JP2012014994A - Separator for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Separator for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator used for constituting a nonaqueous electrolyte battery which exhibits excellent safety and reliability for internal short circuit and is capable of minimizing characteristic degradation during high-temperature storage, and to provide a nonaqueous electrolyte battery having that separator.SOLUTION: The separator used in a nonaqueous electrolyte battery contains a polyamine group represented by a general formula -NH(CHCHNH)R [in the general formula (1), n is a positive integer, R is H or an alkyl group of 1-10C], and contains particulates having a mean particle size of 0.01-15 μm. The nonaqueous electrolyte battery having that separator is also provided.

Description

本発明は、安全性および信頼性に優れ、かつ高温貯蔵時の性能低下を抑制できる非水電解質電池を構成するためのセパレータと、該セパレータを有する非水電解質電池に関するものである。   The present invention relates to a separator for constituting a non-aqueous electrolyte battery that is excellent in safety and reliability and that can suppress a decrease in performance during high-temperature storage, and a non-aqueous electrolyte battery having the separator.

リチウム二次電池に代表される非水電解液を用いた非水電解質電池は、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。こうした非水電解質電池では、携帯機器の高性能化に伴って高容量化が更に進む傾向にあり、安全性および信頼性の確保が重要となっている。また、非水電解質電池は、高エネルギー密度といった特性を生かして、自動車やバイク、自転車などの車載用途にも適用が進められており、このような用途においても、安全性および信頼性の確保が重要な課題となっている。   A non-aqueous electrolyte battery using a non-aqueous electrolyte typified by a lithium secondary battery is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. In such non-aqueous electrolyte batteries, there is a tendency for the capacity to increase further as the performance of portable devices increases, and it is important to ensure safety and reliability. Non-aqueous electrolyte batteries are also being applied to in-vehicle applications such as automobiles, motorcycles, and bicycles by taking advantage of the characteristics such as high energy density. Even in such applications, safety and reliability can be ensured. It is an important issue.

リチウム二次電池は、単セルあたりの電位が他の電池に比べて高いという特徴を持っている反面、金属製の混入異物などがあった場合、電池内で溶解析出が起こり、負極で析出した金属が成長してセパレータを突き破り短絡することで、信頼性や安全性が損なわれる虞がある。   Lithium secondary batteries have a feature that the potential per unit cell is higher than other batteries. However, when there is a foreign material such as metal, dissolution and precipitation occur in the battery and deposit at the negative electrode. As the metal grows and breaks through the separator and short-circuits, reliability and safety may be impaired.

また、従来から一般的に用いられているリチウム二次電池は、LiCoOに代表される層状構造のリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に用い、グラファイト、非晶質黒鉛などの炭素材料を負極活物質に用い、LiPFなどのリチウム塩をエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの炭酸エステル類に溶解した非水電解液を電解液に用いた構成が一般的である。ところが、近年、熱安定性を高めて安全性を確保したり、より高い電位で作動させてエネルギー密度を高めたりするために、LiMnに代表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物や、LiMnNiCoで代表される層状化合物などが正極活物質として用いられるようになってきた。 In addition, a lithium secondary battery that has been generally used conventionally uses a lithium cobalt composite oxide having a layered structure typified by LiCoO 2 as a positive electrode active material, and a carbon material such as graphite or amorphous graphite as a negative electrode. Generally, a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF 6 is dissolved in a carbonate such as ethylene carbonate or diethyl carbonate is used as an active material. However, in recent years, in order to increase the thermal stability to ensure safety, or to increase the energy density by operating at a higher potential, spinel type lithium manganese composite oxide represented by LiMn 2 O 4 , Layered compounds typified by LiMn q Ni r Co 5 O 2 have come to be used as positive electrode active materials.

しかしながら、これらMnを含有する複合酸化物を正極に用いた場合、特に高温状態で正極からMnイオンが溶出して正極の容量低下を招いたり、更には溶出したMnが、負極に析出して負極の劣化を招いたり、非水電解液と反応してガス発生を起こしたりして、充放電に関わる以外の副反応が生じることが知られている。   However, when a composite oxide containing Mn is used for the positive electrode, the Mn ions are eluted from the positive electrode particularly at a high temperature, leading to a decrease in the capacity of the positive electrode. It is known that side reactions other than those related to charge / discharge occur due to degradation of the liquid or reaction with a non-aqueous electrolyte to cause gas generation.

前記の金属製異物や正極活物質から溶出する金属(金属イオン)による問題の解決を図る技術も種々検討されている。例えば、特許文献1および特許文献2には、置換元素を用いて正極活物質の安定化を図り、Mnなどの金属の溶出を防止する技術が提案されている。   Various techniques for solving the problems caused by metal (metal ions) eluted from the metal foreign matter and the positive electrode active material have been studied. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 propose a technique for stabilizing a positive electrode active material using a substitution element and preventing elution of a metal such as Mn.

また、特許文献3および特許文献4には、混入した金属製異物や正極から溶出した金属イオンを、負極に到達する前にトラップする技術が提案されている。   Patent Documents 3 and 4 propose a technique for trapping mixed metal foreign substances and metal ions eluted from the positive electrode before reaching the negative electrode.

特開平11−339803号公報JP 11-339803 A 特開2000−30709号公報JP 2000-30709 A 特開平11−121012号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-121021 特開2009−87929号公報JP 2009-87929 A

しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載されているような置換元素を用いた活物質の変性は、金属溶出に対してある程度の効果があるものの、溶出を完全に抑制することができず、また、置換元素によって充放電に用いることのできる容量が減少するといったデメリットがある。   However, although the modification of the active material using a substitution element as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 has a certain effect on metal elution, elution cannot be completely suppressed, In addition, there is a demerit that the capacity that can be used for charging and discharging is reduced by the substitution element.

また、金蔵イオンを電池内でトラップする方法として、例えば特許文献3に示されているような、負極、セパレータおよび電解質の少なくともいずれかにキレート化剤を含有させる方法では、添加したキレート化剤が正極や負極における酸化還元反応によって副反応を引き起こし、電池特性を劣化させる虞がある。   In addition, as a method of trapping gold ions in the battery, for example, as shown in Patent Document 3, in a method of containing a chelating agent in at least one of a negative electrode, a separator and an electrolyte, the added chelating agent is There is a possibility that a side reaction is caused by an oxidation-reduction reaction in the positive electrode or the negative electrode, and the battery characteristics are deteriorated.

更に、特許文献4に示されている酸化還元の影響を比較的受け難いセパレータに、キレート化合物を含有させる方法では、キレート化合物中のイミノジ酢酸基が、電池内のリチウムイオンをトラップしてしまう虞がある。   Furthermore, in the method of containing a chelate compound in a separator that is relatively unaffected by the oxidation and reduction shown in Patent Document 4, iminodiacetic acid groups in the chelate compound may trap lithium ions in the battery. There is.

こうしたことから、前記のような副次的な問題の発生を抑えつつ、電池内における金属イオンによる問題を良好に回避できる技術の開発が求められる。   For these reasons, there is a need for development of a technology that can satisfactorily avoid problems caused by metal ions in the battery while suppressing the occurrence of such secondary problems.

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、安全性および内部短絡に対する信頼性に優れ、かつ高温貯蔵時の特性低下を抑制し得る非水電解質電池を構成するためのセパレータと、該セパレータを有する非水電解質電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to configure a nonaqueous electrolyte battery that is excellent in safety and reliability against internal short circuit and can suppress deterioration in characteristics during high-temperature storage. The object is to provide a separator and a nonaqueous electrolyte battery having the separator.

前記目的を達成し得た本発明の非水電解質電池用セパレータは、非水電解質電池に用いられるセパレータであって、下記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有し、平均粒子径が0.01〜15μmの微粒子を含むことを特徴とするものである。   The separator for a non-aqueous electrolyte battery of the present invention that has achieved the above object is a separator used for a non-aqueous electrolyte battery, contains a polyamine group represented by the following general formula (1), and has an average particle diameter. It contains 0.01 to 15 μm fine particles.

−NH(CHCHNH)R (1)
[前記一般式(1)中、nは正の整数であり、RはHまたは炭素数1〜10のアルキル基である。]
—NH (CH 2 CH 2 NH) n R (1)
[In the general formula (1), n is a positive integer, and R is H or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]

また、本発明の非水電解質電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有する非水電解質電池であって、前記セパレータが、本発明の非水電解質電池用セパレータであることを特徴とするものである。   The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte solution, wherein the separator is the non-aqueous electrolyte battery separator of the present invention. To do.

本発明によれば、安全性および内部短絡に対する信頼性に優れ、かつ高温貯蔵時の特性低下を抑制し得る非水電解質電池を構成するためのセパレータと、該セパレータを有する非水電解質電池を提供することができる。すなわち、本発明の非水電解質電池は、安全性および内部短絡に対する信頼性に優れ、かつ高温貯蔵時の特性低下を抑制し得るものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the separator for comprising the nonaqueous electrolyte battery which is excellent in safety | security and the reliability with respect to an internal short circuit, and can suppress the characteristic fall at the time of high temperature storage, and a nonaqueous electrolyte battery which has this separator are provided. can do. That is, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is excellent in safety and reliability against internal short circuit, and can suppress deterioration in characteristics during high-temperature storage.

本発明の非水電解質電池に係るセパレータは、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有する微粒子(以下、「ポリアミン基含有微粒子」と省略する場合がある)を含んでいる。セパレータ中に存在する前記一般式(1)で表されるポリアミン基によって、電池の有する非水電解液中に溶出した金属イオンを効果的にトラップすることが可能となる。   The separator according to the nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes fine particles containing a polyamine group represented by the general formula (1) (hereinafter sometimes abbreviated as “polyamine group-containing fine particles”). The polyamine group represented by the general formula (1) present in the separator can effectively trap metal ions eluted in the non-aqueous electrolyte of the battery.

非水電解質電池、特に充電が可能なリチウムイオン電池などの非水電解質電池では、電池内に混入した金属製の不純物や正極活物質などから非水電解液中に溶出した金属イオンが負極表面で析出することで、電池性能の低下や内部短絡の要因になりやすい。そのため、特に、正極活物質に主成分として用いられているNi、CoおよびMnや、不純物として電池内に混入する可能性の高いFe、ZnおよびCuなどのイオンを効果的にトラップする一方で、電池の充放電に関与するLiイオンについては、できるだけトラップしないことが好ましい。前記一般式(1)で表されるポリアミン基は、遷移金属や重金属のトラップ能力に優れる一方で、アルカリ金属やアルカリ土類金属のトラップ能力は低い。そのため、本発明の電池では、セパレータ中に存在する前記一般式(1)で表されるポリアミン基の存在によって、充放電反応を損なうことなく、電池性能の低下や内部短絡の要因を引き起こす金属イオンを良好にトラップすることができる。   In non-aqueous electrolyte batteries, especially non-aqueous electrolyte batteries such as rechargeable lithium ion batteries, metal ions eluted into the non-aqueous electrolyte from the metal impurities and positive electrode active materials mixed in the battery Precipitation tends to cause deterioration of battery performance and internal short circuit. Therefore, in particular, while effectively trapping ions such as Ni, Co and Mn, which are used as main components in the positive electrode active material, and Fe, Zn and Cu, which are likely to be mixed into the battery as impurities, It is preferable not to trap Li ions involved in charging / discharging of the battery as much as possible. The polyamine group represented by the general formula (1) is excellent in trapping ability for transition metals and heavy metals, but has low trapping ability for alkali metals and alkaline earth metals. For this reason, in the battery of the present invention, the presence of the polyamine group represented by the general formula (1) present in the separator causes metal ions that cause deterioration in battery performance and internal short circuit without impairing the charge / discharge reaction. Can be trapped well.

なお、前記一般式(1)におけるnは、正の整数であるが、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く、また、6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い。   In addition, although n in the said General formula (1) is a positive integer, it is preferable that it is 1 or more, it is more preferable that it is 2 or more, and it is preferable that it is 6 or less, and it is 5 or less. It is more preferable.

セパレータにおけるポリアミン基含有微粒子に係るポリアミン基の量は、金属イオンのトラップ能を良好に確保する観点から、NH基の量で0.01〜100mmol/mであることが好ましい。 The amount of the polyamine group related to the polyamine group-containing fine particles in the separator is preferably 0.01 to 100 mmol / m 2 in terms of the amount of NH groups from the viewpoint of ensuring a good trapping ability for metal ions.

ポリアミン基含有微粒子は、無機微粒子(ポリアミン基以外の部分が無機の材料で構成された微粒子)であってもよく、有機微粒子であってもよい。また、セパレータは、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有する無機微粒子(以下、「ポリアミン基含有無機微粒子」という)と、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有する有機微粒子(以下、「ポリアミン基含有有機微粒子」という)の両者を含んでいてもよい。   The polyamine group-containing fine particles may be inorganic fine particles (fine particles in which a portion other than the polyamine group is composed of an inorganic material) or organic fine particles. The separator contains inorganic fine particles containing a polyamine group represented by the general formula (1) (hereinafter referred to as “polyamine group-containing inorganic fine particles”) and a polyamine group represented by the general formula (1). Organic fine particles (hereinafter referred to as “polyamine group-containing organic fine particles”) may be included.

ポリアミン基含有無機微粒子およびポリアミン基含有有機微粒子としては、例えば、基材となる無機微粒子や有機微粒子[前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有しない無機微粒子や有機微粒子]を、前記一般式(1)で表されるポリアミン基の元となるカップリング剤を用いて表面処理して得られるものなどが挙げられる。また、ポリアミン基含有有機微粒子は、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有する有機樹脂により構成される微粒子であってもよい。   Examples of the polyamine group-containing inorganic fine particles and the polyamine group-containing organic fine particles include inorganic fine particles and organic fine particles [inorganic fine particles and organic fine particles not containing a polyamine group represented by the general formula (1)], Examples thereof include those obtained by surface treatment using a coupling agent which is a base of the polyamine group represented by the general formula (1). Further, the polyamine group-containing organic fine particles may be fine particles composed of an organic resin containing a polyamine group represented by the general formula (1).

なお、ポリアミン基含有無機微粒子の基材となる無機微粒子としては、電気化学的に安定で、かつ電気絶縁性であれば特に制限はない。例えば、無機微粒子としては酸化鉄(Fe;FeO、Feなど)、SiO、Al、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、炭酸カルシ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。前記の無機微粒子は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記の無機酸化物の中でも、Al、SiOおよびベーマイトが特に好ましく用いられる。 The inorganic fine particles used as the base material for the polyamine group-containing inorganic fine particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable and electrically insulating. For example, the inorganic fine particles of iron oxide (Fe x O y; FeO, such Fe 2 O 3), SiO 2 , Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, inorganic oxides such as ZrO 2; aluminum nitride, silicon nitride Inorganic nitrides such as: Calcium fluoride, barium fluoride, barium sulfate, calcium carbonate and other poorly soluble ionic crystals; Silicon, diamond and other covalently bonded crystals; Montmorillonite and other clays; 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. The inorganic fine particles may be used alone or in combination of two or more. Among the inorganic oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 and boehmite are particularly preferably used.

