".

なお、前記の有機バインダを多孔質層(II)に使用する場合には、後述する多孔質層(II)形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。   In addition, when using the said organic binder for porous layer (II), if it uses in the form of the emulsion dissolved or disperse | distributed to the solvent of the composition for porous layer (II) formation mentioned later. Good.

また、セパレータの形状安定性や柔軟性を確保するために、多孔質層(II)において、繊維状物などを前記フィラーと混在させてもよい。繊維状物としては、耐熱温度が150℃以上であって、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に下記に詳述する電解液や、セパレータ製造の際に使用する溶媒に安定であれば、特に材質に制限はない。なお、本明細書でいう「繊維状物」とは、アスペクト比[長尺方向の長さ/長尺方向に直交する方向の幅(直径)]が4以上のものを意味しており、アスペクト比は10以上であることが好ましい。   In order to ensure the shape stability and flexibility of the separator, a fibrous material or the like may be mixed with the filler in the porous layer (II). The fibrous material has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, has an electrical insulation property, is electrochemically stable, and further uses an electrolyte solution described in detail below and a solvent used in manufacturing a separator. If it is stable, the material is not particularly limited. The “fibrous material” in the present specification means an aspect ratio [length in the longitudinal direction / width in the direction perpendicular to the longitudinal direction (diameter)] of 4 or more. The ratio is preferably 10 or more.

繊維状物の具体的な構成材料としては、例えば、セルロースおよびその変成体[カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)など]、ポリオレフィン[ポリプロピレン(PP)、プロピレンの共重合体など]、ポリエステル[ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの無機酸化物;などを挙げることができ、これらの構成材料を2種以上併用して繊維状物を構成してもよい。また、繊維状物は、必要に応じて、公知の各種添加剤(例えば、樹脂である場合には酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Specific examples of the constituent material of the fibrous material include, for example, cellulose and modified products thereof [carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose (HPC), etc.], polyolefin [polypropylene (PP), propylene copolymer, etc.], Polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), etc.], polyacrylonitrile (PAN), polyaramid, polyamideimide, polyimide, and other resins; glass, alumina, zirconia, silica, and other inorganic materials An oxide; etc. can be mentioned, and two or more of these constituent materials may be used in combination to form a fibrous material. The fibrous material may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary.

また、本発明に係るセパレータは、特に多孔質層(I)と多孔質層(II)を一体化せずに多孔質層(II)を独立膜として用いた場合において、その取り扱い性を高めるなどために、多孔質層(II)に多孔質基体を用いることができる。多孔質基体は、前記の繊維状物が織布、不織布(紙を含む)などのシート状物を形成してなる耐熱温度が150℃以上のものであり、市販の不織布などを基体として用いることができる。この態様のセパレータでは、多孔質基体の空隙内に耐熱温度が150℃以上の前記フィラーを含有させることが好ましいが、多孔質基体と前記フィラーとを結着させるために、前記の有機バインダを用いることもできる。   In addition, the separator according to the present invention improves the handleability particularly when the porous layer (II) is used as an independent film without integrating the porous layer (I) and the porous layer (II). Therefore, a porous substrate can be used for the porous layer (II). The porous substrate has a heat resistant temperature of 150 ° C. or more formed by forming a sheet-like material such as a woven fabric or a nonwoven fabric (including paper), and a commercially available nonwoven fabric or the like is used as the substrate. Can do. In the separator of this aspect, the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably contained in the voids of the porous substrate, but the organic binder is used to bind the porous substrate and the filler. You can also

なお、多孔質基体の「耐熱性」は、軟化などによる実質的な寸法変化が生じないことを意味し、対象物の長さの変化、すなわち、多孔質基体においては、室温での長さに対する収縮の割合(収縮率)が5%以下を維持することのできる上限温度(耐熱温度)が、セパレータのシャットダウン温度よりも十分に高いか否かで耐熱性を評価する。シャットダウン後の電気化学素子の安全性を高めるために、多孔質基体は、シャットダウン温度よりも20℃以上高い耐熱温度を有することが望ましく、より具体的には、多孔質基体の耐熱温度は、150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましい。   The “heat resistance” of the porous substrate means that a substantial dimensional change due to softening or the like does not occur, and the change in the length of the object, that is, the porous substrate with respect to the length at room temperature. The heat resistance is evaluated based on whether or not the upper limit temperature (heat resistance temperature) at which the shrinkage ratio (shrinkage ratio) can be maintained at 5% or less is sufficiently higher than the shutdown temperature of the separator. In order to increase the safety of the electrochemical device after shutdown, the porous substrate preferably has a heat resistant temperature that is 20 ° C. or more higher than the shutdown temperature. More specifically, the heat resistant temperature of the porous substrate is 150 ° C. It is preferable that the temperature is higher than or equal to ° C, and more preferably higher than or equal to 180 ° C.

多孔質基体を用いて多孔質層(II)を構成する場合には、耐熱温度が150℃以上のフィラーの全部または一部が、多孔質基体の空隙内に存在する形態とすることが好ましい。このような形態とすることで、前記フィラーの作用をより有効に発揮させることができる。   When the porous layer (II) is formed using a porous substrate, it is preferable that all or a part of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher exists in the voids of the porous substrate. By setting it as such a form, the effect | action of the said filler can be exhibited more effectively.

繊維状物(多孔質基体を構成する繊維状物、その他の繊維状物を含む)の直径は、多孔質層(II)の厚み以下であればよいが、例えば、0.01〜5μmであることが好ましい。繊維状物の径が大きすぎると、繊維状物同士の絡み合いが不足するため、例えばシート状物を形成して多孔質基体を構成する場合に、その強度が小さくなって取り扱いが困難となることがある。また、繊維状物の径が小さすぎると、セパレータの空孔が小さくなりすぎてイオン透過性が低下する傾向にあり、電気化学素子の負荷特性を低下させてしまうことがある。   The diameter of the fibrous material (including the fibrous material constituting the porous substrate and other fibrous materials) may be equal to or less than the thickness of the porous layer (II), and is, for example, 0.01 to 5 μm. It is preferable. If the diameter of the fibrous material is too large, the entanglement between the fibrous materials is insufficient. For example, when a porous substrate is formed by forming a sheet-like material, the strength becomes small and handling becomes difficult. There is. On the other hand, when the diameter of the fibrous material is too small, the pores of the separator become too small and the ion permeability tends to be lowered, and the load characteristics of the electrochemical device may be lowered.

多孔質層(II)に繊維状物を使用する場合(多孔質基体として繊維状物を使用する場合を含む)には、その含有量は、例えば、多孔質層(II)の全構成成分中、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上であって、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。多孔質層(II)中での繊維状物の存在状態は、例えば、長軸(長尺方向の軸)の、セパレータ面に対する角度が平均で30°以下であることが好ましく、20°以下であることがより好ましい。   When the fibrous material is used for the porous layer (II) (including the case where the fibrous material is used as the porous substrate), the content thereof is, for example, in all the constituent components of the porous layer (II). , Preferably it is 10 volume% or more, More preferably, it is 20 volume% or more, Preferably it is 90 volume% or less, More preferably, it is 80 volume% or less. The state of the fibrous material in the porous layer (II) is, for example, preferably that the angle of the long axis (long axis) with respect to the separator surface is 30 ° or less on average, and 20 ° or less. More preferably.

本発明に係るセパレータにおいては、多孔質層(II)の厚み[セパレータが多孔質層(II)を複数有する場合は、その総厚み]は、多孔質層(II)による前記の各作用をより有効に発揮させる観点から、3μm以上であることが好ましい。ただし、多孔質層(II)が厚すぎると、電気化学素子のエネルギー密度の低下を引き起こすなどの虞があることから、多孔質層(II)の厚みは、8μm以下であることが好ましい。   In the separator according to the present invention, the thickness of the porous layer (II) [when the separator has a plurality of porous layers (II), the total thickness] From the viewpoint of exhibiting effectively, it is preferably 3 μm or more. However, if the porous layer (II) is too thick, the energy density of the electrochemical device may be lowered. Therefore, the thickness of the porous layer (II) is preferably 8 μm or less.

また、多孔質層(I)の厚み[セパレータが多孔質層(I)を複数有する場合は、その総厚み。以下同じ。]は、多孔質層(I)の使用による前記作用(特にシャットダウン作用)をより有効に発揮させる観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層(I)が厚すぎると、電気化学素子のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、多孔質層(I)が熱収縮しようとする力が大きくなり、例えば、多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化した構成では、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。そのため、多孔質層(I)の厚みは、25μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、14μm以下であることが更に好ましい。   Further, the thickness of the porous layer (I) [when the separator has a plurality of porous layers (I), the total thickness thereof. same as below. ] Is preferably 6 μm or more, more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more effectively exerting the above-described action (particularly the shutdown action) due to the use of the porous layer (I). However, if the porous layer (I) is too thick, in addition to the possibility of causing a decrease in the energy density of the electrochemical element, the force that the porous layer (I) tends to shrink by heat increases. In the configuration in which the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated, the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator may be reduced. Therefore, the thickness of the porous layer (I) is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, and still more preferably 14 μm or less.

