JP2012069457A - Porous layer and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Masanori Miyoshi
正紀 三好
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous layer having high film strength, and a lithium ion secondary battery having a good cycle characteristic and excellent short-circuit resistance and using the porous layer as a separator.SOLUTION: The porous layer includes: an oxide inorganic particle (A); and an object formed by reacting a polymer (B) including a reactive functional group and a crosslinking agent (C) that reacts to the reactive functional group.

Description

本発明は、多孔質層及び電極上に形成される多孔質層をセパレータとして適用したリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery in which a porous layer and a porous layer formed on an electrode are applied as a separator.

近年、ノートパソコン、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistants)などの携帯端末の普及が著しい。この様な携帯端末では、より快適な携帯性が求められ、小型化が急速に進んでいる。そして、上記携帯端末の電源には、二次電池として、リチウムイオン電池が多用されている。   In recent years, portable terminals such as notebook personal computers, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants) have been widely used. In such portable terminals, more comfortable portability is required, and miniaturization is rapidly progressing. And the lithium ion battery is used abundantly as a secondary battery for the power supply of the said portable terminal.

リチウムイオン電池は、正極と負極の間に介在させるセパレータとして、ポリオレフィン系の微多孔性フィルムが使用されている。また、該微多孔性フィルムは、高い多孔性とフィルム強度を実現するため、一軸延伸あるいは二軸延伸して製造されている。   In a lithium ion battery, a polyolefin-based microporous film is used as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode. The microporous film is produced by uniaxial stretching or biaxial stretching in order to achieve high porosity and film strength.

この延伸法により製造されるフィルムでは、歪みが生じている場合が多いため、この特性により高温に晒されると残留応力により収縮が起きるという問題がある。そのため、例えば異常充電等により電池が発熱を始めると、セパレータが収縮を起こし、その結果、内部短絡による発火の危険性を抱えているという課題を有する。   Films produced by this stretching method are often distorted, so that there is a problem that due to this characteristic, shrinkage occurs due to residual stress when exposed to high temperatures. Therefore, for example, when the battery starts to generate heat due to abnormal charging or the like, the separator contracts, and as a result, there is a problem that there is a risk of ignition due to an internal short circuit.

この課題を解決すべく、絶縁性無機粒子とバインダ樹脂とを含む多孔質層をセパレータに適用し、高温に晒されてもセパレータの収縮を防ぐ方法が提案されている。(例えば、特許文献1、2参照。)
上記特許文献1、2に記載されている方法は、無機粒子を使用することで、セパレータの耐熱性を向上させ、高い耐熱性を発現することができるとされている。
In order to solve this problem, a method has been proposed in which a porous layer containing insulating inorganic particles and a binder resin is applied to a separator to prevent the separator from shrinking even when exposed to high temperatures. (For example, see Patent Documents 1 and 2.)
It is said that the methods described in Patent Documents 1 and 2 can improve the heat resistance of the separator and exhibit high heat resistance by using inorganic particles.

しかしながら、無機粒子とバインダ樹脂とでは相互作用が低く、多孔質層が十分な強度をもっていないのが現状である。そのためセパレータとしての機械的強度が十分ではなく、リチウムデンドライドの発生でセパレータが破壊され短絡を起こしてしまうという課題がある。   However, at present, the interaction between the inorganic particles and the binder resin is low, and the porous layer does not have sufficient strength. Therefore, the mechanical strength as a separator is not sufficient, and there is a problem that the separator is destroyed due to the generation of lithium dendride, causing a short circuit.

特許3253632号公報Japanese Patent No. 3253632 特表2008−521964号公報Special table 2008-521964

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い膜強度を有する多孔質層と、その多孔質層をセパレータとして用いた、サイクル特性が良好で耐ショート性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is a porous layer having high membrane strength, and the porous layer is used as a separator, which has good cycle characteristics and excellent short-circuit resistance. It is to provide a lithium ion secondary battery.

本発明の上記目的は、下記の手段により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

1.酸化物無機粒子(A)を含有し、かつ反応性の官能基を有するポリマー(B)と該反応性の官能基と反応する架橋剤(C)を反応させることにより形成されるものを含有することを特徴とする多孔質層。   1. Contains oxide inorganic particles (A) and a polymer (B) having a reactive functional group and a crosslinker (C) that reacts with the reactive functional group. A porous layer characterized by that.

2.前記反応性の官能基が水酸基であることを特徴とする前記1に記載の多孔質層。   2. 2. The porous layer according to 1 above, wherein the reactive functional group is a hydroxyl group.

3.前記ポリマー(B)の重量平均分子量が50,000〜500,000であることを特徴とする前記1又は2に記載の多孔質層。   3. 3. The porous layer according to 1 or 2 above, wherein the polymer (B) has a weight average molecular weight of 50,000 to 500,000.

4.正極活物質層を有する正極と、負極活物質層を有する負極との間に多孔質層を有するリチウムイオン二次電池において、該多孔質層が前記1から3のいずれか1項に記載の多孔質層であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   4). 4. The lithium ion secondary battery having a porous layer between a positive electrode having a positive electrode active material layer and a negative electrode having a negative electrode active material layer, wherein the porous layer is porous according to any one of 1 to 3 above. A lithium ion secondary battery characterized by being a porous layer.

5.前記多孔質層が、前記正極活物質層又は前記負極活物質層上に塗布して形成されることを特徴とする前記4に記載のリチウムイオン二次電池。   5. 5. The lithium ion secondary battery according to 4, wherein the porous layer is formed by coating on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer.

6.正極活物質層を有する正極と、負極活物質層を有する負極との間に多孔質層を有するリチウムイオン二次電池において、該多孔質層が、前記正極活物質層又は前記負極活物質層と同時に塗布し、乾燥することで製造され、且つ前記架橋剤(C)が前記正極活物質層又は前記負極活物質層の塗布液に含有されることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   6). In a lithium ion secondary battery having a porous layer between a positive electrode having a positive electrode active material layer and a negative electrode having a negative electrode active material layer, the porous layer includes the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer A lithium ion secondary battery produced by simultaneously applying and drying, and containing the crosslinking agent (C) in a coating solution for the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer.

本発明により、高い膜強度を有する多孔質層と、その多孔質層をセパレータとして用いた、サイクル特性が良好で耐ショート性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができた。   According to the present invention, it was possible to provide a porous layer having high film strength and a lithium ion secondary battery using the porous layer as a separator and having good cycle characteristics and excellent short-circuit resistance.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、酸化物無機粒子(A)、反応性の官能基を有するポリマー(B)及び該反応性の官能基と反応する架橋剤(C)を含有することを特徴とする多孔質層により、高い膜強度を有する多孔質層を実現することができ、更にはこの多孔質層をリチウムイオン電池のセパレータとして適用することにより、リチウムデンドライド等によるショート性を大幅に改善でき、かつ自己放電特性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することができることを見出し、本発明に至った次第である。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor has found that oxide inorganic particles (A), a polymer (B) having a reactive functional group, and a crosslinking agent (C) that reacts with the reactive functional group. It is possible to realize a porous layer having high film strength by using a porous layer characterized by containing lithium, and by applying this porous layer as a separator of a lithium ion battery, As a result, the present inventors have found that a lithium ion secondary battery that can significantly improve the short-circuit property due to the above and can realize a self-discharge characteristic can be realized.

以下、本発明のリチウムイオン二次電池の詳細について説明する。   Hereinafter, details of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.

《多孔質層》
本発明の多孔質層は、酸化物無機粒子(A)と反応性の官能基を有するポリマー(B)を含有し、さらに該反応性の官能基と反応する架橋剤(C)とを有することを特徴とする。
<Porous layer>
The porous layer of the present invention contains an oxide inorganic particle (A) and a polymer (B) having a reactive functional group, and further has a crosslinking agent (C) that reacts with the reactive functional group. It is characterized by.

以下、本発明の多孔質層の詳細な構成について説明する。   Hereinafter, the detailed structure of the porous layer of the present invention will be described.

(A:酸化物無機粒子)
本発明に係る酸化物無機粒子の組成としては、公知の材質から選択して用いることができる。具体的には、例えば、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)、ゼオライト、酸化チタン(TiO)、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸カルシウム(CaTiO)、ホウ酸アルミニウム、酸化鉄、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、酸化鉛、酸化スズ、酸化セリウム、酸化カルシウム、四酸化三マンガン、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化アンチモン、リン酸アルミニウム、カルシウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ITO(Sn(錫)含有酸化インジウム、In)、チタンシリケート、FSM16(メソポーラスシリカ)、MCM41(Mobile Crystalline Material 41、蜂の巣形状メソポーラスシリカ、モービル社製)、モンモリロナイト、サポナイト、バーミキュライト、ハイドロタルサイト、カオリナイト、カネマイト、アイラライト、マガディアイト、ケニアイト等を挙げることができ、これらの複合酸化物も好ましく用いることができる。上記酸化物無機粒子の中でも、中性〜酸性の酸化物無機粒子が強度の観点で効果的であり、例えば、酸化ジルコニウム、モンロリロナイト、サポナイト、バーミキュライト、ハイドロタルサイト、カオリナイト、カネマイト、酸化スズ、酸化タングステン、酸化チタン、リン酸アルミニウム、シリカ、酸化亜鉛、アルミナなどがこれに相当する。本発明において特に好ましい酸化物無機粒子はアルミナまたはシリカであり、これらは工業的にも容易に入手できる。
(A: oxide inorganic particles)
The composition of the oxide inorganic particles according to the present invention can be selected from known materials. Specifically, for example, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), zeolite, titanium oxide (TiO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ). 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), aluminum borate, iron oxide, calcium carbonate, barium carbonate, lead oxide, tin oxide, cerium oxide, calcium oxide, trimanganese tetroxide, magnesium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, antimony oxide, aluminum phosphate, calcium silicate, zirconium silicate, ITO (Sn (tin) containing indium oxide, an In 2 O 3), titanium silicates, FSM16 (mesoporous silica), MCM41 (Mobile Crystall ne Material 41, honeycomb-shaped mesoporous silica (manufactured by Mobil Corp.), montmorillonite, saponite, vermiculite, hydrotalcite, kaolinite, kanemite, ilarite, magadiite, and kenyaite, and these composite oxides are also preferable. Can be used. Among the above oxide inorganic particles, neutral to acidic oxide inorganic particles are effective from the viewpoint of strength. For example, zirconium oxide, monlorillonite, saponite, vermiculite, hydrotalcite, kaolinite, kanemite, oxidation Examples thereof include tin, tungsten oxide, titanium oxide, aluminum phosphate, silica, zinc oxide, and alumina. Particularly preferred oxide inorganic particles in the present invention are alumina or silica, which are easily available industrially.

