JP2012033268A - Electrochemical element - Google Patents

Electrochemical element Download PDF

Info

Publication number
JP2012033268A
JP2012033268A JP2008284929A JP2008284929A JP2012033268A JP 2012033268 A JP2012033268 A JP 2012033268A JP 2008284929 A JP2008284929 A JP 2008284929A JP 2008284929 A JP2008284929 A JP 2008284929A JP 2012033268 A JP2012033268 A JP 2012033268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous layer
separator
negative electrode
electrochemical element
filler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008284929A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keisuke Yoneda
圭介 米田
Yo Yamashita
曜 山下
Fusaji Kita
房次 喜多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
Priority to JP2008284929A priority Critical patent/JP2012033268A/en
Priority to PCT/JP2009/068695 priority patent/WO2010053058A1/en
Priority to TW098137609A priority patent/TWI390788B/en
Publication of JP2012033268A publication Critical patent/JP2012033268A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417Polyolefins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52Separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/02Diaphragms; Separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491Porosity
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical element excellent in safety at the time of overcharge and charging performance at low temperature.SOLUTION: In an electrochemical element having a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte and a separator, the separator has a porous layer (I) comprising a fine porous film mainly composed of a thermoplastic resin and a porous layer (II) including a filler with a heatproof temperature of 150°C or more as a main body, and at least the porous layer (II) faces the positive electrode. The negative electrode includes graphite having the ratio of the peak intensity of 1360 cmto the peak intensity of 1580 cmin argon ion laser raman spectrum, a R value (I/I) of 0.1-0.5 and a surface interval in a 002 surface (d) of 0.338 nm or less as a negative electrode active material. The nonaqueous electrolyte includes a compound with an alkyl group combined with a benzene ring.

Description

本発明は、過充電時における安全性と、低温での充電特性に優れた電気化学素子に関するものである。   The present invention relates to an electrochemical device that is excellent in safety during overcharging and charging characteristics at low temperatures.

リチウム二次電池などの電気化学素子は、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。例えば、リチウム二次電池では、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、安全性の確保が重要となっている。   Electrochemical elements such as lithium secondary batteries are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density. For example, lithium secondary batteries tend to have higher capacities as mobile devices become more sophisticated, and ensuring safety is important.

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

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

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

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

特許文献1の技術によれば、異常過熱した際にも熱暴走が生じ難い安全性に優れたリチウム二次電池などの電気化学素子を提供することができる。   According to the technique of Patent Document 1, it is possible to provide an electrochemical element such as a lithium secondary battery that is less likely to cause thermal runaway even when abnormally overheated and has excellent safety.

また、リチウム二次電池などの電気化学素子には、前記のような安全性以外の特性向上も種々検討されている。例えば、特許文献2、3には、表面が結晶性の低い炭素材で被覆されている負極活物質を使用することで、容量を大きくでき、また、初期充放電サイクル時の不可逆容量を小さくして、充放電サイクルの容量維持率を高め、更に急速充放電特性を大きく改良できることが開示されている。   In addition, for electrochemical elements such as lithium secondary batteries, various improvements in characteristics other than safety as described above have been studied. For example, in Patent Documents 2 and 3, the capacity can be increased by using a negative electrode active material whose surface is coated with a carbon material having low crystallinity, and the irreversible capacity during the initial charge / discharge cycle is reduced. Thus, it is disclosed that the capacity maintenance rate of the charge / discharge cycle can be increased and the rapid charge / discharge characteristics can be greatly improved.

国際公開第2007/66768号公報International Publication No. 2007/66768 特開2000−223120号公報JP 2000-223120 A 特開2000−340232号公報JP 2000-340232 A

ところで、最近のリチウム二次電池などの電気化学素子では、適用する機器の高性能化に伴って、例えば高容量化が図られる傾向にあるが、それと同時に、過充電に対する安全性もより高いレベルで確保できることが要求される。特許文献1に開示の電気化学素子は過充電に対する安全性も良好であるものの、将来、これを更に上回る技術が要求されるようになることも予想される。   By the way, in recent electrochemical devices such as lithium secondary batteries, there is a tendency to increase the capacity, for example, as the performance of applied devices increases, but at the same time, the safety against overcharge is also higher. It is required that it can be secured by Although the electrochemical device disclosed in Patent Document 1 has good safety against overcharging, it is expected that a technology that exceeds this will be required in the future.

また、電気化学素子が様々な温度環境下で使用されることを考慮すると、電気化学素子の反応性が低下する低温環境下においても、実用に支障のない充電特性を備えることも求められる。   Further, considering that the electrochemical element is used in various temperature environments, it is also required to have charging characteristics that do not hinder practical use even in a low temperature environment where the reactivity of the electrochemical element is reduced.

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、過充電時における安全性と、低温での充電特性に優れた電気化学素子を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the electrochemical element excellent in the safety | security at the time of an overcharge, and the charge characteristic in low temperature.

前記課題を解決し得た本発明の電気化学素子は、正極、負極、非水電解液およびセパレータを有する電気化学素子であって、前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有し、前記多孔質層(II)が少なくとも正極に面しており、前記負極が、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値(I1360/I1580)が0.1〜0.5であり、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を負極活物質として含有しており、負極活物質中での前記黒鉛の割合が70質量%以上であり、前記非水電解液が、ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物を含有していることを特徴とするものである。 The electrochemical element of the present invention that has solved the above problems is an electrochemical element having a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, and the separator is made of a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin. It has a porous layer (I) and a porous layer (II) mainly comprising a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the porous layer (II) faces at least the positive electrode, and the negative electrode , R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum (I 1360 / I 1580) is 0.1 to 0.5, spacing of 002 plane d 002 Graphite containing 0.338 nm or less as a negative electrode active material, the proportion of the graphite in the negative electrode active material is 70% by mass or more, and the non-aqueous electrolyte is attached to the benzene ring. And it is characterized in that it contains a compound kill group is bonded.

本発明の電気化学素子では、過充電時に、非水電解液中のベンゼン環にアルキル基が結合した化合物が重合してセパレータの孔内に導電路を形成し、これによりソフトショートを生じるため、過充電による電気化学素子の温度上昇が抑えられる。   In the electrochemical device of the present invention, when overcharged, a compound in which an alkyl group is bonded to the benzene ring in the non-aqueous electrolyte is polymerized to form a conductive path in the pores of the separator, thereby causing a soft short. An increase in temperature of the electrochemical element due to overcharging can be suppressed.

しかし、特に電気化学素子の過充電時には、正極によってセパレータが酸化されやすく、これによりセパレータが劣化すると、前記のソフトショートを安定に起こさせることができず、過充電時の安全性が良好に確保できない虞がある。そこで、本発明の電気化学素子では、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含み、耐酸化性がより良好な多孔質層(II)を少なくとも正極に面するようにセパレータを配置することで、過充電時におけるセパレータの酸化劣化を抑制して、前記のソフトショートをより安定に生じさせることを可能としている。   However, especially when the electrochemical device is overcharged, the separator is easily oxidized by the positive electrode. If the separator deteriorates, the soft short circuit cannot be caused stably, and the safety during overcharge is ensured. There is a possibility that it cannot be done. Therefore, in the electrochemical device of the present invention, the separator is disposed so that the porous layer (II) having a heat resistance temperature of 150 ° C. or more as a main component and having better oxidation resistance faces at least the positive electrode. Further, it is possible to suppress the oxidative deterioration of the separator during overcharge and to cause the soft short circuit more stably.

また、本発明の電気化学素子では、負極活物質に、前記R値が0.1〜0.5であり、かつd002が0.338nm以下である黒鉛を、負極活物質全量中に70質量%以上の割合で用いて構成した負極を使用することにより、電気化学素子の反応性が低下する低温(例えば、0℃以下の低温)での充電特性を高めている。 In the electrochemical device of the present invention, the negative electrode active material contains 70 mass% of graphite having the R value of 0.1 to 0.5 and d 002 of 0.338 nm or less in the total amount of the negative electrode active material. By using a negative electrode formed with a ratio of at least%, the charging characteristics at a low temperature (for example, a low temperature of 0 ° C. or lower) at which the reactivity of the electrochemical device is reduced are enhanced.

本発明の電気化学素子では、前記の各作用によって、過充電時の安全性を高めつつ低温(特に0℃以下の低温)での特性向上を図っている。   In the electrochemical device of the present invention, the above-described actions improve the characteristics at low temperatures (especially, low temperatures of 0 ° C. or lower) while improving safety during overcharging.

