JP2012133898A - Base material for lithium secondary battery, and separator for lithium secondary battery - Google Patents

Base material for lithium secondary battery, and separator for lithium secondary battery Download PDF

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貴裕 佃
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a base material for a lithium secondary battery with no pattern transfer of a papermaking web nor pin hole, and with good suitability to coating of a coating liquid containing filler particles, and to provide a separator for a lithium secondary battery which has a good electrolytic solution keeping rate, and an excellent resistance against lithium dendrite.SOLUTION: The base material for a lithium secondary battery comprises: an ultrafine fiber formed by dividing a division type composite fiber with polyester and polyethylene adjacent to each other; and a wet type nonwoven fabric containing a synthetic short fiber. The separator for a lithium secondary battery is formed by use of the base material.

Description

本発明は、リチウム二次電池用基材及びリチウム二次電池用セパレータに関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery substrate and a lithium secondary battery separator.

近年の携帯電子機器の普及及びその高性能化に伴い、高エネルギー密度を有する二次電池が望まれている。この種の電池として、有機電解液を使用するリチウムイオン電池が注目されてきた。このリチウムイオン電池は、平均電圧として従来の二次電池であるアルカリ二次電池の約3倍である3.7V程度が得られることから高エネルギー密度となるが、アルカリ二次電池のように水系の電解液を用いることができないため、十分な耐酸化還元性を有する非水電解液を用いている。非水電解液は可燃性であるため発火等の危険性があり、その使用において安全性には細心の注意が払われている。発火等の危険に曝されるケースとしていくつか考えられるが、特に過充電が危険である。   With the recent spread of portable electronic devices and higher performance, secondary batteries having high energy density are desired. As this type of battery, a lithium ion battery using an organic electrolyte has attracted attention. This lithium ion battery has a high energy density because an average voltage of about 3.7 V, which is about three times that of an alkaline secondary battery, which is a conventional secondary battery, is obtained. Therefore, a nonaqueous electrolytic solution having sufficient oxidation-reduction resistance is used. Since non-aqueous electrolytes are flammable, there is a risk of ignition and the like, and careful attention is paid to safety in their use. There are several possible cases of exposure to fire and other hazards, but overcharging is particularly dangerous.

過充電を防止するために、現状の非水系二次電池では定電圧・定電流充電が行われ、電池に精密なIC(保護回路)が装備されている。この保護回路にかかるコストは大きく、非水系二次電池をコスト高にしている要因にもなっている。   In order to prevent overcharging, current non-aqueous secondary batteries are charged at a constant voltage and a constant current, and the battery is equipped with a precise IC (protection circuit). The cost required for this protection circuit is large, and it is a factor that increases the cost of non-aqueous secondary batteries.

保護回路で過充電を防止する場合、当然保護回路がうまく作動しないことも想定され、本質的に安全であるとは言い難い。現状の非水系二次電池には、過充電時に保護回路が壊れ、過充電されたときに安全に電池を破壊する目的で、安全弁・PTC素子の装備、リチウム二次電池用セパレータには熱ヒューズ機能を有する工夫がなされている。しかし、上記のような手段を装備していても、過充電される条件によっては、確実に過充電時の安全性が保証されているわけではなく、実際には非水系二次電池の発火事故は現在でも起こっている。   When overcharging is prevented by the protection circuit, it is naturally assumed that the protection circuit does not operate well, and it is difficult to say that it is intrinsically safe. Current non-aqueous secondary batteries have a protection circuit that breaks when overcharged, and is equipped with a safety valve and PTC element for the purpose of safely destroying the battery when overcharged. Thermal separators are used for lithium secondary battery separators. The device which has a function is made | formed. However, even if equipped with the above-mentioned means, depending on the overcharge conditions, the safety during overcharge is not guaranteed, and in fact, non-aqueous secondary battery ignition accidents Is still happening.

リチウム二次電池用セパレータとしては、ポリエチレン等のポリオレフィンからなるフィルム状の多孔質フィルムが多く使用されており、電池内部の温度が130℃近傍になった場合、溶融して微多孔を塞ぐことで、リチウムイオンの移動を防ぎ、電流を遮断させる熱ヒューズ機能(シャットダウン機能)があるが、何らかの状況により、さらに温度が上昇した場合、ポリオレフィン自体が溶融してショートし、熱暴走する可能性が示唆されている。そこで、現在、200℃近くの温度でも溶融及び収縮しない耐熱性セパレータが求められている。   As a separator for a lithium secondary battery, a film-like porous film made of polyolefin such as polyethylene is often used, and when the temperature inside the battery is around 130 ° C., it melts and closes the micropores. There is a thermal fuse function (shutdown function) that prevents the movement of lithium ions and cuts off the current, but if the temperature rises further due to some situation, the polyolefin itself may melt and short-circuit, suggesting the possibility of thermal runaway Has been. Therefore, there is a need for a heat-resistant separator that does not melt and shrink even at temperatures close to 200 ° C.