本発明に係る酸化物無機粒子については、多孔性を有する酸化物無機粒子を使用することもできる。多孔性を有する酸化物無機粒子とは、粒子表面あるいは内部に無数の微細な空隙部を有している酸化物無機粒子であり、その比表面積は、好ましくは500〜1000m/gである。比表面積が500m/g以上であれば、本発明の多孔質層をリチウムイオン二次電池のセパレータに適用した場合、リチウムイオン伝導度が向上する傾向にあり好ましい。また、比表面積が1000m/g以下であれば、多孔質層の強度が向上する傾向にあるため好ましい。本発明でいう比表面積は、従来から知られている水銀圧入法やガス吸着法(BET法)により測定することができる。本発明における比表面積の測定方法としては、BET法を好適に利用することができる。BET法とは、粒子表面に吸着占有面積の既知の分子(例えば、N)を液体窒素の温度で吸着させ、その吸着量から試料の比表面積を求める方法である。 About the oxide inorganic particle which concerns on this invention, the oxide inorganic particle which has porosity can also be used. The oxide inorganic particles having porosity are oxide inorganic particles having innumerable fine voids on the surface or inside thereof, and the specific surface area is preferably 500 to 1000 m 2 / g. If the specific surface area is 500 m 2 / g or more, when the porous layer of the present invention is applied to a separator of a lithium ion secondary battery, the lithium ion conductivity tends to be improved, which is preferable. A specific surface area of 1000 m 2 / g or less is preferred because the strength of the porous layer tends to be improved. The specific surface area referred to in the present invention can be measured by a conventionally known mercury intrusion method or gas adsorption method (BET method). As a method for measuring the specific surface area in the present invention, the BET method can be suitably used. The BET method is a method in which a molecule having a known adsorption area (for example, N 2 ) is adsorbed on the particle surface at the temperature of liquid nitrogen and the specific surface area of the sample is obtained from the adsorbed amount.

また、多孔性のもう一つの指標となる細孔径としては、メソ領域の細孔径を有することが好ましい。メソ領域とはケルビンの毛管凝縮理論が適応可能な2〜50nmの領域である。2nmより大きいと固体電解質のイオン伝導度が向上する傾向であり、50nmより小さいと固体電解質の強度が向上する傾向にある。細孔径は、細孔径分布測定装置によりガス吸着法で得た吸脱着等温線のヒステリシスパターンを解析することで算出した細孔分布のメディアン径として求める方法、あるいは透過型電子顕微鏡(TEM)による観察により求めることができる。   Further, as the pore diameter which is another index of porosity, it is preferable to have a pore diameter in the meso region. The meso region is a region of 2 to 50 nm to which Kelvin's capillary condensation theory can be applied. If it is larger than 2 nm, the ionic conductivity of the solid electrolyte tends to be improved, and if it is smaller than 50 nm, the strength of the solid electrolyte tends to be improved. The pore diameter is determined by analyzing the hysteresis pattern of the adsorption / desorption isotherm obtained by the gas adsorption method with a pore diameter distribution measuring device, or by obtaining the median diameter of the pore distribution, or by observation with a transmission electron microscope (TEM) It can ask for.

酸化物無機粒子としては、例えば、特開平7−133105号公報に記載されているように、多孔性を有する酸化物無機粒子の表面をシリカ等で被覆した、低屈折率のナノメーターサイズの複合酸化物微粒子が適している。また他にも、特開2001−233611号公報に記載されているように、シリカとシリカ以外の無機酸化物からなり、内部に空洞を有する低屈折率のナノメーターサイズのシリカ系微粒子等も適している。   As the oxide inorganic particles, for example, as described in JP-A-7-133105, a nanometer-sized composite having a low refractive index, in which the surface of porous oxide inorganic particles is coated with silica or the like. Oxide fine particles are suitable. In addition, as described in JP-A-2001-233611, low-refractive-index nanometer-sized silica-based fine particles composed of silica and inorganic oxides other than silica and having cavities inside are also suitable. ing.

本発明に係る酸化物無機粒子の平均粒径は、1nm以上200nm以下であることが好ましい。平均粒径が1nm以上であれば、本発明の多孔質層をリチウムイオン二次電池のセパレータに適用した場合、リチウムイオン伝導度が向上する傾向にあり、平均粒径が200nm以下であれば、多孔質層の強度が向上する傾向にあり好ましい。   The average particle diameter of the oxide inorganic particles according to the present invention is preferably 1 nm or more and 200 nm or less. If the average particle size is 1 nm or more, when the porous layer of the present invention is applied to a separator of a lithium ion secondary battery, the lithium ion conductivity tends to improve. If the average particle size is 200 nm or less, This is preferable because the strength of the porous layer tends to be improved.

酸化物無機粒子の平均粒径は、各酸化物無機粒子の直径の数平均値であり、この値は電子顕微鏡観察により求めることができる。すなわち酸化物無機粒子の電子顕微鏡観察から、円形、楕円形又は実質的に円形若しくは楕円形として観察できる酸化物無機粒子をランダムに200個以上観察し、各酸化物無機粒子の粒径を求め、その数平均値を求めることにより得られる。ここで、本発明に係る平均粒径とは、円形、楕円形又は実質的に円形若しくは楕円形として観察できる酸化物無機粒子の外縁を2本の平行線で挟んだ距離の内最小の距離を指す。なお、平均粒径を測定する際、明らかに酸化物無機粒子の側面などを表しているものは測定しない。   The average particle diameter of the oxide inorganic particles is the number average value of the diameters of the respective oxide inorganic particles, and this value can be obtained by observation with an electron microscope. That is, from observation of the oxide inorganic particles by electron microscope, 200 or more random oxide inorganic particles that can be observed as a circle, an ellipse, or a substantially circle or ellipse are randomly observed, and the particle diameter of each oxide inorganic particle is obtained. It is obtained by obtaining the number average value. Here, the average particle diameter according to the present invention is the minimum distance among the distances between the outer edges of the oxide inorganic particles that can be observed as a circle, an ellipse, or a substantially circle or ellipse, between two parallel lines. Point to. When measuring the average particle diameter, the one that clearly represents the side surfaces of the oxide inorganic particles is not measured.

本発明に係る酸化物無機粒子は、粒子表面をカップリング剤等で表面修飾したものも使用することができ、表面修飾基は特に限定が無く使用することができる。   As the oxide inorganic particles according to the present invention, particles whose surface is modified with a coupling agent or the like can be used, and the surface modifying group is not particularly limited and can be used.

表面修飾の方法としては、アルコキシシラン、クロロシラン、アルミニウムアルコキシド、チタニウムアルコキシド等を酸化物無機粒子に直接粉体に噴霧して加熱定着させる乾式法や、溶液中に酸化物無機粒子を分散させておき、表面処理剤を添加して表面処理する湿式法とが挙げられるが、より均一に粒子を分散することが可能な湿式法が好ましい。例を挙げると、特開2007−264581号公報に記載されているような湿式法で処理した粒子は、高い分散性を備えているため、本発明には好適である。また上記乾式法、湿式法のいずれにおいても、事前に酸化物無機粒子を熱水処理することで、カップリング反応を促進することもできる。   Surface modification methods include a dry method in which alkoxysilane, chlorosilane, aluminum alkoxide, titanium alkoxide, and the like are directly sprayed onto the oxide inorganic particles by heating and fixed, or the oxide inorganic particles are dispersed in the solution. In addition, a wet method in which a surface treatment agent is added and the surface is treated may be mentioned, but a wet method capable of dispersing particles more uniformly is preferable. For example, particles treated by a wet method as described in JP-A-2007-264581 are suitable for the present invention because they have high dispersibility. In both the dry method and the wet method, the coupling reaction can be promoted by hydrothermal treatment of the oxide inorganic particles in advance.

本発明の多孔質層における酸化物無機粒子(A)の含有量は、特に限定はないが、多孔質層に対し、10質量%以上、95質量%以下が好ましく、更に好ましくは50質量%以上、90質量%以下である。10質量%以上であれば、リチウムイオン伝導度が高くなる傾向にあり、95質量%以下であれば、多孔質層の機械的強度が高い傾向にある観点から好ましい。   The content of the oxide inorganic particles (A) in the porous layer of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 50% by mass or more with respect to the porous layer. 90 mass% or less. If it is 10 mass% or more, the lithium ion conductivity tends to be high, and if it is 95 mass% or less, it is preferable from the viewpoint that the mechanical strength of the porous layer tends to be high.

(B:反応性の官能基を有するポリマー)
本発明に係る反応性の官能基を有するポリマーには、電解液に対して安定な樹脂であれば、特にその種類は制限されない。
(B: polymer having a reactive functional group)
The polymer having a reactive functional group according to the present invention is not particularly limited as long as it is a resin that is stable to an electrolytic solution.

ここで反応性の官能基とは水酸基、カルボニル基、アミノ基、イソシアネート基、有機ハロゲン基、エポキシ基、オキセタニル基、アルコキシド基、ビニル基、アルデヒド基等を上げることができ、このなかでも好ましくは水酸基である。   Here, the reactive functional group can be a hydroxyl group, a carbonyl group, an amino group, an isocyanate group, an organic halogen group, an epoxy group, an oxetanyl group, an alkoxide group, a vinyl group, an aldehyde group, etc. It is a hydroxyl group.

これらの基を有するポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(およびその塩)、ポリアクリルアミド、ポリ、糖類、ゼラチン等が挙げられる。その他としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等を主骨格として、上記反応性の官能基を導入したポリマー、または反応性の官能基を持つモノマーとの共重合ポリマーでもよい。この中でも好ましいのは、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸であり、特に好ましいのは工業的にも安価であり、反応制御しやすい水酸基を持つ、ポリビニルアルコールである。   Examples of the polymer having these groups include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (and its salt), polyacrylamide, poly, saccharide, gelatin and the like. In addition, polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyimide, polyamideimide, aramid, polystyrene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc. as a main skeleton, the above-described reactive functional group introduced polymer, or reactive functional group It may be a copolymer with a monomer having Among these, polyvinyl alcohol and polyacrylic acid are preferable, and polyvinyl alcohol having a hydroxyl group that is industrially inexpensive and easy to control the reaction is particularly preferable.

本発明に係る反応性の官能基を有するポリマーの分子量は、GPC測定によるスチレン換算値で、重量平均分子量として50,000以上、500,000以下が好ましい。50,000以上であれば、架橋剤と反応し強度の高い多孔質層となる傾向にあり、500,000以下であれば、多孔質層の塗工液の粘度向上を抑えられる傾向にある点から好ましい。   The molecular weight of the polymer having a reactive functional group according to the present invention is preferably 50,000 or more and 500,000 or less as a weight average molecular weight in terms of styrene by GPC measurement. If it is 50,000 or more, it tends to react with the crosslinking agent to form a high-strength porous layer, and if it is 500,000 or less, the viscosity of the coating solution for the porous layer tends to be suppressed. To preferred.