無機微粒子の形状としては、例えば、球状に近い形状であってもよく、板状であってもよいが、短絡(特にデンドライトによる短絡)をより良好に防止する観点からは、板状の粒子であることが好ましい。板状粒子の代表的なものとしては、板状のAlや板状のベーマイトなどが挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The shape of the inorganic fine particles may be, for example, a nearly spherical shape or a plate shape, but from the viewpoint of better preventing a short circuit (especially a short circuit due to dendrites) Preferably there is. Typical examples of the plate-like particles include plate-like Al 2 O 3 and plate-like boehmite, and these may be used alone or in combination of two or more.

ポリアミン基含有有機微粒子の基材となる有機微粒子としては、耐熱性および電気絶縁性を有しており、電池の有する非水電解液に対して安定であり、更に、電池の作動電圧範囲において酸化還元され難い電気化学的に安定な材料で構成されたものが好ましく、そのような材料としては、例えば、樹脂架橋体が挙げられる。より具体的には、スチレン樹脂〔ポリスチレン(PS)など〕、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル樹脂〔ポリメチルメタクリレート(PMMA)など〕、ポリアルキレンオキシド〔ポリエチレンオキシド(PEO)など〕、フッ素樹脂〔ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など〕およびこれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂の架橋体;尿素樹脂;ポリウレタン;などが例示できる。有機微粒子には、前記例示の樹脂を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、有機微粒子は、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤、例えば、酸化防止剤などを含有していても構わない。   The organic fine particles used as the base material of the polyamine group-containing organic fine particles have heat resistance and electrical insulation, are stable to the non-aqueous electrolyte of the battery, and are oxidized within the operating voltage range of the battery. What was comprised with the electrochemically stable material which cannot be reduced easily is preferable, and as such a material, a resin crosslinked body is mentioned, for example. More specifically, styrene resin (polystyrene (PS), etc.), styrene butadiene rubber (SBR), acrylic resin (polymethyl methacrylate (PMMA), etc.), polyalkylene oxide (polyethylene oxide (PEO), etc.), fluororesin [ Polyvinylidene fluoride (PVDF) and the like] and a crosslinked product of at least one resin selected from the group consisting of these derivatives; urea resin; polyurethane; and the like. In the organic fine particles, the above exemplified resins may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the organic fine particles may contain various known additives that are added to the resin, for example, an antioxidant, if necessary.

基材となる有機微粒子を構成するための前記材料の中でも、スチレン樹脂架橋体、アクリル酸樹脂架橋体およびフッ素樹脂架橋体が好ましく、架橋PMMAが特に好ましい。   Among the materials for constituting the organic fine particles serving as the base material, a crosslinked styrene resin, a crosslinked acrylic resin, and a crosslinked fluororesin are preferable, and crosslinked PMMA is particularly preferable.

前記のような基材となる無機微粒子や有機微粒子の表面を処理し、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を導入するために用いられるカップリング剤としては、シランカップリング剤、ジルコネートカップリング剤、チタネートカップリング剤などが挙げられる。より具体的には、HNCHCHNHCHCHCHX(OCH、HNCHCHNHCHCHCHX(OCH、HNCHCHNHCHCHCHX(OC、HNCHCHNHCHPhCHCHX(OCH、HNCHCHNH(CH11X(OCH、(CHO)SiCHCHCHNHCHCHNHCHCHCHX(OCH、HNCNHCOXO〔CH(CH)CH、HNCNHCSiCH(OCH、HNCNHCSi(OCH、HNCNHCSi(OCなどが挙げられる(なお、例示のカップリング剤を表す前記の各式中、XはSi、ZrまたはTiを表し、Phはフェニレンを表す)。 Examples of the coupling agent used for treating the surface of the inorganic fine particles and organic fine particles serving as the base material and introducing the polyamine group represented by the general formula (1) include silane coupling agents and zirco. Examples of the coupling agent include titanate coupling agents and titanate coupling agents. More specifically, H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CHCH 2 X (OCH 3 ) 3 , H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 CH 2 X (OCH 3 ) 3 , H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 CH 2 X (OC 2 H 5) 3, H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 PhCH 2 CH 2 X (OCH 3) 3, H 2 NCH 2 CH 2 NH (CH 2) 11 X (OCH 3) 3 , (CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 CH 2 X (OCH 3 ) 3 , H 2 NC 2 H 4 NHC 2 H 4 OXO [CH (CH 3 ) CH 3 ] 3 , H 2 NC 2 H 4 NHC 3 H 6 SiCH 3 (OCH 3 ) 2 , H 2 NC 2 H 4 NHC 3 H 6 Si (OCH 3 ) 3 , H 2 NC 2 H 4 NHC 3 H 6 Si (OC 2 H 5 ) 3 and the like are mentioned (in the above formulas representing exemplary coupling agents, X represents Si, Zr or Ti, and Ph represents phenylene). .

また、ポリアミン基含有微粒子を、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有する有機樹脂により構成する場合、かかる有機樹脂としては、例えば、特公平6−51744号公報、特許第3150173号公報、特開2005−213477号公報などに記載されている方法によって得られる有機樹脂が挙げられる。   When the polyamine group-containing fine particles are composed of an organic resin containing a polyamine group represented by the general formula (1), examples of the organic resin include Japanese Patent Publication No. 6-51744 and Japanese Patent No. 3150173. Examples thereof include organic resins obtained by a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-213477.

ポリアミン基含有微粒子の平均粒子径は、小さすぎると、セパレータ(ポリアミン基含有微粒子を含有する多孔質層)の孔径が小さくなりすぎて、リチウムイオンなどのイオン透過性が低下する虞があることから、0.01μm以上であり、0.1μm以上であることが好ましい。ただし、ポリアミン基含有微粒子の粒径が大きすぎると、セパレータ(ポリアミン基含有微粒子を含有する多孔質層)が厚くなりすぎて、電池としたときのエネルギー密度が低下したり、粒子の比表面積が小さくなって、金属イオンのトラップ能が低くなりすぎる虞があることから、ポリアミン基含有微粒子の平均粒子径は、15μm以下であり、5μm以下であることが好ましい。   If the average particle size of the polyamine group-containing fine particles is too small, the pore size of the separator (the porous layer containing the polyamine group-containing fine particles) becomes too small, and the ion permeability of lithium ions and the like may be reduced. , 0.01 μm or more, and preferably 0.1 μm or more. However, if the particle size of the polyamine group-containing fine particles is too large, the separator (the porous layer containing the polyamine group-containing fine particles) becomes too thick, resulting in a decrease in energy density when used as a battery or a specific surface area of the particles. The average particle size of the polyamine group-containing fine particles is 15 μm or less, and preferably 5 μm or less, because the trapping ability of metal ions may become too low.

本明細書でいう微粒子(ポリアミン基含有微粒子、後述する熱収縮抑制層に使用される無機微粒子、並びに後述する熱溶融性微粒子および熱膨潤性微粒子)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、無機微粒子の場合にはこれらを溶解しない媒体に、有機微粒子の場合にはこれらの構成樹脂を膨潤させない媒体(例えば水)に、これら微粒子を分散させて測定した数平均粒子径として規定することができ、特に断らない限り、二次粒子状の微粒子については、二次粒子の平均粒子径を意味している。   The average particle size of the fine particles (polyamine group-containing fine particles, inorganic fine particles used in the heat shrinkage suppression layer described later, and heat-meltable fine particles and heat-swellable fine particles described later) referred to in the present specification is, for example, laser scattering particle size distribution Using a meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA), in the case of inorganic fine particles, in a medium that does not dissolve them, in the case of organic fine particles, in a medium that does not swell these constituent resins (for example, water) It can be defined as the number average particle size measured by dispersing fine particles. Unless otherwise specified, the secondary particle-like fine particles mean the average particle size of the secondary particles.

本発明のセパレータは、ポリアミン基含有微粒子を含有していればよく、例えば、この微粒子をバインダで結着して形成した多孔質膜で、本発明のセパレータを構成することができる。   The separator of this invention should just contain the polyamine group containing microparticles | fine-particles, for example, the separator of this invention can be comprised with the porous film formed by binding these microparticles | fine-particles with a binder.

ポリアミン基含有微粒子同士を結着するためのバインダとしては、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。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。   Examples of the binder for binding the polyamine group-containing fine particles include ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, vinyl acetate-derived structural unit having 20 to 35 mol%), ethylene-ethyl acrylate copolymer, and the like. Ethylene-acrylic acid copolymer, fluorinated rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linking Acrylic resin, polyurethane, epoxy resin and the like can be mentioned, and in particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the binder, those exemplified above may be used alone or in combination of two or more.

前記例示のバインダの中でも、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)」などが挙げられる。   Among the 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 binders include “Evaflex Series (EVA)” by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., EVA by Nippon Unicar Co., Ltd., “Evaflex-EEA Series (Ethylene- Acrylic acid copolymer) ”, Nippon Unicar's EEA, Daikin Industries’ “Dai-L Latex Series” (fluorinated rubber), JSR ’s “TRD-2001 (SBR)”, Nippon Zeon ’s “BM-400B” SBR) "and the like.

なお、ポリアミン基含有微粒子のセパレータにおける含有量は、電池内において金属イオンをトラップする効果をより良好に確保する観点から、セパレータの構成成分の全体積(セパレータの空隙を除いた部分の全体積)中、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましい。また、前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有する微粒子のセパレータにおける含有量の上限値は、特に制限はなく、例えば、前記の通り、本発明のセパレータは、ポリアミン基含有微粒子およびバインダのみで構成することも可能であるため、バインダを除く全量を、ポリアミン基含有微粒子とすることもできる。このような態様のセパレータの場合におけるポリアミン基含有微粒子の好適な上限値は、例えば、99体積%である。   The content of the polyamine group-containing fine particles in the separator is the total volume of the constituent components of the separator (total volume of the portion excluding the separator voids) from the viewpoint of better ensuring the effect of trapping metal ions in the battery. Among them, the content is preferably 5% by volume or more, and more preferably 10% by volume or more. Further, the upper limit value of the content of the polyamine group-containing fine particles represented by the general formula (1) in the separator is not particularly limited. For example, as described above, the separator of the present invention includes polyamine group-containing fine particles and Since it is possible to use only a binder, the entire amount excluding the binder can be made into polyamine group-containing fine particles. A suitable upper limit value of the polyamine group-containing fine particles in the case of such a separator is, for example, 99% by volume.

また、本発明のセパレータには、非水電解質電池に一般的に用いられているような、電池の温度が上昇した場合に空孔を閉塞し、イオンの透過性を低下させて電池の安全性を確保する、いわゆるシャットダウン機能を付与することもできる。   In addition, the separator of the present invention, which is generally used for non-aqueous electrolyte batteries, closes the vacancies when the battery temperature rises, lowers the ion permeability, and reduces battery safety. It is possible to provide a so-called shutdown function for ensuring the above.

例えば、シャットダウン機能を有するポリオレフィンを主体とする多孔質膜(ポリオレフィン製微多孔膜など)の表面に、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層を形成した多層多孔質膜により構成したセパレータとすることで、シャットダウン機能を付与することができる。   For example, by using a separator composed of a multilayer porous film in which a porous layer containing polyamine group-containing fine particles is formed on the surface of a porous film mainly made of polyolefin having a shutdown function (such as a microporous film made of polyolefin). A shutdown function can be given.

ポリオレフィン製微多孔膜を用いた多層多孔質膜により構成することでセパレータにシャットダウン機能を付与する場合、ポリオレフィン製微多孔膜には、通常の非水電解質電池で使用されているセパレータを用いることができる。具体的には、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共重合ポリオレフィンなどで構成された微多孔膜が挙げられる。   When a separator is provided with a shutdown function by being constituted by a multilayer porous membrane using a polyolefin microporous membrane, a separator used in a normal non-aqueous electrolyte battery may be used for the polyolefin microporous membrane. it can. Specifically, a microporous film composed of a copolymer polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ethylene-propylene copolymer can be used.

ポリオレフィン製微多孔膜には、前記のようなポリオレフィンで構成され、例えば延伸法、すなわち、無機フィラーなどを混合したポリオレフィンを用いて形成したフィルムやシートに、一軸または二軸延伸を施して微細な空孔を形成した後、必要に応じて無機フィラーを除去することで製造されるものなどを用いることができる。また、溶媒による空孔形成法、すなわち、前記例示のポリオレフィンと、他の樹脂やパラフィンとを混合してフィルムやシートとし、その後、前記他の樹脂やパラフィンのみを溶解する溶媒中に、これらのフィルムやシートを浸漬して、前記他の樹脂やパラフィンのみを溶解させて空孔を形成して製造されるものを、ポリオレフィン製微多孔膜として用いることもできる。更に、前記の延伸法と、前記の溶媒による空孔形成法とを組み合わせた方法によって製造されたポリオレフィン製微多孔膜を用いることもできる。   The microporous membrane made of polyolefin is composed of the polyolefin as described above. For example, a film or sheet formed by a stretching method, that is, a polyolefin mixed with an inorganic filler is uniaxially or biaxially stretched to form a fine film. After forming the pores, those produced by removing the inorganic filler as required can be used. In addition, the pore formation method using a solvent, that is, the polyolefin illustrated above and another resin or paraffin are mixed to form a film or sheet, and then, in a solvent that dissolves only the other resin or paraffin, What is manufactured by immersing a film or sheet and dissolving only the other resin or paraffin to form pores can be used as a polyolefin microporous film. Furthermore, a polyolefin microporous membrane produced by a method combining the stretching method and the pore formation method using the solvent can also be used.

セパレータにおけるシャットダウン機能が発現する温度は、低すぎると電池の通常使用時にセパレータの孔が閉塞して電池の性能劣化が早く進む虞があることから、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましい。また、セパレータにおけるシャットダウン機能が発現する温度は、高すぎるとシャットダウン機能が働く前に電池の内部温度が上昇して熱暴走に至る危険性があることから、150℃以下であることが好ましく、130℃以下であることがより好ましい。   If the temperature at which the shutdown function is exhibited in the separator is too low, the separator hole may be blocked during normal use of the battery, and the battery performance may deteriorate quickly. It is more preferable that In addition, if the temperature at which the shutdown function is manifested in the separator is too high, there is a risk that the internal temperature of the battery will rise before the shutdown function works, leading to thermal runaway. It is more preferable that it is below ℃.