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

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

本発明によれば、過充電時における安全性と、低温(特に0℃以下の低温)での放電特性に優れた電気化学素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrochemical element excellent in the safety | security at the time of an overcharge and the discharge characteristic in low temperature (especially low temperature below 0 degreeC) can be provided.

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

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

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

多孔質層(I)に係る樹脂(A)は、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後で詳述する電気化学素子の有する非水電解液や、セパレータ製造の際に使用する溶媒(詳しくは後述する)に安定な熱可塑性樹脂であれば特に制限は無いが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などが好ましい。   The resin (A) related to the porous layer (I) has electrical insulation, is electrochemically stable, and is used for non-aqueous electrolytes of electrochemical elements, which will be described in detail later, and separator manufacturing. There is no particular limitation as long as it is a thermoplastic resin that is stable in the solvent used (described later in detail), but polyolefins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ethylene-propylene copolymer; polyethylene terephthalate and copolymer Polyester such as polymerized polyester;

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

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

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

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

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

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

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

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

無機粒子の構成材料の具体例としては、例えば、酸化鉄、Al(アルミナ)、SiO(シリカ)、TiO、BaTiO、ZrOなどの無機酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;モンモリロナイトなどの粘土;などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などであってもよい。また、金属、SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。無機粒子としては、多孔質層(II)の耐酸化性をより高める観点から、前記の無機酸化物の粒子(微粒子)が好ましく、中でも、アルミナ、シリカおよびベーマイトなどの板状粒子がより好ましい。 Specific examples of the constituent material of the inorganic particles include inorganic oxides such as iron oxide, Al 2 O 3 (alumina), SiO 2 (silica), TiO 2 , BaTiO 3 , ZrO 2 ; aluminum nitride, silicon nitride, etc. Inorganic nitrides of the above; poorly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalent bonds such as silicon and diamond; clays such as montmorillonite; Here, the inorganic oxide may be boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or other mineral resource-derived substances or artificial products thereof. In addition, the surface of a conductive material exemplified by metal, SnO 2 , conductive oxide such as tin-indium oxide (ITO), carbonaceous material such as carbon black, graphite, etc., is a material having electrical insulation ( For example, the particle | grains which gave the electrical insulation property by coat | covering with the said inorganic oxide etc. may be sufficient. As the inorganic particles, from the viewpoint of further improving the oxidation resistance of the porous layer (II), the above-mentioned inorganic oxide particles (fine particles) are preferable, and among them, plate-like particles such as alumina, silica and boehmite are more preferable.

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

耐熱温度が150℃以上のフィラーの形態としては、例えば、球状に近い形状を有していてもよく、板状の形状を有していてもよいが、多孔質層(II)に含まれる前記フィラーの少なくとも一部が板状粒子であることが好ましい。前記フィラーの全てが板状粒子でもよい。多孔質層(II)が板状粒子を含有することで、多孔質層(II)が多孔質層(I)と一体化した場合においても、板状粒子同士の衝突によって多孔質膜(I)が収縮する力を抑制することが可能となる。また、板状粒子を用いることでセパレータにおける正極負極間の経路、すなわち所謂曲路率が大きくなる。そのため、デンドライトが生成した場合でも、該デンドライトが負極から正極に到達し難くなり、デンドライトショートに対する信頼性を高めることができる。   As a form of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, for example, the filler may have a shape close to a sphere, or may have a plate shape, but is included in the porous layer (II). It is preferable that at least a part of the filler is plate-like particles. All of the fillers may be plate-like particles. Even when the porous layer (II) is integrated with the porous layer (I) because the porous layer (II) contains plate-like particles, the porous film (I) It is possible to suppress the force that contracts. Further, the use of plate-like particles increases the path between the positive electrode and the negative electrode in the separator, that is, the so-called curvature. Therefore, even when dendrite is generated, it becomes difficult for the dendrite to reach the positive electrode from the negative electrode, and the reliability against a dendrite short can be improved.

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

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

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

また、多孔質層(II)に含まれる前記フィラーの少なくとも一部が、一次粒子が凝集した二次粒子構造を有する微粒子であることが好ましい。前記フィラーの全部が、前記二次粒子構造を有する微粒子であってもよい。多孔質層(II)が前記二次粒子構造のフィラーを含有することで、前述した板状粒子を用いた場合と同様の熱収縮抑制効果や、デンドライトショートの抑制効果を得ることができる。前記二次粒子構造のフィラーの例としては、大明化学社製「ベーマイト C06(商品名)」、「ベーマイト C20(商品名)」(ベーマイト)、米庄石灰工業社製「ED−1(商品名)」(CaCO)、J.M.Huber社製「Zeolex 94HP(商品名)」(クレイ)などが挙げられる。 Moreover, it is preferable that at least a part of the filler contained in the porous layer (II) is a fine particle having a secondary particle structure in which primary particles are aggregated. All of the filler may be fine particles having the secondary particle structure. When the porous layer (II) contains the filler having the secondary particle structure, it is possible to obtain the same heat shrinkage suppression effect and the dendrite short suppression effect as in the case of using the plate-like particles described above. Examples of the filler having the secondary particle structure include “Boehmite C06 (trade name)”, “Boehmite C20 (trade name)” (boehmite) manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., “ED-1 (trade name) manufactured by Yonesho Lime Industry Co., Ltd. ) ”(CaCO 3 ), J. et al. M.M. Examples include “Zeolex 94HP (trade name)” (clay) manufactured by Huber.

多孔質層(II)に係る前記フィラーの平均粒径(二次粒子構造のフィラーについても、前記の測定法により求められる平均粒径)は、例えば、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは5μm以下である。   The average particle diameter of the filler relating to the porous layer (II) (the average particle diameter determined by the above-described measurement method for the filler having a secondary particle structure) is, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0. .1 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less.

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

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

耐熱温度が150℃以上のフィラーとして板状粒子を用いる場合、多孔質層(II)中での板状粒子の存在形態は、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、より具体的には、セパレータの表面近傍における板状粒子について、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、セパレータの表面近傍における板状の平板面が、セパレータの面に対して平行である]。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から全体厚みに対しておよそ10%の範囲を指す。板状粒子の存在形態が前記のような状態となるように板状粒子の配向性を高めることで、前記の多孔質層(II)の熱収縮抑制作用をより強く発揮させることが可能になり、また、電極表面に析出するリチウムデンドライトや電極表面の活物質の突起により生じ得る内部短絡をより効果的に防ぐことができる。なお、多孔質層(II)中における板状粒子の存在形態は、セパレータの断面をSEMにより観察することにより把握することができる。   When plate-like particles are used as a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the presence form of the plate-like particles in the porous layer (II) is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the separator surface, More specifically, the plate-like particles in the vicinity of the surface of the separator 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 °, ie, the separator The plate-like flat surface in the vicinity of the surface is parallel to the separator surface]. Here, “near the surface” refers to a range of about 10% from the surface of the separator to the entire thickness. By increasing the orientation of the plate-like particles so that the existence form of the plate-like particles is in the state as described above, it becomes possible to exert the effect of suppressing the heat shrinkage of the porous layer (II) more strongly. In addition, internal short-circuiting that may be caused by lithium dendrite deposited on the electrode surface or protrusions of the active material on the electrode surface can be more effectively prevented. The presence form of the plate-like particles in the porous layer (II) can be grasped by observing the cross section of the separator with an SEM.

また、耐熱温度が150℃以上のフィラーとして板状粒子を用いる場合、多孔質層(II)中において、それらの板状面で積層(平板を形成する広い面で厚み方向に積層されていれば、上下のフィラーの水平位置が互いにずれていてもよい)しており、かつ、フィラーの積層数が5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましい。セパレータに係る多孔質層(II)において、板状の前記フィラーがこのように存在していることで、セパレータの強度(例えば、後述する測定方法により測定される貫通強度)を高めることができる。ただし、板状の前記フィラーの多孔質層(II)中における積層数が多すぎると、多孔質層(II)の厚み、ひいてはセパレータの厚みの増大を引き起こし、電気化学素子のエネルギー密度低下を引き起こす虞がある。そのため、多孔質層(II)における板状の前記フィラーの積層数は、50以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。なお、多孔質層(II)中における板状の前記フィラーの積層数は、後記の実施例で採用した方法により測定できる。   Also, when plate-like particles are used as a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, in the porous layer (II), they are laminated on those plate-like surfaces (if they are laminated in the thickness direction on a wide surface forming a flat plate) The horizontal positions of the upper and lower fillers may be deviated from each other), and the number of stacked fillers is preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. In the porous layer (II) related to the separator, the presence of the plate-like filler in this manner can increase the strength of the separator (for example, penetration strength measured by a measurement method described later). However, if the number of laminated layers of the plate-like filler in the porous layer (II) is too large, the thickness of the porous layer (II) and thus the thickness of the separator is increased, and the energy density of the electrochemical device is decreased. There is a fear. Therefore, the number of laminated plate-like fillers in the porous layer (II) is preferably 50 or less, and more preferably 20 or less. In addition, the number of laminated plate-like fillers in the porous layer (II) can be measured by the method employed in Examples described later.