また、セパレータを構成する多孔質層(I)の厚みをA(μm)、多孔質層(II)の厚みをB(μm)としたとき、AとBとの比率A/Bは、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、また、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。本発明に係るセパレータでは、多孔質層(I)の厚み比率を大きくし多孔質層(II)を薄くしても、良好なシャットダウン機能を確保しつつ、セパレータの熱収縮による短絡の発生を高度に抑制することができる。なお、セパレータにおいて、多孔質層(I)が複数存在する場合には、厚みAはその総厚みであり、多孔質層(II)が複数存在する場合には、厚みBはその総厚みである。   When the thickness of the porous layer (I) constituting the separator is A (μm) and the thickness of the porous layer (II) is B (μm), the ratio A / B between A and B is 10 or less. Preferably, it is 5 or less, more preferably 1 or more, and more preferably 2 or more. In the separator according to the present invention, even when the thickness ratio of the porous layer (I) is increased and the porous layer (II) is thinned, the occurrence of a short circuit due to thermal contraction of the separator is ensured while ensuring a good shutdown function. Can be suppressed. In the separator, when there are a plurality of porous layers (I), the thickness A is the total thickness, and when there are a plurality of porous layers (II), the thickness B is the total thickness. .

セパレータ全体の空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の真密度から、下記(1)式を用いて計算できる。   The porosity of the separator as a whole is preferably 30% or more in a dried state in order to secure the amount of electrolyte solution retained and to improve ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and preventing internal short circuit, the separator porosity is preferably 70% or less in a dry state. In addition, the porosity of the separator: P (%) can be calculated from the thickness of the separator, the mass per area, and the true density of the constituent components using the following equation (1).

P={1−m/(ρ×t)}×100 (1)
ここで、m:セパレータの単位面積当たりの質量(g/cm)、ρ:多孔質層(I)および(II)に含まれる各成分の平均密度(g/cm)、t:セパレータの厚さ(cm)である。なお、ρは下記(2)式を用いて計算できる。
ρ={(t−t)×(Σaρ)+t×ρ}/t (2)
上記式中、t:多孔質層(I)の厚さ(cm)、a:質量%で表した成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、ρ:多孔質層(I)の密度(g/cm)である。上記いずれの式においても、セパレータの単位面積当たりの質量mは、20cm四方に切り出したセパレータを電子天秤で質量を測定し、1cm当たりの質量として算出したものであり、セパレータの厚さt及び多孔質層(I)の厚さtmは、マイクロメーターでランダムに10箇所の測定点の厚さを測定して平均化したものである。
P = {1-m / (ρ × t)} × 100 (1)
Here, m: mass per unit area of the separator (g / cm 2 ), ρ: average density (g / cm 3 ) of each component contained in the porous layers (I) and (II), t: separator Thickness (cm). Note that ρ can be calculated using the following equation (2).
ρ = {(t−t m ) × (Σa i ρ i ) + t m × ρ m } / t (2)
In the above formula, t m : thickness of porous layer (I) (cm), a i : ratio of component i expressed in mass%, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), ρ m : It is the density (g / cm 3 ) of the porous layer (I). In any of the above formulas, the mass m per unit area of the separator is calculated by measuring the mass of a separator cut out in a 20 cm square with an electronic balance and calculating the mass per 1 cm 2. The thickness tm of the porous layer (I) is obtained by measuring the thicknesses of 10 measurement points randomly with a micrometer and averaging them.

また、前記(1)式において、mを多孔質層(I)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(I)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(I)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(I)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 In the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (I), and t is the thickness (cm) of the porous layer (I). The porosity: P (%) of the porous layer (I) can also be obtained using the formula (1). The porosity of the porous layer (I) determined by this method is preferably 30 to 70%.

更に、前記(1)式において、mを多孔質層(II)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(II)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(II)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(II)の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。 Furthermore, in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (II), and t is the thickness (cm) of the porous layer (II), The porosity: P (%) of the porous layer (II) can also be obtained using the formula (1). The porosity of the porous layer (II) obtained by this method is preferably 20 to 60%.

また、本発明に係るセパレータは、JIS P 8117に準拠した方法で測定され、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。前記の構成を採用することにより、前記の透気度を有するセパレータとすることができる。 The separator according to the present invention is measured by a method according to JIS P 8117, and has a Gurley value of 10 to 300 sec indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2. It is desirable that If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. By employ | adopting the said structure, it can be set as the separator which has the said air permeability.

更に、本発明に係るセパレータは、下記の方法により求められる貫通強度が、3.0N以上であることが好ましい。このような貫通強度を有するセパレータであれば、前記のように表面の粗い負極と組み合わせて電気化学素子を構成することによる生産性の低下を、より良好に抑えることができる。なお、前記の構成を採用することにより、前記の貫通強度を有するセパレータとすることができる。   Furthermore, the separator according to the present invention preferably has a penetration strength required by the following method of 3.0 N or more. If it is a separator which has such penetration strength, the fall of productivity by comprising an electrochemical element in combination with the negative electrode with a rough surface as mentioned above can be suppressed more favorably. In addition, it can be set as the separator which has the said penetration strength by employ | adopting the said structure.

セパレータの前記貫通強度は、以下の方法により求める。直径2インチの穴があいた板上にセパレータを、しわやたわみのないように固定し、先端の直径が1.0mmの半円球状の金属ピンを、120mm/minの速度でセパレータに降下させて、セパレータに穴が開くときの力を5回測定する。そして、前記5回の測定値のうち最大値と最小値とを除く3回の測定について平均値を求め、これをセパレータの貫通強度とする。   The penetration strength of the separator is determined by the following method. The separator is fixed on a plate having a hole with a diameter of 2 inches so as not to be wrinkled or bent, and a semicircular metal pin having a tip diameter of 1.0 mm is lowered to the separator at a speed of 120 mm / min. Measure the force when the separator is perforated 5 times. And an average value is calculated | required about the measurement of 3 times except the maximum value and the minimum value among the said 5 times of measured values, and this is made into the penetration strength of a separator.

セパレータの平均孔径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上であって、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。また、多孔質層(I)の平均孔径は、0.01〜0.5μmであることが好ましく、多孔質層(II)の平均孔径は、0.05〜1μmであることが好ましい。   The average pore size of the separator is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. The average pore size of the porous layer (I) is preferably 0.01 to 0.5 μm, and the average pore size of the porous layer (II) is preferably 0.05 to 1 μm.

前記の構成を有するセパレータを有する本発明の電気化学素子のシャットダウン特性は、例えば、電気化学素子の内部抵抗の温度変化により求めることができる。具体的には、電気化学素子を恒温槽中に設置し、温度を室温から毎分1℃の割合で上昇させ、電気化学素子の内部抵抗が上昇する温度を求めることで測定することが可能である。この場合、150℃における電気化学素子の内部抵抗は、室温の5倍以上であることが好ましく、10倍以上であることがより好ましく、前記構成のセパレータを使用することで、このような特性を確保することができる。   The shutdown characteristic of the electrochemical device of the present invention having the separator having the above-described configuration can be obtained, for example, by the temperature change of the internal resistance of the electrochemical device. Specifically, it can be measured by placing the electrochemical element in a thermostat, increasing the temperature from room temperature at a rate of 1 ° C. per minute, and determining the temperature at which the internal resistance of the electrochemical element increases. is there. In this case, the internal resistance of the electrochemical element at 150 ° C. is preferably 5 times or more of room temperature, more preferably 10 times or more. By using the separator having the above structure, such characteristics can be obtained. Can be secured.

また、本発明に係るセパレータは、150℃での熱収縮率を5%以下とすることが好ましい。このような特性のセパレータであれば、電気化学素子内部が150℃程度になっても、セパレータの収縮が殆ど生じないため、正負極の接触による短絡をより確実に防止することができ、高温での電気化学素子の安全性をより高めることができる。前記の構成を採用することで、前記のような熱収縮率を有するセパレータとすることができる。   The separator according to the present invention preferably has a heat shrinkage rate at 150 ° C. of 5% or less. If the separator has such a characteristic, even when the inside of the electrochemical device reaches about 150 ° C., the separator hardly contracts, so that a short circuit due to contact between the positive and negative electrodes can be prevented more reliably, and at a high temperature. The safety of the electrochemical device can be further increased. By employ | adopting the said structure, it can be set as the separator which has the above thermal contraction rates.

ここでいう熱収縮率は、多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化している場合は、その一体化したセパレータ全体の収縮率を指し、多孔質層(I)と多孔質層(II)が独立している場合には、それぞれの収縮率の小さい方の値を指す。また、後述するように、多孔質層(I)および/または多孔質層(II)は、電極と一体化する構成とすることもできるが、その場合は、電極と一体化した状態で測定した熱収縮率を指す。   When the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated, the heat shrinkage referred to here indicates the shrinkage rate of the whole separator, and the porous layer (I) and the porous layer (I) are porous. When the layer (II) is independent, the value of the smaller shrinkage rate is indicated. As will be described later, the porous layer (I) and / or the porous layer (II) can be integrated with the electrode. In that case, the measurement was performed in an integrated state with the electrode. Refers to heat shrinkage.