ポリオレフィンを主体とする多孔質膜(ポリオレフィン製微多孔膜など)と、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層との多層多孔質膜によりセパレータを構成する場合、前記多層多孔質膜は、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層を、ポリオレフィンを主体とする多孔質膜の片面にのみ有していてもよく、両面に有していてもよい。   When a separator is constituted by a multilayer porous film comprising a porous film mainly composed of polyolefin (such as a microporous film made of polyolefin) and a porous layer containing polyamine group-containing fine particles, the multilayer porous film contains a polyamine group. The porous layer containing fine particles may be provided only on one side of the porous film mainly composed of polyolefin, or may be provided on both sides.

なお、ポリオレフィン製微多孔膜などのポリオレフィンを主体とする多孔質膜におけるポリオレフィンの含有量は、ポリオレフィンを主体とすることから、前記多孔質膜の構成成分の全体積中、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、100体積%、すなわち、ポリオレフィンのみで構成されていてもよい。   In addition, since the polyolefin content in the porous membrane mainly composed of polyolefin such as a microporous membrane made of polyolefin is mainly composed of polyolefin, it is 50% by volume or more in the total volume of the constituent components of the porous membrane. 70% by volume or more, preferably 100% by volume, that is, it may be composed of polyolefin alone.

また、ポリオレフィンを主体とする多孔質膜の表面に形成するポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層におけるポリアミン基含有微粒子の含有量は、前記多孔質層の構成成分の全体積中、50体積%以上であることが好ましく、70体積%以上であることがより好ましく、また、99体積%以下であることが好ましい。   Further, the content of the polyamine group-containing fine particles in the porous layer containing the polyamine group-containing fine particles formed on the surface of the porous film mainly composed of polyolefin is 50% by volume or more in the total volume of the constituent components of the porous layer. It is preferable that it is 70 volume% or more, and it is preferable that it is 99 volume% or less.

なお、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層は、ポリアミン基含有微粒子の他に、例えば、これらの微粒子を結着するために、前記例示のバインダを含有していてもよい。   In addition to the polyamine group-containing fine particles, the porous layer containing the polyamine group-containing fine particles may contain, for example, the binder described above in order to bind these fine particles.

また、ポリオレフィン製微多孔膜を使用したセパレータでは、温度が上昇した場合にシャットダウン機能が働くが、ポリオレフィン製微多孔膜は、前記の通り微多孔構造とするために通常は延伸されている。そのため、そのシャットダウンと同時か更に温度が上昇した際に、延伸による残留応力の影響で熱収縮を起こすことがある。よって、ポリオレフィン製微多孔膜を用いたセパレータの場合には、ポリオレフィン製微多孔膜の片面にポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層を形成することに加えて、他方の面には、無機微粒子を主体として含む多孔質層(熱収縮抑制層)を形成して、セパレータ全体の熱収縮を抑制してもよい。   In the separator using the polyolefin microporous membrane, the shutdown function works when the temperature rises, but the polyolefin microporous membrane is usually stretched to have a microporous structure as described above. Therefore, thermal shrinkage may occur due to the residual stress due to stretching when the temperature rises simultaneously with the shutdown. Therefore, in the case of a separator using a polyolefin microporous membrane, in addition to forming a porous layer containing polyamine group-containing microparticles on one side of the polyolefin microporous membrane, the other side is provided with inorganic microparticles. A porous layer (heat shrinkage suppression layer) included as a main body may be formed to suppress heat shrinkage of the entire separator.

前記の熱収縮抑制層に用いる無機微粒子としては、ポリアミン基含有微粒子の基材となる無機微粒子として先に例示した各種無機微粒子が挙げられる。熱収縮抑制層に用いる無機微粒子の平均粒子径は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   Examples of the inorganic fine particles used in the heat shrinkage suppression layer include various inorganic fine particles exemplified above as inorganic fine particles serving as a base material for the polyamine group-containing fine particles. The average particle size of the inorganic fine particles used for the heat shrinkage suppression layer is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and preferably 15 μm or less, and 5 μm or less. Is more preferable.

ない、熱収縮抑制層における無機微粒子の含有量は、小さすぎるとセパレータ全体の熱収縮を抑制する作用が小さくなる虞があることから、熱収縮抑制層の構成成分の全体積中、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い。また、熱収縮抑制層は、例えば、無機微粒子をバインダで結着することで構成することが好ましく、熱収縮抑制層における無機微粒子の含有量は、バインダを除く全量とすることもでき、具体的には、熱収縮抑制層の構成成分の全体積中、99体積%以下とすることが好ましい。   However, if the content of the inorganic fine particles in the heat shrinkage suppression layer is too small, the action of suppressing the heat shrinkage of the entire separator may be reduced. The above is preferable, and 80% by volume or more is more preferable. In addition, the heat shrinkage suppression layer is preferably constituted by, for example, binding inorganic fine particles with a binder, and the content of inorganic fine particles in the heat shrinkage suppression layer can be the total amount excluding the binder. In the total volume of the constituent components of the heat shrinkage suppression layer, it is preferably 99% by volume or less.

なお、熱収縮抑制層に使用するバインダには、ポリアミン基含有微粒子の結着用のバインダとして先に例示した各種バインダを用いることができる。   In addition, the binder used for a heat-shrinkage suppression layer can use the various binders illustrated previously as a binder for binding of polyamine group-containing fine particles.

また、ポリアミン基含有微粒子が無機微粒子(ポリアミン基含有微粒子の基材が無機微粒子)である場合には、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層が、熱収縮抑制層を兼ねることもできる。   When the polyamine group-containing fine particles are inorganic fine particles (the base material of the polyamine group-containing fine particles is an inorganic fine particle), the porous layer containing the polyamine group-containing fine particles can also serve as a heat shrinkage suppression layer.

本発明のセパレータにシャットダウン機能を付与するには、前記の方法以外にも、シャットダウン機能が発現する前記好適温度範囲に融点を有する樹脂微粒子(以下、「熱溶融性微粒子」という)をセパレータに含有させる方法を採用することができる。   In order to give the separator of the present invention a shutdown function, in addition to the above method, the separator contains resin fine particles having a melting point in the preferred temperature range in which the shutdown function is exhibited (hereinafter referred to as “heat-meltable fine particles”). Can be adopted.

熱溶融性微粒子の構成樹脂としては、前記の温度範囲に融点を有し、非水電解質電池の有する電解液に対して安定であり、更に、電池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樹脂が好ましい。具体的には、PE、共重合ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレンなど)、ポリオレフィンワックス、石油ワックス、カルナバワックスなどが挙げられる。前記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン−ビニルモノマー共重合体、より具体的には、エチレン−プロピレン共重合体、EVA、エチレン−メチルアクリレート共重合体やエチレン−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が例示できる。前記共重合ポリオレフィンにおけるエチレン由来の構造単位は、85モル%以上であることが望ましい。また、ポリシクロオレフィンなどを用いることもできる。熱溶融性微粒子には、前記例示の樹脂を1種単独で用いてもよく、2種以上を用いても構わない。   As the constituent resin of the heat-meltable fine particles, an electrochemical material having a melting point in the above temperature range, stable to the electrolyte solution of the nonaqueous electrolyte battery, and hardly oxidized / reduced in the battery operating voltage range. Stable resin is preferable. Specific examples include PE, copolymerized polyolefin, polyolefin derivatives (such as chlorinated polyethylene), polyolefin wax, petroleum wax, and carnauba wax. Examples of the copolymer polyolefin include ethylene-vinyl monomer copolymers, more specifically ethylene-acrylic copolymers such as ethylene-propylene copolymers, EVA, ethylene-methyl acrylate copolymers, and ethylene-ethyl acrylate copolymers. An acid copolymer can be illustrated. The structural unit derived from ethylene in the copolymerized polyolefin is desirably 85 mol% or more. Moreover, polycycloolefin etc. can also be used. As the heat-meltable fine particles, one of the above exemplified resins may be used alone, or two or more of them may be used.

熱溶融性微粒子としては、前記例示の材料の中でも、PE、ポリオレフィンワックス、またはエチレン由来の構造単位が85モル%以上のEVAが好適に用いられる。また、熱溶融性微粒子は、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Among the materials exemplified above, PE, polyolefin wax, or EVA having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more is preferably used as the heat-meltable fine particles. Moreover, the heat-meltable fine particles may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary.

なお、熱溶融性微粒子の融点は、例えば、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により求めることができる。   The melting point of the heat-meltable fine particles can be determined from the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC), for example, in accordance with JIS K 7121.

また、本発明のセパレータに、加熱によって非水電解液を吸収して膨潤し、かつ温度上昇と共に膨潤度が増大する微粒子(以下、「熱膨潤性微粒子」という)を含有させることによっても、シャットダウン機能を付与することができる。   The separator of the present invention can also be shut down by containing fine particles that swell when heated by absorbing the non-aqueous electrolyte and whose degree of swelling increases as the temperature rises (hereinafter referred to as “thermally swellable fine particles”). Functions can be added.

熱膨潤性微粒子としては、通常、電池が使用される温度領域(およそ70℃以下)では、電解液を吸収しないかまたは吸収量が限られており、従って膨潤の度合いが一定以下であるが、必要となる温度(Tc)まで加熱されたときには、非水電解液を吸収して大きく膨潤し、かつ温度上昇と共に膨潤度が増大するような性質を有する樹脂で構成された微粒子が用いられる。熱膨潤性微粒子を含有するセパレータを用いた非水電解質電池では、Tcより低温側においては、熱膨潤性微粒子に吸収されない流動可能な非水電解液がセパレータの空孔内に存在するため、セパレータ内部のLiイオンの伝導性が高くなり、良好な負荷特性を有する非水電解質電池となるが、温度上昇に伴って膨潤度が増大する性質(以下、「熱膨潤性」という場合がある)が現れる温度以上に加熱された場合には、熱膨潤性微粒子は電池内の非水電解液を吸収して大きく膨潤し、膨潤した熱膨潤性微粒子がセパレータの空孔を塞ぐと共に、流動可能な非水電解液が減少して非水電解質電池が液枯れ状態となることにより、非水電解液と活物質との反応性を抑制し非水電解質電池の安全性が確保される。しかも、Tcを超える高温となった場合、熱膨潤性により前記液枯れが更に進行し、電池の反応が更に抑制されることになるため、高温での安全性をより高めることもできる。   As the heat-swellable fine particles, in the temperature range (about 70 ° C. or less) in which the battery is usually used, the electrolyte solution is not absorbed or the amount of absorption is limited, and thus the degree of swelling is below a certain level. When heated to the required temperature (Tc), fine particles composed of a resin having such a property that it absorbs the non-aqueous electrolyte and swells greatly and the degree of swelling increases as the temperature rises are used. In a non-aqueous electrolyte battery using a separator containing heat-swellable fine particles, a flowable non-aqueous electrolyte solution that is not absorbed by the heat-swellable fine particles is present in the pores of the separator at a temperature lower than Tc. Although the non-aqueous electrolyte battery has good load characteristics due to high internal Li ion conductivity, it has the property of increasing the degree of swelling as the temperature rises (hereinafter sometimes referred to as “thermal swelling”). When heated above the temperature at which it appears, the heat-swellable fine particles absorb the non-aqueous electrolyte in the battery and swell greatly, and the swollen heat-swellable fine particles close the pores of the separator and are non-flowable. By reducing the amount of water electrolyte and causing the non-aqueous electrolyte battery to wither, the reactivity between the non-aqueous electrolyte and the active material is suppressed, and the safety of the non-aqueous electrolyte battery is ensured. In addition, when the temperature is higher than Tc, the liquid withering further proceeds due to thermal swellability, and the reaction of the battery is further suppressed, so that safety at high temperature can be further improved.

熱膨潤性微粒子が熱膨潤性を示し始める温度は、75℃以上であることが好ましい。熱膨潤性微粒子が熱膨潤性を示し始める温度を75℃以上とすることにより、Liイオンの伝導性が著しく減少して電池の内部抵抗が上昇する温度(Tc)を、およそ80℃以上に設定することができるからである。一方、熱膨潤性を示す温度の下限が高くなるほど、セパレータのTcが高くなるので、Tcをおよそ130℃以下に設定するために、熱膨潤性微粒子の熱膨潤性を示し始める温度は、125℃以下とすることが好ましく、115℃以下とすることがより好ましい。熱膨潤性を示す温度が高すぎると、電池内の活物質の熱暴走反応を十分に抑制できず、熱膨潤製微粒子を用いることによる非水電解質電池の安全性向上効果が十分に確保できないことがあり、また、熱膨潤性を示す温度が低すぎると、通常の非水電解質電池の使用温度域(およそ70℃以下)におけるLiイオンの伝導性が低くなりすぎることがある。   The temperature at which the heat-swellable fine particles start to show heat-swellability is preferably 75 ° C. or higher. By setting the temperature at which the heat-swellable fine particles start to exhibit heat-swellability to 75 ° C. or higher, the temperature (Tc) at which the Li ion conductivity is significantly reduced and the internal resistance of the battery is increased is set to approximately 80 ° C. or higher. Because it can be done. On the other hand, since the Tc of the separator increases as the lower limit of the temperature exhibiting thermal swellability increases, the temperature at which the thermal swellable fine particles begin to exhibit thermal swellability is set to 125 ° C in order to set Tc to approximately 130 ° C or lower. It is preferable to set it as follows, and it is more preferable to set it as 115 degrees C or less. If the temperature showing the heat swellability is too high, the thermal runaway reaction of the active material in the battery cannot be sufficiently suppressed, and the safety improvement effect of the nonaqueous electrolyte battery by using the heat-swelling fine particles cannot be sufficiently secured. In addition, if the temperature exhibiting thermal swellability is too low, the conductivity of Li ions may be too low in the operating temperature range of a normal nonaqueous electrolyte battery (approximately 70 ° C. or less).

また、熱膨潤性を示す温度より低い温度では、熱膨潤性微粒子は非水電解液をできるだけ吸収せず、膨潤が少ない方が望ましい。これは、非水電解質電池の使用温度領域、例えば室温では、非水電解液は、熱膨潤性微粒子に取り込まれるよりもセパレータの空孔内に流動可能な状態で保持される方が、非水電解質電池の負荷特性などの特性が良好になるからである。   Further, at a temperature lower than the temperature exhibiting the heat swellability, it is desirable that the heat swellable fine particles do not absorb the non-aqueous electrolyte as much as possible and have less swelling. This is because, in the operating temperature range of a non-aqueous electrolyte battery, for example, room temperature, the non-aqueous electrolyte solution is more likely to be retained in a flowable state in the pores of the separator than to be taken into the heat-swellable fine particles. This is because characteristics such as load characteristics of the electrolyte battery are improved.