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

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

なお、前記の有機バインダを多孔質層(II)に使用する場合には、後述する多孔質層(II)形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。   When the organic binder is used for the porous layer (II), it can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in the solvent for the composition for forming the porous layer (II) described later. Good.

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

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

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

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

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

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

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

本発明の電気化学素子に係るセパレータは、電気特性を良好にする観点から、その細孔径が、0.025μm以上であることが好ましく、0.03μm以上であることがより好ましい。また、セパレータの細孔径が大きすぎると、セパレータの強度が低下する虞があることから、その細孔径は、0.07μm以下であり、0.04μm以下であることが好ましい。なお、本明細書でいうセパレータの細孔径は、JIS K 3832に規定される方法により、例えば、PMI社製「CFE−1500AEXパームポロシメータ」を用いて測定されるバブルポイント値P(Pa)を用い、下記式によって算出される細孔径(最大孔径)である。   The separator according to the electrochemical device of the present invention has a pore diameter of preferably 0.025 μm or more, and more preferably 0.03 μm or more, from the viewpoint of improving electrical characteristics. Moreover, since there exists a possibility that the intensity | strength of a separator may fall when the pore diameter of a separator is too large, the pore diameter is 0.07 micrometer or less, and it is preferable that it is 0.04 micrometer or less. In addition, the pore diameter of the separator as used in this specification uses the bubble point value P (Pa) measured by the method prescribed | regulated to JISK3832, for example using "CFE-1500AEX palm porosimeter" by PMI. The pore diameter (maximum pore diameter) calculated by the following formula.

d=(K4γcosθ)/P
ここで、前記式中、d:バブルポイント細孔径(μm)、γ:表面張力(mN/m)、 θ:接触角(°)、K:キャピラリー定数、である。
d = (K4γcos θ) / P
In the above formula, d: bubble point pore diameter (μm), γ: surface tension (mN / m), θ: contact angle (°), K: capillary constant.

なお、本発明に係るセパレータにおいて、その細孔径を前記のように調整するには、セパレータをその素材の融点に近い温度で、温度とセパレータの保持力との調整しながら、熱処理する方法が採用でき、これにより、セパレータの細孔径を適正な値に調整することができる。   In the separator according to the present invention, in order to adjust the pore diameter as described above, a method of heat-treating the separator at a temperature close to the melting point of the material while adjusting the temperature and the holding force of the separator is adopted. Thus, the pore diameter of the separator can be adjusted to an appropriate value.

本発明に係るセパレータの厚みは、正極と負極とをより確実に隔離する観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。他方、セパレータの厚みが大きすぎると、電気化学素子のエネルギー密度が低下してしまうことがあるため、その厚みは、50μm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 according to the present invention is preferably 6 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more reliably separating the positive electrode and the negative electrode. On the other hand, if the separator is too thick, the energy density of the electrochemical device may be lowered. Therefore, the thickness is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

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

なお、具体的な値で表現すると、多孔質層(I)の厚み[セパレータが多孔質層(I)を複数有する場合には、その総厚み]は、5μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。そして、多孔質層(II)の厚み[セパレータが多孔質層(II)を複数有する場合には、その総厚み]は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることがより好ましい。多孔質層(I)が薄すぎると、シャットダウン機能が弱くなる虞があり、厚すぎると、電気化学素子のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、熱収縮しようとする力が大きくなり、例えば、多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化した構成では、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。また、多孔質層(II)が薄すぎると、セパレータの熱収縮に起因する短絡の発生を抑制する効果が小さくなる虞があり、厚すぎると、セパレータ全体の厚みの増大を引き起こしてしまう。   In terms of specific values, the thickness of the porous layer (I) [when the separator has a plurality of porous layers (I), the total thickness] is preferably 5 μm or more, It is preferable that it is 30 micrometers or less. The thickness of the porous layer (II) [when the separator has a plurality of porous layers (II), the total thickness] is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and 4 μm. More preferably, it is 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 6 μm or less. If the porous layer (I) is too thin, the shutdown function may be weakened. If it is too thick, the energy density of the electrochemical device may be lowered, and in addition, the force for heat shrinking is large. Thus, for example, in the configuration in which the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated, there is a possibility that the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator is reduced. Further, if the porous layer (II) is too thin, the effect of suppressing the occurrence of a short circuit due to thermal contraction of the separator may be reduced, and if it is too thick, the thickness of the entire separator is increased.

セパレータ全体の空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)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 = 100−(Σa/ρ)×(m/t) (1)
ここで、前記式中、a:質量%で表した成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
The porosity of the separator as a whole is preferably 30% or more in a dried state in order to secure the amount of electrolyte solution retained and to improve ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and preventing internal short circuit, the separator porosity is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation (1).
P = 100− (Σa i / ρ i ) × (m / t) (1)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i expressed by mass%, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of separator (g / cm 2 ), t: The thickness (cm) of the separator.

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

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

また、本発明に係るセパレータは、JIS P 8117に準拠した方法で測定され、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。さらに、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。前記の構成を採用することにより、前記の透気度や突き刺し強度を有するセパレータとすることができる。 The separator according to the present invention is measured by a method according to JIS P 8117, and has a Gurley value of 10 to 300 sec indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2. It is desirable that If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated. By employ | adopting the said structure, it can be set as the separator which has the said air permeability and piercing strength.

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

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

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

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

本発明の電気化学素子に係るセパレータの製造方法としては、例えば、下記の(a)または(b)の方法を採用できる。製造方法(a)は、多孔質基体に、耐熱温度が150℃以上のフィラーを含有する多孔質層(II)形成用組成物(スラリーなどの液状組成物など)を塗布した後、所定の温度で乾燥して多孔質層(II)を形成し、これを、前記の方法で作製された多孔質層(I)を構成するための微多孔膜と重ね合わせて、1つのセパレータとする方法である。この場合、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは一体化されていてもよいし、それぞれ独立した膜であって、電気化学素子の組み立てにより、素子内で重ね合わされた状態で一体のセパレータとして機能するものであってもよい。   As a method for producing a separator according to the electrochemical device of the present invention, for example, the following method (a) or (b) can be employed. In the production method (a), a porous layer (II) forming composition containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher (such as a liquid composition such as a slurry) is applied to a porous substrate, and then a predetermined temperature is applied. To form a porous layer (II), which is superposed on the microporous film for forming the porous layer (I) produced by the above method to form one separator. is there. In this case, the porous layer (I) and the porous layer (II) may be integrated with each other, and each of them is an independent film. It may function as an integral separator.

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

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

多孔質層(II)形成用組成物は、耐熱温度が150℃以上のフィラーの他、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。多孔質層(II)形成用組成物に用いられる溶媒は、前記フィラーなどを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming the porous layer (II) contains an organic binder or the like, if necessary, in addition to a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium; the same applies hereinafter). It is a thing. The organic binder can be dissolved in a solvent. The solvent used in the composition for forming the porous layer (II) may be any solvent as long as it can uniformly disperse the filler and the like, and can uniformly dissolve or disperse the organic binder. Common organic solvents such as hydrocarbons, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

本発明の電気化学素子は、特に限定されるものではなく、非水電解液を用いるリチウム二次電池の他、リチウム一次電池やスーパーキャパシタなどが含まれ、特に過充電時や高温での安全性が要求される用途に好ましく適用できる。   The electrochemical device of the present invention is not particularly limited, and includes lithium secondary batteries using a non-aqueous electrolyte, lithium primary batteries, supercapacitors, etc., especially at the time of overcharge and safety at high temperatures. Can be preferably applied to applications that require.