本発明に係る反応性の官能基を有するポリマーの含有量は、特に限定はないが、多孔質層100質量%に対し、1.0質量%以上、80質量%以下が好ましく、更に好ましくは3.0質量%以上、60質量%以下である。1.0質量%以上であれば、多孔質層の強度が向上し、80質量%以下であれば、多孔質層に含浸される電解液のイオン伝導度が向上する観点から好ましい。   The content of the polymer having a reactive functional group according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 1.0% by mass or more and 80% by mass or less, more preferably 3% with respect to 100% by mass of the porous layer. It is 0.0 mass% or more and 60 mass% or less. If it is 1.0 mass% or more, the strength of the porous layer is improved, and if it is 80 mass% or less, it is preferable from the viewpoint of improving the ionic conductivity of the electrolytic solution impregnated in the porous layer.

(C:架橋剤)
架橋剤は、無機系、有機系に大別されるが、本発明においてはどちらでも十分な効果を得ることが出来るため、これら架橋剤を単独または併用して用いてもかまわない。
(C: Crosslinking agent)
Crosslinking agents are roughly classified into inorganic and organic types, but in the present invention, sufficient effects can be obtained by either, and these crosslinking agents may be used alone or in combination.

本発明において用いられる無機系架橋剤は反応性の官能基と反応するものであれば良いが、例えば、ホウ素原子を有する酸(ホウ酸、オルトホウ酸、二ホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、五ホウ酸など)またはその塩、亜鉛塩(硫酸亜鉛など)、銅塩(硫酸銅など)、ジルコニウム塩等(硝酸ジルコニル、酢酸ジルコニルなど)、アルミニウム塩(硫酸アルミニウム塩等)、チタン塩(乳酸チタン塩等)が挙げられる。これらの内、好ましい無機系架橋剤はホウ素原子を有する酸またはその塩およびアルミニウム塩、ジルコニウム塩であり、特に好ましいのはジルコニウム塩である。   The inorganic crosslinking agent used in the present invention may be any one that reacts with a reactive functional group. For example, an acid having a boron atom (boric acid, orthoboric acid, diboric acid, metaboric acid, tetraboric acid, Pentaboric acid, etc.) or salts thereof, zinc salts (such as zinc sulfate), copper salts (such as copper sulfate), zirconium salts (such as zirconyl nitrate, zirconyl acetate), aluminum salts (such as aluminum sulfate salts), titanium salts (lactic acid) Titanium salt etc.). Among these, preferred inorganic crosslinking agents are acids having boron atoms or salts thereof, aluminum salts, and zirconium salts, and particularly preferred are zirconium salts.

本発明において用いられる有機系架橋剤は反応性の官能基と反応するものであれば良いが、例えば、アルデヒド系架橋剤(ホルマリン、グリオキザール、ジアルデヒド澱粉、ポリアクロレイン、N−メチロール尿素、N−メチロールメラミン、N−ヒドロキシルメチルフタルイミドなど)、活性ビニル系架橋剤(ビスビニルスルホニルメチルメタン、テトラキスビニルスルホニルメチルメタン、N,N,N−トリスアクリロイル−1,3,5−ヘキサヒドロトリアジンなど)、エポキシ系架橋剤およびポリイソシアネート系架橋剤等が挙げられる。これらのうち、好ましいのはポリイソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤およびアルデヒド系架橋剤であり、特に好ましいのは水酸基と良好な反応を示すポリイソシアネート系架橋剤及びエポキシ系架橋剤である。   The organic crosslinking agent used in the present invention may be any one that reacts with a reactive functional group. For example, aldehyde crosslinking agents (formalin, glyoxal, dialdehyde starch, polyacrolein, N-methylolurea, N- Methylol melamine, N-hydroxylmethylphthalimide, etc.), active vinyl cross-linking agent (bisvinylsulfonylmethylmethane, tetrakisvinylsulfonylmethylmethane, N, N, N-trisacryloyl-1,3,5-hexahydrotriazine, etc.), Examples thereof include an epoxy-based crosslinking agent and a polyisocyanate-based crosslinking agent. Among these, a polyisocyanate crosslinking agent, an epoxy crosslinking agent, and an aldehyde crosslinking agent are preferable, and a polyisocyanate crosslinking agent and an epoxy crosslinking agent exhibiting a good reaction with a hydroxyl group are particularly preferable.

エポキシ系架橋剤は分子中に少なくとも2個のグリシジル基を有する化合物であり、例えば、ナガセケムテック社によりデナコールの商品名で数多くの架橋剤が市販されている。   Epoxy crosslinking agents are compounds having at least two glycidyl groups in the molecule. For example, many crosslinking agents are commercially available from Nagase Chemtech under the trade name Denacol.

ポリイソシアネート系架橋剤は、分子中に少なくとも2個のイソシアネート基を有する化合物であり、水酸基等と高い反応性を有する。   A polyisocyanate-based crosslinking agent is a compound having at least two isocyanate groups in the molecule and has high reactivity with a hydroxyl group or the like.

主なポリイソシアネート系架橋剤としては、例えば、トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、およびこれらの変性物やプレポリマー、多官能芳香族イソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、多官能脂肪属イソシアネート、ブロック型ポリイソシアネート、ポリイソシアネートプレポリマー等が挙げられる。これらのポリイアソシアネート系架橋剤の詳細は、例えば、架橋剤ハンドブック(大成社発行、1981年10月発行)に記載されている。   The main polyisocyanate crosslinking agents include, for example, toluylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, and their modified products and prepolymers, polyfunctional aromatic isocyanates, aromatic polyisocyanates, polyfunctional aliphatics. Examples include isocyanate, block-type polyisocyanate, and polyisocyanate prepolymer. The details of these polyiasocyanate-based crosslinking agents are described in, for example, the crosslinking agent handbook (published by Taiseisha, published in October 1981).

上記無機系架橋剤、有機系架橋剤いずれも、ポリマーに対して概ね1質量%以上50質量%以下の範囲で用いるのが好ましく、さらに好ましくは2〜40質量%の範囲で用いられる。1質量%以上であると、硬化が進むことで多孔質層の強度が向上する傾向にあり、40%質量以下であると、多孔性が向上することでリチウムイオン電池に適応した場合に、多孔質中でのリチウムイオン伝導性が向上する傾向にあるため好ましい。   Both the inorganic crosslinking agent and the organic crosslinking agent are preferably used in a range of approximately 1% by mass to 50% by mass with respect to the polymer, more preferably 2-40% by mass. When the content is 1% by mass or more, the strength of the porous layer tends to be improved as curing proceeds, and when the content is 40% by mass or less, the porosity is improved when adapted to a lithium ion battery. It is preferable because lithium ion conductivity in the material tends to be improved.

これら架橋剤を多孔質層に供給する方法としては特に限定はなく、例えば、多孔質層形成用塗布液中に添加してもよく、また、多孔質層を塗設した後に当該架橋剤をオーバーコートして供給してもよい。架橋剤をオーバーコートするタイミングとしては、多孔質層形成用塗布液の塗布と同時でも直後でも、いつでも可能である。また他にも、当該架橋剤を塗布する方法、スプレーによる供給する方法、又は架橋剤溶液に浸漬する方法を用いても良い。   The method for supplying these cross-linking agents to the porous layer is not particularly limited. For example, the cross-linking agent may be added to the coating liquid for forming the porous layer. You may coat and supply. The timing for overcoating the cross-linking agent can be any time, either simultaneously with or immediately after the application of the coating liquid for forming the porous layer. In addition, a method of applying the crosslinking agent, a method of supplying by a spray, or a method of immersing in a crosslinking agent solution may be used.

(多孔質層の形成方法)
次いで、本発明の多孔質層の形成方法について説明する。
(Method for forming porous layer)
Next, a method for forming the porous layer of the present invention will be described.

本発明の多孔質層を形成する方法としては、特に限定はないが、湿式塗布方法が好ましい。具体的には、まず始めに本発明に係る酸化物無機粒子(A)、反応性の官能基を有するポリマー(B)及び該反応性の官能基と反応する架橋剤(C)と、水、または有機溶媒とを混合し、スラリーを調製して塗布液とする。その後ポリエチレンテレフタラート等の樹脂フィルム上に該塗布液を塗布して乾燥させた後、形成した多孔質層を樹脂フィルムより剥離することで得られる。   The method for forming the porous layer of the present invention is not particularly limited, but a wet coating method is preferred. Specifically, first, the inorganic oxide particles (A) according to the present invention, the polymer (B) having a reactive functional group, the crosslinking agent (C) that reacts with the reactive functional group, water, Or an organic solvent is mixed, slurry is prepared and it is set as a coating liquid. Thereafter, the coating liquid is applied on a resin film such as polyethylene terephthalate and dried, and then the formed porous layer is peeled off from the resin film.

また、リチウムイオン二次電池に使用する場合は、集電体上に正極活物質が塗布された正極、あるいは集電体上に負極活物質が塗布された負極上に上記塗布液を塗布することにより、電極と一体となった多孔質層を形成することができる。   In addition, when used in a lithium ion secondary battery, the coating solution is applied to a positive electrode in which a positive electrode active material is applied on a current collector or a negative electrode in which a negative electrode active material is applied to a current collector. Thus, a porous layer integrated with the electrode can be formed.

湿式塗布方法で用いることのできる水、または有機溶媒としては、酸化物無機粒子を均一に分散できる溶媒であり、使用するポリマーを安定的に溶解または分散できる溶媒であり、且つ架橋剤を溶解または均一分散できる溶媒であればよい。具体的には、水、メタノール、エタノール、2−プロパノール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−ジメチルホルムアルデヒド等を用いることができる。   Water or an organic solvent that can be used in the wet coating method is a solvent that can uniformly disperse the oxide inorganic particles, a solvent that can stably dissolve or disperse the polymer used, and a solution that dissolves or disperses the crosslinking agent. Any solvent that can be uniformly dispersed may be used. Specifically, water, methanol, ethanol, 2-propanol, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-dimethylformaldehyde and the like can be used.

また、上記塗布液あるいは分散液を安定化させるため、各種添加剤を添加しても良い。これらの添加剤は加熱によって除去できる材料であっても、本発明の多孔質層をリチウムイオン二次電池に適応したとき、高温下や高電圧下で安定に存在し、電池反応を阻害しない材料であれば、電池内に残存しても良い。   Various additives may be added to stabilize the coating solution or dispersion. Even if these additives are materials that can be removed by heating, when the porous layer of the present invention is applied to a lithium ion secondary battery, it is a material that stably exists at high temperatures and high voltages and does not inhibit battery reaction. If so, it may remain in the battery.