常温(25℃)において熱膨潤性微粒子が吸収する非水電解液量は、熱膨潤性微粒子の体積変化を表す下記式(2)で定義される膨潤度Bにより評価することができる。
= (V/V)−1 (2)
[前記式中、Vは、非水電解液中に25℃で24時間浸漬後の熱膨潤性微粒子の体積(cm)、Vは、非水電解液に浸漬する前の熱膨潤性微粒子の体積(cm)をそれぞれ表す。]
Nonaqueous electrolyte volume heat swellable particles absorb at normal temperature (25 ° C.) can be evaluated by the degree of swelling B R defined by the following equation representing the change in volume of the heat-swellable particles (2).
B R = (V 0 / V i ) -1 (2)
[In the formula, V 0 is the volume of the heat-swellable particles after 24 hours immersion at 25 ° C. in the nonaqueous electrolytic solution (cm 3), V i is the thermal swelling before immersion in the non-aqueous electrolyte Each represents the volume (cm 3 ) of the fine particles. ]

本発明のセパレータに熱膨潤性微粒子を使用する場合では、常温(25℃)における熱膨潤性微粒子の膨潤度Bは、1以下であることが好ましく、電解液の吸収による膨潤が小さいこと、すなわち、Bはできるだけ0に近い小さな値となることが望まれる。また、熱膨潤性を示す温度より低温側では、膨潤度の温度変化ができるだけ小さくなるものが望ましい。例えば熱膨潤性微粒子をバインダで結着させた層を有するセパレータでは、バインダと共に存在する状態で熱膨潤性微粒子の膨潤度が小さな値となればよい。 In case of using heat-swellable particles in the separator of the present invention, the swelling degree B R of the heat-swellable particles at room temperature (25 ° C.) is preferably 1 or less, swelling is small due to absorption of the electrolyte, that, B R it is desirable that the smallest possible value close to 0. Further, it is desirable that the temperature change of the degree of swelling is as small as possible on the lower temperature side than the temperature exhibiting thermal swellability. For example, in a separator having a layer in which heat-swellable fine particles are bound with a binder, the degree of swelling of the heat-swellable fine particles may be a small value in the presence of the binder.

その一方で、熱膨潤性微粒子としては、熱膨潤性を示す温度の下限以上に加熱された時は、非水電解液の吸収量が大きくなり、熱膨潤性を示す温度範囲において、温度と共に膨潤度が増大するものが用いられる。例えば、120℃において測定される、下記式(3)で定義される膨潤度Bが、1以上であるものが好ましく用いられる。
= (V/V)−1 (3)
[前記式中、Vは、非水電解液中に25℃で24時間浸漬後の熱膨潤性微粒子の体積(cm)、Vは、非水電解液中に25℃で24時間浸漬後、非水電解液を120℃に昇温させ、120℃で1時間経過後における熱膨潤性微粒子の体積(cm)をそれぞれ表す。]
On the other hand, as heat-swellable fine particles, when heated above the lower limit of the temperature exhibiting thermal swellability, the amount of non-aqueous electrolyte absorbed increases and swells with temperature in the temperature range exhibiting thermal swellability. The one with increasing degree is used. For example, it is measured at 120 ° C., swelling degree B T which is defined by the following formula (3) is, as 1 or higher is preferably used.
B T = (V 1 / V 0 ) −1 (3)
[In the above formula, V 0 is the volume (cm 3 ) of thermally swellable fine particles after immersion in non-aqueous electrolyte at 25 ° C. for 24 hours, and V 1 is immersed in non-aqueous electrolyte at 25 ° C. for 24 hours. Thereafter, the nonaqueous electrolyte is heated to 120 ° C., and the volume (cm 3 ) of the heat-swellable fine particles after 1 hour at 120 ° C. is shown. ]

一方、前記式(3)で定義される熱膨潤性微粒子の膨潤度は、大きくなりすぎると非水電解質電池の変形を発生させることもあるため、10以下であることが望ましい。   On the other hand, since the degree of swelling of the heat-swellable fine particles defined by the formula (3) may be excessively large, it may cause deformation of the nonaqueous electrolyte battery, and is preferably 10 or less.

前記式(3)で定義される膨潤度は、熱膨潤性微粒子の大きさの変化を、光散乱法やCCDカメラなどにより撮影された画像の画像解析といった方法を用いて、直接測定することにより見積もることができるが、例えば以下の方法を用いてより正確に測定することができる。   The degree of swelling defined by the above formula (3) is obtained by directly measuring the change in the size of the heat-swellable fine particles using a method such as a light scattering method or an image analysis of an image taken by a CCD camera. Although it can estimate, it can measure more correctly, for example using the following methods.

前記式(2)および式(3)と同様に定義される、25℃および120℃における膨潤度が既知のバインダ樹脂を用い、その溶液またはエマルジョンに、熱膨潤性微粒子を混合してスラリーを調製し、これをポリエチレンテレフタレート(PET)シートやガラス板などの基材上に塗布してフィルムを作製し、その質量を測定する。次に、このフィルムを、25℃の非水電解液中に24時間浸漬して質量を測定し、更に、非水電解液を120℃に加熱昇温させ、120℃で1時間保持後における質量を測定し、下記式(4)〜(10)によって膨潤度Bを算出する。なお、下記(4)〜(10)式では、25℃から120℃までの昇温した際の、非水電解液以外の成分の体積増加は無視できるものとする。 Using a binder resin having a known degree of swelling at 25 ° C. and 120 ° C., which is defined in the same manner as in the above formula (2) and formula (3), heat-swellable fine particles are mixed with the solution or emulsion to prepare a slurry. And this is apply | coated on base materials, such as a polyethylene terephthalate (PET) sheet and a glass plate, a film is produced, and the mass is measured. Next, the film was immersed in a non-aqueous electrolyte at 25 ° C. for 24 hours to measure the mass, and the non-aqueous electrolyte was heated to 120 ° C. and the mass after holding at 120 ° C. for 1 hour. It was measured to calculate the degree of swelling B T by the equation (4) to (10). In addition, in the following formulas (4) to (10), the volume increase of components other than the non-aqueous electrolyte when the temperature is raised from 25 ° C. to 120 ° C. can be ignored.

= M×W/P (4)
= (M−M)/P (5)
= M/P−M/P (6)
= M×(1−W)/P (7)
= V+V−V×(B+1) (8)
= V×(B+1) (9)
= {V+V−V×(B+1)}/V−1 (10)
ここで、前記式(4)〜(10)中、
:非水電解液に浸漬する前の熱膨潤性微粒子の体積(cm)、
:非水電解液中に25℃で24時間浸漬後の熱膨潤性微粒子の体積(cm)、
:非水電解液中に常温で24時間浸漬後に、フィルムに吸収された非水電解液の体積(cm)、
:非水電解液中に常温に24時間浸漬した時点から、非水電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過するまでの間に、フィルムに吸収された非水電解液の体積(cm)、
:非水電解液に浸漬する前のバインダ樹脂の体積(cm)、
:非水電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダ樹脂の体積(cm)、
:非水電解液に浸漬する前のフィルムの質量(g)、
:非水電解液中に常温で24時間浸漬後のフィルムの質量(g)、
:非水電解液中に常温で24時間浸漬した後、非水電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過した後におけるフィルムの質量(g)、
W:非水電解液に浸漬する前のフィルム中の熱膨潤性微粒子の質量比率、
:非水電解液に浸漬する前の熱膨潤性微粒子の比重(g/cm)、
:常温における非水電解液の比重(g/cm)、
:所定温度での非水電解液の比重(g/cm)、
:非水電解液に浸漬する前のバインダ樹脂の比重(g/cm)、
:非水電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダ樹脂の膨潤度、
:前記(3)式で定義される昇温時のバインダ樹脂の膨潤度
である。
V i = M i × W / P A (4)
V B = (M 0 −M i ) / P B (5)
V C = M 1 / P C -M 0 / P B (6)
V V = M i × (1−W) / P V (7)
V 0 = V i + V B −V V × (B B +1) (8)
V D = V V × (B B +1) (9)
B T = {V 0 + V C −V D × (B C +1)} / V 0 −1 (10)
Here, in the formulas (4) to (10),
V i : Volume of heat-swellable fine particles (cm 3 ) before being immersed in the non-aqueous electrolyte,
V 0 : volume (cm 3 ) of heat-swellable fine particles after immersion in non-aqueous electrolyte at 25 ° C. for 24 hours,
V B : volume of the nonaqueous electrolyte absorbed in the film after being immersed in the nonaqueous electrolyte at room temperature for 24 hours (cm 3 ),
V c : Non-water absorbed in the film during the period from when the non-aqueous electrolyte was immersed in room temperature for 24 hours until the non-aqueous electrolyte was heated to 120 ° C. and further passed at 120 ° C. for 1 hour. Electrolyte volume (cm 3 ),
V V : volume (cm 3 ) of the binder resin before being immersed in the non-aqueous electrolyte
V D : volume of the binder resin (cm 3 ) after being immersed in a non-aqueous electrolyte at room temperature for 24 hours,
M i : mass (g) of the film before being immersed in the non-aqueous electrolyte
M 0 : mass (g) of the film after being immersed in a non-aqueous electrolyte at room temperature for 24 hours,
M l : After immersing in a non-aqueous electrolyte at room temperature for 24 hours, the temperature of the non-aqueous electrolyte was raised to 120 ° C., and the mass (g) of the film after 1 hour at 120 ° C.
W: Mass ratio of heat-swellable fine particles in the film before being immersed in the non-aqueous electrolyte,
P A : specific gravity (g / cm 3 ) of heat-swellable fine particles before being immersed in the non-aqueous electrolyte
P B : Specific gravity (g / cm 3 ) of non-aqueous electrolyte at room temperature,
P C: a specific gravity of the nonaqueous solution at a given temperature (g / cm 3),
P V : specific gravity (g / cm 3 ) of the binder resin before being immersed in the non-aqueous electrolyte,
B B : Swelling degree of binder resin after being immersed in non-aqueous electrolyte at room temperature for 24 hours,
B C : The degree of swelling of the binder resin at the time of temperature increase defined by the above formula (3).

また、前記の方法により前記(4)式および前記(8)式から求められるVおよびVから、前記(2)式を用いて常温での膨潤度Bを求めることができる。 Also, the V i and V 0 obtained from the equation (4) and the equation (8) by the above method, it is possible to obtain the swelling degree B R at room temperature using the equation (2).

なお、本発明の非水電解質電池は、従来から知られている非水電解質電池と同様に、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が非水電解質として使用される(リチウム塩や有機溶媒の種類、リチウム塩濃度などの詳細は後述する)。よって、熱膨潤性微粒子としては、リチウム塩の有機溶媒溶液中で、75〜125℃のいずれかの温度に達した時に前記の熱膨潤性を示し始め、好ましくは該溶液中において膨潤度BおよびBが前記の値を満足するように膨潤し得るものが推奨される。 In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, for example, a solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent is used as the nonaqueous electrolyte, as in the case of conventionally known nonaqueous electrolyte batteries (lithium salt or organic solvent). The details of the type and the lithium salt concentration will be described later). Therefore, as the heat-swellable particles, in an organic solvent solution of lithium salt, it began to show the heat-swellable upon reaching any temperature 75 to 125 ° C., preferably swelling degree B R in solution in And those in which B T can swell to satisfy the above values are recommended.

熱膨潤性微粒子としては、耐熱性および電気絶縁性を有しており、非水電解液に対して安定であり、更に、電池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材料で構成されていることが好ましく、そのような材料としては、例えば、ポリアミン基含有有機微粒子の基材となる有機微粒子を構成するための樹脂(樹脂架橋体)として先に例示した各種樹脂(樹脂架橋体)が挙げられる。熱膨潤性微粒子には、前記例示の樹脂を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、熱膨潤性微粒子は、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤、例えば、酸化防止剤などを含有していても構わない。   The heat-swellable fine particles are heat-resistant and electrically insulating, stable against non-aqueous electrolytes, and are electrochemically stable materials that are not easily oxidized or reduced in the battery operating voltage range. Such a material is preferably configured, and examples of such a material include various resins (resin cross-linking) exemplified above as resins (resin cross-linked bodies) for forming organic fine particles serving as a base material for polyamine group-containing organic fine particles. Body). For the heat-swellable fine particles, the above exemplified resins may be used alone or in combination of two or more. The heat-swellable fine particles may contain various known additives that are added to the resin, for example, an antioxidant, as necessary.

前記の構成材料の中でも、スチレン樹脂架橋体、アクリル樹脂架橋体およびフッ素樹脂架橋体が好ましく、架橋PMMAが特に好ましく用いられる。   Among the constituent materials, a crosslinked styrene resin, a crosslinked acrylic resin, and a crosslinked fluororesin are preferable, and crosslinked PMMA is particularly preferably used.

これら樹脂架橋体が、温度上昇によって非水電解液を吸収して膨潤するメカニズムについては明らかでないが、ガラス転移点(Tg)との相関が考えられる。すなわち、樹脂は、一般にそのTgまで加熱されたときに柔軟になるため、前記のような樹脂は、Tg以上の温度で多くの非水電解液の吸収が可能となり膨潤するのではないかと推定される。従って、熱膨潤性微粒子としては、実際にシャットダウン作用が生じる温度が熱膨潤性を示し始める温度より多少高くなることを考慮し、およそ75〜125℃にTgを有する樹脂架橋体を用いることが望ましいと考えられる。なお、本明細書でいう熱膨潤性微粒子である樹脂架橋体のTgは、JIS K 7121の規定に準じて、DSCを用いて測定される値である。   The mechanism by which these resin crosslinked bodies absorb and swell the non-aqueous electrolyte as the temperature rises is not clear, but a correlation with the glass transition point (Tg) is conceivable. That is, since the resin generally becomes flexible when heated to its Tg, it is estimated that the resin as described above can absorb a large amount of non-aqueous electrolyte and swell at temperatures above Tg. The Therefore, as the heat-swellable fine particles, it is desirable to use a crosslinked resin having a Tg of about 75 to 125 ° C. in consideration of the fact that the temperature at which the shutdown action actually occurs is somewhat higher than the temperature at which the heat-swellability begins to be exhibited. it is conceivable that. In addition, Tg of the resin crosslinked body which is a heat-swellable fine particle as used in the present specification is a value measured using DSC in accordance with the provisions of JIS K7121.