なお、本発明の電気化学素子に係る非水電解液としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が使用されるが、非水電解液は、更に、ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物を含有している必要がある。非水電解液の含有する前記の化合物は、電気化学素子の過充電時において、重合してセパレータの孔内に導電路を形成し、ソフトショートを起こさせるためのものである。   In addition, as the nonaqueous electrolytic solution according to the electrochemical device of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The nonaqueous electrolytic solution further includes a compound in which an alkyl group is bonded to a benzene ring. It must be contained. The compound contained in the non-aqueous electrolyte is for polymerizing to form a conductive path in the pores of the separator and causing a soft short when the electrochemical element is overcharged.

ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物としては、例えば、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、オクチルベンゼンなどが挙げられる。   Examples of the compound having an alkyl group bonded to the benzene ring include cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, octylbenzene and the like.

電気化学素子に用いる非水電解液におけるベンゼン環にアルキル基が結合した化合物の含有量(配合量)は、前記化合物の使用による効果をより有効に確保する観点から、0.5質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。ただし、ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物の量が多すぎると、電気特性が低下する傾向があることから、電気化学素子に用いる非水電解液における前記化合物の含有量(配合量)は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、4質量%以下であることが特に好ましい。   The content (blending amount) of the compound in which the alkyl group is bonded to the benzene ring in the nonaqueous electrolytic solution used for the electrochemical element is 0.5% by mass or more from the viewpoint of more effectively ensuring the effect of the use of the compound. It is preferable that it is 1.0% by mass or more. However, if the amount of the compound in which the alkyl group is bonded to the benzene ring is too large, the electrical characteristics tend to be reduced. Therefore, the content (blending amount) of the compound in the non-aqueous electrolyte used in the electrochemical element is: It is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 4% by mass or less.

非水電解液に用いるリチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF などの無機リチウム塩、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩などを用いることができる。 The lithium salt used in the non-aqueous electrolyte 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 the voltage range used as a battery. For example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] and the like can be used. .

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、電気化学素子として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。   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 an electrochemical element. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile Sulfites such as ethylene glycol sulfite; etc., and these should be used as a mixture of two or more. It can be. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.

また、これらの非水電解液には、安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、ビフェニル、フルオロベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。   In addition, these non-aqueous electrolytes include vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, biphenyl, fluorobenzene and the like for the purpose of improving safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties. These additives may be added as appropriate.

非水電解液におけるリチウム塩の濃度としては、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 non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

本発明の電気化学素子では、負極活物質として、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値(I1360/I1580)が0.1以上0.5以下であり、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を、負極活物質全量中に70質量%以上の割合で含有する負極を使用する。このような負極活物質を含有する負極を使用することで、ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物のように、低温での電気化学素子の反応性を低下させやすい添加剤を含む非水電解液を用いた場合にも、低温での優れた充電特性を維持することができる。 In the electrochemical device of the present invention, as the negative electrode active material, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum (I 1360 / I 1580) of 0.1 or more 0 A negative electrode containing graphite having a surface spacing d 002 of 002 plane of 0.338 nm or less at a ratio of 70% by mass or more in the total amount of the negative electrode active material is used. By using a negative electrode containing such a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte containing an additive that easily reduces the reactivity of an electrochemical element at low temperatures, such as a compound in which an alkyl group is bonded to a benzene ring Even when is used, excellent charging characteristics at a low temperature can be maintained.

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

R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛は、平均粒子径D50(セパレータに係る前記フィラーの数平均粒子径の測定の場合と同じ装置により測定できる)が、10μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。更に、前記黒鉛の比表面積は、1.0m/g以上であることが好ましく、また、5.0m/g以下であることが好ましい。 Graphite whose R value and d 002 satisfy the above values preferably has an average particle diameter D50 (which can be measured by the same apparatus as in the measurement of the number average particle diameter of the filler according to the separator) of 10 μm or more. Moreover, it is preferable that it is 30 micrometers or less. Furthermore, the specific surface area of the graphite is preferably 1.0 m 2 / g or more, and preferably 5.0 m 2 / g or less.

また、負極活物質には、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛のみを使用してもよいが、前記黒鉛と共に、他の負極活物質を併用することもできる。このような負極活物質としては、例えば、R値が0.1未満の黒鉛(表面の結晶性が高い黒鉛)、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、Liイオンを吸蔵、放出可能な炭素系材料が挙げられる。なお、これらの炭素系材料を併用する場合には、前記の通り、負極に係る負極活物質全量中、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛の割合を、70質量%以上にするのがよく、80質量%以上とすることがより好ましい。 In addition, as the negative electrode active material, only graphite whose R value and d 002 satisfy the above values may be used, but other negative electrode active materials can be used in combination with the graphite. As such a negative electrode active material, for example, graphite having an R value of less than 0.1 (graphite with high surface crystallinity), pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired bodies of organic polymer compounds And carbon-based materials capable of occluding and releasing Li ions, such as mesocarbon microbeads (MCMB) and carbon fibers. When these carbon-based materials are used in combination, as described above, the ratio of graphite in which the R value and d 002 satisfy the above values in the total amount of the negative electrode active material related to the negative electrode is 70% by mass or more. It is good and it is more preferable to set it as 80 mass% or more.

負極には、例えば、前記の負極活物質、バインダおよび必要に応じて導電助剤を含む負極合剤からなる負極合剤層が、集電体の片面または両面に形成された構造のものを用いることができる。このような負極は、例えば、前記負極合剤を溶剤に分散させたスラリー状たペースト状の負極合剤含有組成物を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、必要に応じてプレス処理を施して負極合剤層の厚みを調整する工程を経て作製できる。なお、本発明に係る負極は、前記以外の方法により作製してもよい。負極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。   For the negative electrode, for example, one having a structure in which a negative electrode mixture layer composed of the negative electrode active material, a binder and, if necessary, a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent is formed on one side or both sides of a current collector is used. be able to. Such a negative electrode is, for example, coated with a slurry-like paste-like negative electrode mixture-containing composition in which the negative electrode mixture is dispersed in a solvent, dried on one or both sides of the current collector, and then dried as necessary. Can be manufactured through a step of adjusting the thickness of the negative electrode mixture layer by applying a press treatment. In addition, you may produce the negative electrode which concerns on this invention by methods other than the above. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one surface of the current collector, for example.

負極のバインダには、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂や、SBR、CMCなどを用いることができる。また、負極の導電助剤には、カーボンブラックなどの炭素材料などを用いることができる。   As the binder for the negative electrode, fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), SBR, CMC, or the like can be used. Moreover, carbon materials, such as carbon black, etc. can be used for the conductive support agent of a negative electrode.

負極の集電体としては、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。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm.

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

本発明に係る負極では、前記の負極活物質の使用によって、負極合剤層表面の算術平均粗さ(Ra)が0.7〜1.2μmと比較的粗くなるが、本発明の電気化学素子では、前記の通り、強度の大きな本発明のセパレータを使用しているため、負極表面の凸部がセパレータを貫通することによる微小短絡の発生を防止して、その生産性を高めることができる。   In the negative electrode according to the present invention, the arithmetic average roughness (Ra) of the surface of the negative electrode mixture layer becomes relatively rough as 0.7 to 1.2 μm due to the use of the negative electrode active material. Then, as described above, since the separator of the present invention having high strength is used, it is possible to prevent the occurrence of a micro short-circuit due to the convex portion on the negative electrode surface penetrating the separator, and to increase the productivity.

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

本発明の電気化学素子は、前記のセパレータ、負極および非水電解液を備えていれば、その他の構成・構造については特に制限はなく、従来公知の非水電解液を有する各種電気化学素子(リチウム二次電池、リチウム一次電池、スーパーキャパシタなど)で採用されている各種構成・構造を適用することができる。   As long as the electrochemical device of the present invention includes the separator, the negative electrode, and the nonaqueous electrolytic solution, there are no particular restrictions on the other configurations and structures, and various electrochemical devices having conventionally known nonaqueous electrolytic solutions ( Various configurations and structures employed in lithium secondary batteries, lithium primary batteries, supercapacitors, and the like can be applied.

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

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

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

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

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

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

正極側のリード部は、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.

電極は、前記の正極と前記の負極とを、前記のセパレータを介して積層した積層電極体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。なお、本発明の電気化学素子では、前記の通り、特に過充電時におけるセパレータの酸化劣化を抑制するために、セパレータに係る多孔質層(II)が少なくとも正極に面している必要があり、前記のような電極体は、セパレータの多孔質層(II)が負極に面するように形成することが求められる。   The electrode can be used in the form of a laminated electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are laminated via the separator, or a wound electrode body in which the electrode is wound. In addition, in the electrochemical device of the present invention, as described above, in order to suppress oxidative deterioration of the separator particularly during overcharge, the porous layer (II) related to the separator needs to face at least the positive electrode, The electrode body as described above is required to be formed so that the porous layer (II) of the separator faces the negative electrode.