なお、前記の「150℃の熱収縮率」とは、セパレータまたは多孔質層(I)および多孔質層(II)(電極と一体化した場合には電極と一体化した状態で)を恒温槽に入れ、温度を150℃まで上昇させて3時間放置した後に取り出して、恒温槽に入れる前のセパレータまたは多孔質層(I)および多孔質層(II)の寸法と比較することで求められる寸法の減少割合を百分率で表したものである。   The “150 ° C. thermal shrinkage rate” means that the separator or the porous layer (I) and the porous layer (II) (when integrated with the electrode, in an integrated state with the electrode) , The temperature is raised to 150 ° C., left for 3 hours, then taken out, and the dimensions required by comparing with the dimensions of the separator or porous layer (I) and porous layer (II) before being put in the thermostatic bath The percentage of decrease is expressed as a percentage.

セパレータの製造方法としては、例えば、下記の(a)または(b)の方法を採用できる。製造方法(a)は、多孔質基体に、耐熱温度が150℃以上のフィラー(板状フィラーおよび必要に応じて使用されるその他の形状のフィラー。セパレータの製造方法について、以下同じ。)を含有する多孔質層(II)形成用組成物(スラリーなどの液状組成物など)を塗布した後、所定の温度で乾燥して多孔質層(II)を形成し、これを、前記の方法で作製された多孔質層(I)を構成するための微多孔膜と重ね合わせて、1つのセパレータとする方法である。この場合、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは一体化されていてもよいし、それぞれ独立した膜であって、電気化学素子の組み立てにより、電気化学素子内で重ね合わされた状態で一体のセパレータとして機能するものであってもよい。   As a method for producing the separator, for example, the following method (a) or (b) can be employed. In the production method (a), the porous substrate contains a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher (a plate-like filler and a filler having another shape used as necessary. The same applies to the production method of the separator). The porous layer (II) forming composition (liquid composition such as slurry) is applied, and then dried at a predetermined temperature to form the porous layer (II). In this method, the separator is superposed on the microporous film for forming the porous layer (I). In this case, the porous layer (I) and the porous layer (II) may be integrated with each other, and each of them is an independent film and is superposed in the electrochemical element by assembling the electrochemical element. It may function as an integrated separator in the state.

多孔質層(I)と多孔質層(II)を一体化するには、例えば、多孔質層(I)と多孔質層(II)とを重ね合わせ、ロールプレスなどにより両者を貼り合わせる方法などが採用できる。   In order to integrate the porous layer (I) and the porous layer (II), for example, a method in which the porous layer (I) and the porous layer (II) are overlapped and bonded together by a roll press or the like. Can be adopted.

前記の場合の多孔質基体としては、具体的には、前記例示の各材料を構成成分に含む繊維状物の少なくとも1種で構成される織布や、これら繊維状物同士が絡み合った構造を有する不織布などの多孔質シートなどが挙げられる。より具体的には、紙、PP不織布、ポリエステル不織布(PET不織布、PEN不織布、PBT不織布など)、PAN不織布などの不織布が例示できる。   As the porous substrate in the above case, specifically, a woven fabric composed of at least one kind of fibrous material containing each of the exemplified materials as a constituent component, or a structure in which these fibrous materials are entangled with each other. Examples thereof include porous sheets such as non-woven fabrics. More specifically, non-woven fabrics such as paper, PP non-woven fabric, polyester non-woven fabric (PET non-woven fabric, PEN non-woven fabric, PBT non-woven fabric, etc.) and PAN non-woven fabric can be exemplified.

多孔質層(II)形成用組成物は、耐熱温度が150℃以上のフィラーの他、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。多孔質層(II)形成用組成物に用いられる溶媒は、前記フィラーなどを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming the porous layer (II) contains an organic binder or the like, if necessary, in addition to a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium; the same applies hereinafter). It is a thing. The organic binder can be dissolved in a solvent. The solvent used in the composition for forming the porous layer (II) is not particularly limited as long as it can uniformly disperse the filler and can uniformly dissolve or disperse the organic binder. Common organic solvents such as hydrocarbons, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.

多孔質層(II)形成用組成物は、耐熱温度が150℃以上のフィラー、および有機バインダを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。   The composition for forming the porous layer (II) preferably has a solid content including a filler having an heat resistant temperature of 150 ° C. or higher and an organic binder, for example, 10 to 80% by mass.

前記多孔質基体の空孔の開口径が比較的大きい場合、例えば、5μm以上の場合には、これが電気化学素子の短絡の要因となりやすい。よって、この場合には、前記の通り、耐熱温度が150℃以上のフィラーなどの全部または一部が、多孔質基体の空隙内に存在する構造とすることが好ましい。多孔質基体の空隙内に前記フィラーなどを存在させるには、例えば、これらを含有する多孔質層(II)形成用組成物を多孔質基体に塗布した後に一定のギャップを通し、余分の組成物を除去した後、乾燥するなどの工程を用いればよい。   When the opening diameter of the pores of the porous substrate is relatively large, for example, 5 μm or more, this tends to cause a short circuit of the electrochemical element. Therefore, in this case, as described above, it is preferable to have a structure in which all or part of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher exists in the voids of the porous substrate. In order to make the filler or the like exist in the voids of the porous substrate, for example, after applying the porous layer (II) -forming composition containing these to the porous substrate, the excess composition is passed through a certain gap. A process such as drying may be used after removing.

また、多孔質層(II)において、前記のように、前記の板状フィラーの配向性を高めるには、多孔質層(II)形成用組成物を多孔質基体に塗布し含浸させた後、前記組成物にシェアや磁場をかけるといった方法を用いればよい。例えば、前記のように、多孔質層(II)形成用組成物を多孔質基体に塗布した後、一定のギャップを通すことで、前記組成物にシェアをかけることができる。   Moreover, in the porous layer (II), as described above, in order to increase the orientation of the plate-like filler, after applying and impregnating the porous layer (II) forming composition on the porous substrate, A method of applying a shear or a magnetic field to the composition may be used. For example, as described above, after the composition for forming the porous layer (II) is applied to the porous substrate, the composition can be shared by passing through a certain gap.

また、前記フィラーや多孔質層(II)を構成するその他の成分の持つ作用をより有効に発揮させるために、これらの成分を偏在させて、セパレータの面と平行または略平行に、前記成分が層状に集まった形態としてもよい。   Further, in order to more effectively exert the actions of the filler and other components constituting the porous layer (II), these components are unevenly distributed so that the components are parallel or substantially parallel to the surface of the separator. It is good also as a form gathered in layers.

セパレータの製造方法(b)は、多孔質層(II)形成用組成物に、更に必要に応じて繊維状物を含有させ、これをフィルムや金属箔などの基板上に塗布し、所定の温度で乾燥した後に、必要に応じて前記基板から剥離する方法である。これにより多孔質層(II)となる多孔質膜を形成することができる。   In the separator production method (b), the composition for forming the porous layer (II) is further made to contain a fibrous material as necessary, and this is applied onto a substrate such as a film or a metal foil, and a predetermined temperature is applied. After drying, the method is peeled off from the substrate as necessary. Thereby, the porous membrane used as porous layer (II) can be formed.

製造方法(b)でも、製造方法(a)と同様に、樹脂(A)を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、フィラーを主体として含む多孔質層(II)とは、それぞれ独立した構成としてもよいし、一体化した構成としてもよい。多孔質層(I)と多孔質層(II)を一体化するには、個別に形成した多孔質層(II)と多孔質層(I)とをロールプレスなどにより貼り合わせる方法の他、前記の基板を使用する代わりに、多孔質層(I)の表面に多孔質層(II)形成用組成物を塗布し、乾燥して、多孔質層(I)の表面に直接多孔質層(II)を形成する方法を採用することもできる。   In the production method (b), as in the production method (a), the porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of the resin (A) and the porous layer (II) mainly composed of a filler are Each may be an independent configuration or may be an integrated configuration. In order to integrate the porous layer (I) and the porous layer (II), in addition to the method of laminating the individually formed porous layer (II) and porous layer (I) by a roll press or the like, The porous layer (II) -forming composition is applied on the surface of the porous layer (I), dried, and directly dried on the surface of the porous layer (I). ) May be employed.

また、製造方法(b)によって、電気化学素子を構成する電極の表面に多孔質層(II)を形成して、セパレータと電極とが一体化した構造としてもよい。   Moreover, it is good also as a structure which formed the porous layer (II) on the surface of the electrode which comprises an electrochemical element by a manufacturing method (b), and the separator and the electrode were integrated.