前記樹脂架橋体では、非水電解液を含む前の所謂乾燥状態においては、温度上昇により膨張しても、温度を下げることにより再び収縮するというように、温度変化に伴う体積変化にある程度可逆性があり、また、熱膨潤性を示す温度よりもかなり高い耐熱温度を有するため、熱膨潤性を示す温度の下限が100℃くらいであっても、200℃またはそれ以上まで加熱することが可能な材料を選択することができる。そのため、セパレータの作製工程などで加熱を行っても、樹脂が溶解したり樹脂の熱膨潤性が損なわれたりすることがなく、一般の加熱プロセスを含む製造工程での取り扱いが容易となる。   In the so-called dry state before containing the non-aqueous electrolyte, the resin cross-linked body is reversible to some extent to the volume change accompanying the temperature change, such as expansion due to temperature rise and contraction again by lowering the temperature. In addition, since it has a heat-resistant temperature that is considerably higher than the temperature that exhibits thermal swellability, it can be heated to 200 ° C or higher even if the lower limit of the temperature that exhibits thermal swellability is about 100 ° C. The material can be selected. Therefore, even when heating is performed in a separator manufacturing process or the like, the resin is not dissolved or the thermal swellability of the resin is not impaired, and handling in a manufacturing process including a general heating process becomes easy.

なお、熱膨潤性微粒子について、前記の方法で表面処理を行うなどして前記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有させることで、ポリアミン基含有微粒子(ポリアミン基含有有機微粒子)としても用いることができる。   In addition, about heat-swellable microparticles | fine-particles, polyamine group containing microparticles | fine-particles (polyamine group containing organic microparticles | fine-particles) can be made by including the polyamine group represented by the said General formula (1) by performing surface treatment by the said method. Can be used.

熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子は、例えば、ポリアミン基含有微粒子およびバインダを含有する多孔質膜からなるセパレータ中に含有させて使用すればよく、これにより、シャットダウン機能を有するセパレータとすることができる。   The heat-meltable fine particles and heat-swellable fine particles may be used, for example, by being contained in a separator made of a porous film containing polyamine group-containing fine particles and a binder, whereby a separator having a shutdown function can be obtained. it can.

熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子は、乾燥時におけるこれらの粒径がセパレータの厚みよりも小さければよいが、セパレータの厚みの1/100〜1/3の平均粒子径を有することが好ましい。具体的には、熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子の平均粒子径は0.1〜20μmであることが好ましい。熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子の粒径が小さすぎる場合は、粒子同士の隙間が小さくなり、イオンの伝導パスが長くなって電池特性が低下することがある。また、粒径が大きすぎると、セパレータが厚くなって、電池のエネルギー密度の低下を招く虞がある。   The heat-meltable fine particles and the heat-swellable fine particles may have an average particle size that is 1/100 to 1/3 of the thickness of the separator, although their particle size at the time of drying may be smaller than the thickness of the separator. Specifically, the average particle size of the heat-meltable fine particles and heat-swellable fine particles is preferably 0.1 to 20 μm. When the particle diameter of the heat-meltable fine particles or the heat-swellable fine particles is too small, the gap between the particles becomes small, the ion conduction path becomes long, and the battery characteristics may be deteriorated. On the other hand, if the particle size is too large, the separator becomes thick, and the energy density of the battery may be reduced.

ポリアミン基含有微粒子、熱収縮抑制層に使用される無機微粒子、熱溶融性微粒子および熱膨潤性微粒子の形状については、特に制限はないが、ポリオレフィン製微多孔膜などのポリオレフィンを主体とする多孔質膜の表面に、無機微粒子を主体として含む熱収縮抑制層や、熱収縮抑制層としても機能するポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層を設ける場合には、これらの熱収縮抑制層に含有させるポリアミン基含有微粒子や無機微粒子は、熱収縮抑制層におけるセパレータ全体の熱収縮を抑制する作用をより高める観点から、板状粒子や、一次粒子が連なった二次粒子状であることが好ましい。   The shape of the polyamine group-containing fine particles, the inorganic fine particles used in the heat shrinkage suppression layer, the heat-meltable fine particles, and the heat-swellable fine particles is not particularly limited, but is porous mainly composed of polyolefin such as a polyolefin microporous film. When a heat shrinkage suppression layer mainly containing inorganic fine particles or a porous layer containing polyamine group-containing fine particles that also function as a heat shrinkage suppression layer is provided on the surface of the film, the polyamine contained in these heat shrinkage suppression layers The group-containing fine particles and the inorganic fine particles are preferably in the form of secondary particles in which plate-like particles or primary particles are connected from the viewpoint of further enhancing the action of suppressing the heat shrinkage of the entire separator in the heat shrinkage suppressing layer.

また、後述するように、本発明のセパレータを電池の有する電極の表面に直接形成する場合や、不織布などの多孔質基材を用いてセパレータを構成する場合には、デンドライトによる電池の短絡を効果的に抑制し得ることから、ポリアミン基含有微粒子や熱収縮抑制層に使用される無機微粒子は、板状粒子であることが好ましい。後述するように板状粒子を配向させてセパレータを形成した場合には、イオン伝導に係る経路を長くすることができることから、デンドライトによる電池の内部短絡をより効果的に防ぐことが可能となる。   Also, as will be described later, when the separator of the present invention is directly formed on the surface of the electrode of the battery, or when the separator is formed using a porous substrate such as a nonwoven fabric, a short circuit of the battery due to dendrites is effective. Therefore, the inorganic fine particles used in the polyamine group-containing fine particles and the heat shrinkage suppressing layer are preferably plate-like particles. As will be described later, when the separator is formed by orienting plate-like particles, the path related to ion conduction can be lengthened, so that it is possible to more effectively prevent internal short circuit of the battery due to dendrite.

板状粒子の形態としては、アスペクト比が、5以上、より好ましくは10以上であって、100以下、より好ましくは50以下であることが望ましい。また、粒子の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比(長軸方向長さ/短軸方向長さ)の平均値は、3以下、より好ましくは2以下で、1に近い値であることが望ましい。   As the form of the plate-like particles, it is desirable that the aspect ratio is 5 or more, more preferably 10 or more, and 100 or less, more preferably 50 or less. Further, the average value of the ratio of the length in the major axis direction to the length in the minor axis direction (length in the major axis direction / length in the minor axis direction) of the flat plate surface of the grain is 3 or less, more preferably 2 or less and close to 1. It is desirable to be a value.

なお、板状粒子における前記の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。更に板状粒子における前記のアスペクト比も、SEMにより撮影した画像を、画像解析することにより求めることができる。   In addition, the average value of the ratio of the long axis direction length and the short axis direction length of the flat plate surface in the plate-like particle can be obtained by image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM), for example. it can. Further, the aspect ratio of the plate-like particles can be obtained by image analysis of an image taken by SEM.

ポリアミン基含有微粒子や無機微粒子が板状粒子の場合の平均粒子径は、その他の形状の場合と同様に、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。板状粒子の平均粒子径は、より大きい方がセパレータ全体の熱収縮を抑制する作用が大きくなるが、これが大きすぎると、セパレータ全体の厚みが大きくなるために、電池のエネルギー密度を低下させる虞がある。   When the polyamine group-containing fine particles or inorganic fine particles are plate-like particles, the average particle diameter is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, as in the case of other shapes. , Preferably 15 μm or less, and more preferably 5 μm or less. The larger the average particle diameter of the plate-like particles, the greater the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator. However, if this is too large, the thickness of the entire separator increases, which may reduce the energy density of the battery. There is.

セパレータ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、セパレータの熱収縮抑制層(熱収縮抑制層としても機能し得るポリアミン基含有微粒子を含有する多孔質層を含む)における板状粒子について、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、セパレータの熱収縮抑制層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]。   The presence form of the plate-like particles in the separator is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator. More specifically, the heat shrinkage suppression layer (heat shrinkage suppression layer of the separator also functions). The plate-like particles in the obtained (including a porous layer containing polyamine group-containing fine particles) preferably have 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, the plate-like flat plate surface in the heat shrinkage suppression layer of the separator is parallel to the surface of the separator.

また、ポリアミン基含有微粒子や無機微粒子が、一次粒子が連なった二次粒子状(以下、単に「二次粒子」という)である場合には、熱収縮抑制層内において、二次粒子同士が絡み合うような状態で存在するために、一次粒子である場合に比べて、セパレータ全体の熱収縮をより効果的に抑制することが可能となる。また、ポリアミン基含有微粒子や無機微粒子が二次粒子であることで、粒子同士の隙間を有効に確保することが可能となり、電池内でのイオンの移動がより容易となることから、特に高出力が要求される自動車や電動工具などの用途に用いるのに好適な電池を構成することが可能となる。   Further, when the polyamine group-containing fine particles and inorganic fine particles are in the form of secondary particles in which primary particles are continuous (hereinafter simply referred to as “secondary particles”), the secondary particles are entangled with each other in the heat shrinkage suppression layer. Since it exists in such a state, compared with the case where it is a primary particle, it becomes possible to suppress the thermal contraction of the whole separator more effectively. In addition, since the polyamine group-containing fine particles and inorganic fine particles are secondary particles, it is possible to effectively secure the gaps between the particles, and the movement of ions in the battery becomes easier, so the output is particularly high. Therefore, it is possible to configure a battery suitable for use in applications such as automobiles and electric tools.

二次粒子の平均粒子径は、ポリアミン基含有微粒子などの同じ方法で測定される数平均粒子径で、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。二次粒子の平均粒子径が大きすぎると、セパレータ全体の厚みが大きくなりすぎる虞がある。また、二次粒子の平均粒子径が小さすぎると、セパレータ全体の熱収縮を抑制する作用が小さくなる虞がある。   The average particle diameter of the secondary particles is a number average particle diameter measured by the same method such as polyamine group-containing fine particles, preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, It is preferably 15 μm or less, and more preferably 5 μm or less. If the average particle diameter of the secondary particles is too large, the thickness of the entire separator may be too large. Moreover, when the average particle diameter of the secondary particles is too small, there is a possibility that the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator is reduced.

なお、前記の二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径は、0.01μm以上であることが好ましく、また、1μm以下であることがより好ましい。一次粒子の平均粒子径が小さすぎると、粒子間の空隙によって形成される細孔径が小さくなりすぎてイオンの移動を妨げ、電池の出力を低下させる虞がある。また、一次粒子の平均粒子径が大きすぎると、二次粒子を形成する一次粒子の数が少なくなって、粒子同士の絡み合いが低下し、二次粒子を使用することによるセパレータ全体の熱収縮の抑制効果が小さくなる虞がある。   The average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 1 μm or less. If the average particle size of the primary particles is too small, the pore size formed by the voids between the particles becomes too small, which may hinder the movement of ions and reduce the battery output. In addition, if the average particle diameter of the primary particles is too large, the number of primary particles forming the secondary particles decreases, the entanglement between the particles decreases, and the heat shrinkage of the entire separator due to the use of the secondary particles. There is a possibility that the suppression effect is reduced.

また、本発明のセパレータは、ポリアミン基含有微粒子やその他の微粒子(耐熱性向上用の無機微粒子、並びに安全性向上用の熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子)を、例えば不織布などの多孔質基材の空孔内に含有させたり、ポリアミン基含有微粒子やその他の微粒子を含む層を、前記多孔質基材の表面に形成したりして構成してもよい。   Further, the separator of the present invention contains polyamine group-containing fine particles and other fine particles (inorganic fine particles for improving heat resistance, heat-meltable fine particles and heat-swellable fine particles for improving safety), for example, a porous group such as a nonwoven fabric. The material may be contained in the pores of the material, or a layer containing polyamine group-containing fine particles or other fine particles may be formed on the surface of the porous substrate.

不織布などの多孔質基材の構成材料としては、例えば、セルロースおよびその変成体[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[PET、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、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種以上併用して不織布などの多孔質基材を構成してもよい。また、不織布などの多孔質基材は、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。   Examples of the constituent material of the porous substrate such as nonwoven fabric include cellulose and its modified products [CMC, hydroxypropyl cellulose (HPC), etc.], polyolefin [polypropylene (PP), propylene copolymer, etc.], polyester [PET , Polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), etc.], resins such as polyacrylonitrile (PAN), aramid, polyamideimide, polyimide; inorganic oxides such as glass, alumina, zirconia, silica; A porous substrate such as a nonwoven fabric may be formed by using two or more of these constituent materials in combination. Moreover, the porous base material, such as a nonwoven fabric, may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary.

本発明のセパレータの空孔率は、セパレータが乾燥した状態で、30%以上であることが好ましく、また、70%以下であることが好ましい。セパレータの空孔率が小さすぎると、セパレータ中のイオンの移動が妨げられる虞があり、これが大きすぎると、セパレータの強度が小さくなる虞がある。   The porosity of the separator of the present invention is preferably 30% or more and preferably 70% or less when the separator is in a dry state. If the porosity of the separator is too small, the movement of ions in the separator may be hindered. If it is too large, the strength of the separator may be reduced.

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、構成成分の密度から、下記(11)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
P ={1−(m/t)/(Σa・ρ)}×100 (11)
ここで、前記式中、a:全体の質量を1としたときの成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
In addition, the porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum for each component i using the following equation (11) from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components.
P = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100 (11)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i when the total mass is 1, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the separator (g / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).

また、セパレータが多層構造である場合には、セパレータ全体の空孔率と同様にして計算される各層の空孔率が、30〜70%であることが好ましい。   When the separator has a multilayer structure, the porosity of each layer calculated in the same manner as the porosity of the entire separator is preferably 30 to 70%.

本発明のセパレータは、JIS P 8117に規定のガーレー値で表される透気度が、50秒以上であることが好ましく、100秒以上であることがより好ましく、また、600秒以下であることが好ましく、300秒以下であることがより好ましい。ガーレー値が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶などが貫通しやすく、内部短絡の抑制効果が小さくなる虞があり、ガーレー値が大きすぎると、イオン伝導性が低くなりすぎて電池の内部抵抗が大きくなり、負荷特性が悪くなる虞がある。   In the separator of the present invention, the air permeability represented by the Gurley value specified in JIS P 8117 is preferably 50 seconds or more, more preferably 100 seconds or more, and 600 seconds or less. Is more preferable, and 300 seconds or less is more preferable. If the Gurley value is too small, lithium dendrite crystals and the like are likely to penetrate, and the effect of suppressing internal short circuit may be reduced. If the Gurley value is too large, the ionic conductivity becomes too low and the internal resistance of the battery increases. As a result, the load characteristics may be deteriorated.