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

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

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

よって、例えば、樹脂(A)を主体とする多孔質層(I)や、多孔質層(II)を複数有するセパレータの場合、正極側が多孔質層(II)となり、かつ負極側が多孔質層(I)となるようにセパレータを構成することがより好ましい。   Thus, for example, in the case of a separator having a porous layer (I) mainly composed of resin (A) or a plurality of porous layers (II), the positive electrode side becomes the porous layer (II) and the negative electrode side becomes the porous layer ( More preferably, the separator is configured so as to satisfy (I).

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

本発明の電気化学素子は、従来公知のリチウム二次電池などの電気化学素子が適用されている各種用途(例えば、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電子機器の電源用途など)と同じ用途に好ましく用いることができる。   The electrochemical device of the present invention has the same application as various applications to which a conventionally known electrochemical device such as a lithium secondary battery is applied (for example, a power supply for a portable electronic device such as a mobile phone or a notebook personal computer). Can be preferably 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.

実施例1
平均粒径D50が18μm、d002が0.338nmで、R値が0.18であり、比表面積が3.2m/gである黒鉛と、平均粒径D50が16μm、d002が0.336nmで、R値が0.05の黒鉛とを、質量比85:15で混合した混合物:95質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に間欠塗布し、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た。共焦点レーザー顕微鏡を用いて求めた前記負極の負極合剤層表面の算術平均粗さ(Ra)は、0.75μmであった。
Example 1
Graphite having an average particle diameter D 50 of 18 μm, d 002 of 0.338 nm, an R value of 0.18, a specific surface area of 3.2 m 2 / g, an average particle diameter D 50 of 16 μm, and d 002 of A mixture of graphite having an R value of 0.05 at 0.336 nm and a mass ratio of 85:15: 95 parts by mass and PVDF as a binder: 5 parts by mass are made uniform using NMP as a solvent. To prepare a negative electrode mixture-containing paste. This negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied to both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil, dried, and then calendered to reduce the total thickness of the negative electrode mixture layer to 142 μm. It was adjusted. The arithmetic mean roughness (Ra) of the negative electrode mixture layer surface of the negative electrode obtained using a confocal laser microscope was 0.75 μm.

その後、幅45mmになるように切断して、負極を得た。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。   Then, it cut | disconnected so that it might become 45 mm in width, and the negative electrode was obtained. 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LiCoO:70質量部、LiNi0.8Co0.2:15質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、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、間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 70 parts by mass, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 : 15 parts by mass, acetylene black as a conductive additive: 10 parts by mass, and PVDF as a binder: 5 parts by mass, NMP was mixed uniformly as a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paste. This paste is intermittently applied to both sides of a 15 μm-thick aluminum foil serving as a current collector, dried, and then calendered to adjust the thickness of the positive electrode mixture layer so that the total thickness becomes 150 μm. Then, the positive electrode was fabricated by cutting to a width of 43 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.

<セパレータの作製>
有機バインダであるSBRのエマルジョン(固形分比率40質量%):100gと、水:6000gとを容器に入れ、均一に分散するまで室温で攪拌した。この分散液に耐熱温度が150℃以上のフィラーであるベーマイト粉末(板状、平均粒径1μm、アスペクト比10):2000gを4回に分けて加え、ディスパーにより2800rpmで5時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(II)形成用スラリー、固形分比率25.3質量%]を調製した。PE製微多孔膜[多孔質層(I):厚み12μm、空孔率40%、細孔径0.033μm、融点135℃]上に、前記のスラリーをマイクログラビアコーターによって塗布、乾燥し、厚みが2.6μmの多孔質層(II)を形成して、セパレータを得た。
<Preparation of separator>
An organic binder SBR emulsion (solid content ratio 40% by mass): 100 g and water: 6000 g were placed in a container and stirred at room temperature until evenly dispersed. Boehmite powder (plate shape, average particle size 1 μm, aspect ratio 10): 2000 g, which is a filler having a heat resistance temperature of 150 ° C. or higher, was added to this dispersion in 4 portions, and the mixture was uniformly stirred at 2800 rpm for 5 hours with a disper. A slurry [a slurry for forming a porous layer (II), a solid content ratio of 25.3 mass%] was prepared. The slurry was applied on a microporous membrane made of PE [porous layer (I): thickness 12 μm, porosity 40%, pore diameter 0.033 μm, melting point 135 ° C.] with a microgravure coater and dried to obtain a thickness of A 2.6 μm porous layer (II) was formed to obtain a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)は、単位面積あたりの質量が3.4g/mであった。また、このセパレータの多孔質層(II)における突き刺し強度は3.9Nで、板状ベーマイトの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。更に、前記の方法により測定したセパレータの細孔径(バブルポイント細孔径)は0.033μmであった。 The porous layer (II) in the obtained separator had a mass per unit area of 3.4 g / m 2 . Further, the puncture strength of the separator in the porous layer (II) was 3.9 N, the volume content of the plate boehmite was 88% by volume, and the porosity of the porous layer (II) was 55%. . Furthermore, the pore diameter (bubble point pore diameter) of the separator measured by the above method was 0.033 μm.

また、クロスセクションポリッシャー法によって、セパレータを減圧雰囲気下でアルゴンイオンレーザービームにより切断し、断面をSEMで観察することにより求めた多孔質層(II)中における板状ベーマイトの積層枚数は、6〜8枚であった(後記の各実施例においても、同じ方法で板状フィラーの積層枚数を測定した)。   Further, the number of laminated plate boehmite in the porous layer (II) obtained by cutting the separator with an argon ion laser beam under a reduced pressure atmosphere by a cross section polisher method and observing the cross section with an SEM was 6 to The number was 8 (the number of laminated plate-like fillers was also measured in the same manner in each example described later).

<電池の組み立て>
前記のようにして得た正極と負極とセパレータを多孔質層(I)が負極側に向くように介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。得られた巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、厚み6mm、高さ50mm、幅34mmでのアルミニウム製外装缶に入れ、電解液(エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートを体積比で1:2に混合した溶媒に、LiPFを濃度1.2mol/lで溶解し、ビニレンカーボネートを3質量%添加し、シクロヘキシルベンゼンを4質量%添加したもの)を注入した後に封止を行って、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウム二次電池を作製した。なお、この電池は、缶の上部に内圧が上昇した場合に圧力を下げるための開裂ベントを備えている。
<Battery assembly>
The positive electrode, the negative electrode, and the separator obtained as described above were overlapped with the porous layer (I) facing the negative electrode, and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body. The obtained wound electrode body is crushed into a flat shape, put into an aluminum outer can having a thickness of 6 mm, a height of 50 mm, and a width of 34 mm, and an electrolytic solution (ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2). 1 was dissolved in LiPF 6 at a concentration of 1.2 mol / l, 3% by weight of vinylene carbonate was added, and 4% by weight of cyclohexylbenzene was added). A lithium secondary battery having the structure shown in FIG. 2 was produced. This battery is provided with a cleavage vent for lowering the pressure when the internal pressure rises at the top of the can.

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

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

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

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

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

実施例2
マイクログラビアコーターのギャップを調整し、乾燥後の厚みが4.3μmとなるようにした以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン(PE)製微多孔膜[多孔質層(I)]上に多孔質層(II)を形成して、セパレータを作製した。
Example 2
On the microporous membrane [porous layer (I)] made of polyethylene (PE) in the same manner as in Example 1 except that the gap of the microgravure coater was adjusted and the thickness after drying was 4.3 μm. A porous layer (II) was formed to produce a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)は、単位面積あたりの質量が6.0g/mであった。また、このセパレータの多孔質層(II)における突き刺し強度は3.9Nで、板状ベーマイトの体積含有率は86体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。更に、前記の方法により測定したセパレータの細孔径(バブルポイント細孔径)は0.033μmであった。また、多孔質層(II)中における板状ベーマイトの積層枚数は12〜16枚であった。 The porous layer (II) in the obtained separator had a mass per unit area of 6.0 g / m 2 . Further, the puncture strength of the separator in the porous layer (II) was 3.9 N, the volume content of the plate boehmite was 86% by volume, and the porosity of the porous layer (II) was 55%. . Furthermore, the pore diameter (bubble point pore diameter) of the separator measured by the above method was 0.033 μm. The number of laminated plate boehmite in the porous layer (II) was 12-16.