(a)、(b)いずれの製造方法を採用する場合においても、多孔質層(I)を正極および負極の少なくとも一方の電極と一体化してもよい。多孔質層(I)を電極と一体化するには、例えば、多孔質層(I)となる微多孔膜と電極とを重ねてロールプレスする方法などが採用できる。更に、製造方法(b)により、正極の表面に多孔質層(II)を形成し、負極の表面に多孔質層(I)となる微多孔膜を貼り付けて一体化してもよいし、製造方法(a)または(b)により製造した多孔質層(I)と多孔質層(II)とを一体化したセパレータを、正極および負極のいずれか一方の表面に貼り付けて、一体化してもよい。多孔質層(I)と多孔質層(II)とが一体化したセパレータを電極の表面に貼り付けて一体化するには、例えば、セパレータと電極とを重ねてロールプレスする方法などが採用できる。   In the case of employing any of the production methods (a) and (b), the porous layer (I) may be integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode. In order to integrate the porous layer (I) with the electrode, for example, a method of roll pressing the microporous film to be the porous layer (I) and the electrode can be employed. Further, by the production method (b), the porous layer (II) may be formed on the surface of the positive electrode, and the microporous film that becomes the porous layer (I) may be attached to the surface of the negative electrode to be integrated. Even if the separator in which the porous layer (I) and the porous layer (II) produced by the method (a) or (b) are integrated is attached to one of the surfaces of the positive electrode and the negative electrode, they are integrated. Good. In order to attach and integrate the separator in which the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated on the surface of the electrode, for example, a method of roll pressing the separator and the electrode can be employed. .

なお、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは、それぞれ1層ずつである必要はなく、複数の層がセパレータ中にあってもよい。例えば、多孔質層(II)の両面に多孔質層(I)を配置した構成としたり、多孔質層(I)の両面に多孔質層(II)を配置した構成としてもよい。ただし、層数を増やすことで、セパレータの厚みを増やして電気化学素子の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので、層数を多くしすぎるのは好ましくなく、セパレータ中の多孔質層(I)と多孔質層(II)との合計層数は5層以下であることが好ましい。   Note that the porous layer (I) and the porous layer (II) do not have to be one each, and a plurality of layers may be present in the separator. For example, the porous layer (I) may be arranged on both sides of the porous layer (II), or the porous layer (II) may be arranged on both sides of the porous layer (I). However, increasing the number of layers may increase the thickness of the separator, leading to an increase in the internal resistance of the electrochemical device and a decrease in energy density. Therefore, it is not preferable to increase the number of layers. The total number of layers of the porous layer (I) and the porous layer (II) is preferably 5 or less.

また、前記の通り、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは、一体化して独立膜としてセパレータを構成する以外に、それぞれ独立した構成要素とし、電気化学素子が組み立てられた段階で、電気化学素子内で重ね合わされた状態となり、正極と負極の間に介在するセパレータとして機能するようにすることもできる。更に、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは接している必要はなく、それらの間に別の層、例えば、多孔質基体を構成する繊維状物の層などが介在していてもよい。   In addition, as described above, the porous layer (I) and the porous layer (II) are independent constituent elements in addition to integrating the separator as an independent film, and the electrochemical element is assembled. Thus, they can be superposed in the electrochemical element and function as a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. Furthermore, the porous layer (I) and the porous layer (II) do not need to be in contact with each other, and another layer, for example, a fibrous layer constituting the porous substrate is interposed between them. May be.

本発明の電気化学素子は、特に限定されるものではなく、非水電解液を用いるリチウム二次電池の他、リチウム一次電池やスーパーキャパシタなどが含まれ、特に高温での安全性が要求される用途であれば好ましく適用できる。   The electrochemical device of the present invention is not particularly limited, and includes lithium secondary batteries using a non-aqueous electrolyte, lithium primary batteries, supercapacitors, etc., and safety at high temperatures is particularly required. If it is a use, it can apply preferably.

また、本発明の電気化学素子は、前記セパレータおよび前記負極を備えており、後に詳述するようにセパレータと負極とを配置していれば、その他の構成・構造については、特に制限はなく、従来公知の非水電解液を有する各種電気化学素子(リチウム二次電池、リチウム一次電池、スーパーキャパシタなど)で採用されている各種構成・構造を適用することができる。   Moreover, the electrochemical device of the present invention includes the separator and the negative electrode, and as long as the separator and the negative electrode are arranged as will be described in detail later, there are no particular restrictions on the other configurations and structures, Various configurations and structures employed in various electrochemical elements (lithium secondary batteries, lithium primary batteries, supercapacitors, etc.) having conventionally known non-aqueous electrolytes can be applied.

以下、一例として、リチウム二次電池への適用を中心に説明する。リチウム二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Hereinafter, as an example, application to a lithium secondary battery will be mainly described. Examples of the form of the lithium secondary battery include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

リチウム二次電池などの電気化学素子は、温度が上昇した際に電池(電気化学素子)内部のガスを外部に排出する機構を有していることが好ましい。かかる機構としては、従来公知の機構を用いることができる。すなわち、スチール缶やアルミニウム缶などの金属缶を外装缶とする電池(電気化学素子)では、一定の圧力で亀裂が生じる金属製の開裂ベント、一定の圧力で破れる樹脂製のベント、一定の圧力で蓋の開くゴム製のベントなどを用いることができるが、なかでも金属製の開裂ベントを用いることが好ましい。   An electrochemical element such as a lithium secondary battery preferably has a mechanism for discharging gas inside the battery (electrochemical element) to the outside when the temperature rises. As such a mechanism, a conventionally known mechanism can be used. That is, in batteries (electrochemical elements) that use metal cans such as steel cans and aluminum cans (electrochemical elements), metal cleavage vents that crack at constant pressure, resin vents that break at constant pressure, constant pressure For example, a rubber vent that opens the lid can be used, and a metal cleavage vent is preferably used.

一方、ソフトパッケージ電池(電気化学素子)では、封止部分が樹脂の熱融着により封止されているため、そもそも温度と内圧が上昇した場合に、こうした高温、高圧に耐えられる構造とすることが難しく、特別な機構を設けなくても温度が上昇した場合に電池(電気化学素子)内部のガスを外部に排出する構成とすることが可能である。すなわち、ソフトパッケージ電池(電気化学素子)においては、外装体の封止部(熱融着部)が、前記の電池(電気化学素子)内部のガスを外部に排出する機構として作用する。また、ソフトパッケージ電池(電気化学素子)の場合、封止部分の幅を特定の場所だけ狭くするなどの方法によっても、温度が上昇した場合に電池(電気化学素子)内部のガスを外部に排出する構成とすることができる[すなわち、前記特定の場所が、前記の電池(電気化学素子)内部のガスを外部に排出する機構として作用する]。   On the other hand, in a soft package battery (electrochemical element), the sealing part is sealed by heat sealing of the resin. Therefore, when the temperature and internal pressure rise in the first place, the structure should be able to withstand such high temperature and high pressure. However, when the temperature rises without providing a special mechanism, the gas inside the battery (electrochemical element) can be discharged to the outside. That is, in the soft package battery (electrochemical element), the sealing part (heat fusion part) of the outer package acts as a mechanism for discharging the gas inside the battery (electrochemical element) to the outside. In the case of a soft package battery (electrochemical element), the gas inside the battery (electrochemical element) is exhausted to the outside when the temperature rises even if the width of the sealing part is narrowed to a specific location. [In other words, the specific location acts as a mechanism for exhausting the gas inside the battery (electrochemical element) to the outside].

正極としては、従来公知のリチウム二次電池に用いられている正極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど。なお、元素MはLi以外の他の金属元素で10原子%まで置換されていてもよい。)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などを用いることが可能である。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやLiNi1−xCox−yAl(0.1≦x≦0.3、0.01≦y≦0.2)などのほか、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiNi3/5Mn1/5Co1/5など)などを例示することができる。特に、Niを40%以上含む活物質の場合には、電池が高容量となるので好ましく、また、O(酸素原子)はフッ素、イオウ原子で1原子%まで置換されていてもよい。 The positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, as the active material, Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc. Note that the element M is a metal element other than Li and is 10 atoms. A lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by the following formula: LiMn 2 O 4 and a lithium manganese oxide having a spinel structure in which a part of the element is substituted with another element, LiMPO 4 An olivine type compound represented by (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.) can be used. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0.01 ≦ y ≦ 0. 2) and other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiNi 3 / 5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 etc.). In particular, an active material containing 40% or more of Ni is preferable because the battery has a high capacity, and O (oxygen atom) may be substituted with 1 atom% of fluorine or sulfur atom.

導電助剤としては、カーボンブラックなどの炭素材料が用いられ、バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などフッ素樹脂が用いられ、これらの材料と活物質とが混合された正極合剤により正極合剤層が、例えば集電体の片面または両面に形成される。   A carbon material such as carbon black is used as the conductive aid, and a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the binder. The positive electrode mixture is a mixture of these materials and an active material. The agent layer is formed, for example, on one side or both sides of the current collector.