また、本発明のセパレータは、JIS K 3832に規定のバブルポイント法により測定される最大孔径(以下、単に「最大孔径」という)が、0.01μm以上1μm下であることが好ましい。セパレータの最大孔径が小さすぎる場合には、セパレータの孔径が小さすぎてイオンの透過性が悪くなり、電池の内部抵抗が大きくなりすぎる虞がある。一方、セパレータの最大孔径が大きすぎると、セパレータの孔径が大きくなりすぎて、正極と負極との直接接触による短絡が発生しやすくなったり、リチウムのデンドライト結晶による内部短絡の抑制効果が小さくなったりする虞がある。   The separator of the present invention preferably has a maximum pore diameter (hereinafter, simply referred to as “maximum pore diameter”) measured by a bubble point method defined in JIS K3832 that is 0.01 μm or more and 1 μm or less. If the maximum pore size of the separator is too small, the pore size of the separator is too small and the ion permeability is deteriorated, and the internal resistance of the battery may be too high. On the other hand, if the maximum pore size of the separator is too large, the pore size of the separator becomes too large and short-circuiting due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode tends to occur, or the effect of suppressing internal short-circuiting due to lithium dendrite crystals is reduced. There is a risk of doing.

なお、本発明のセパレータのガーレー値および最大孔径は、これまでに詳述してきた構成を採用することで前記の値とすることができる。   In addition, the Gurley value and the maximum hole diameter of the separator of the present invention can be set to the above values by adopting the configuration described in detail so far.

セパレータの厚みは、セパレータの強度を確保して、例えば内部短絡の発生をより良好に抑制する観点から、5μm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、セパレータが厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下の要因や、内部抵抗上昇の要因となりやすいことから、セパレータの厚みは、40μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。   The thickness of the separator is preferably 5 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of securing the strength of the separator and better suppressing, for example, the occurrence of an internal short circuit. However, if the separator is too thick, it is likely to cause a decrease in the energy density of the battery and an increase in internal resistance. Therefore, the thickness of the separator is preferably 40 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

また、セパレータが、ポリオレフィンを主体とする多孔質膜(ポリオレフィン製微多孔膜など)と、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層や、その他の熱収縮抑制層とを有する多層多孔質膜により構成されている場合、ポリオレフィンを主体とする多孔質膜の厚みを10〜30μmとし、ポリアミン基含有微粒子を含む多孔質層の厚みを1〜10μmとし、その他の熱収縮抑制層も設ける場合には、その厚みを1〜10μmとし、かつセパレータ全体の厚みが前記好適値となるように調整することが好ましい。   In addition, the separator is composed of a multilayered membrane having a porous membrane mainly composed of polyolefin (such as a microporous membrane made of polyolefin), a porous layer containing polyamine group-containing fine particles, and other heat shrinkage suppression layers. When the thickness of the porous film mainly composed of polyolefin is 10 to 30 μm, the thickness of the porous layer containing the polyamine group-containing fine particles is 1 to 10 μm, and other heat shrinkage suppression layers are provided, It is preferable to adjust the thickness so that the thickness of the separator is 1 to 10 μm, and the thickness of the entire separator becomes the above-mentioned preferable value.

本発明のセパレータは、例えば、下記の(I)、(II)および(III)の方法により製造することができる。   The separator of the present invention can be produced, for example, by the following methods (I), (II) and (III).

製造方法(I)は、ポリアミン基含有微粒子と、必要に応じて、バインダ、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などとを、水や適当な溶媒に分散させた組成物(スラリーなどの液状組成物など)を、電池に使用される電極(正極および/または負極)の表面に塗布し、乾燥して溶媒を除去することで、電極と一体化した多孔質層としてセパレータを形成する方法である。   Production method (I) is a composition (liquid composition such as slurry) in which polyamine group-containing fine particles and, if necessary, a binder, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles and the like are dispersed in water or a suitable solvent. Is applied to the surface of the electrode (positive electrode and / or negative electrode) used in the battery, and dried to remove the solvent, thereby forming a separator as a porous layer integrated with the electrode. .

製造方法(I)で使用されるセパレータ形成用組成物としては、ポリアミン基含有微粒子や、必要に応じて、バインダ、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである(バインダについては溶解していてもよい)。セパレータ形成用組成物に用いられる溶媒は、ポリアミン基含有微粒子や、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子を均一に分散でき、また、バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素;テトラヒドロフランなどのフラン類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;などの有機溶媒が好適である。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、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)や各種界面活性剤を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming a separator used in the production method (I) includes polyamine group-containing fine particles and, if necessary, binders, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles, and the like. (The same shall apply hereinafter.) (The binder may be dissolved). The solvent used in the composition for forming the separator may be any one that can uniformly disperse the polyamine group-containing fine particles, the heat-meltable fine particles, and the heat-swellable fine particles, and can uniformly dissolve or disperse the binder. Organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene, furans such as tetrahydrofuran; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the 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.) and various surfactants are used. The interfacial tension can also be controlled by appropriately adding.

前記のセパレータ形成用組成物では、ポリアミン基含有微粒子や、バインダ、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などを含む固形分含量を、例えば10〜40質量%であることが好ましい。   In the separator forming composition, the solid content including polyamine group-containing fine particles, binder, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles, and the like is preferably 10 to 40% by mass, for example.

前記のセパレータ形成用組成物を電極表面に塗布する方法としては、例えば、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーター、スプレーコーター、グラビアコーターなどの公知の塗布装置を用いた塗布方法が採用できる。なお、ポリアミン基含有微粒子に板状粒子を用いた場合に、セパレータ中での板状粒子の配向性を高める観点からは、塗布したセパレータ形成用組成物にシェアをかけることが好ましい。そのため、ポリアミン基含有微粒子に板状粒子を用いる場合には、前記の塗布装置の中でも、ブレードコーターやダイコーターなどのように、塗布時にセパレータ形成用組成物にシェアをかけ得る塗布装置を使用することが好ましい。   As a method for applying the separator-forming composition to the electrode surface, for example, a coating method using a known coating apparatus such as a blade coater, a roll coater, a die coater, a spray coater, or a gravure coater can be employed. In addition, when plate-like particles are used for the polyamine group-containing fine particles, it is preferable to apply a share to the applied separator-forming composition from the viewpoint of enhancing the orientation of the plate-like particles in the separator. Therefore, when using plate-like particles for the polyamine group-containing fine particles, among the above-mentioned coating apparatuses, a coating apparatus that can apply a share to the separator-forming composition during coating, such as a blade coater or a die coater, is used. It is preferable.

セパレータの製造方法(II)は、ポリオレフィンを主体とする多孔質膜(ポリオレフィン製微多孔膜など)や、不織布などの多孔質基材に、製造方法(I)で用いるものと同じセパレータ形成用組成物を塗布したり含浸させたりした後、所定の温度で乾燥する製造方法である。   The separator manufacturing method (II) is the same composition for forming a separator as that used in the manufacturing method (I) for a porous film mainly made of polyolefin (such as a microporous film made of polyolefin) or a porous substrate such as a nonwoven fabric. This is a manufacturing method in which an object is applied or impregnated and then dried at a predetermined temperature.

なお、多孔質基材が不織布で、特にその空孔の開口径が比較的大きい場合(例えば、空孔の開口径が5μm以上である場合)には、これが電池の短絡の要因となりやすい。よって、この場合には、ポリアミン基含有微粒子や熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などの全部または一部が、不織布の空孔内に存在する構造とすることが好ましい。このような構造とすることで、イオンの伝導経路を長くしたり複雑にしたりして、デンドライトによる電池の短絡をより効果的に防ぐことができるようになる。不織布の空孔内にポリアミン基含有微粒子や熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などを存在させるには、例えば、これらを含有するセパレータ形成用組成物を不織布に塗布したり含浸させたり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。   In addition, when the porous substrate is a non-woven fabric and the opening diameter of the pores is relatively large (for example, when the opening diameter of the pores is 5 μm or more), this tends to cause a short circuit of the battery. Therefore, in this case, it is preferable to have a structure in which all or part of the polyamine group-containing fine particles, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles and the like are present in the pores of the nonwoven fabric. By adopting such a structure, the ion conduction path can be lengthened or complicated, and a short circuit of the battery due to dendrites can be prevented more effectively. In order to allow polyamine group-containing fine particles, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles, etc. to be present in the pores of the nonwoven fabric, for example, after applying or impregnating the nonwoven fabric with a composition for forming a separator, After removing the excess composition through the gap, a process such as drying may be used.

また、ポリアミン基含有微粒子に板状粒子を用いた場合、セパレータ中での板状粒子の配向性を高めるには、前記の通り、セパレータ形成用組成物にシェアをかけることが好ましいが、セパレータ形成用組成物を不織布に塗布したり含浸させたりした後に一定のギャップを通すことで、セパレータ形成用組成物にシェアをかけることができる。   In addition, when plate-like particles are used for the polyamine group-containing fine particles, it is preferable to apply a share to the separator-forming composition as described above in order to increase the orientation of the plate-like particles in the separator. By applying a certain gap after applying or impregnating the composition for a nonwoven fabric, a share can be applied to the composition for forming a separator.

また、ポリオレフィン製微多孔膜などのポリオレフィンを主体とする多孔質膜を基材に用いる場合などに、セパレータ全体の熱収縮を抑制するための熱収縮抑制層(ポリアミン基含有微粒子を含有しない熱収縮抑制層)を形成するには、例えば以下の方法で実施することができる。まず、ポリアミン基含有微粒子、熱溶融性微粒子および熱膨潤性微粒子に代えて無機微粒子を用いる以外は、セパレータ形成用組成物と同様にして熱収縮抑制層形成用組成物を調製する。そして、基材となる多孔質膜の、例えばポリアミン基含有微粒子を含む層の形成面とは反対側の表面に、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーター、スプレーコーター、グラビアコーターなどを用いて熱収縮抑制層形成用組成物を塗布し、乾燥する工程を経て熱収縮抑制層を形成する。   In addition, when using a porous membrane mainly composed of polyolefin, such as a polyolefin microporous membrane, as a base material, a heat shrinkage suppression layer (heat shrinkage not containing polyamine group-containing fine particles) is used to suppress the thermal shrinkage of the entire separator. In order to form the suppression layer, for example, the following method can be used. First, a composition for forming a heat shrinkage suppression layer is prepared in the same manner as the composition for forming a separator, except that inorganic fine particles are used instead of the polyamine group-containing fine particles, the heat-meltable fine particles, and the heat-swellable fine particles. Then, heat shrink using a blade coater, roll coater, die coater, spray coater, gravure coater, etc. on the surface opposite to the surface on which the layer containing the polyamine group-containing fine particles is formed, for example A heat shrinkage suppression layer is formed through a step of applying and drying a composition for forming a suppression layer.

セパレータの製造方法(III)は、製造方法(I)や製造方法(II)で用いるものと同じセパレータ形成用組成物を、PETなどの適当な基材の表面に塗布し、乾燥して多孔質膜を形成し、これを基材から引き剥がして独立膜のセパレータとする方法である。   The separator manufacturing method (III) is the same as the separator forming method used in the manufacturing method (I) or manufacturing method (II), applied to the surface of a suitable substrate such as PET, dried and porous. In this method, a film is formed, and the film is peeled off from the substrate to form an independent film separator.

なお、本発明のセパレータは、ポリアミン基含有微粒子を含有していればよく、これまで説明してきた各構造のものに限定される訳ではない。   In addition, the separator of this invention should just contain the polyamine group containing fine particle, and is not necessarily limited to the thing of each structure demonstrated so far.

本発明の非水電解質電池は、本発明のセパレータを備えていればよく、その他の構成および構造については、従来から知られている非水電解質電池(リチウム二次電池など)で採用されている各種構成および構造を適用することができる。なお、以下には、非水電解質電池の代表的な態様であるリチウム二次電池を例に挙げて説明する。   The nonaqueous electrolyte battery of the present invention only needs to include the separator of the present invention, and other configurations and structures are employed in conventionally known nonaqueous electrolyte batteries (such as lithium secondary batteries). Various configurations and structures can be applied. Hereinafter, a lithium secondary battery, which is a typical embodiment of the nonaqueous electrolyte battery, will be described as an example.

正極としては、従来から知られている非水電解質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、正極活物質としては、LiMMn2−x(ただし、Mは、Li、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Sn、Sb、In、Nb、Mo、W、Y、RuおよびRhよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.01≦x≦0.5)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LiMn(1−y−x)Ni(2−k)(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.8≦x≦1.2、0<y<0.5、0≦z≦0.5、k+l<1、−0.1≦k≦0.2、0≦l≦0.1)で表される層状化合物、LiCo1−x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNi1−x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiM1−x(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるオリビン型複合酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in conventionally known nonaqueous electrolyte batteries, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, as the positive electrode active material, LiM x Mn 2-x O 4 ( provided that, M is, Li, B, Mg, Ca , Sr, Ba, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Spinel type lithium manganese represented by 0.01 ≦ x ≦ 0.5), which is at least one element selected from the group consisting of Sn, Sb, In, Nb, Mo, W, Y, Ru and Rh composite oxides, Li x Mn (1-y -x) Ni y M z O (2-k) F l ( although, M is, Co, Mg, Al, B , Ti, V, Cr, Fe, Cu, It is at least one element selected from the group consisting of Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr, and W, 0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0 <y <0.5, 0 ≦ z ≦ 0.5, k + l <1, −0.1 ≦ k ≦ 0.2, 0 ≦ l ≦ 0.1) iCo 1-x M x O 2 ( however, M is selected Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, from the group consisting of Sb and Ba Lithium cobalt composite oxide which is at least one element and represented by 0 ≦ x ≦ 0.5), LiNi 1-x M x O 2 (where M is Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Lithium-nickel composite oxidation, which is at least one element selected from the group consisting of Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, and Ba and represented by 0 ≦ x ≦ 0.5) LiM 1-x N x O 2 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co, and N is Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, and at least one element selected from the group consisting of b and Ba, such as an olivine-type complex oxide represented by 0 ≦ x ≦ 0.5), and using only one of them Or two or more of them may be used in combination.

なお、本発明の電池は、正極から溶出し、負極に析出することで電池特性を低下させたり短絡を引き起こしたりする金属イオンを、セパレータの有するポリアミン基含有微粒子に係る前記一般式(1)で表されるポリアミン基の作用によって効果的にトラップすることができる。そのため、本発明の電池においては、Mnの溶出が生じやすい前記のスピネル型リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質に用いた場合に、その効果が特に顕著となる。   In the battery of the present invention, the metal ion that is eluted from the positive electrode and deposited on the negative electrode causes the battery characteristics to deteriorate or causes a short circuit, in the general formula (1) relating to the polyamine group-containing fine particles of the separator. It can be effectively trapped by the action of the represented polyamine group. Therefore, in the battery of the present invention, when the spinel-type lithium manganese composite oxide, in which Mn is apt to be eluted, is used as the positive electrode active material, the effect is particularly remarkable.

正極には、前記の正極活物質と、導電助剤やバインダとを含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に形成した構造のものを使用することができる。   As the positive electrode, a structure in which a positive electrode mixture layer containing the positive electrode active material, a conductive additive and a binder is formed on one side or both sides of a current collector can be used.