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。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.

実施例3
マイクログラビアコーターのギャップとポンプ吐出量を調整し、乾燥後の厚みを7.5μmとした以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン(PE)製微多孔膜[多孔質層(I)]上に多孔質層(II)を形成して、セパレータを作製した。
Example 3
On the microporous film [porous layer (I)] made of polyethylene (PE) in the same manner as in Example 1 except that the gap of the microgravure coater and the pump discharge amount were adjusted and the thickness after drying was 7.5 μm. A porous layer (II) was formed on to prepare a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)は、単位面積あたりの質量が9.8g/mであった。また、このセパレータの多孔質層(II)における突き刺し強度は4.0Nで、板状ベーマイトの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は53%であった。更に、前記の方法により測定したセパレータの細孔径(バブルポイント細孔径)は0.033μmであった。また、多孔質層(II)中における板状ベーマイトの積層枚数は22〜28枚であった。 The porous layer (II) in the obtained separator had a mass per unit area of 9.8 g / m 2 . Further, the puncture strength of the separator in the porous layer (II) was 4.0 N, the volume content of the plate boehmite was 88% by volume, and the porosity of the porous layer (II) was 53%. . Furthermore, the pore diameter (bubble point pore diameter) of the separator measured by the above method was 0.033 μm. The number of laminated plate boehmite in the porous layer (II) was 22 to 28.

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。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.

実施例4
負極活物質におけるR値が0.18の前記黒鉛とR値が0.05の前記黒鉛との質量比を90:10とした以外は実施例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極は、カレンダー処理後の全厚が144μmであり、共焦点レーザー顕微鏡を用いて求めた負極合剤層表面の算術平均粗さ(Ra)は、0.9μmであった。
Example 4
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of the graphite having an R value of 0.18 to the graphite having an R value of 0.05 in the negative electrode active material was 90:10. The obtained negative electrode had a total thickness of 144 μm after calendar treatment, and the arithmetic average roughness (Ra) of the surface of the negative electrode mixture layer determined using a confocal laser microscope was 0.9 μm.

前記の負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was used.

実施例5
実施例4で作製したものと同じ負極と、実施例2で作製したものと同じセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 5
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the same negative electrode as produced in Example 4 and the same separator as produced in Example 2 were used.

実施例6
実施例4で作製したものと同じ負極と、実施例3で作製したものと同じセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 6
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the same negative electrode as produced in Example 4 and the same separator as produced in Example 3 were used.

実施例7
負極活物質に、実施例1で用いたものと同じR値が0.18の黒鉛のみを用いた以外は実施例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極は、カレンダー処理後の全厚が145μmであり、共焦点レーザー顕微鏡を用いて求めた前記負極の負極合剤層表面の算術平均粗さ(Ra)は、1.1μmであった。
Example 7
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that only graphite having the same R value of 0.18 as used in Example 1 was used as the negative electrode active material. The obtained negative electrode had a total thickness of 145 μm after calendering, and the arithmetic average roughness (Ra) of the negative electrode mixture layer surface of the negative electrode determined using a confocal laser microscope was 1.1 μm. .

前記の負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。   A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was used.

実施例8
実施例7で作製したものと同じ負極と、実施例2で作製したものと同じセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 8
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the same negative electrode as produced in Example 7 and the same separator as produced in Example 2 were used.

実施例9
実施例7で作製したものと同じ負極と、実施例3で作製したものと同じセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 9
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the same negative electrode as produced in Example 7 and the same separator as produced in Example 3 were used.

実施例10
シクロヘキシルベンゼンに代えてt−ブチルベンゼンを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 10
A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that t-butylbenzene was used instead of cyclohexylbenzene, and lithium dihydrogen was prepared in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolytic solution was used. A secondary battery was produced.

実施例11
正極活物質にLiCoOのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 11
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only LiCoO 2 was used as the positive electrode active material.

比較例1
負極活物質に、実施例1で用いたものと同じR値が0.05の黒鉛のみを用いた以外は実施例1と同様にして負極を作製し、前記の負極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the graphite having the same R value of 0.05 as that used in Example 1 was used as the negative electrode active material, and the negative electrode was used. In the same manner as in Example 1, a lithium secondary battery was produced.

比較例2
実施例1で作製したものと同じ負極を用い、また、実施例1でセパレータの作製に用いたものと同じPE製微多孔膜を、多孔質層(II)を形成することなくセパレータとして用い、更に、シクロヘキシルベンゼンを添加しない以外は実施例1と同様に調製した非水電解液を用いた以外は、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、前記のセパレータは、突き刺し強度が3.7Nであり、前記の方法により測定した細孔径(バブルポイント細孔径)は、0.033μmであった。
Comparative Example 2
Using the same negative electrode as that produced in Example 1, and using the same PE microporous membrane as that used in the production of the separator in Example 1 as a separator without forming the porous layer (II), Further, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the nonaqueous electrolytic solution prepared in the same manner as in Example 1 was used except that cyclohexylbenzene was not added. The separator had a puncture strength of 3.7 N, and the pore diameter (bubble point pore diameter) measured by the above method was 0.033 μm.

比較例3
実施例7で作製したものと同じ負極を用いた以外は、比較例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the same negative electrode as that produced in Example 7 was used.

比較例4
負極活物質におけるR値が0.18の前記黒鉛とR値が0.05の前記黒鉛との質量比を50:50とした以外は実施例1と同様にして作製した負極を用いた以外は、比較例2と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 4
Except for using the negative electrode produced in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of the graphite having an R value of 0.18 to the graphite having an R value of 0.05 in the negative electrode active material was 50:50. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 2.

比較例5
セパレータに用いるPE製微多孔膜の厚みを16μmに変更した以外は、比較例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。なお、前記のセパレータの突き刺し強度は、4.9Nであった。
Comparative Example 5
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the thickness of the PE microporous membrane used for the separator was changed to 16 μm. The puncture strength of the separator was 4.9N.

比較例6
巻回電極体の作製時に、多孔質層(II)が負極側に向くようにセパレータを配置した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 6
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was disposed so that the porous layer (II) was directed to the negative electrode side when producing the wound electrode body.

比較例7
実施例1でセパレータの作製に用いたものとラマンスペクトルにおけるR値が0.18の前記黒鉛のみを用いた負極電極、表面に多孔質層(II)を形成していないポリエチレン(PE)製微多孔膜を、多孔質層(II)を形成することなくセパレータとして用いた以外は、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 7
A negative electrode using only the graphite having an R value of 0.18 in the Raman spectrum, a polyethylene (PE) fine material having no porous layer (II) formed on the surface, and the separator used in Example 1 A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous film was used as a separator without forming the porous layer (II).

実施例1〜11および比較例1〜7のリチウム二次電池について、下記の常温放電容量測定、−5℃・10%充電深度での充電電流測定、耐電圧実験、および電池の高温貯蔵試験を行った。これらの結果を表1および表2に示す。   For the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7, the following room temperature discharge capacity measurement, charge current measurement at −5 ° C. and 10% charge depth, withstand voltage experiment, and high temperature storage test of the battery went. These results are shown in Tables 1 and 2.

<常温放電容量測定>
実施例1〜11および比較例1〜7のリチウム二次電池について、常温(25℃)で、240mA(0.2C)の定電流で電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電を行い、続いて4.2Vまで240mA(0.2C)の定電流で充電後、総充電時間が8時間となるまで4.2Vで定電圧充電を行い、続いて240mA(0.2C)の定電流で電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電を行って、放電容量を測定した。なお、表1および表2では、各電池の常温放電容量を、比較例1の電池の値を100とした場合の相対値で示す。
<Room temperature discharge capacity measurement>
For the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7, constant current discharge was performed at room temperature (25 ° C.) until the battery voltage became 3.0 V at a constant current of 240 mA (0.2 C). Subsequently, after charging at a constant current of 240 mA (0.2 C) up to 4.2 V, a constant voltage charge is performed at 4.2 V until the total charging time is 8 hours, followed by a constant current of 240 mA (0.2 C). Constant current discharge was performed until the battery voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity was measured. In Tables 1 and 2, the room temperature discharge capacity of each battery is shown as a relative value when the value of the battery of Comparative Example 1 is 100.