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

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

電極は、前記の負極と前記の正極とを、前記のセパレータを介して積層した積層電極体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。なお、本発明の電気化学素子では、セパレータに係る多孔質層(I)が少なくとも負極に面していることが好ましく、前記のような電極体は、セパレータの多孔質層(I)が負極に面するように形成することが推奨される。   The electrode can be used in the form of a laminated electrode body in which the negative electrode and the positive electrode are laminated via the separator, or a wound electrode body in which the electrode is wound. In the electrochemical device of the present invention, the porous layer (I) related to the separator preferably faces at least the negative electrode, and the electrode body as described above has the porous layer (I) of the separator as the negative electrode. It is recommended that it be formed to face.

詳細な理由は不明であるが、多孔質層(I)が少なくとも負極に面するようにセパレータを配置した場合には、正極側に配置した場合よりも、シャットダウンを生じた場合に、多孔質層(I)から溶融した樹脂(A)のうち、電極合剤層に吸収される割合が少なくなり、溶融した樹脂(A)がセパレータの孔を閉塞するのに、より有効に利用されるため、シャットダウンによる効果がより良好となる。   Although the detailed reason is unknown, when the separator is disposed so that the porous layer (I) faces at least the negative electrode, the porous layer is more likely to be shut down than when disposed on the positive electrode side. Since the ratio of the resin (A) melted from (I) to be absorbed by the electrode mixture layer is reduced and the melted resin (A) is used more effectively to close the pores of the separator, The effect of shutdown is better.

また、例えば電気化学素子が、温度上昇により電気化学素子の内圧が上昇した際に、電気化学素子内部のガスを外部に排出して電気化学素子の内圧を下げる機構を有する場合には、この機構が作動した際に、内部の非水電解液が揮発して、電極が直接空気に曝される状態となる虞がある。電気化学素子が充電状態にある場合に、前記のような状態となり、負極と空気(酸素や水分)が接触すると、負極に吸蔵されたLiイオンや負極表面に析出したリチウムと空気とが反応して発熱し、時には発火することもある。また、この発熱により電気化学素子の温度が上昇して正極活物質の熱暴走反応を引き起こし、その結果、電気化学素子が発火に至ることもある。   For example, when the electrochemical element has a mechanism for reducing the internal pressure of the electrochemical element by discharging the gas inside the electrochemical element to the outside when the internal pressure of the electrochemical element rises due to a temperature rise, When is operated, the internal non-aqueous electrolyte may volatilize and the electrode may be directly exposed to air. When the electrochemical device is in a charged state, when the negative electrode and air (oxygen or moisture) come into contact, Li ions occluded in the negative electrode or lithium deposited on the negative electrode surface react with air. It generates heat and sometimes ignites. In addition, the temperature of the electrochemical element rises due to this heat generation, causing a thermal runaway reaction of the positive electrode active material, and as a result, the electrochemical element may ignite.

しかしながら、樹脂(A)を主体とする多孔質層(I)が負極に面するように構成した電気化学素子の場合には、高温時に多孔質層(I)の主体である樹脂(A)が溶融して負極表面を覆うことから、前記の電気化学素子内部のガスを外部に排出する機構の作動に伴う負極と空気との反応を抑制することができる。そのため、前記の電気化学素子内部のガスを外部に排出する機構が作動することによる発熱の虞をなくし、電気化学素子をより安全に保つことができる。   However, in the case of an electrochemical device configured such that the porous layer (I) mainly composed of the resin (A) faces the negative electrode, the resin (A) that is the main component of the porous layer (I) at a high temperature is used. Since it melts and covers the surface of the negative electrode, the reaction between the negative electrode and air accompanying the operation of the mechanism for discharging the gas inside the electrochemical element to the outside can be suppressed. Therefore, there is no fear of heat generation due to the operation of the mechanism for discharging the gas inside the electrochemical element to the outside, and the electrochemical element can be kept safer.

また、多孔質層(II)に用いる耐熱温度が150℃以上のフィラーとして、耐酸化性に優れた材料(例えば、無機酸化物)を用いた場合、多孔質層(II)を正極側に向けることによって、正極によるセパレータの酸化を抑制することが可能となり、高温時の保存特性や充放電サイクル特性に優れた電気化学素子とすることができるため、多孔質層(II)を正極側に向ける構成とすることがより好ましい。例えば、樹脂(A)を主体とする多孔質層(I)や、多孔質層(II)を複数有するセパレータの場合、負極側が多孔質層(I)となり、かつ正極側が多孔質層(II)となるようにセパレータを構成することがより好ましい。   Further, when a material having excellent oxidation resistance (for example, an inorganic oxide) is used as the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher used for the porous layer (II), the porous layer (II) is directed to the positive electrode side. Therefore, it becomes possible to suppress the oxidation of the separator by the positive electrode, and an electrochemical device having excellent storage characteristics and charge / discharge cycle characteristics at high temperatures can be obtained, so the porous layer (II) is directed to the positive electrode side. It is more preferable to adopt a configuration. For example, in the case of a separator having a porous layer (I) mainly composed of resin (A) and a plurality of porous layers (II), the negative electrode side is the porous layer (I) and the positive electrode side is the porous layer (II). More preferably, the separator is configured so that

なお、前記のような正極合剤層を有する正極や、負極合剤層を有する負極は、例えば、正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶媒に分散させてなる正極合剤層形成用組成物(スラリーなど)や、負極合剤をNMPや水などの溶媒に分散させてなる負極合剤層形成用組成物(スラリーなど)を集電体表面に塗布し、乾燥することにより作製される。この場合、例えば、正極合剤層形成用組成物を集電体表面に塗布し、この組成物が乾燥する前に多孔質層(II)形成用組成物を塗布して作製した正極と多孔質層(II)との一体化物や、負極合剤層形成用組成物を集電体表面に塗布し、この組成物が乾燥する前に多孔質層(II)形成用組成物を塗布して作製した負極と多孔質層(II)との一体化物を用いて、リチウム二次電池(電気化学素子)を構成することもできる。   The positive electrode having the positive electrode mixture layer and the negative electrode having the negative electrode mixture layer as described above are, for example, a positive electrode mixture obtained by dispersing the positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The composition for forming the agent layer (slurry, etc.) or the composition for forming the negative electrode mixture layer (slurry, etc.) obtained by dispersing the negative electrode mixture in a solvent such as NMP or water is applied to the surface of the current collector and dried. It is produced by this. In this case, for example, a positive electrode and a porous layer prepared by applying a composition for forming a positive electrode mixture layer to the surface of a current collector and applying the composition for forming a porous layer (II) before the composition is dried. Prepared by applying an integrated material with the layer (II) or a composition for forming a negative electrode mixture layer to the surface of the current collector, and applying the composition for forming the porous layer (II) before the composition is dried A lithium secondary battery (electrochemical element) can also be configured using an integrated product of the negative electrode and the porous layer (II).

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

電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。また、これらの電解液に充放電サイクル特性の改善、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。   The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause side reactions such as decomposition in the voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile Sulfites such as ethylene glycol sulfite; etc., and these should be used as a mixture of two or more. It can be. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate. In addition, for the purpose of improving safety such as improvement of charge / discharge cycle characteristics, high-temperature storage property and prevention of overcharge, these electrolytic solutions have acid anhydrides, sulfonic acid esters, dinitriles, vinylene carbonates, 1,3-propanesulphate. Ton, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene and other additives (including these derivatives) can also be added as appropriate.

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

本発明の電気化学素子は、低温での充電特性が優れていることから、こうした特性を生かして、特に低温で使用される機器の電源用途を始めとして、従来公知のリチウム二次電池などの電気化学素子が適用されている各種用途と同じ用途に好ましく用いることができる。   Since the electrochemical device of the present invention has excellent charging characteristics at low temperatures, taking advantage of these characteristics, it is possible to use electric power such as conventionally well-known lithium secondary batteries, particularly for power supply of equipment used at low temperatures. It can be preferably used for the same uses as various uses to which chemical elements are applied.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<負極の作製>
平均粒子径D50%が18μm、d002が0.338nmで、R値が0.18であり、BET法による比表面積が3.2m/gである黒鉛Aと、平均粒子径D50%が16μm、d002が0.336nmで、R値が0.05の黒鉛Bとを、85:15の質量比で混合した混合物:98質量部、粘度が1500〜5000mPa・sの範囲に調整された1質量%の濃度のCMC水溶液:1.0質量部、およびSBR:1.0質量部を、比伝導度が2.0×10Ω/cm以上のイオン交換水を溶剤として混合して、水系の負極合剤含有ペーストを調製した。
Example 1
<Production of negative electrode>
The average particle diameter D50% is 18 [mu] m, d 002 is at 0.338 nm, a R value is 0.18, and the graphite A specific surface area by BET method is 3.2 m 2 / g, an average particle diameter D50% is 16μm , D 002 of 0.336 nm, R value of 0.05, and graphite B mixed at a mass ratio of 85:15: 98 parts by mass, viscosity adjusted to a range of 1500 to 5000 mPa · s CMC aqueous solution having a concentration of mass%: 1.0 part by mass and SBR: 1.0 part by mass using ion-exchanged water having a specific conductivity of 2.0 × 10 5 Ω / cm or more as a solvent, A negative electrode mixture-containing paste was prepared.