上記塗布液を用いた塗布方法としては、所望の厚みに均一に塗布できる方法であれば、その方式は特に限定はない。例えば、スクリーン印刷、バーコーター法、ロールコーター法、リバースコーター法、グラビア印刷法、ドクターブレード法、ダイコーター法等を挙げることができ、塗布する形式も連続塗布、間欠塗布、ストライプ塗布等必要に応じ使い分けることができる。   The coating method using the coating solution is not particularly limited as long as it can be applied uniformly to a desired thickness. For example, screen printing, bar coater method, roll coater method, reverse coater method, gravure printing method, doctor blade method, die coater method, etc. can be mentioned, and the application type is necessary for continuous application, intermittent application, stripe application, etc. It can be used properly according to your needs.

塗布後の乾燥方法としては、塗布液を含有した有機溶媒を除去することができれば、特に制限が無く、熱風乾燥、赤外線乾燥、遠赤外線乾燥、マイクロウエーブ乾燥、電子線乾燥、真空乾燥等の各種方式を適宜選択して利用できる。   The drying method after coating is not particularly limited as long as the organic solvent containing the coating solution can be removed. Various methods such as hot air drying, infrared drying, far infrared drying, microwave drying, electron beam drying, and vacuum drying are available. A method can be selected as appropriate.

乾燥温度も特に制限はないが、50〜400℃が好ましく、さらには80℃〜200℃が好ましい。   The drying temperature is not particularly limited, but is preferably 50 to 400 ° C, more preferably 80 to 200 ° C.

本発明に係るポリマー中に存在する反応性の官能基と架橋剤との反応は、上記乾燥時での熱による熱架橋が好ましいが、塗布後にUVを照射することでのUV架橋も利用することが出来る。   The reaction between the reactive functional group present in the polymer according to the present invention and the crosslinking agent is preferably thermal crosslinking by heat at the time of drying, but UV crosslinking by irradiating UV after coating should also be used. I can do it.

架橋反応時の反応温度としては、乾燥温度と同様で50〜400℃が好ましく、さらには80℃〜200℃が好ましい。   The reaction temperature during the crosslinking reaction is preferably 50 to 400 ° C., more preferably 80 to 200 ° C., similarly to the drying temperature.

上記方法により形成される本発明の多孔質層を有するセパレータの厚さは、特に限定は無いが、1μm〜200μmが好ましく、5μm〜30μmが好ましい。当該範囲であれば、正・負極間の短絡を防止することができ、電池特性を向上させることができる。   The thickness of the separator having the porous layer of the present invention formed by the above method is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 200 μm, and more preferably 5 μm to 30 μm. If it is the said range, the short circuit between positive and negative electrodes can be prevented, and a battery characteristic can be improved.

また、本発明に係る塗布方法においてさらに好ましいのは正極活物質層又は負極活物質層と同時に重層することである。以下詳細について説明する。   Further, in the coating method according to the present invention, it is more preferable to laminate the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer at the same time. Details will be described below.

(同時重層塗布)
本発明における同時重層塗布とは、例えば、単独ヘッド(スロット)で構成されるコーターで集電体上に電極活物質層を塗布し、電極活物質層が乾燥する前に、別の塗布機に電極活物質を塗布した集電体を移動して、電極活物質層上に多孔質層を塗布することで重層する(2コーター2ヘッド方式)方法がある。また他にも、上記のような単独ヘッドを二つ隣接して設置し、同一コーターで各ヘッドにより電極活物質層と多孔質層とを集電体上に塗布する方式(1コーター2ヘッド方式)や、複数の流路をそなえた単独ヘッドで構成されるエクストルージョンダイによって、一工程で電極活物質層と多孔質層とを集電体上に塗布する方法(1コーター1ヘッド方式)が挙げられる。これらの方法の延長で、電極活物質層と多層の多孔質層を同時重層する方法で製造することが出来る。
(Simultaneous multilayer coating)
The simultaneous multilayer coating in the present invention is, for example, a method in which an electrode active material layer is applied on a current collector with a coater constituted by a single head (slot), and before the electrode active material layer is dried, it is applied to another coating machine. There is a method of stacking by moving a current collector coated with an electrode active material and applying a porous layer on the electrode active material layer (two-coater two-head method). In addition, a system in which two single heads as described above are installed adjacent to each other, and an electrode active material layer and a porous layer are coated on a current collector with each head using the same coater (one coater, two head system) ) And a method of applying an electrode active material layer and a porous layer onto a current collector in one step by an extrusion die composed of a single head having a plurality of flow paths (one coater / one head method). Can be mentioned. By extending these methods, the electrode active material layer and the multi-layered porous layer can be simultaneously stacked.

これら同時重層することで、層と層との界面に若干の混じり合い相が出来て、この混じり合い部分のため層同士の接着性が向上し、同時に内部短絡に対する耐性も高くなる。また、同時に重層することで、生産性も向上し、低コストで電極−多孔質層の積層体を製造することが出来る。   By simultaneous layering, a slightly mixed phase is formed at the interface between the layers, and this mixed portion improves the adhesion between the layers, and at the same time increases the resistance to internal short circuits. Moreover, productivity is improved by layering simultaneously, and the laminated body of an electrode-porous layer can be manufactured at low cost.

また本発明では、架橋剤を正極活物質層又は負極活物質層の塗布液に添加し、同時重層することが好ましい。電極活物質の塗布液に添加することで、多孔質層塗布液中で架橋進行するのを防ぐことが出来て、ポットライフが向上する傾向にある。   Moreover, in this invention, it is preferable to add a crosslinking agent to the coating liquid of a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer, and to laminate | stack simultaneously. By adding the electrode active material to the coating liquid, it is possible to prevent the crosslinking from proceeding in the porous layer coating liquid, and the pot life tends to be improved.

本発明に係る塗布方法としては、Edward Cohen,Edgar Gutoff著「MODERN COATING AND DRYING TECHNOLOGY」に述べられている如く、各種の方法があり、例えば、ディップ塗布法、ブレード塗布法、エアーナイフ塗布法、ワイヤーバー塗布法、グラビア塗布法、リバース塗布法、リバースロール塗布法、エクストルージョン塗布法、スライドビード塗布法、カーテン塗布法等が知られている。そして、これらの塗布方法において、支持体の幅方向に均一な乾燥膜厚にするため、塗布時の塗布膜厚精度、均一性等に注意が払われ塗布を行っている。   Examples of the coating method according to the present invention include various methods as described in Edward Cohen, Edgar Gutoff's “MODERN COATING AND DRYING TECHNOLOGY”, such as a dip coating method, a blade coating method, an air knife coating method, Wire bar coating, gravure coating, reverse coating, reverse roll coating, extrusion coating, slide bead coating, curtain coating, and the like are known. In these coating methods, in order to obtain a uniform dry film thickness in the width direction of the support, the coating is performed while paying attention to the coating film thickness accuracy and uniformity during coating.

近年、流量規制型のダイスを有する塗布装置は、多層同時塗布が可能であり、その特徴により写真感光材料や磁気記録材料等の塗布装置として広く用いられており、その好ましい一例としては、Russell等により米国特許第2,761,791号に提案された多層スライドビード塗布装置を用いる方法があげられる。このタイプのコーターは、塗布装置先端(単に「リップ」ともいう。)と走行する可撓性支持体(「ウェブ」ともいう。)の間にビードと称する塗布液溜まりをつくり、このビードを介して塗布が行われる。本発明において同時重層塗布を行う際は、これらの装置を用いることが好ましい。   In recent years, a coating apparatus having a flow-regulating die is capable of simultaneous multi-layer coating, and has been widely used as a coating apparatus for photographic photosensitive materials and magnetic recording materials due to its characteristics. A preferable example thereof is Russell, etc. Is a method using a multilayer slide bead coating apparatus proposed in US Pat. No. 2,761,791. This type of coater creates a coating liquid reservoir called a bead between the tip of the coating device (also simply referred to as “lip”) and a flexible support (also referred to as “web”) that travels, and through this bead. Application is performed. In the present invention, it is preferable to use these apparatuses when performing simultaneous multilayer coating.

これらの塗布は片面ずつ逐時でも、両面同時に行ってもよい。更に、前記塗布は連続でも間欠でもストライプでもそれらを組み合わせてもよい。   These coatings may be performed on each side or on both sides simultaneously. Furthermore, the application may be continuous, intermittent, or a combination thereof.

本発明の多孔質層を、セパレータとしてリチウムイオン二次電池に利用する場合の、正極活物質、負極活物質、電極合剤、集電体及び二次電池の作製方法等について、以下詳細に説明する。   A method for producing a positive electrode active material, a negative electrode active material, an electrode mixture, a current collector, and a secondary battery when the porous layer of the present invention is used as a separator for a lithium ion secondary battery will be described in detail below. To do.

(正極及び正極活物質)
正極は、特に制限はなく、集電体に正極活物質を密着させたものが利用できる。
(Positive electrode and positive electrode active material)
There is no restriction | limiting in particular in a positive electrode, What stuck the positive electrode active material to the electrical power collector can be utilized.

正極活物質としては、無機系活物質、有機系活物質、これらの複合体が例示できるが、無機系活物質あるいは無機系活物質と有機系活物質の複合体が、特に、エネルギー密度が大きくなる点から好ましい。   Examples of the positive electrode active material include inorganic active materials, organic active materials, and composites thereof, but inorganic active materials or composites of inorganic active materials and organic active materials are particularly high in energy density. This is preferable.

無機系活物質として、例えば、Li0.2MnO、LiMn12、V、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiFePO、LiCo0.5Ni0.5Mn0.5、Li1.2(Fe0.5Mn0.50.8、Li1.2(Fe0.4Mn0.4Ti0.20.8、Li1+x(Ni0.5Mn0.51−x、LiNi0.5Mn1.5、LiMnO、Li0.76Mn0.51Ti0.49、LiNi0.8Co0.15Al0.05、Fe、等の金属酸化物、LiFePO、LiCoPO、LiMnPO、LiMPOF(M=Fe、Mn)、LiMn0.875Fe0.125PO、LiFeSiO、Li2−xMSi1−x(M=Fe、Mn)、LiMBO(M=Fe、Mn)などのリン酸、ケイ酸、ホウ酸系が挙げられ、化学式中、xは0〜1の範囲であることが好ましい。更に、FeF、LiFeF、LiTiFなどのフッ素系、LiFeS、TiS、MoS、FeS等の金属硫化物、これらの化合物とリチウムの複合酸化物が挙げられる。 Examples of the inorganic active material include Li 0.2 MnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiFePO 4 , LiCo 0.5 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 , Li 1.2 (Fe 0.5 Mn 0.5 ) 0.8 O 2 , Li 1.2 (Fe 0.4 Mn 0.4 Ti 0.2 ) 0.8 O 2 , Li 1 + x (Ni 0.5 Mn 0.5 ) 1-x O 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , Li 2 MnO 3 , Li 0.76 Mn 0.51 Ti 0.49 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , Fe 2 O 3 , etc., metal oxides such as LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , Li 2 MPO 4 F (M = Fe, Mn), LiMn 0. 875 Fe 0 125 PO 4, Li 2 FeSiO 4 , Li 2-x MSi 1-x P x O 4 (M = Fe, Mn), LiMBO 3 (M = Fe, Mn) phosphoric acids such as silicic acid, boric acid-based In the chemical formula, x is preferably in the range of 0-1. Further, fluorine-based compounds such as FeF 3 , Li 3 FeF 6 , and Li 2 TiF 6 , metal sulfides such as Li 2 FeS 2 , TiS 2 , MoS 2 , and FeS, and composite oxides of these compounds and lithium can be given.