正極のバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などフッ素樹脂などが、また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素材料などが使用される。   As the binder for the positive electrode, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used, and as the conductive additive for the positive electrode, for example, a carbon material such as carbon black is used.

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.

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

負極としては、従来から知られている非水電解質電池に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素を含む単体、化合物およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金、更にはLiTi12で表されるようなTi酸化物も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどのバインダなどを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたもの、または前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に負極剤層として積層したものなどが用いられる。 The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in conventionally known nonaqueous electrolyte batteries, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, simple compounds containing elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, and In, compounds and alloys thereof, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metal Alternatively, a lithium / aluminum alloy, or a Ti oxide represented by Li 4 Ti 5 O 12 can also be used as the negative electrode active material. A negative electrode mixture in which a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF is appropriately added to these negative electrode active materials is finished into a molded body (negative electrode mixture layer) using the current collector as a core material. Or those obtained by laminating the above-mentioned various alloys or lithium metal foils alone or as a negative electrode layer on a current collector.

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

前記の正極と前記の負極とは、前記のセパレータを介して積層した積層体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。なお、本発明のセパレータが、電極と一体化された形態の場合には、正極および負極のいずれか一方の表面(正極の正極合剤層表面、負極の負極合剤層または負極剤層表面)に形成されていればよく、正極および負極の両者の表面に形成されていてもよい。   The positive electrode and the negative electrode can be used in the form of a laminated body laminated via the separator or a wound electrode body obtained by winding the laminated body. When the separator of the present invention is integrated with the electrode, the surface of either the positive electrode or the negative electrode (the positive electrode mixture layer surface of the positive electrode, the negative electrode mixture layer surface or the negative electrode layer surface of the negative electrode) And may be formed on the surfaces of both the positive electrode and the negative electrode.

また、本発明の非水電解質電池は、前記の通り、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液を非水電解液として使用することができる。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(ROSO〔ここでR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。 In addition, as described above, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention can use a solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent as the nonaqueous electrolyte. 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, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (R f OSO 2 ) 2 [where R f is a fluoroalkyl group], etc .; Can be used.

非水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。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a 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.

このリチウム塩の非水電解質中の濃度としては、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 nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

本発明の非水電解質電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention include a tubular shape (such as a square tubular 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.

本発明の非水電解質電池は、従来から知られている非水電解質電池が用いられている各種用途と同じ用途に適用することができる。   The nonaqueous electrolyte battery of the present invention can be applied to the same uses as various uses in which conventionally known nonaqueous electrolyte batteries are used.

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

なお、本実施例で示す樹脂の融点(融解温度)は、JIS K 7121の規定に準じて、DSCを用いて測定した値である。また、各微粒子の平均粒子径は、前記の方法により測定した数平均粒子径である。   In addition, melting | fusing point (melting temperature) of resin shown in a present Example is the value measured using DSC according to the prescription | regulation of JISK7121. The average particle diameter of each fine particle is the number average particle diameter measured by the above method.

更に、ガーレー値の測定は、JIS P 8117の規定に準じて、ガーレー式透気度測定装置を用いて測定した値である。また、バブルポイント法による細孔径の測定は、JIS K 3832の規定に準じて、PMI社製「CFP−1500AEX型パームポロメーター」を用いて測定し、測定されたバブルポイントを用いて、下記式(12)により求めることで行った。   Furthermore, the measurement of the Gurley value is a value measured using a Gurley type air permeability measuring device in accordance with JIS P 8117. Moreover, the measurement of the pore diameter by the bubble point method is measured using a “CFP-1500AEX type palm porometer” manufactured by PMI according to the provisions of JIS K3832, and the following formula is used using the measured bubble point. (12).

D = 4γ/P (12)
前記式(13)中、D:バブルポイント法による細孔径(m)、γ:液体の表面張力(N/m)、P:バブルポイントでの圧力(Pa)である。
D = 4γ / P x (12)
In the above formula (13), D: pore diameter (m) by the bubble point method, γ: surface tension (N / m) of the liquid, P x : pressure at the bubble point (Pa).

<ポリアミン基含有微粒子の製造>
製造例1
シランカップリング剤である(3−Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine:10gを、0.5質量%濃度の酢酸水溶液500g中に入れて攪拌し、均一に溶解させてシランカップリング剤溶液を調製した。
<Production of polyamine group-containing fine particles>
Production Example 1
A silane coupling agent solution was prepared by adding 10 g of (3-Trimethoxysilylpropylene) diethylentriamine: 500 g in 500 g of an acetic acid aqueous solution having a concentration of 0.5% by mass and uniformly dissolving the mixture.

無機微粒子であるアルミナ(平均粒子径0.4μm)1000gを水500g中に分散させて調製したスラリーに、前記のシランカップリング剤溶液を添加し、スリーワンモーターで攪拌しながら60分間処理した。処理後の無機微粒子を濾別し、乾燥させて、ポリアミン基含有無機微粒子(A−1)を得た。   The above silane coupling agent solution was added to a slurry prepared by dispersing 1000 g of inorganic fine particles of alumina (average particle size 0.4 μm) in 500 g of water, and the mixture was treated for 60 minutes while stirring with a three-one motor. The treated inorganic fine particles were filtered off and dried to obtain polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1).

ポリアミン基含有無機微粒子(A−1)におけるポリアミン基は、前記一般式(1)において、n=2で、RがHである。また、ICP発光分光法によるSiの定量結果から計算したポリアミン基の量は、NH基の量に換算して0.09mmol/gであった。   In the general formula (1), the polyamine group in the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1) is n = 2 and R is H. Further, the amount of polyamine groups calculated from the quantification result of Si by ICP emission spectroscopy was 0.09 mmol / g in terms of the amount of NH groups.

製造例2
シランカップリング剤を(Aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilaneに変更し、無機微粒子を二次粒子状のベーマイト(平均粒子径0.6μm)に変更した以外は、製造例1と同様にしてポリアミン基含有無機微粒子(A−2)を製造した。
Production Example 2
The polyamine group-containing inorganic fine particles (A -2) was produced.

ポリアミン基含有無機微粒子(A−2)におけるポリアミン基は、前記一般式(1)において、n=1で、RがHである。また、ICP発光分光法によるSiの定量結果から計算したポリアミン基の量は、NH基の量に換算して0.05mmol/gであった。   In the general formula (1), the polyamine group in the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-2) is n = 1 and R is H. The amount of polyamine group calculated from the quantitative result of Si by ICP emission spectroscopy was 0.05 mmol / g in terms of the amount of NH group.

製造例3
シランカップリング剤をN−(2−Aminoethyl)−3−aminopropyltrimethoxysilaneに変更し、無機微粒子を板状ベーマイト(平均粒子径1μm、アスペクト比10)1000gに変更した以外は、製造例1と同様にしてポリアミン基含有無機微粒子(A−3)を製造した。
Production Example 3
The same procedure as in Production Example 1 except that the silane coupling agent was changed to N- (2-Aminoethyl) -3-aminopropyltrimethylsilane and the inorganic fine particles were changed to 1000 g of plate-like boehmite (average particle size 1 μm, aspect ratio 10). Polyamine group-containing inorganic fine particles (A-3) were produced.

ポリアミン基含有無機微粒子(A−3)におけるポリアミン基は、前記一般式(1)において、n=1で、RがHである。また、ICP発光分光法によるSiの定量結果から計算したポリアミン基の量は、NH基の量に換算して0.07mmol/gであった。   In the general formula (1), the polyamine group in the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-3) is n = 1 and R is H. Further, the amount of polyamine group calculated from the quantification result of Si by ICP emission spectroscopy was 0.07 mmol / g in terms of the amount of NH group.

製造例4
有機微粒子であるクロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン共重合体粒子(平均粒子径0.8μm)10gを、メタノール10gおよびイオン交換水80gにトリエチレンテトラミン15gを溶解した溶液中に入れ、60℃で5時間反応させた。その後反応物を濾別し、イオン交換水で洗浄し、乾燥させてポリアミン基含有有機微粒子(B−1)を得た。
Production Example 4
10 g of chloromethylstyrene-divinylbenzene copolymer particles (average particle size 0.8 μm), which are organic fine particles, are placed in a solution of 15 g of triethylenetetramine dissolved in 10 g of methanol and 80 g of ion-exchanged water, and at 60 ° C. for 5 hours. Reacted. Thereafter, the reaction product was filtered off, washed with ion exchange water, and dried to obtain polyamine group-containing organic fine particles (B-1).

ポリアミン基含有有機微粒子(B−1)におけるポリアミン基は、前記一般式(1)において、n=3で、RがHである。また、H−NMR分析により定量したポリアミン基の量は、NH基の量に換算して4.1mmol/gであった。 In the general formula (1), the polyamine group in the polyamine group-containing organic fine particles (B-1) is n = 3 and R is H. The amount of polyamine groups determined by 1 H-NMR analysis was 4.1 mmol / g in terms of the amount of NH groups.

製造例5
有機微粒子を、グリシジルメタクリレートと、メチルメタクリレートと、トリメチロールプロパンジメタクリレートとの共重合体粒子(平均粒子径0.4μm)に変更した以外は、製造例4と同様にしてポリアミン基含有有機微粒子(B−2)を製造した。
Production Example 5
Except that the organic fine particles were changed to copolymer particles (average particle diameter 0.4 μm) of glycidyl methacrylate, methyl methacrylate, and trimethylolpropane dimethacrylate, the same as in Production Example 4, polyamine group-containing organic fine particles ( B-2) was produced.

ポリアミン基含有有機微粒子(B−2)におけるポリアミン基は、前記一般式(1)において、n=3で、RがHである。また、H−NMR分析により定量したポリアミン基の量は、NH基の量に換算して4.0mmol/gであった。 In the general formula (1), the polyamine group in the polyamine group-containing organic fine particles (B-2) is n = 3 and R is H. In addition, the amount of polyamine groups determined by 1 H-NMR analysis was 4.0 mmol / g in terms of the amount of NH groups.

実施例1
<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:95質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に、塗布長が表面320mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ330mm、幅45mmの負極を作製した。更にこの負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
Example 1
<Production of negative electrode>
A negative electrode active material-containing paste is prepared by mixing 95 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent in a uniform manner. Prepared. This negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied on both sides of a 10 μm thick current collector made of copper foil so that the coating length is 320 mm on the front surface and 260 mm on the back surface, dried, and then subjected to a calendar treatment to obtain a total thickness. The thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted so that the thickness was 142 μm, and the negative electrode mixture layer was cut to a width of 45 mm to produce a negative electrode having a length of 330 mm and a width of 45 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion.

<正極の作製>
正極活物質であるLiMn1.5Ni0.5:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、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、塗布長が表面320mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ330mm、幅43mmの正極を作製した。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>
The positive active material LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 : 85 parts by mass, the conductive auxiliary agent acetylene black: 10 parts by mass, and the binder PVDF: 5 parts by mass using NMP as a solvent. Thus, a positive electrode mixture-containing paste was prepared. This paste is intermittently applied on both sides of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector so that the coating length is 320 mm on the front surface and 260 mm on the back surface, dried, and then calendered to a total thickness of 150 μm. The thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted so that the width was 43 mm, and a positive electrode having a length of 330 mm and a width of 43 mm was produced. 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>
製造例1で製造したポリアミン基含有無機微粒子(A−1)1000gを1000gの水中に分散させ、更にバインダとしてSBRラテックス(固形分比率40質量%)120gを加えて均一に分散させてセパレータ形成用スラリーを調製した。
<Preparation of separator>
1000 g of the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1) produced in Production Example 1 are dispersed in 1000 g of water, and 120 g of SBR latex (solid content ratio 40% by mass) is further added as a binder to uniformly disperse the separator. A slurry was prepared.

前記のスラリーを、PE層、PP層、PE層の順に積層されて構成されたポリオレフィン製微多孔膜(厚み20μm、空孔率40%)の片面に、ダイコーターを用いて、乾燥後の厚みが5μmとなるように塗布し、乾燥して、総厚みが25μmのセパレータを得た。なお、前記セパレータの、ポリアミン基含有無機微粒子(A−1)を含有する層におけるポリアミン基含有無機微粒子(A−1)の体積割合は、この層の構成成分の全体積中、87体積%である。また、前記セパレータ中のポリアミン基の量は、NH基の量で、0.5mmol/mであった。 Thickness after drying using a die coater on one side of a polyolefin microporous membrane (thickness 20 μm, porosity 40%) formed by laminating the slurry in the order of PE layer, PP layer, PE layer Was applied to a thickness of 5 μm and dried to obtain a separator having a total thickness of 25 μm. In addition, the volume ratio of the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1) in the layer containing the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1) of the separator is 87% by volume in the total volume of the constituent components of this layer. is there. The amount of polyamine groups in the separator was 0.5 mmol / m 2 in terms of NH groups.

<電池の組み立て>
前記の負極と前記の正極とを、前記のセパレータを介在させつつ重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。この巻回電極体を押し潰して扁平状にし、電池容器内に装填して、非水電解液(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1:2で混合した溶媒にLiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を電池容器内に注入した後、封止を行って、リチウム二次電池とした。
<Battery assembly>
The negative electrode and the positive electrode were overlapped with the separator interposed therebetween, and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body. The wound electrode body is crushed into a flat shape and loaded into a battery container, and LiPF 6 is added to a non-aqueous electrolyte (a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 at 1.2 mol / liter). 1) was poured into the battery container and sealed to obtain a lithium secondary battery.

実施例2
ポリアミン基含有無機微粒子(A−1)に代えて、製造例2で製造したポリアミン基含有無機微粒子(A−2)を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、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。なお、前記セパレータの、ポリアミン基含有無機微粒子(A−2)を含有する層におけるポリアミン基含有無機微粒子(A−2)の体積割合は、この層の構成成分の全体積中、87体積%である。また、前記セパレータ中のポリアミン基の量は、NH基の量で、0.3mmol/mであった。
Example 2
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-2) produced in Production Example 2 were used instead of the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1). A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that was used. The volume ratio of the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-2) in the layer containing the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-2) of the separator is 87% by volume in the total volume of the constituent components of this layer. is there. The amount of polyamine groups in the separator was 0.3 mmol / m 2 in terms of NH groups.

実施例3
ポリアミン基含有無機微粒子(A−1)に代えて、製造例3で製造したポリアミン基含有無機微粒子(A−3)を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータ形成用スラリーを調製した。
Example 3
A slurry for forming a separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-3) produced in Production Example 3 were used instead of the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-1). .