前記の負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整して負極を得た。この負極の負極合剤層表面の算術平均粗さRaを、共焦点レーザー顕微鏡を用いて測定した。また、前記負極を幅45mmになるように切断し、更に銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。   The negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied to both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil, dried, and then calendered to give a total thickness of 142 μm. Was adjusted to obtain a negative electrode. The arithmetic average roughness Ra of the negative electrode mixture layer surface of this negative electrode was measured using a confocal laser microscope. The negative electrode was cut to a width of 45 mm, and a tab was welded to the exposed portion of the copper foil to form a lead portion.

<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:70質量部およびLiNi0.8Co0.2:15質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、並びにバインダであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 70 parts by mass and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 : 15 parts by mass, acetylene black as a conductive auxiliary agent: 10 parts by mass, and PVDF as a binder: 5 parts by mass, NMP was mixed uniformly as a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paste. This paste is intermittently applied to both sides of a 15 μm-thick aluminum foil serving as a current collector, dried, and then calendered to adjust the thickness of the positive electrode mixture layer so that the total thickness becomes 150 μm. Then, the positive electrode was fabricated by cutting to a width of 43 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.

<セパレータの作製>
二次凝集体ベーマイト5kgにイオン交換水5kgと分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液を120℃で真空乾燥し、SEM観察をしたところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、レーザー散乱粒度分布計(HORIBA社製「LA−920」)を用い、屈折率1.65としてベーマイトの平均粒子径(D50%)を測定したところ、1.0μmであった。
<Preparation of separator>
Add 5 kg of ion-exchanged water and 0.5 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration 40%) to 5 kg of secondary aggregate boehmite. A dispersion was prepared by crushing treatment. The treated dispersion was vacuum-dried at 120 ° C. and observed by SEM. As a result, the shape of boehmite was almost plate-like. Moreover, when the average particle diameter (D50%) of boehmite was measured as refractive index 1.65 using the laser scattering particle size distribution analyzer ("LA-920" by HORIBA), it was 1.0 micrometer.

前記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(II)形成用スラリーa、固形分比率50質量%]を調製した。   To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred with a three-one motor for 3 hours to form a uniform slurry. [Slurry a for forming porous layer (II), solid content ratio 50 mass%] was prepared.

リチウム二次電池用PE製微多孔質セパレータ[多孔質層(I):厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.02μm、PEの融点135℃]の片面にコロナ放電処理(放電量40W・min/m)を施し、この処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。なお、多孔質層(II)の厚み(Tb)は、グラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を調節して、表1に示す厚みに調整した。 PE microporous separator for lithium secondary batteries [porous layer (I): thickness 12 μm, porosity 40%, average pore diameter 0.02 μm, PE melting point 135 ° C.] on one side corona discharge treatment (discharge amount 40 W) Min / m 2 ) was applied, and the slurry a for forming the porous layer (II) was applied to the treated surface by a micro gravure coater and dried to form the porous layer (II) to obtain a separator. The thickness (Tb) of the porous layer (II) was adjusted to the thickness shown in Table 1 by adjusting the groove depth of the gravure roll, the slurry supply rate, and the coating rate.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)は、単位面積あたりの質量が3.4g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。更に、前記方法により求めた多孔質層(II)中における板状ベーマイトの積層枚数は6〜8枚であった(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法で板状フィラーの積層枚数を測定した。)。 The porous layer (II) in the obtained separator had a mass per unit area of 3.4 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%. Furthermore, the number of laminated plate-like boehmite in the porous layer (II) determined by the above method was 6 to 8 (the number of laminated plate-like fillers was also the same in the examples and comparative examples described later). Was measured).

<電池の組み立て>
前記のようにして得た正極と負極とセパレータを多孔質層(I)が負極側に向くように介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。得られた巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、厚み6mm、高さ50mm、幅34mmでのアルミニウム製外装缶に入れ、電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で1:2に混合した溶媒にLiPFを濃度1.2mol/lで溶解させ、更にビニレンカーボネートを3質量%添加したもの)を注入した後に封止を行って、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウム二次電池を作製した。なお、この電池は、缶の上部に内圧が上昇した場合に圧力を下げるための開裂ベントを備えている。
<Battery assembly>
The positive electrode, the negative electrode, and the separator obtained as described above were overlapped with the porous layer (I) facing the negative electrode, and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body. The obtained wound electrode body is crushed into a flat shape, put into an aluminum outer can having a thickness of 6 mm, a height of 50 mm, and a width of 34 mm, and an electrolytic solution (ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2). In the solvent, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 mol / l and further 3% by weight of vinylene carbonate was added) and sealed, and the structure shown in FIG. 1 had the appearance shown in FIG. A lithium secondary battery was produced. This battery is provided with a cleavage vent for lowering the pressure when the internal pressure rises at the top of the can.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2は前記のようにセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角筒形の外装缶4に電解液と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液などは図示していない。また、セパレータの各層も区別して示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 is spirally wound through the separator 3 as described above, and then pressed so as to be flattened and accommodated in a rectangular tube-shaped outer can 4 together with the electrolyte as a flat wound electrode body 6 Has been. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, an electrolytic solution, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated. Also, the separator layers are not shown separately.

外装缶6はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この外装缶4は正極端子を兼ねている。そして、外装缶4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、外装缶4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはPP製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The outer can 6 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer casing of the battery. The outer can 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of PE sheets is arrange | positioned at the bottom part of the armored can 4, and it connects to each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3. The positive electrode lead body 7 and the negative electrode lead body 8 thus drawn are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the outer can 4 through a PP insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は外装缶4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、非水電解液注入口14は、非水電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解液注入口14として示している)。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the armored can 4, and the opening part of the armored can 4 is sealed by welding the junction part of both, and the inside of a battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, a non-aqueous electrolyte inlet 14 is provided in the cover plate 9, and a sealing member is inserted into the non-aqueous electrolyte inlet 14, for example, laser welding or the like. (See FIG. 1 and FIG. 2, in practice, the non-aqueous electrolyte inlet 14 is actually sealed with the non-aqueous electrolyte inlet.) Although it is a member, for ease of explanation, it is shown as a non-aqueous electrolyte inlet 14). Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、外装缶4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of this Example 1, the outer can 5 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the lid plate 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13, The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by conducting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the outer can 4, the sign may be reversed. There is also.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極群の内周側の部分は断面にしていない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode group is not cross-sectional.

実施例2
PE製微多孔膜セパレータのコロナ放電処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaを塗布する際のグラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 2
By changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the application speed when applying the porous layer (II) forming slurry a to the corona discharge treatment surface of the PE microporous membrane separator, the porous layer A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness Tb of (II) was changed as shown in Table 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this separator was used. Produced.

実施例3
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で90:10とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。
Example 3
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was 90:10 by mass ratio, and the arithmetic average roughness on the surface of the negative electrode mixture layer was the same as in Example 1. Ra was measured.

また、PE製微多孔膜セパレータのコロナ放電処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaを塗布する際のグラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。   In addition, by changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the application speed when applying the porous layer (II) forming slurry a to the corona discharge treatment surface of the PE microporous membrane separator, A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness Tb of the quality layer (II) was changed as shown in Table 1.

そして、前記の負極と前記のセパレータとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used the said negative electrode and the said separator.

実施例4
負極活物質を黒鉛Aのみとした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例3と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 4
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that only the negative electrode active material was graphite A, and the arithmetic average roughness Ra of the negative electrode mixture layer surface was measured in the same manner as in Example 1. And the lithium secondary battery was produced like Example 3 except having used this negative electrode.

実施例5
PE製微多孔膜セパレータのコロナ放電処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaを塗布する際のグラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 5
By changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the application speed when applying the porous layer (II) forming slurry a to the corona discharge treatment surface of the PE microporous membrane separator, the porous layer A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness Tb of (II) was changed as shown in Table 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that this separator was used. Produced.

実施例6
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で70:30とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 6
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was set to 70:30 by mass ratio, and the arithmetic average roughness on the surface of the negative electrode mixture layer was obtained in the same manner as in Example 1. Ra was measured. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例7
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で50:50とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 7
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was 50:50 by mass ratio, and the arithmetic average roughness on the surface of the negative electrode mixture layer was the same as in Example 1. Ra was measured. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例8
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で30:70とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 8
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was set to 30:70 by mass ratio, and the arithmetic average roughness on the surface of the negative electrode mixture layer was obtained in the same manner as in Example 1. Ra was measured. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例9
二次凝集体ベーマイトに代えて二次凝集体アルミナを用いた以外は、多孔質層(II)形成用スラリーaと同様にして、多孔質層(II)形成用スラリーbを調製した。なお、多孔質層(II)形成用スラリーbの調製途中で形成したアルミナの分散液について、実施例1と同様にしてSEM観察を行ったところ、アルミナの形状は板状であった。また、前記アルミナの分散液について、実施例1と同様にして測定したアルミナの平均粒子径D50%は、0.6μmであった。
Example 9
A porous layer (II) forming slurry b was prepared in the same manner as the porous layer (II) forming slurry a except that secondary aggregate alumina was used instead of the secondary aggregate boehmite. In addition, when the SEM observation was performed similarly to Example 1 about the alumina dispersion liquid formed in the middle of preparation of the slurry b for porous layer (II) formation, the shape of the alumina was plate shape. Further, with respect to the alumina dispersion, the average particle diameter D50% of alumina measured in the same manner as in Example 1 was 0.6 μm.