有機系活物質としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン等の導電性高分子、有機ジスルフィド化合物、有機イオウ化合物DMcT(2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール)、ベンゾキノン化合物PDBM(ポリ2,5−ジヒドロキシ−1,4−ベンゾキノン−3,6−メチレン)、カーボンジスルフィド、活性イオウ等のイオウ系正極材料、有機ラジカル化合物等が挙げられる。   Examples of the organic active material include conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyparaphenylene, organic disulfide compounds, and organic sulfur compounds DMcT (2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole). Benzoquinone compound PDBM (poly 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone-3,6-methylene), carbon disulfide, sulfur-based positive electrode materials such as active sulfur, and organic radical compounds.

また、正極活物質の表面には、無機酸化物が被覆されていることが、電池の寿命を延ばす点から好ましい。正極活物質の表面に無機酸化物を被覆する方法としては、正極活物質の表面にコーティングする方法が好ましく、コーティングする方法としては、例えば、ハイブリタイザーなどの表面改質装置を用いてコーティングする方法などが挙げられる。   Moreover, it is preferable from the point which extends the lifetime of a battery that the surface of a positive electrode active material is coat | covered with the inorganic oxide. As a method of coating the surface of the positive electrode active material with an inorganic oxide, a method of coating the surface of the positive electrode active material is preferable, and as a method of coating, for example, a method of coating using a surface modifying apparatus such as a hybridizer Etc.

上記正極活物質の表面を被覆する無機酸化物としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン等のIIA〜VA族、遷移金属、IIIB、IVBの酸化物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、γ−LiAlO、LiTiO等が挙げられ、特に酸化ケイ素が好ましい。 Examples of the inorganic oxide covering the surface of the positive electrode active material include, for example, magnesium oxide, silicon oxide, alumina, zirconia, titanium oxide and other IIA to VA groups, transition metals, IIIB, IVB oxide, barium titanate, Examples thereof include calcium titanate, lead titanate, γ-LiAlO 2 and LiTiO 3 , and silicon oxide is particularly preferable.

(負極及び負極活物質)
負極については特に制限はなく、集電体に負極活物質を密着させたものが利用できる。黒鉛系やスズ合金系などの粉末を、スチレンブタジエンゴムやポリフッ化ビニリデンなどの結着材とともにペースト状として、集電体上に塗布して、乾燥後、プレス成形して作製したものが利用できる。物理蒸着(スパッタリング法や真空蒸着法など)によって、厚さ3〜5μmのシリコン系薄膜を集電体上に直接形成したシリコン系薄膜負極なども利用できる。
(Negative electrode and negative electrode active material)
There is no restriction | limiting in particular about a negative electrode, What adhered the negative electrode active material to the electrical power collector can be utilized. Powders such as graphite and tin alloys can be applied as pastes together with binders such as styrene butadiene rubber and polyvinylidene fluoride on the current collector, dried, and press-molded. . A silicon-based thin film negative electrode or the like in which a silicon-based thin film having a thickness of 3 to 5 μm is directly formed on a current collector by physical vapor deposition (such as sputtering or vacuum deposition) can also be used.

リチウム金属負極の場合は、銅箔上に厚さ10〜30μmのリチウム箔を付着させたものが好適である。高容量化の観点からは、シリコン系薄膜負極やリチウム金属負極からなるものであることが好ましい。   In the case of a lithium metal negative electrode, a lithium foil having a thickness of 10 to 30 μm attached on a copper foil is suitable. From the viewpoint of increasing the capacity, it is preferable to be composed of a silicon-based thin film negative electrode or a lithium metal negative electrode.

負極活物質は、特に制限は無く公知の負極活物質が利用できる。本発明における負極活物質としては、黒鉛やスズ合金と結着剤の混合物、シリコン薄膜、リチウム箔が挙げられる。   The negative electrode active material is not particularly limited, and a known negative electrode active material can be used. Examples of the negative electrode active material in the present invention include graphite, a tin alloy and a binder, a silicon thin film, and a lithium foil.

黒鉛やスズ合金と結着剤の負極活物質は、黒鉛やスズ合金などの粉末とスチレンブタジエンゴムやポリフッ化ビニリデンなどの結着剤と混合したペーストを乾燥させることにより得ることができる。リチウム箔の負極活物質は、集電体に厚さ10〜30μmのリチウム箔を貼合させたものを用いることができる。高容量化が可能であり、電極合材を必須としないことから、シリコン系薄膜負極やリチウム金属負極からなる負極活物質を用いることが好ましい。   The negative electrode active material of graphite or tin alloy and a binder can be obtained by drying a paste mixed with powder such as graphite or tin alloy and a binder such as styrene butadiene rubber or polyvinylidene fluoride. As the negative electrode active material of the lithium foil, a current collector obtained by bonding a lithium foil having a thickness of 10 to 30 μm can be used. It is preferable to use a negative electrode active material composed of a silicon-based thin film negative electrode or a lithium metal negative electrode because the capacity can be increased and an electrode mixture is not essential.

(電極合剤)
本発明に用いる電極合剤としては、導電剤、結着剤やフィラーなどの他に、リチウム塩、非プロトン性有機溶媒等が添加されたものが挙げられる。
(Electrode mixture)
Examples of the electrode mixture used in the present invention include those to which a lithium salt, an aprotic organic solvent, or the like is added in addition to a conductive agent, a binder, a filler, and the like.

上記導電剤は、構成されたリチウムイオン二次電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何を用いてもよい。通常、天然黒鉛(例えば、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属粉(例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀(特開昭63−148554号公報に記載)等)、金属繊維あるいはポリフェニレン誘導体(特開昭59−20971号公報に記載)などの導電性材料を単独で、あるいは2種以上を混合物として含ませることができる。   As the conductive agent, any material may be used as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change in the constituted lithium ion secondary battery. Usually, natural graphite (eg, scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite, etc.), artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or metal powder (eg, copper, nickel, aluminum, silver (special Etc.), etc.), metal fibers or polyphenylene derivatives (described in JP-A-59-20971), or a mixture of two or more conductive materials. it can.

その中でも、黒鉛とアセチレンブラックの併用が特に好ましい。前記導電剤の添加量としては、電極合剤全質量に対し1.0〜50質量%が好ましく、2.0〜30質量%がより好ましい。カーボンや黒鉛の場合は、2.0〜15質量%が特に好ましい。   Among these, the combined use of graphite and acetylene black is particularly preferable. As addition amount of the said electrically conductive agent, 1.0-50 mass% is preferable with respect to electrode mixture total mass, and 2.0-30 mass% is more preferable. In the case of carbon or graphite, 2.0 to 15% by mass is particularly preferable.

本発明では、電極合剤を保持するため、結着剤を用いることができる。このような結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を有するポリマーなどが挙げられ、その中でも、例えば、でんぷん、カルボキシメチルセルロース、セルロース、ジアセチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルフェノール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリヒドロキシ(メタ)アクリレート、スチレン−マレイン酸共重合体等の水溶性ポリマー、ポリビニルクロリド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、ポリビニルアセタール樹脂、メチルメタアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルを含有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メタ)アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、ビニルアセテート等のビニルエステルを含有するポリビニルエステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等のエマルジョン(ラテックス)あるいはサスペンジョンが挙げられ、その中でも、ポリアクリル酸エステル系のラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフロロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。   In the present invention, a binder can be used to hold the electrode mixture. Examples of such a binder include polysaccharides, thermoplastic resins, and polymers having rubber elasticity. Among them, for example, starch, carboxymethylcellulose, cellulose, diacetylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, Water-soluble polymers such as sodium alginate, polyacrylic acid, sodium polyacrylate, polyvinyl phenol, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylonitrile, polyacrylamide, polyhydroxy (meth) acrylate, styrene-maleic acid copolymer , Polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinyl Redene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, polyvinyl acetal resin, methyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, etc. ) (Meth) acrylic ester copolymer containing acrylic ester, (meth) acrylic ester-acrylonitrile copolymer, polyvinyl ester copolymer containing vinyl ester such as vinyl acetate, styrene-butadiene copolymer , Styrene-butadiene-acrylic copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, polybutadiene, neoprene rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyester polyurethane resin, Examples include ether polyurethane resin, polycarbonate polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin emulsion (latex) or suspension. Among them, polyacrylate ester latex, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride Is preferred.

前記結着剤は、一種単独または二種以上を混合して用いることができる。このような理由で、結着剤の添加量は電極合剤全質量に対し1.0〜30質量%が好ましく、2.0〜10質量%がより好ましい。当該範囲にあれば、電極合剤の保持力及び凝集力が高まるため好ましい。   The said binder can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. For this reason, the addition amount of the binder is preferably 1.0 to 30% by mass and more preferably 2.0 to 10% by mass with respect to the total mass of the electrode mixture. If it exists in the said range, since the retention strength and cohesion force of an electrode mixture increase, it is preferable.

前記フィラーとしては、本発明のリチウムイオン二次電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば、特に制限なく用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、電極合剤全質量に対し0〜30質量%が好ましい。   The filler can be used without particular limitation as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the lithium ion secondary battery of the present invention. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, fibers such as glass and carbon are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0-30 mass% is preferable with respect to electrode mixture total mass.

(集電体)
正極及び負極の集電体としては、本発明のリチウムイオン二次電池において化学変化を起こさない電子伝導体が用いられる。
(Current collector)
As the current collector for the positive electrode and the negative electrode, an electron conductor that does not cause a chemical change in the lithium ion secondary battery of the present invention is used.

正極の集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンなどの他にアルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが好ましく、その中でも、アルミニウム、アルミニウム合金がより好ましい。   As the current collector of the positive electrode, in addition to aluminum, stainless steel, nickel, titanium, etc., the surface of aluminum or stainless steel is preferably treated with carbon, nickel, titanium, or silver. Among them, aluminum and aluminum alloys are preferable. More preferred.

負極の集電体としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンが好ましく、銅あるいは銅合金がより好ましい。   As the negative electrode current collector, copper, stainless steel, nickel, and titanium are preferable, and copper or a copper alloy is more preferable.