<−5℃・10%充電での充電電流測定>
実施例1〜11および比較例1〜7のリチウム二次電池を−5℃の恒温槽内に5時間静置し、その後、各電池について、4.2Vまで1200mA(1.0C)の定電流で充電を行い、4.2Vに達した後は4.2Vで定電圧充電を行い、充電深度(規格容量に対する実際に充電した容量の割合)が10%に達したときの電流値を測定した。なお、表1および表2では、各電池の前記充電電流を、比較例1の電池の値を100とした場合の相対値で示す。
<Measurement of charge current at -5 ° C and 10% charge>
The lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 were allowed to stand in a thermostatic bath at −5 ° C. for 5 hours, and then, for each battery, a constant current of 1200 mA (1.0 C) to 4.2 V. After reaching 4.2V, constant voltage charging was performed at 4.2V, and the current value was measured when the charging depth (the ratio of the actually charged capacity to the standard capacity) reached 10%. . In Tables 1 and 2, the charging current of each battery is shown as a relative value when the value of the battery of Comparative Example 1 is 100.

<耐電圧実験>
非水電解液注入前の実施例1〜11および比較例1〜7のリチウム二次電池各20個に対して、500V(AC60Hz)の電圧を印可し、5mA以上の電流が流れた電池を不良とし、その発生個数を調べた。
<Withstand voltage experiment>
A voltage of 500 V (AC 60 Hz) was applied to each of the 20 lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 before injection of the non-aqueous electrolyte, and a battery in which a current of 5 mA or more flowed was defective. And the number of occurrences was examined.

耐電圧実験は、短絡をしていなくても電極間の距離が小さくなり、極端な場合、充放電サイクルに伴って容量低下しやすくなる充放電サイクル信頼性を、どの程度確保できるか知るための試験手段である。一定の耐電圧に対して、絶縁破壊が起こらなければ電極間距離が基準以上に保たれていることを意味する。ここでは差異を明確にするために高めの値で試験している。   In order to know how much charge / discharge cycle reliability can be secured, the distance between the electrodes is reduced even in the absence of a short circuit, and in extreme cases, the capacity tends to decrease with charge / discharge cycles. It is a test means. If the dielectric breakdown does not occur for a certain withstand voltage, it means that the distance between the electrodes is maintained above the reference. In order to clarify the difference here, a higher value is tested.

耐電圧の試験電圧は、通常の短絡のチェックだけであれば正の電圧なら1Vでも良いが、さらに信頼性を上げるためには50V以上が望ましく、100V以上がより望ましく、300V以上が特に望ましい。また、試験電圧は高いに越したことはないが、過剰品質になるので2000V以下が望ましい。更に、判定電流値は、コンデンサとしての電流は流れるので、Ah値で表した場合の電池の0.2Cの放電容量をG(Ah)としたとき、2G (mA)以上が望ましく、4G(mA)以上がより望ましい。また、判定電流値は、高く設定しすぎると検出率が下がるので、20G(mA)以下が望ましく、10G(mA)以下がより望ましい。今回の実施例および比較例の電池の放電容量Gは1.2(Ah)であるので、5mAは4G(mA)以上、10G(mA)以下である。この耐電圧試験を電池製造工程に組みいれることにより、製造された電池の信頼性がさらに高くなるので望ましい。   The test voltage of the withstand voltage may be 1V if it is a positive voltage if only a normal short-circuit check is performed, but 50V or more is desirable, 100V or more is more desirable, and 300V or more is particularly desirable in order to further improve the reliability. Moreover, although the test voltage has never exceeded a high level, 2000V or lower is desirable because of excessive quality. Furthermore, since the current as a capacitor flows, the determination current value is preferably 2G (mA) or more when the discharge capacity of the battery at 0.2 C when expressed by the Ah value is G (Ah). The above is more desirable. In addition, since the detection rate decreases if the determination current value is set too high, it is preferably 20 G (mA) or less, and more preferably 10 G (mA) or less. Since the discharge capacity G of the batteries of this example and the comparative example is 1.2 (Ah), 5 mA is 4 G (mA) or more and 10 G (mA) or less. By incorporating this withstand voltage test into the battery manufacturing process, the reliability of the manufactured battery is further increased, which is desirable.

耐電圧実験による信頼性向上効果はセパレータの多孔質層(I)の厚みが20μm以下で明らかとなるが、14μm以下でさらに効果が高く、12μm以下での導入でさらに効果が高くなり好ましい。   The effect of improving the reliability by the withstand voltage experiment becomes apparent when the thickness of the porous layer (I) of the separator is 20 μm or less.

<過充電試験>
実施例1〜11および比較例1〜7のリチウム二次電池について、1C(1200mA)で3.0Vまで電池を放電させた後、23℃の環境下で、上限電圧を15Vとして0.5C(600mA)の充電を行い、そのときの各電池の表面温度を測定し、その最高温度を求めた。
<Overcharge test>
For the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7, after discharging the battery to 3.0 V at 1 C (1200 mA), the upper limit voltage was set to 15 V in an environment of 23 ° C. and 0.5 C ( 600 mA) was charged, the surface temperature of each battery at that time was measured, and the maximum temperature was determined.

<高温貯蔵試験>
実施例1〜11および比較例1〜7のリチウム二次電池について、1.0Cの電流値で電池電圧が4.25Vになるまで定電流充電を行い、次いで、4.25Vでの定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を行った。充電終了までの総充電時間は2.5時間とした。前記条件で充電した各電池を恒温槽に入れ、30℃から150℃まで、毎分5℃の割合で昇温し、その後引き続き150℃で3時間放置し、電池の表面温度を測定した。表1および表2では、前記の電池表面温度が、160℃以上まで上昇したものを「×」と示し、このような温度上昇が認められなかったものを「○」と示している。
<High temperature storage test>
For the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7, constant current charging was performed at a current value of 1.0 C until the battery voltage reached 4.25 V, and then constant voltage charging at 4.25 V A constant current-constant voltage charge was performed. The total charging time until the end of charging was 2.5 hours. Each battery charged under the above conditions was placed in a thermostat, heated from 30 ° C. to 150 ° C. at a rate of 5 ° C. per minute, and then allowed to stand at 150 ° C. for 3 hours to measure the surface temperature of the battery. In Tables 1 and 2, the battery surface temperature increased to 160 ° C. or higher was indicated as “x”, and the case where such temperature increase was not observed was indicated as “◯”.

Figure 2012033268
Figure 2012033268

Figure 2012033268
Figure 2012033268

表1および表2に示すように、実施例のようにセパレータの多孔質層(II)を正極側に配置することで、シクロヘキシルベンゼンのようなベンゼン環にアルキル基が結合した添加剤の過充電安全性改善効果を高める特異な効果が見られた。一方で比較例6より実施例1の方が過充電時の最高温度が低下していることから、セパレータの多孔質層(II)を正極側に配置することによる作用と、非水電解液に係るベンゼン環にアルキル基が結合した添加剤による作用とが、正極側で相乗的に機能している。一方、セパレータの多孔質層(II)を負極側に配置すると、かえって過充電時の最高温度が上昇する傾向があった。また、負極活物質に低結晶の炭素でコーテイングした黒鉛(R値およびd002が前記値を満足する黒鉛)を用いることで、電池の低温での充電特性が改善できている。なお、一般的には、14μm以下の薄いポリオレフィンのセパレータを使用して電池を構成しようとすると、生産工程での歩留まりが悪くなる傾向にあるが、本発明の電気化学素子(リチウム二次電池)では、多孔質層(II)を形成したセパレータを用いることで、その生産性も良好となる。 As shown in Tables 1 and 2, by placing the separator porous layer (II) on the positive electrode side as in the examples, overcharge of an additive having an alkyl group bonded to a benzene ring such as cyclohexylbenzene. A unique effect to enhance the safety improvement effect was observed. On the other hand, since the maximum temperature at the time of overcharge in Example 1 is lower than that in Comparative Example 6, the effect of disposing the separator porous layer (II) on the positive electrode side and the non-aqueous electrolyte The action of the additive having an alkyl group bonded to the benzene ring functions synergistically on the positive electrode side. On the other hand, when the separator porous layer (II) is disposed on the negative electrode side, the maximum temperature during overcharge tends to increase. In addition, the use of graphite coated with low-crystal carbon as the negative electrode active material (graphite whose R value and d 002 satisfy the above values) improves the charging characteristics at low temperatures of the battery. In general, when a battery is formed using a thin polyolefin separator of 14 μm or less, the yield in the production process tends to deteriorate, but the electrochemical device of the present invention (lithium secondary battery) Then, the productivity will also become favorable by using the separator in which the porous layer (II) was formed.