前記のスラリーbを用いた以外は、実施例1と同様にして表1に示す厚みTbを有する多孔質層(II)を備えたセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A separator provided with a porous layer (II) having a thickness Tb shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the slurry b was used, and Example 1 except that this separator was used. In the same manner, a lithium secondary battery was produced.

実施例10
二次凝集体ベーマイトに代えて二次凝集体シリカを用いた以外は、多孔質層(II)形成用スラリーaと同様にして、多孔質層(II)形成用スラリーcを調製した。なお、多孔質層(II)形成用スラリーcの調製途中で形成したシリカの分散液について、実施例1と同様にしてSEM観察を行ったところ、シリカの形状は板状であった。また、前記シリカの分散液について、実施例1と同様にして測定したシリカの平均粒子径D50%は、2.0μmであった。
Example 10
A porous layer (II) forming slurry c was prepared in the same manner as the porous layer (II) forming slurry a except that secondary aggregate silica was used instead of the secondary aggregate boehmite. The silica dispersion formed during the preparation of the porous layer (II) forming slurry c was subjected to SEM observation in the same manner as in Example 1. As a result, the shape of the silica was plate-like. Further, with respect to the silica dispersion, the average particle diameter D50% of silica measured in the same manner as in Example 1 was 2.0 μm.

前記のスラリーcを用いた以外は、実施例1と同様にして表1に示す厚みTbを有する多孔質層(II)を備えたセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A separator provided with a porous layer (II) having a thickness Tb shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the slurry c was used, and Example 1 except that this separator was used. In the same manner, a lithium secondary battery was produced.

実施例11
黒鉛Aおよび黒鉛Bに代えて、平均直径が4μmで、アスペクト比(長さと直径との比)が5である炭素繊維(d002が0.336nm、R値が0.07。以下、「炭素繊維A」と表記する。)を負極活物質に用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 11
Instead of graphite A and graphite B, a carbon fiber having an average diameter of 4 μm and an aspect ratio (ratio of length to diameter) of 5 (d 002 is 0.336 nm, R value is 0.07. A negative electrode is produced in the same manner as in Example 1 except that “fiber A” is used as the negative electrode active material, and the arithmetic average roughness Ra of the negative electrode mixture layer surface is measured in the same manner as in Example 1. did. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例12
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で20:80とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。さらに、グラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表1に示すように変更した以外は、実施例9と同様にしてセパレータを作製した。そして、この負極およびセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 12
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was 20:80 in terms of mass ratio, and the arithmetic average roughness of the negative electrode mixture layer surface was the same as in Example 1. Ra was measured. Furthermore, it was the same as in Example 9 except that the thickness Tb of the porous layer (II) was changed as shown in Table 1 by changing the groove depth of the gravure roll, the supply rate of the slurry, and the coating rate. A separator was produced. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode and the separator.

実施例13
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で90:10とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。さらに、グラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表1に示すように変更した以外は、実施例10と同様にしてセパレータを作製した。そして、この負極およびセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 13
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was 90:10 by mass ratio, and the arithmetic average roughness on the surface of the negative electrode mixture layer was the same as in Example 1. Ra was measured. Furthermore, it was the same as in Example 10 except that the thickness Tb of the porous layer (II) was changed as shown in Table 1 by changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the coating speed. A separator was produced. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode and the separator.

実施例14
黒鉛Aおよび黒鉛Bに代えて、平均粒子径D50%が25μm、d002が0.336nmで、R値が0.08であり、BET法による比表面積が0.6m/gである黒鉛Cを負極活物質に用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例2と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 14
Instead of the graphite A and graphite B, average particle diameter D50% is 25 [mu] m, d 002 is at 0.336 nm, a R value of 0.08, graphite specific surface area by BET method is 0.6 m 2 / g C Was used in the same manner as in Example 1 except that was used as the negative electrode active material, and the arithmetic average roughness Ra of the negative electrode mixture layer surface was measured in the same manner as in Example 1. And the lithium secondary battery was produced like Example 2 except having used this negative electrode.

実施例15
実施例14で用いた黒鉛Cと、平均直径が0.1μmで、アスペクト比が100である炭素繊維(d002が0.340nm、R値が0.19。以下、「炭素繊維B」と表記する。)とを、85:15の質量比で混合した混合物を負極活物質に用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例2と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 15
Graphite C used in Example 14 and carbon fiber having an average diameter of 0.1 μm and an aspect ratio of 100 (d 002 is 0.340 nm, R value is 0.19, hereinafter referred to as “carbon fiber B”) Is prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixture obtained by mixing at a mass ratio of 85:15 is used as the negative electrode active material, and the negative electrode mixture layer surface is prepared in the same manner as in Example 1. The arithmetic average roughness Ra was measured. And the lithium secondary battery was produced like Example 2 except having used this negative electrode.

比較例1
実施例1で用いたものと同じPE製微多孔膜セパレータを、多孔質層(II)を形成せずにセパレータとして使用した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the same PE microporous membrane separator as used in Example 1 was used as the separator without forming the porous layer (II).

比較例2
PE製微多孔膜セパレータのコロナ放電処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaを塗布する際のグラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 2
By changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the application speed when applying the porous layer (II) forming slurry a to the corona discharge treatment surface of the PE microporous membrane separator, the porous layer A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness Tb of (II) was changed as shown in Table 2, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this separator was used. Produced.

比較例3
PE製微多孔膜セパレータのコロナ放電処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaを塗布する際のグラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 3
By changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the application speed when applying the porous layer (II) forming slurry a to the corona discharge treatment surface of the PE microporous membrane separator, the porous layer A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness Tb of (II) was changed as shown in Table 2, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that this separator was used. Produced.

比較例4
PE製微多孔膜セパレータのコロナ放電処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaを塗布する際のグラビアロールの溝深さ、スラリーの供給速度、および塗布速度を変えることで、多孔質層(II)の厚みTbを表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 4
By changing the groove depth of the gravure roll, the supply speed of the slurry, and the application speed when applying the porous layer (II) forming slurry a to the corona discharge treatment surface of the PE microporous membrane separator, the porous layer A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness Tb of (II) was changed as shown in Table 2, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that this separator was used. Produced.

比較例5
黒鉛Aと黒鉛Bとの混合比を、質量比で20:80とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 5
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of graphite A and graphite B was 20:80 in terms of mass ratio, and the arithmetic average roughness of the negative electrode mixture layer surface was the same as in Example 1. Ra was measured. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

比較例6
負極活物質を黒鉛Bのみとした以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、実施例1と同様にして負極合剤層表面の算術平均粗さRaを測定した。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 6
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the negative electrode active material was graphite B, and the arithmetic average roughness Ra on the surface of the negative electrode mixture layer was measured in the same manner as in Example 1. And the lithium secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例1〜15および比較例1〜6のリチウム二次電池における負極およびセパレータの構成を、表1および表2に示す。   The configurations of the negative electrode and the separator in the lithium secondary batteries of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2011146365
Figure 2011146365

Figure 2011146365
Figure 2011146365

実施例1〜15および比較例1〜6のリチウム二次電池について、下記の−5℃・10%充電深度での充電電流測定、耐電圧実験、および加熱試験を行った。これらの結果を表3に示す。   The lithium secondary batteries of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 were subjected to the following charging current measurement, withstand voltage experiment, and heating test at −5 ° C. and 10% charging depth. These results are shown in Table 3.

<−5℃・10%充電での充電電流測定>
実施例1〜15および比較例1〜6のリチウム二次電池を−5℃の恒温槽内に5時間静置し、その後、各電池について、4.2Vまで1200mA(1.0C)の定電流で充電を行い、4.2Vに達した後は4.2Vで定電圧充電を行い、充電深度(規格容量に対する実際に充電した容量の割合)が10%に達したときの電流値を測定した。なお、表3では、各電池の前記充電電流を、比較例6の電池の値を100とした場合の相対値で示す。
<Measurement of charge current at -5 ° C and 10% charge>
The lithium secondary batteries of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 were allowed to stand in a thermostatic bath at −5 ° C. for 5 hours, and then, for each battery, a constant current of 1200 mA (1.0 C) to 4.2 V. After reaching 4.2V, constant voltage charging was performed at 4.2V, and the current value was measured when the charging depth (the ratio of the actually charged capacity to the standard capacity) reached 10%. . In Table 3, the charging current of each battery is shown as a relative value when the value of the battery of Comparative Example 6 is set to 100.