本発明に係る集電体の形状としては、通常、フィルムシート状のものが使用されるが、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体なども用いることができる。前記集電体の厚みとしては、特に限定されないが、1〜500μmが好ましい。また、集電体表面には、表面処理により凹凸構造を付けることも好ましい。   As the shape of the current collector according to the present invention, a film sheet is usually used, but a porous body, a foam, a molded body of a fiber group, and the like can also be used. Although it does not specifically limit as thickness of the said electrical power collector, 1-500 micrometers is preferable. Moreover, it is also preferable to give an uneven structure to the surface of the current collector by surface treatment.

(電解液溶媒)
本発明のリチウムイオン二次電池において、電解液に使用する溶媒は、粘度が低くイオン伝導性を向上するものや、または誘電率が高く有効キャリアー濃度を向上するものなど、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。
(Electrolyte solvent)
In the lithium ion secondary battery of the present invention, the solvent used in the electrolyte solution has excellent ionic conductivity, such as one having a low viscosity and improving ionic conductivity, or one having a high dielectric constant and effective carrier concentration. A compound that can be expressed is desirable.

このような溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、カルボン酸エステル、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等のエステル類、ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質などが挙げられる。   Examples of such solvents include carbonate compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, and ethers such as dioxane and diethyl ether. Compounds, chain ethers such as ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, nitrile compounds such as acetonitrile, glutaronitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, benzonitrile, carboxylic acid Esters such as esters, phosphate esters and phosphonate esters, dimethyls Fokishido, and the like aprotic polar substances such as sulfolane.

この中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、エステル類が特に好ましい。これらは単独で用いても2種以上を併用してもよい。   Among these, carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, nitrile compounds such as acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile, and esters are particularly preferred. preferable. These may be used alone or in combination of two or more.

電解液溶媒としては、耐揮発性による耐久性向上の観点から、常圧(1気圧)における沸点が200℃以上のものが好ましく、250℃以上のものがより好ましく、270℃以上のものが更に好ましい。   From the viewpoint of improving durability due to volatility, the electrolyte solvent preferably has a boiling point of 200 ° C. or higher at normal pressure (1 atm), more preferably 250 ° C. or higher, and more preferably 270 ° C. or higher. preferable.

(イオン液体)
本発明において、本発明に係るセパレータを適用したリチウムイオン電池は、電解液にイオン液体を含有することができる。
(Ionic liquid)
In the present invention, the lithium ion battery to which the separator according to the present invention is applied can contain an ionic liquid in the electrolytic solution.

本発明におけるイオン液体とは、アンモニウム、ホスホニウム、ヨードニウムから選ばれるオニウムカチオンとアニオンとで形成される化合物であり、0℃以上、200℃以下の環境下で液体状態を呈する化合物が用いられる。   The ionic liquid in the present invention is a compound formed by an onium cation selected from ammonium, phosphonium, and iodonium and an anion, and a compound that exhibits a liquid state in an environment of 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower is used.

オニウムカチオンとしてはアンモニウムが好適であり、脂肪族、脂環族、芳香族、複素環の4級アンモニウムカチオンから選ばれ、代表的にはイミダゾリウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、チアゾリウム、ピロリウム、ピラゾリウム、ベンズイミダゾリウム、インドリウム、カルバゾリウム、キノリニウム、ピロリジニウム、ピペラジニウム、アルキルアンモニウム等が挙げられる。それぞれに置換基を有していてもかまわない。   The onium cation is preferably ammonium, and is selected from aliphatic, alicyclic, aromatic, and heterocyclic quaternary ammonium cations. Typically, imidazolium, pyridinium, piperidinium, thiazolium, pyrrolium, pyrazolium, benzimidazolo Examples thereof include lithium, indolium, carbazolium, quinolinium, pyrrolidinium, piperazinium, and alkylammonium. Each may have a substituent.

また、アニオン部はフッ素原子を含有するアニオンが好ましく、代表的なアニオンとしては、イミドアニオン、ボレートアニオン、ホスフェートアニオンが挙げられる。   The anion moiety is preferably an anion containing a fluorine atom, and typical anions include an imide anion, a borate anion, and a phosphate anion.

本発明で好ましいカチオン群としては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム (EMI)、N,N−ジエチル−N−メチルN−(2−メトキシエチル)アンモニウム(DEME)、N−メチル−N−プロピル ピロリジニウム(P13)、N−メチル−N−ピロピルピペリジニウム(PP13)、N−エチル−N−ブチル ピロリジニウム(P24)等を単独、もしくは混合して用いてもよく、電池作動電圧範囲内で安定な構造を有するのであれば、特に構造を限定するものではない。   Preferred examples of the cation group in the present invention include 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI), N, N-diethyl-N-methyl N- (2-methoxyethyl) ammonium (DEME), N-methyl- N-propyl pyrrolidinium (P13), N-methyl-N-pyrrolpirpiperidinium (PP13), N-ethyl-N-butyl pyrrolidinium (P24), etc. may be used alone or in combination, and the battery operating voltage range As long as it has a stable structure, the structure is not particularly limited.

本発明で好ましいアニオン群としては、例えば、ビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI)、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(FTI)、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(TFSI)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(BETI)、(トリフルオロメタンスルホニル)トリフルオロアセトアミド(TSAC)、テトラフルオロホウ酸(BF4)、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸(CFBF)、ペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸(CFCFBF)、ヘキサフルオロリン酸エステル(PF)、ジシアナミド等を単独、もしくは混合して用いてもよく、電池作動電圧範囲内で安定な構造を有するのであれば、特に構造を限定するものではない。 Preferred anion groups in the present invention include, for example, bis (fluorosulfonyl) imide (FSI), (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide (FTI), bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TFSI), bis ( Pentafluoroethylsulfonyl) imide (BETI), (trifluoromethanesulfonyl) trifluoroacetamide (TSAC), tetrafluoroboric acid (BF4), trifluoromethyltrifluoroboric acid (CF 3 BF 3 ), pentafluoroethyl trifluoroboron Acid (CF 3 CF 2 BF 3 ), hexafluorophosphoric acid ester (PF 6 ), dicyanamide, etc. may be used alone or in combination, especially if they have a stable structure within the battery operating voltage range. Limiting the structure No.

本発明において、イオン液体の代表的な例は、上記カチオン群、アニオン群の組み合わせであり、任意の混合率で使用できる。   In the present invention, a typical example of the ionic liquid is a combination of the above cation group and anion group, and can be used at any mixing ratio.

本発明において、イオン液体の含有量は、特に限定はないが、電解液溶媒中の10質量%以上、100質量%以下が好ましい。   In the present invention, the content of the ionic liquid is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more and 100% by mass or less in the electrolyte solution solvent.

(支持電解質塩)
本発明において、イオン伝導度向上の観点から、支持電解質塩を使用することができる。支持電解質塩としては、任意のものを用いることができるが、好ましくは周期律表Ia族またはIIa族に属する金属イオンの塩が用いられる。周期律表Ia族またはIIa族に属する金属イオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムのイオンが好ましい。金属イオンの塩のアニオンとしては、ハロゲン化物イオン(I、Cl、Br等)、SCN、BF 、PF 、ClO 、SbF 、(CFSO、(FSO、(CFSO)(FSO)N、(CFCFSO、Ph、(C、(CFSO、CFCOO、CFSO 、CSO 等が挙げられる。その中でもBF 、PF 、(CFSO、(FSO、(CFSO)(FSO)N、(CFCFSO、(CFSO、CFSO がより好ましい。
(Supporting electrolyte salt)
In the present invention, a supporting electrolyte salt can be used from the viewpoint of improving the ionic conductivity. As the supporting electrolyte salt, any salt can be used, but preferably a salt of a metal ion belonging to Group Ia or IIa of the periodic table is used. As the metal ions belonging to Group Ia or Group IIa of the periodic table, ions of lithium, sodium and potassium are preferable. As anions of metal ion salts, halide ions (I , Cl , Br etc.), SCN , BF 4 , PF 6 , ClO 4 , SbF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (FSO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) (FSO 2 ) N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N , Ph 4 B , (C 2 H 4 O 2 ) 2 B -, (CF 3 SO 2 ) 3 C -, CF 3 COO -, CF 3 SO 3 -, C 6 F 5 SO 3 - , and the like. Among them, BF 4 , PF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (FSO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) (FSO 2 ) N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N -, (CF 3 SO 2 ) 3 C -, CF 3 SO 3 - is more preferable.

代表的な支持電解質塩としては、LiCFSO、LiPF、LiClO、LiI、LiBF、LiCFCO、LiSCN、LiN(CFSO、Li(FSO、Li(CFSO)(FSO)N、NaI、NaCFSO、NaClO、NaBF、NaAsF、KCFSO、KSCN、KPF、KClO、KAsFなどが挙げられる。更に好ましくは、上記Li塩である。これらは一種または二種以上を混合してもよい。 Typical supporting electrolyte salts include LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiI, LiBF 4 , LiCF 3 CO 2 , LiSCN, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , Li (FSO 2 ) 2 N , Examples thereof include Li (CF 3 SO 2 ) (FSO 2 ) N, NaI, NaCF 3 SO 3 , NaClO 4 , NaBF 4 , NaAsF 6 , KCF 3 SO 3 , KSCN, KPF 6 , KClO 4 , and KAsF 6 . More preferred is the above Li salt. These may be used alone or in combination.

電解液中の支持電解質塩の配合量は、5〜40質量%とすることが好ましく、特に10〜30質量%とすることが好ましい。   The blending amount of the supporting electrolyte salt in the electrolytic solution is preferably 5 to 40% by mass, and particularly preferably 10 to 30% by mass.

(二次電池の作製)
ここでは、本発明の多孔質層をセパレータとして使用したリチウムイオン二次電池の作製について説明する。本発明のリチウムイオン二次電池の形状としては、シート、角、シリンダーなどいずれの形にも適用できる。正極活物質や負極活物質の電極合剤は、集電体の上に塗布(コート)、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。
(Production of secondary battery)
Here, production of a lithium ion secondary battery using the porous layer of the present invention as a separator will be described. The lithium ion secondary battery of the present invention can be applied to any shape such as a sheet, a corner, and a cylinder. The electrode mixture of the positive electrode active material and the negative electrode active material is mainly used after being applied (coated), dried and compressed on the current collector.

前記電極合剤の塗布方法としては、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法等が好適に挙げられる。その中でも、ブレード法、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。   Preferred examples of the electrode mixture coating method include a reverse roll method, a direct roll method, a blade method, a knife method, an extrusion method, a curtain method, a gravure method, a bar method, a dip method, and a squeeze method. . Among these, a blade method, a knife method, and an extrusion method are preferable.