基材としてPET不織布(厚み15μm、目付け8g/m)を用意し、これを前記のスラリー中に含浸させ、ギャップ50μmのブレードを通して引き上げ塗布を行い、乾燥した。これに、PE微粒子のエマルジョン(平均粒子径1μm、融点135℃、固形分比率20質量%)を、ダイコーターを用いて片面に塗布して乾燥し、総厚みが25μmのセパレータを作製した。なお、前記セパレータの、ポリアミン基含有無機微粒子(A−3)を含有する層におけるポリアミン基含有無機微粒子(A−3)の体積割合は、この層の構成成分の全体積中、87体積%である。また、前記セパレータ中のポリアミン基の量は、NH基の量で、0.4mmol/mであった。 A PET non-woven fabric (thickness 15 μm, basis weight 8 g / m 2 ) was prepared as a substrate, impregnated in the slurry, applied by pulling up through a blade with a gap of 50 μm, and dried. To this, an emulsion of PE fine particles (average particle diameter 1 μm, melting point 135 ° C., solid content ratio 20% by mass) was applied on one side using a die coater and dried to prepare a separator having a total thickness of 25 μm. The volume ratio of the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-3) in the layer containing the polyamine group-containing inorganic fine particles (A-3) of the separator is 87% by volume in the total volume of the constituent components of this layer. is there. The amount of polyamine groups in the separator was 0.4 mmol / m 2 in terms of NH groups.

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

実施例4
製造例4で製造したポリアミン基含有有機微粒子(B−1)500gおよび二次粒子状ベーマイト(平均粒子径0.6μm)100gを1000gの水中に分散させ、更にバインダとして自己架橋性のアクリル樹脂エマルジョン(固形分比率45質量%)100gを加えて均一に分散させてセパレータ形成用スラリーを調製した。
Example 4
500 g of polyamine group-containing organic fine particles (B-1) produced in Production Example 4 and 100 g of secondary particulate boehmite (average particle size 0.6 μm) are dispersed in 1000 g of water, and a self-crosslinking acrylic resin emulsion as a binder. (Solid content ratio 45% by mass) 100 g was added and uniformly dispersed to prepare a slurry for forming a separator.

前記のスラリーを、PE層、PP層、PE層の順に積層されて構成されたポリオレフィン製微多孔膜(厚み20μm、空孔率40%)の片面に、ダイコーターを用いて、乾燥後の厚みが5μmとなるように塗布し、乾燥した。   Thickness after drying using a die coater on one side of a polyolefin microporous membrane (thickness 20 μm, porosity 40%) formed by laminating the slurry in the order of PE layer, PP layer, PE layer Was applied to a thickness of 5 μm and dried.

次に、二次粒子状ベーマイト(平均粒子径0.6μm)1000gを1000gの水中に分散させ、更にバインダとして自己架橋性のアクリル樹脂エマルジョン(固形分比率45質量%)133gを加えて均一に分散させて熱収縮抑制層形成用スラリーを調製した。   Next, 1000 g of secondary particulate boehmite (average particle size 0.6 μm) is dispersed in 1000 g of water, and 133 g of a self-crosslinking acrylic resin emulsion (solid content ratio 45 mass%) is further added as a binder to uniformly disperse. Thus, a slurry for forming a heat shrinkage suppression layer was prepared.

前記の熱収縮抑制層形成用スラリーを、前記のポリオレフィン製微多孔膜の、ポリアミン基含有有機微粒子(B−1)を含有する層を形成した面とは反対側の表面に、ダイコーターを用いて、乾燥後の厚みが5μmとなるように塗布し、乾燥して、総厚みが26μmのセパレータを得た。なお、前記セパレータの、ポリアミン基含有有機微粒子(B−1)を含有する層におけるポリアミン基含有有機微粒子(B−1)の体積割合は、この層の構成成分の全体積中、53体積%であり、熱収縮抑制層における二次粒子状ベーマイトの体積割合は、この層の構成成分の全体積中、87体積%である。また、前記セパレータ中のポリアミン基の量は、NH基の量で、8.2mmol/mであった。 A die coater is used on the surface of the polyolefin microporous membrane opposite to the surface on which the layer containing the polyamine group-containing organic fine particles (B-1) is formed. Then, it was applied so that the thickness after drying was 5 μm and dried to obtain a separator having a total thickness of 26 μm. In addition, the volume ratio of the polyamine group-containing organic fine particles (B-1) in the layer containing the polyamine group-containing organic fine particles (B-1) of the separator is 53% by volume in the total volume of the constituent components of this layer. In addition, the volume ratio of the secondary particulate boehmite in the heat shrinkage suppression layer is 87% by volume in the total volume of the constituent components of this layer. The amount of polyamine groups in the separator was 8.2 mmol / m 2 in terms of NH groups.

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

実施例5
ポリアミン基含有有機微粒子(B−1)に代えて、製造例5で製造したポリアミン基含有有機微粒子(B−2)を用いた以外は、実施例4と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。なお、前記セパレータの、ポリアミン基含有有機微粒子(B−2)を含有する層におけるポリアミン基含有有機微粒子(B−2)の体積割合は、この層の構成成分の全体積中、53体積%である。また、前記セパレータ中のポリアミン基の量は、NH基の量で、8.0mmol/mであった。
Example 5
A separator was produced in the same manner as in Example 4 except that the polyamine group-containing organic fine particles (B-2) produced in Production Example 5 were used in place of the polyamine group-containing organic fine particles (B-1). A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that was used. In addition, the volume ratio of the polyamine group-containing organic fine particles (B-2) in the layer containing the polyamine group-containing organic fine particles (B-2) of the separator is 53% by volume in the total volume of the constituent components of this layer. is there. The amount of polyamine groups in the separator was 8.0 mmol / m 2 in terms of NH groups.

比較例1
セパレータに、PE製微多孔膜(厚み25μm、空孔率45%)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 1
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a PE microporous film (thickness 25 μm, porosity 45%) was used as the separator.

比較例2
ポリアミン基含有無機微粒子(B−2)に代えて、二次粒子状ベーマイト(平均粒子径0.6μm)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。
Comparative Example 2
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that secondary particulate boehmite (average particle size 0.6 μm) was used instead of the polyamine group-containing inorganic fine particles (B-2).

実施例および比較例のリチウム二次電池について、下記の評価を行った。   The following evaluation was performed about the lithium secondary battery of the Example and the comparative example.

<充放電試験>
実施例および比較例のリチウム二次電池について、以下の条件で初期化を実施した後、充放電試験を実施した。
<Charge / discharge test>
About the lithium secondary battery of an Example and a comparative example, after initializing on the following conditions, the charging / discharging test was implemented.

電池の初期化は、0.2Cの電流値で充電電圧5.0Vまで定電流充電を行った後、5.0Vでの定電圧充電を、総充電時間15時間で実施し、充電状態で7日間室温で放置した後、0.2Cの電流値で3.0Vまで放電することで実施した。   The battery was initialized by performing constant current charging at a current value of 0.2 C up to a charging voltage of 5.0 V, and then performing constant voltage charging at 5.0 V in a total charging time of 15 hours. After leaving at room temperature for a day, it was carried out by discharging to 3.0 V at a current value of 0.2C.

次に、以下の条件で充電を行い、充電容量および放電容量をそれぞれ求め、充電容量に対する放電容量の割合を充電効率として評価した。まず、0.2Cの電流値で、電池電圧が5.0Vになるまで定電流充電を行い、次いで5.0Vでの定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を実施した。充電終了までの総充電時間は15時間とした。充電後の電池について、0.2Cの放電電流で、電池電圧が3.0Vになるまで放電を行った。実施例1〜5および比較例1、2の電池は、充放電効率がほぼ100%で、電池として正常に動作することが確認できた。   Next, the battery was charged under the following conditions to determine the charge capacity and the discharge capacity, and the ratio of the discharge capacity to the charge capacity was evaluated as the charge efficiency. First, constant current charging was performed at a current value of 0.2 C until the battery voltage reached 5.0 V, and then constant current charging at a constant voltage of 5.0 V was performed. The total charging time until the end of charging was 15 hours. The battery after charging was discharged at a discharge current of 0.2 C until the battery voltage reached 3.0V. The batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 had a charge / discharge efficiency of almost 100%, and were confirmed to operate normally as batteries.

<高温貯蔵特性>
実施例および比較例のリチウム二次電池について、以下の条件で高温貯蔵特性を評価した。
<High temperature storage characteristics>
About the lithium secondary battery of an Example and a comparative example, the high temperature storage characteristic was evaluated on condition of the following.

まず、1Cの電流値で電池電圧が5.0Vになるまで定電流充電を行い、次いで、5.0Vでの定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を実施した。充電終了までの総充電時間は3時間とした。充電後の各電池を、1Cの電流値で電池電圧が3.0Vになるまで放電して、放電容量(貯蔵前容量)を測定した。次に、各電池について、前記と同じ条件で定電流−定電圧充電した後、85℃の恒温槽中に1時間放置し、更に室温まで放冷した後に、1Cの電流値で電池電圧が3.0Vになるまで放電した。放電後の各電池について、更に前記と同じ条件で定電流−定電圧充電を行い、1Cの電流値で、電池電圧が3.0Vになるまで放電して放電容量(貯蔵後容量)を測定した。そして、貯蔵前容量に対する貯蔵後容量の比率を求め、百分率で表して、高温貯蔵後の容量維持率とした。   First, constant current charging was performed until the battery voltage reached 5.0 V at a current value of 1 C, and then constant current-constant voltage charging was performed in which constant voltage charging at 5.0 V was performed. The total charging time until the end of charging was 3 hours. Each battery after charging was discharged at a current value of 1 C until the battery voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity (capacity before storage) was measured. Next, each battery was charged at a constant current-constant voltage under the same conditions as described above, then left in a constant temperature bath at 85 ° C. for 1 hour, and further allowed to cool to room temperature, and then the battery voltage was 3 at a current value of 1C. Discharge until 0V. About each battery after discharge, constant current-constant voltage charge was further performed under the same conditions as described above, and the discharge capacity (capacity after storage) was measured by discharging until the battery voltage reached 3.0 V at a current value of 1C. . And the ratio of the capacity | capacitance after storage with respect to the capacity | capacitance before storage was calculated | required, and it represented as a percentage, and was taken as the capacity | capacitance maintenance ratio after high temperature storage.

<加熱試験>
実施例および比較例のリチウム電池を恒温槽に入れ、30℃から150℃まで毎分1℃の割合で温度上昇させて加熱し、電池の内部抵抗の温度変化を求めた。そして、抵抗値が30℃での値の5倍以上に上昇したときの温度を、シャットダウン温度とした。また、150℃に昇温後30分保持して、各電池の状態の変化を調べた。
<Heating test>
The lithium batteries of Examples and Comparative Examples were placed in a thermostatic bath, heated from 30 ° C. to 150 ° C. at a rate of 1 ° C. per minute, and heated, and the temperature change of the internal resistance of the battery was determined. The temperature at which the resistance value increased to 5 times or more the value at 30 ° C. was taken as the shutdown temperature. Further, the temperature was raised to 150 ° C. and held for 30 minutes, and changes in the state of each battery were examined.

実施例および比較例の電池に用いたセパレータの構成を表1に示し、前記の各評価結果を表2に示す。   The structure of the separator used for the battery of an Example and a comparative example is shown in Table 1, and each said evaluation result is shown in Table 2.

Figure 2012014994
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Figure 2012014994
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表2に示す通り、ポリアミン基含有微粒子を含むセパレータを使用した実施例1〜5の電池は、ポリアミン基含有微粒子を含まないセパレータを使用した比較例1、2の電池に比べて、高温貯蔵時の容量維持率が高く、高温貯蔵特性が良好である。   As shown in Table 2, the batteries of Examples 1 to 5 using the separator containing the polyamine group-containing fine particles were stored at a higher temperature than the batteries of Comparative Examples 1 and 2 using the separator not containing the polyamine group-containing fine particles. Has a high capacity retention rate and good high-temperature storage characteristics.

また、実施例1〜5および比較例1〜2の電池に使用したセパレータでは、シャットダウン温度が100〜150℃の範囲となり、電池の高温での安全性を確保するのに適切な温度範囲でシャットダウンを生じることが明らかとなった。また、比較例1の電池を除く全て電池で、その後150℃で30分保持しても、電池の表面温度が上昇したり、電圧が低下するといった異常は見られなかった。   In the separators used in the batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the shutdown temperature is in the range of 100 to 150 ° C., and the shutdown is performed in an appropriate temperature range to ensure safety at high temperatures of the battery. It became clear that Moreover, even if it hold | maintained at 150 degreeC after that for all the batteries except the battery of the comparative example 1 for 30 minutes, the abnormality that the surface temperature of a battery rose or the voltage fell was not seen.

これに対し、比較例1の電池に係るセパレータは、150℃で30分保持することにより、内部抵抗が急激に低下して内部短絡を生じやすい状態となることが分かった。これは、セパレータが収縮しているためと推測される。
On the other hand, it was found that the separator according to the battery of Comparative Example 1 was in a state in which the internal resistance suddenly decreased and an internal short circuit was easily caused by holding at 150 ° C. for 30 minutes. This is presumably because the separator is contracted.

Claims (5)

非水電解質電池に用いられるセパレータであって、下記一般式(1)で表されるポリアミン基を含有し、平均粒子径が0.01〜15μmの微粒子を含むことを特徴とする非水電解質電池用セパレータ。
−NH(CHCHNH)R (1)
[前記一般式(1)中、nは正の整数であり、RはHまたは炭素数1〜10のアルキル基である。]
A separator for use in a nonaqueous electrolyte battery, comprising a polyamine group represented by the following general formula (1), and comprising fine particles having an average particle diameter of 0.01 to 15 μm. Separator for use.
—NH (CH 2 CH 2 NH) n R (1)
[In the general formula (1), n is a positive integer, and R is H or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]
前記微粒子は、無機微粒子および有機微粒子より選択される少なくとも1種である請求項1に記載の非水電解質電池用セパレータ。   The separator for a nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the fine particles are at least one selected from inorganic fine particles and organic fine particles. ポリオレフィンを主体とする多孔質膜と、前記微粒子を含む多孔質層とを少なくとも有する多層多孔質膜により構成されている請求項1または2に記載の非水電解質電池用セパレータ。   The separator for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1 or 2, wherein the separator is a multilayer porous film having at least a porous film mainly composed of polyolefin and a porous layer containing the fine particles. 80〜150℃の温度範囲で孔が閉塞するシャットダウン特性を有している請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質電池用セパレータ。   The separator for a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the separator has a shutdown characteristic in which pores are blocked in a temperature range of 80 to 150 ° C. 正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有する非水電解質電池であって、
前記セパレータが、請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質電池用セパレータであることを特徴とする非水電解質電池。
A non-aqueous electrolyte battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte,
The said separator is a separator for nonaqueous electrolyte batteries in any one of Claims 1-4, The nonaqueous electrolyte battery characterized by the above-mentioned.
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