<耐電圧実験>
非水電解液注入前の実施例1〜15および比較例1〜6のリチウム二次電池各100個に対して、500V(AC60Hz)の電圧を印可し、7mA以上の電流が流れた電池を不良とし、その発生個数を調べた。
<Withstand voltage experiment>
A voltage of 500 V (AC 60 Hz) was applied to each of the 100 lithium secondary batteries of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 before injection of the non-aqueous electrolyte, and a battery in which a current of 7 mA or more flowed was defective. And the number of occurrences was examined.

耐電圧実験は、短絡をしていなくても電極間の距離が小さくなり、極端な場合、充放電サイクルに伴って、容量低下しやすくなる充放電サイクル信頼性を、どの程度確保できるか知るための試験手段である。一定の耐電圧に対して、絶縁破壊が起こらなければ電極間距離が基準以上に保たれていることを意味する。ここでは差異を明確にするために高めの値で試験している。すなわち、この耐電圧試験において、不良の発生個数が少ないということは、電池(電気化学素子)の生産時における不良の発生割合が少なく、その電池(電気化学素子)は生産性に優れていると評価できる。   In order to know how much charge / discharge cycle reliability can be ensured in the withstand voltage experiment, the distance between the electrodes becomes small even without short-circuiting, and in extreme cases, the capacity is likely to decrease with the charge / discharge cycle. It is a test means. If the dielectric breakdown does not occur for a certain withstand voltage, it means that the distance between the electrodes is maintained above the reference. In order to clarify the difference here, a higher value is tested. That is, in this withstand voltage test, the fact that the number of defects generated is small means that the ratio of defects generated during the production of a battery (electrochemical element) is small, and the battery (electrochemical element) is excellent in productivity. Can be evaluated.

耐電圧の試験電圧は、通常の短絡のチェックだけであれば正の電圧なら1Vでも良いが、さらに信頼性を上げるためには50V以上が望ましく、100V以上がより望ましい、300V以上が特に望ましい。また、試験電圧は高いに越したことはないが、過剰品質になるので2000V以下が望ましい。更に、判定電流は、コンデンサとしての電流は流れるので、電池の0.2C放電容量をAh値で表した時の値をGとしたとき、2G(mA)以上が望ましく、4G(mA)以上がより望ましい。また、判定電流は、高く設定しすぎると検出率が下がるので、20G(mA)以下が望ましく、10G(mA)以下がより望ましい。この耐電圧試験を電池製造工程で組み合わせて行うことにより、製造された電池の信頼性がさらに高くなるので望ましい。実施例1〜15および比較例1〜6の電池の0.2Cの放電容量は1.2AhであるのでG=1.2であり、7mAは、4G以上であり、10G以下である。   The test voltage of the withstand voltage may be 1V if it is a positive voltage as long as it is a normal short circuit check, but it is preferably 50V or more, more preferably 100V or more, and particularly preferably 300V or more in order to further improve the reliability. Moreover, although the test voltage has never exceeded a high level, 2000V or lower is desirable because of excessive quality. Furthermore, since the current as a capacitor flows, the determination current is preferably 2 G (mA) or more, and preferably 4 G (mA) or more, where G is the value when the 0.2 C discharge capacity of the battery is expressed as an Ah value. More desirable. In addition, since the detection rate decreases if the determination current is set too high, it is preferably 20 G (mA) or less, and more preferably 10 G (mA) or less. It is desirable to perform this withstand voltage test in combination in the battery manufacturing process because the reliability of the manufactured battery is further increased. Since the discharge capacity of 0.2 C of the batteries of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 is 1.2 Ah, G = 1.2, and 7 mA is 4 G or more and 10 G or less.

<加熱試験>
実施例1〜15および比較例1〜6のリチウム二次電池(それぞれ10個)について、1.0Cの電流値で電池電圧が4.25Vになるまで定電流充電を行い、次いで、4.25Vでの定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を行った。充電終了までの総充電時間は2.5時間とした。前記条件で充電した各電池を恒温槽に入れ、30℃から150℃まで、毎分5℃の割合で昇温し、その後引き続き150℃で3時間放置し、電池の表面温度を測定した。表3では、前記の電池表面温度が、160℃以上に上昇した電池の個数(過昇温度数)を記載した。
<Heating test>
About the lithium secondary battery (each 10 pieces) of Examples 1-15 and Comparative Examples 1-6, constant current charge was performed until the battery voltage became 4.25V at a current value of 1.0C, and then 4.25V. The constant current-constant voltage charge which performs constant voltage charge in was performed. The total charging time until the end of charging was 2.5 hours. Each battery charged under the above conditions was placed in a thermostat, heated from 30 ° C. to 150 ° C. at a rate of 5 ° C. per minute, and then allowed to stand at 150 ° C. for 3 hours to measure the surface temperature of the battery. Table 3 lists the number of batteries (overheated temperature number) in which the battery surface temperature rose to 160 ° C. or higher.

Figure 2011146365
Figure 2011146365

表3に示す通り、比較例2および比較例3の電池のようにRa/Tbが大きい場合には、Raに対してTbが小さすぎるため、耐電圧不良数が若干多くなっている。また、多孔質層(II)を形成していないセパレータを使用した比較例1の電池でも、耐電圧不良数が若干多い。   As shown in Table 3, when Ra / Tb is large as in the batteries of Comparative Example 2 and Comparative Example 3, Tb is too small with respect to Ra, and the number of withstand voltage failures is slightly increased. Further, even in the battery of Comparative Example 1 using a separator in which the porous layer (II) is not formed, the number of defective withstand voltages is slightly large.

逆に比較例4〜6の電池のように、Ra/Tbが小さい場合には、Raに対してTbが大きすぎるため、低温での充電特性が実施例の電池を下回った。特に、R値が好適な黒鉛を負極に用いていない比較例6の電池は、実施例の電池との差が顕著であった。   On the other hand, when Ra / Tb is small as in the batteries of Comparative Examples 4 to 6, Tb is too large for Ra, so the charging characteristics at low temperatures were lower than those of the battery of the example. In particular, the battery of Comparative Example 6 in which graphite having a suitable R value was not used for the negative electrode was significantly different from the battery of the example.

このような比較例の電池に対し、Ra/Tbが適正な実施例1〜15の電池は、低温での充電特性が良好であり、かつ耐電圧不良や加熱試験時の温度上昇が生じていない。   The batteries of Examples 1 to 15 in which Ra / Tb is appropriate with respect to the battery of such a comparative example have good charging characteristics at low temperatures, and have no withstand voltage failure or temperature increase during a heating test. .

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (7)

正極、負極、非水電解液およびセパレータを有する電気化学素子であって、
前記負極は、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極合剤層を有しており、
前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有しており、
前記負極合剤層表面の算術平均粗さRa(μm)と、前記多孔質層(II)の厚みTb(μm)との比Ra/Tbが、0.10〜0.27であることを特徴とする電気化学素子。
An electrochemical device having a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte and a separator,
The negative electrode has a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on one side or both sides of a current collector,
The separator has a porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin, and a porous layer (II) mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher.
The ratio Ra / Tb between the arithmetic average roughness Ra (μm) of the negative electrode mixture layer surface and the thickness Tb (μm) of the porous layer (II) is 0.10 to 0.27. An electrochemical element.
負極合剤層表面の算術平均粗さRaが、0.3〜1.2μmである請求項1に記載の電気化学素子。   2. The electrochemical device according to claim 1, wherein the arithmetic average roughness Ra of the surface of the negative electrode mixture layer is 0.3 to 1.2 μm. セパレータにおける多孔質層(II)の厚みTbが、3〜8μmである請求項1または2に記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to claim 1 or 2, wherein the thickness Tb of the porous layer (II) in the separator is 3 to 8 µm. セパレータにおける多孔質層(II)に含まれるフィラーが、アルミナ、シリカおよびベーマイトよりなる群から選択される少なくとも1種の板状粒子である請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 3, wherein the filler contained in the porous layer (II) in the separator is at least one plate-like particle selected from the group consisting of alumina, silica and boehmite. セパレータにおける多孔質層(I)が、融点が100〜150℃のポリオレフィンを含有している請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous layer (I) in the separator contains a polyolefin having a melting point of 100 to 150 ° C. 負極合剤層が、負極活物質として炭素材料を含有している請求項1〜5のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical device according to claim 1, wherein the negative electrode mixture layer contains a carbon material as a negative electrode active material. 負極合剤層が、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5で、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を負極活物質として含有し、かつ全負極活物質中における前記黒鉛の割合が30質量%以上である請求項6に記載の電気化学素子。   The negative electrode mixture layer has an R value, which is a peak intensity ratio of 1360 cm −1 to a peak intensity of 1580 cm −1 in an argon ion laser Raman spectrum, of 0.1 to 0.5, and an interplanar spacing d002 of 0.338 nm. The electrochemical element according to claim 6, wherein the following graphite is contained as a negative electrode active material, and a ratio of the graphite in all negative electrode active materials is 30% by mass or more.
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