また、塗布は0.1〜100m/分の速度で実施されることが好ましい。この際、電極合剤の溶液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得ることができる。塗布は片面ずつ逐時でも、両面同時に行ってもよい。更に、前記塗布は連続でも間欠でもストライプでもそれらを組み合わせてもよい。   Moreover, it is preferable that application | coating is implemented at the speed | rate of 0.1-100 m / min. Under the present circumstances, the surface state of a favorable application layer can be obtained by selecting the said application | coating method according to the solution physical property and drying property of an electrode mixture. The application may be performed one side at a time or both sides simultaneously. Furthermore, the application may be continuous, intermittent, or a combination thereof.

その塗布層の厚み、長さ及び巾は、電池の形状や大きさにより決められるが、片面の塗布層の厚みはドライ後の圧縮された状態で1〜2000μmが好ましい。   The thickness, length and width of the coating layer are determined by the shape and size of the battery, but the thickness of the coating layer on one side is preferably 1 to 2000 μm in a compressed state after drying.

前記電極シート塗布物の乾燥及び脱水方法としては、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせた方法を用いることできる。乾燥温度は80〜350℃が好ましく、100〜250℃がより好ましい。含水量としては、電池全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質では、それぞれ500ppm以下にすることが好ましい。   As a method for drying and dehydrating the electrode sheet coated product, a method in which hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams and low-humidity air are used alone or in combination can be used. The drying temperature is preferably 80 to 350 ° C, more preferably 100 to 250 ° C. The water content is preferably 2000 ppm or less for the entire battery, and preferably 500 ppm or less for each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture and the electrolyte.

シートのプレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特にカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は特に限定されないが、0.05〜3t/cmが好ましい。前記カレンダープレス法のプレス速度としては、0.1〜50m/分が好ましく、プレス温度は室温〜200℃が好ましい。正極シートに対する負極シート幅の比としては、0.9〜1.1が好ましく、0.95〜1.0が特に好ましい。正極活物質と負極活物質との含有量比は、化合物種類や電極合剤処方により異なる。   As a sheet pressing method, a generally adopted method can be used, but a calendar pressing method is particularly preferable. Although a press pressure is not specifically limited, 0.05-3 t / cm is preferable. The press speed of the calendar press method is preferably 0.1 to 50 m / min, and the press temperature is preferably room temperature to 200 ° C. The ratio of the negative electrode sheet width to the positive electrode sheet is preferably 0.9 to 1.1, particularly preferably 0.95 to 1.0. The content ratio of the positive electrode active material and the negative electrode active material varies depending on the compound type and the electrode mixture formulation.

本発明の多孔質層からなるセパレータは、上記のようにポリエチレンテレフタラート等の樹脂フィルム上に形成し、剥離することでフィルム化し正極板、負極板の間に重ね合わせ手も良いし、正極板および/または負極板それぞれの上に直接塗布形成し、正極を重ね合わせ電池を組んでも良い。   The separator composed of the porous layer of the present invention is formed on a resin film such as polyethylene terephthalate as described above, and is formed into a film by peeling, so that it can be overlapped between the positive electrode plate and the negative electrode plate. Alternatively, it may be formed by coating directly on each negative electrode plate, and the positive electrodes are stacked to form a battery.

本発明のリチウムイオン二次電池の形態は、特に限定されないが、コイン、シート、円筒等、種々の電池セルに封入することができる。   Although the form of the lithium ion secondary battery of this invention is not specifically limited, It can enclose in various battery cells, such as a coin, a sheet | seat, and a cylinder.

本発明のリチウムイオン二次電池の用途は、特に限定されないが、例えば、電子機器としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。   The use of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, as an electronic device, a notebook computer, a pen input personal computer, a mobile personal computer, an electronic book player, a mobile phone, a cordless phone, a pager, a handy terminal , Portable fax machine, portable copy, portable printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, mini-disc, electric shaver, transceiver, electronic notebook, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, Examples include memory cards.

その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。   Other consumer products include automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, watches, strobes, cameras, medical equipment (such as pacemakers, hearing aids, and shoulder grinders). Furthermore, it can be used for various military purposes and space. Moreover, it can also combine with a solar cell.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "part by mass" or "mass%" is represented.

実施例1
〈酸化物無機粒子〉
酸化物無機粒子として、下記のものを準備した。
・Alu−C:日本アエロジル社製 非多孔質アルミナ 平均粒径13nm
〈反応性の官能基を有するポリマー〉
反応性の官能基を有するポリマーとして、下記の樹脂を準備した。
・ポリビニルアルコール ケン化度88% 重量平均分子量4万(クラレポバール、株式会社クラレ製)
・ポリビニルアルコール ケン化度88% 重量平均分子量5.5万(クラレポバール、株式会社クラレ製)
・ポリビニルアルコール ケン化度88% 重量平均分子量20万(クラレポバール、株式会社クラレ製)
・ポリビニルアルコール ケン化度88% 重量平均分子量48万(クラレポバール、株式会社クラレ製)
・ポリビニルアルコール ケン化度88% 重量平均分子量52万(クラレポバール、株式会社クラレ製)
・ポリアクリル酸 重量平均分子量20万(アロン、東亞合成株式会社製)
・ポリアクリル酸 重量平均分子量55万(アロン、東亞合成株式会社製)
・ポリアクリル酸 重量平均分子量100万(アロン、東亞合成株式会社製)
また比較用に反応性の官能基を有さないポリマーとして下記の樹脂を準備した。
・ポリエチレンオキシド 重量平均分子量40万(アルドリッチ社製)
〈架橋剤〉
架橋剤として、下記の化合物を準備した。
・イソシアネート化合物(タケネートWD720 水系イソシアネート架橋剤 三井化学社製)
・エポキシ化合物(デナコールEX−313 水系エポキシ架橋剤 ナガセケムテックス社製)
・グリオキザール(日本合成化学社製)
・酢酸ジルコニル(第一稀元素化学工業株式会社製)
・乳酸チタンアンモニウム(マツモトファインケミカル株式会社製)
(多孔質層スラリー作製)
水40gに上記酸化物無機粒子(Alu−C)を13.5g加え、さらに酢酸1.5g加えホモジナイザーで5000rpm、30分間分散混合した。さらに表1に記載されているポリマーを4g加えて、表1に記載されている架橋剤を1g加えた後、最後に水40gを加え撹拌することで、不揮発分比率が20%の多孔質層スラリーを得た。なお、実施例16〜21については架橋剤を加えないでスラリーを作製した。
Example 1
<Oxide inorganic particles>
The following were prepared as oxide inorganic particles.
-Alu-C: Nippon Aerosil Co., Ltd. non-porous alumina Average particle size 13 nm
<Polymer having reactive functional group>
The following resins were prepared as polymers having reactive functional groups.
・ Polyvinyl alcohol 88% saponification weight average molecular weight 40,000 (Kuraray Poval, Kuraray Co., Ltd.)
・ Polyvinyl alcohol Saponification degree 88% Weight average molecular weight 55,000 (Kuraray Poval, Kuraray Co., Ltd.)
・ Polyvinyl alcohol Saponification degree 88% Weight average molecular weight 200,000 (Kuraray Poval, Kuraray Co., Ltd.)
・ Polyvinyl alcohol Saponification degree 88% Weight average molecular weight 480,000 (Kuraray Poval, Kuraray Co., Ltd.)
・ Polyvinyl alcohol Saponification degree 88% Weight average molecular weight 520,000 (Kuraray Poval, Kuraray Co., Ltd.)
・ Polyacrylic acid Weight average molecular weight 200,000 (Aron, manufactured by Toagosei Co., Ltd.)
・ Polyacrylic acid Weight average molecular weight 550,000 (Aron, manufactured by Toagosei Co., Ltd.)
-Polyacrylic acid Weight average molecular weight 1 million (Aron, manufactured by Toagosei Co., Ltd.)
For comparison, the following resin was prepared as a polymer having no reactive functional group.
・ Polyethylene oxide Weight average molecular weight 400,000 (manufactured by Aldrich)
<Crosslinking agent>
The following compounds were prepared as crosslinking agents.
・ Isocyanate compound (Takenate WD720, water-based isocyanate crosslinking agent, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.)
・ Epoxy compound (Denacol EX-313, water-based epoxy crosslinking agent, manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
・ Glyoxal (manufactured by Nippon Synthetic Chemical)
・ Zirconyl acetate (Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.)
・ Titanium ammonium lactate (Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.)
(Porous layer slurry production)
13.5 g of the oxide inorganic particles (Alu-C) was added to 40 g of water, 1.5 g of acetic acid was further added, and the mixture was dispersed and mixed with a homogenizer at 5000 rpm for 30 minutes. Further, 4 g of the polymer described in Table 1 was added, 1 g of the crosslinking agent described in Table 1 was added, and finally 40 g of water was added and stirred, whereby the porous layer having a nonvolatile content ratio of 20% was added. A slurry was obtained. In addition, about Examples 16-21, the slurry was produced, without adding a crosslinking agent.

(負極スラリーの作製)
水50gに負極活物質として黒鉛を45g、結着剤としてBM−400B(日本ゼオン社製 変性スチレンブタジエンゴムを40%含む水分散液)を4g、及び粘度調整剤としてカルボキシメチルセルロース1gを加え、ホモジナイザーを用いて混練して負極スラリーを得た。なお、実施例16〜21については、表中の架橋剤それぞれ1gを負極スラリーに添加した。
(Preparation of negative electrode slurry)
45 g of graphite as a negative electrode active material, 4 g of BM-400B (an aqueous dispersion containing 40% modified styrene butadiene rubber manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and 1 g of carboxymethylcellulose as a viscosity modifier are added to 50 g of water, and a homogenizer. Was used to knead to obtain a negative electrode slurry. In addition, about Examples 16-21, 1 g of each crosslinking agent in a table | surface was added to the negative electrode slurry.

(負極シートの作製)
上記により作製した負極スラリーを厚さ15μmの銅箔に、エクストルージョン式塗布機を使って塗設し、120℃で2分間乾燥した。乾燥後カレンダープレス機により圧縮成形した。圧縮後に走査型電子顕微鏡により断面を観察したところ、負極活物質層膜厚は50μmであった。この負極シートは実施例1〜15、22〜26に使用した。
(Preparation of negative electrode sheet)
The negative electrode slurry produced as described above was applied to a copper foil having a thickness of 15 μm using an extrusion coater and dried at 120 ° C. for 2 minutes. After drying, it was compression molded by a calendar press. When the cross section was observed with a scanning electron microscope after compression, the film thickness of the negative electrode active material layer was 50 μm. This negative electrode sheet was used in Examples 1 to 15 and 22 to 26.

(多孔質層の作製)
実施例1〜11は、上記多孔質スラリーを100μ厚のポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布した。具体的には多孔質層スラリーをワイヤーバーによりポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、110℃、2分乾燥した。乾燥した皮膜をポリエチレンテレフタレートフィルムから剥がし、多孔質層を得た。本多孔質層は10μmの膜厚であった。
(Preparation of porous layer)
In Examples 1 to 11, the porous slurry was applied on a 100 μm thick polyethylene terephthalate film. Specifically, the porous layer slurry was applied onto a polyethylene terephthalate film with a wire bar and dried at 110 ° C. for 2 minutes. The dried film was peeled from the polyethylene terephthalate film to obtain a porous layer. This porous layer had a thickness of 10 μm.