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

符号の説明Explanation of symbols

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

Claims (9)

正極、負極、非水電解液およびセパレータを有する電気化学素子であって、
前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有し、前記多孔質層(II)が少なくとも正極に面しており、
前記負極は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5であり、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を負極活物質として含有しており、
負極活物質中での前記黒鉛の割合が70質量%以上であり、
前記非水電解液は、ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物を含有していることを特徴とする電気化学素子。
An electrochemical device having a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte and a separator,
The separator has a porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin, and a porous layer (II) mainly composed of a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher. Layer (II) faces at least the positive electrode,
The negative electrode is a R value of 0.1 to 0.5 is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum, the surface spacing d 002 of the 002 plane is 0.338nm It contains the following graphite as a negative electrode active material,
The ratio of the graphite in the negative electrode active material is 70% by mass or more,
The non-aqueous electrolyte contains a compound in which an alkyl group is bonded to a benzene ring.
負極が、負極活物質として、R値が0.1未満の黒鉛を更に含有している請求項1に記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to claim 1, wherein the negative electrode further contains graphite having an R value of less than 0.1 as a negative electrode active material. セパレータの細孔径が、0.025〜0.07μmである請求項1または2に記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to claim 1 or 2, wherein the separator has a pore diameter of 0.025 to 0.07 µm. 多孔質層(II)に含まれるフィラーの少なくとも一部が板状粒子である請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the filler contained in the porous layer (II) is a plate-like particle. 多孔質層(II)に含まれるフィラーの少なくとも一部が、一次粒子が凝集した二次粒子構造を有している請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the filler contained in the porous layer (II) has a secondary particle structure in which primary particles are aggregated. 多孔質層(II)に含まれるフィラーが、アルミナ、シリカおよびベーマイトよりなる群から選択される少なくとも1種の粒子である請求項1〜5のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 5, wherein the filler contained in the porous layer (II) is at least one particle selected from the group consisting of alumina, silica and boehmite. 多孔質層(I)が、融点が80〜150℃のポリオレフィンを含有している請求項1〜6のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 6, wherein the porous layer (I) contains a polyolefin having a melting point of 80 to 150 ° C. ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物の含有量が0.5〜5質量%の非水電解液を使用した請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 7, wherein a nonaqueous electrolytic solution having a content of a compound in which an alkyl group is bonded to a benzene ring is 0.5 to 5% by mass. ベンゼン環にアルキル基が結合した化合物が、シクロヘキシルベンゼンである請求項1〜8のいずれかに記載の電気化学素子。   The electrochemical element according to any one of claims 1 to 8, wherein the compound having an alkyl group bonded to a benzene ring is cyclohexylbenzene.
JP2008284929A 2008-11-06 2008-11-06 Electrochemical element Withdrawn JP2012033268A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008284929A JP2012033268A (en) 2008-11-06 2008-11-06 Electrochemical element
PCT/JP2009/068695 WO2010053058A1 (en) 2008-11-06 2009-10-30 Electrochemical element
TW098137609A TWI390788B (en) 2008-11-06 2009-11-05 Electrochemical components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008284929A JP2012033268A (en) 2008-11-06 2008-11-06 Electrochemical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012033268A true JP2012033268A (en) 2012-02-16

Family

ID=42152868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008284929A Withdrawn JP2012033268A (en) 2008-11-06 2008-11-06 Electrochemical element

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2012033268A (en)
TW (1) TWI390788B (en)
WO (1) WO2010053058A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012048873A (en) * 2010-08-25 2012-03-08 Hitachi Ltd Lithium ion secondary battery
JP2015195163A (en) * 2013-09-25 2015-11-05 国立大学法人 東京大学 nonaqueous secondary battery
JP5973675B1 (en) * 2014-10-10 2016-08-23 住友化学株式会社 Laminate, separator for nonaqueous electrolyte secondary battery including laminate, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5973674B1 (en) * 2014-10-10 2016-08-23 住友化学株式会社 Laminate, separator for nonaqueous electrolyte secondary battery including laminate, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US10686223B2 (en) 2013-09-25 2020-06-16 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2020175359A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
US11011781B2 (en) 2013-09-25 2021-05-18 The University Of Tokyo Nonaqueous electrolyte secondary battery

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6229709B2 (en) * 2013-02-28 2017-11-15 日産自動車株式会社 Positive electrode active material, positive electrode material, positive electrode and non-aqueous electrolyte secondary battery
EP2963707B1 (en) * 2013-02-28 2017-11-22 Nissan Motor Co., Ltd Nonaqueous-electrolyte secondary cell with active substance in electrode material of positive electrode
WO2014133064A1 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 日産自動車株式会社 Positive electrode active material, positive electrode material, positive electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
US20230223653A1 (en) * 2020-05-28 2023-07-13 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Separator for Power Storage Device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3481063B2 (en) * 1995-12-25 2003-12-22 シャープ株式会社 Non-aqueous secondary battery
US20080070107A1 (en) * 2004-12-07 2008-03-20 Shinji Kasamatsu Separator and Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery Using Same
JP4184404B2 (en) * 2005-12-08 2008-11-19 日立マクセル株式会社 Electrochemical element separator and electrochemical element
JP2007227367A (en) * 2006-01-27 2007-09-06 Mitsubishi Chemicals Corp Lithium ion secondary battery
JP5093882B2 (en) * 2006-10-16 2012-12-12 日立マクセル株式会社 Electrochemical element separator, electrochemical element and method for producing electrochemical element

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012048873A (en) * 2010-08-25 2012-03-08 Hitachi Ltd Lithium ion secondary battery
JP2015195163A (en) * 2013-09-25 2015-11-05 国立大学法人 東京大学 nonaqueous secondary battery
US10686223B2 (en) 2013-09-25 2020-06-16 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Nonaqueous electrolyte secondary battery
US11011781B2 (en) 2013-09-25 2021-05-18 The University Of Tokyo Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5973675B1 (en) * 2014-10-10 2016-08-23 住友化学株式会社 Laminate, separator for nonaqueous electrolyte secondary battery including laminate, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5973674B1 (en) * 2014-10-10 2016-08-23 住友化学株式会社 Laminate, separator for nonaqueous electrolyte secondary battery including laminate, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US9917289B2 (en) 2014-10-10 2018-03-13 Sumitomo Chemical Company, Limited Laminate, non-aqueous electrolyte secondary battery separator including the laminate, and non-aqueous electrolyte secondary battery including the laminate
US9923181B2 (en) 2014-10-10 2018-03-20 Sumitomo Chemical Company, Limited Laminate, non-aqueous electrolyte secondary battery separator including the laminate, and non-aqueous electrolyte secondary battery including the laminate
WO2020175359A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
TWI390788B (en) 2013-03-21
TW201036230A (en) 2010-10-01
WO2010053058A1 (en) 2010-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5421358B2 (en) Electrochemical element
JP5937776B2 (en) Battery separator and battery
JP5576740B2 (en) Electrochemical element
JP5334281B2 (en) Lithium secondary battery
JP6352870B2 (en) Electrochemical element and method for producing the same
US8405957B2 (en) Separator for electrochemical device and method for producing the same, and electrochemical device and method for producing the same
TWI390788B (en) Electrochemical components
JP5241314B2 (en) Laminated non-aqueous secondary battery
EP2573837B1 (en) Battery separator and battery
JP2010135313A (en) Electrochemical element
WO2013051079A1 (en) Heat resistant porous membrane, separator for nonaqueous cell, and nonaqueous cell
JP2011054298A (en) Electrochemical element
JP2009199798A (en) Lithium secondary battery
JP5451426B2 (en) Battery separator and lithium ion secondary battery using the same
JP2016181324A (en) Separator for electrochemical device
JP2009245922A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2010277723A (en) Electrochemical element
JP2012155914A (en) Separator for electrochemical element and electrochemical element
JPWO2012005152A1 (en) Nonaqueous battery separator and nonaqueous battery
JP5376622B2 (en) Electrochemical element separator and electrochemical element
JP2012204243A (en) Nonaqueous secondary battery
WO2015022862A1 (en) Separator for electrochemical devices, and electrochemical device
JP2016181323A (en) Separator for electrochemical device and electrochemical device
JPWO2013051079A1 (en) Heat-resistant porous membrane, non-aqueous battery separator and non-aqueous battery

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120207