実施例12〜15、22〜26については、上記負極シートの活物質層上に多孔質層を塗布した。具体的には多孔質層スラリーをワイヤーバーにより負極活物質層上に塗布し、110℃、2分乾燥した。乾燥した塗膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、多孔質層は10μmであった。   About Examples 12-15, 22-26, the porous layer was apply | coated on the active material layer of the said negative electrode sheet. Specifically, the porous layer slurry was applied onto the negative electrode active material layer with a wire bar and dried at 110 ° C. for 2 minutes. When the cross section of the dried coating film was observed with a scanning electron microscope, the porous layer was 10 μm.

実施例16〜21については、負極と多孔質層を同時に重層塗布し乾燥した。具体的には、ダイス内部で2系等の流路が形成された重層塗布用ダイコーターを使用し、銅箔表面から負極活物質層、多孔質層を同時に塗布し、120℃、4分乾燥した。乾燥後にロールプレスで圧縮成形を施した。出来た多孔質層付き負極について、走査型電子顕微鏡により断面を観察したところ、負極活物質層は50μm、多孔質層は10μmであった。   About Examples 16-21, the negative electrode and the porous layer were simultaneously applied in multiple layers and dried. Specifically, using a multilayer coating die coater in which a two-system flow path is formed inside the die, the negative electrode active material layer and the porous layer are simultaneously applied from the copper foil surface, and dried at 120 ° C. for 4 minutes. did. After drying, compression molding was performed with a roll press. The resulting negative electrode with a porous layer was observed for a cross section with a scanning electron microscope. As a result, the negative electrode active material layer was 50 μm and the porous layer was 10 μm.

(正極スラリーの作製)
N−メチルピロリドン50gに正極活物質LiCoOを43g、鱗片状黒鉛2g、アセチレンブラック2g、更に結着剤としてPVDF(PolyVinylidene DiFluoride)3gを加え、混練して正極スラリーを得た。
(Preparation of positive electrode slurry)
43 g of the positive electrode active material LiCoO 2 , 2 g of scaly graphite, 2 g of acetylene black, and 3 g of PVDF (PolyVinylline DiFluoride) as a binder were added to 50 g of N-methylpyrrolidone, and kneaded to obtain a positive electrode slurry.

(正極シートの作製)
上記により作製した正極スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔に、エクストルージョン式塗布機を使って塗設し、150℃、5分の乾燥後カレンダープレス機により圧縮成形した。出来たシートについて、走査型電子顕微鏡により断面を観察したところ、正極活物質層は60μmであった。出来た正極シートについて端部にアルミニウム製のリード板を溶接し、厚さ95μm、幅54mm×長さ49mmの正極シートを作製した。その後露点−40℃以下の乾燥空気中、150℃で30分乾燥した。
(Preparation of positive electrode sheet)
The positive electrode slurry produced as described above was coated on an aluminum foil having a thickness of 15 μm using an extrusion type coater, dried at 150 ° C. for 5 minutes, and then compression molded by a calendar press. When the cross section of the resulting sheet was observed with a scanning electron microscope, the positive electrode active material layer was 60 μm. An aluminum lead plate was welded to the end of the positive electrode sheet thus produced to prepare a positive electrode sheet having a thickness of 95 μm, a width of 54 mm × a length of 49 mm. Thereafter, it was dried at 150 ° C. for 30 minutes in dry air having a dew point of −40 ° C. or less.

(ラミネート電池の作製)
実施例1〜11については、負極シートを幅55mm×長さ50mmにカットし、端部にニッケル製のリード板を溶接した。その後同サイズにカットした多孔質層、実施例1〜11と重ね合わせ、露点−40℃以下の乾燥空気中、150℃で30分乾燥した。
(Production of laminated battery)
About Examples 1-11, the negative electrode sheet was cut into width 55mm x length 50mm, and the lead board made from nickel was welded to the edge part. Thereafter, the porous layer was cut into the same size and superposed with Examples 1 to 11, and dried at 150 ° C. for 30 minutes in dry air having a dew point of −40 ° C. or lower.

実施例12〜26については、多孔質層が負極活物質層上にすでに形成されているので、そのまま幅55mm×長さ50mmにカットした。その後、露点−40℃以下の乾燥空気中、150℃で30分乾燥した。   In Examples 12 to 26, since the porous layer was already formed on the negative electrode active material layer, it was cut into a width of 55 mm and a length of 50 mm. Then, it was dried at 150 ° C. for 30 minutes in dry air having a dew point of −40 ° C. or less.

以上より得られた多孔質層付き負極シートと正極シートをそれぞれ活物質層が対向するように重ね合わせ、さらに減圧下で80℃、3時間加熱した。その後、3縁をヒートシールしたポリエチレン(50μm)−アルミ蒸着済みポリエチレンテレフタレート(50μm)のラミネートフィルムよりなる外装材に電極積層体を入れ、電解液としてキシダ化学社製のLBG−94923(EC:DEC=3:7、LiPF6 1.3mol/L)を注入した。注入後最後の1縁を真空下でヒートシールし密閉することでラミネート電池No1〜26を得た。   The negative electrode sheet with a porous layer and the positive electrode sheet obtained as described above were superposed so that the active material layers face each other, and further heated at 80 ° C. under reduced pressure for 3 hours. Thereafter, the electrode laminate was put into an exterior material made of a laminate film of polyethylene (50 μm) -aluminum-deposited polyethylene terephthalate (50 μm) heat-sealed at three edges, and LBG-94923 (EC: DEC) manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was used as the electrolyte. = 3: 7, LiPF6 1.3 mol / L) was injected. Laminated batteries No. 1 to 26 were obtained by sealing the last one edge after injection by heat-sealing under vacuum.

(ラミネート電池のサイクル試験
(放電容量維持率))
得られたラミネート電池について、計測器センター製の充放電測定装置を用いて、理論容量に対して5時間で充電が終わるレートの電流(0.2C)で4.2Vまで充電を行い、10分間の休止後、同様の電流値(0.2C)で3Vまで放電した。この充電−休止−放電サイクルを500回繰り返し、1回目の放電容量に対して、500回目での放電容量の維持率(%)を測定し、サイクル特性の評価をした。また理論容量に対し15分で充電が終わるレートの電流(4C)でも同様のサイクル特性の評価をした。放電容量維持率が高い方が、電池内部で発生するリチウムデンドライドにも耐えうる、強度の高い多孔質層である。
(Laminated battery cycle test (discharge capacity maintenance rate))
About the obtained laminated battery, it charged to 4.2V with the electric current (0.2C) of the rate which charge ends in 5 hours with respect to theoretical capacity | capacitance using the charging / discharging measuring apparatus made from a measuring instrument center, and 10 minutes Then, the battery was discharged to 3 V at the same current value (0.2 C). This charge-pause-discharge cycle was repeated 500 times, and the discharge capacity retention rate (%) at the 500th time was measured with respect to the first discharge capacity, and the cycle characteristics were evaluated. Similar cycle characteristics were also evaluated at a current (4C) at a rate at which charging was completed in 15 minutes with respect to the theoretical capacity. The higher the discharge capacity retention rate, the higher the strength of the porous layer that can withstand the lithium dendride generated inside the battery.

(ラミネート電池の耐ショート性評価 (ショート発生率))
各電池を500個ずつ作製し、理論容量に対し5時間で充電が終わるレートの電流(0.2C)で2Vから4.3Vまで充電した。その後電池を60℃環境下に20日間放置し、再び電池電圧を計測した。50℃環境に放置後の電池電圧の低下が0.5V以上であった電池は、ショート電池と見なした。500個作製した電池の内、何%ショートしたかをショート発生率とした。
(Short-resistance evaluation of laminate battery (short-circuit occurrence rate))
500 batteries were manufactured and charged from 2 V to 4.3 V at a current (0.2 C) at a rate at which charging was completed in 5 hours with respect to the theoretical capacity. Thereafter, the battery was left in a 60 ° C. environment for 20 days, and the battery voltage was measured again. A battery in which the battery voltage drop after standing in a 50 ° C. environment was 0.5 V or more was regarded as a short battery. The percentage of short circuits among 500 batteries produced was defined as the short circuit occurrence rate.

Figure 2012069457
Figure 2012069457

表1に記載の結果より明らかなように、本発明の多孔質層をセパレータとして使用したリチウムイオン二次電池は、比較例に対し、サイクル特性が良好で耐ショート性に優れていることが分かる。   As is clear from the results shown in Table 1, it can be seen that the lithium ion secondary battery using the porous layer of the present invention as a separator has better cycle characteristics and excellent short-circuit resistance than the comparative example. .

Claims (6)

酸化物無機粒子(A)を含有し、かつ反応性の官能基を有するポリマー(B)と該反応性の官能基と反応する架橋剤(C)を反応させることにより形成されるものを含有することを特徴とする多孔質層。   Contains oxide inorganic particles (A) and a polymer (B) having a reactive functional group and a crosslinker (C) that reacts with the reactive functional group. A porous layer characterized by that. 前記反応性の官能基が水酸基であることを特徴とする請求項1に記載の多孔質層。   The porous layer according to claim 1, wherein the reactive functional group is a hydroxyl group. 前記ポリマー(B)の重量平均分子量が50,000〜500,000であることを特徴とする請求項1又は2に記載の多孔質層。   The porous layer according to claim 1 or 2, wherein the polymer (B) has a weight average molecular weight of 50,000 to 500,000. 正極活物質層を有する正極と、負極活物質層を有する負極との間に多孔質層を有するリチウムイオン二次電池において、該多孔質層が請求項1から3のいずれか1項に記載の多孔質層であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which has a porous layer between the positive electrode which has a positive electrode active material layer, and the negative electrode which has a negative electrode active material layer, This porous layer of any one of Claim 1 to 3 A lithium ion secondary battery, which is a porous layer. 前記多孔質層が、前記正極活物質層又は前記負極活物質層上に塗布して形成されることを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the porous layer is formed by coating on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. 正極活物質層を有する正極と、負極活物質層を有する負極との間に多孔質層を有するリチウムイオン二次電池において、該多孔質層が、前記正極活物質層又は前記負極活物質層と同時に塗布し、乾燥することで製造され、且つ前記架橋剤(C)が前記正極活物質層又は前記負極活物質層の塗布液に含有されることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   In a lithium ion secondary battery having a porous layer between a positive electrode having a positive electrode active material layer and a negative electrode having a negative electrode active material layer, the porous layer includes the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer A lithium ion secondary battery produced by simultaneously applying and drying, and containing the crosslinking agent (C) in a coating solution for the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer.
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