耐熱性セパレータとして、不織布からなるセパレータがあり、ポリエステル不織布(例えば、特許文献1及び2参照)が開示されている。水分存在下で加熱することによってゲル化しうる湿熱ゲル化樹脂と、他の繊維を含む不織布で構成されたセパレータ(例えば、特許文献3〜6参照)が開示されている。   As a heat resistant separator, there is a separator made of a nonwoven fabric, and a polyester nonwoven fabric (for example, see Patent Documents 1 and 2) is disclosed. The separator (for example, refer patent documents 3-6) comprised by the wet heat gelling resin which can be gelatinized by heating in presence of moisture, and the nonwoven fabric containing another fiber is disclosed.

しかしながら、特許文献1及び2のセパレータは、ピンホールの形成因子である繊維断面形状について全く考慮されていないため、抄紙網のパターンが湿式不織布に転写し、繊維密度の疎密斑ができる問題と、網を構成するワイヤーの交点に繊維が乗らず、その部分がピンホールになってしまう問題があった。さらに、ピンホールの存在により、リチウムデンドライトがセパレータを貫通して導通する問題があった。リチウムデンドライトとは、充放電を繰り返し行ったときや、過充電したときに負極表面に析出する金属リチウムをいう。リチウムデンドライトは徐々に成長し、セパレータを貫通して正極に達し、内部短絡の原因になる場合がある。特許文献3〜6のセパレータは、湿熱ゲル化樹脂の皮膜があるため、セパレータの空隙が不十分になる問題があった。皮膜を少なくすると、ピンホールができやすいため、リチウムデンドライトがセパレータを貫通する問題があった。また、湿熱ゲル化の方法が複雑であるため、湿熱ゲル化樹脂の皮膜面積とセパレータの空隙率のバランスを取ることが難しい問題があった。   However, since the separators of Patent Documents 1 and 2 are not considered at all about the fiber cross-sectional shape that is a pinhole forming factor, the pattern of the papermaking net is transferred to the wet nonwoven fabric, and the density of the fiber density can be uneven, There was a problem that the fiber did not get on the intersection of the wires constituting the net and that part became a pinhole. Furthermore, there is a problem that the lithium dendrite penetrates through the separator due to the presence of the pinhole. Lithium dendrite refers to metallic lithium that deposits on the negative electrode surface when charging and discharging are repeated or overcharged. Lithium dendrite grows gradually, penetrates the separator, reaches the positive electrode, and may cause an internal short circuit. The separators of Patent Documents 3 to 6 have a problem that the gap of the separator becomes insufficient because of the wet heat gelled resin film. When the film is reduced, pinholes are easily formed, and there is a problem that lithium dendrite penetrates the separator. Further, since the wet heat gelation method is complicated, there is a problem that it is difficult to balance the film area of the wet heat gelled resin and the porosity of the separator.

不織布のみから構成される耐熱性セパレータにおけるピンホール等の問題を解決し、より高い耐熱性を達成する手段として、不織布等のリチウム二次電池用基材に、フィラー粒子を含有するスラリーを含浸又は塗工する処理、樹脂を含有するスラリーを含浸又は塗工する処理、多孔質フィルムを積層一体化する処理、固体電解質やゲル状電解質を含浸又は塗工する処理から選ばれる少なくとも1つの処理を施して、リチウム二次電池用セパレータとする例も開示されている(例えば、特許文献7〜25参照)。リチウム二次電池用基材としては、多孔率が50%より大きく、繊維径が1〜25μmで、厚みが15〜80μmである不織布(特許文献11)、50g/mより軽く、35μmより薄く、繊維径が0.1〜10μmで、50〜97%の多孔率を有する不織布(特許文献12)、多孔率が50%より大きく、繊維径が1〜25μmで、厚みが15〜80μmであり、細孔の少なくとも50%が75〜150μmである不織布(特許文献13)、全繊維の平均繊維径が5μm以下であり、平均繊維径が3μm以下の不織布(特許文献25)等が記載されている。 As a means of solving problems such as pinholes in a heat-resistant separator composed only of a nonwoven fabric and achieving higher heat resistance, a base material for a lithium secondary battery such as a nonwoven fabric is impregnated with a slurry containing filler particles or Apply at least one treatment selected from a treatment for coating, a treatment for impregnating or applying a slurry containing a resin, a treatment for laminating and integrating a porous film, and a treatment for impregnating or applying a solid electrolyte or a gel electrolyte. Examples of lithium secondary battery separators are also disclosed (see, for example, Patent Documents 7 to 25). As a base material for a lithium secondary battery, a non-woven fabric (Patent Document 11) having a porosity larger than 50%, a fiber diameter of 1 to 25 μm, and a thickness of 15 to 80 μm, lighter than 50 g / m 2 and thinner than 35 μm A non-woven fabric having a fiber diameter of 0.1 to 10 μm and a porosity of 50 to 97% (Patent Document 12), a porosity of greater than 50%, a fiber diameter of 1 to 25 μm, and a thickness of 15 to 80 μm , A nonwoven fabric in which at least 50% of the pores are 75 to 150 μm (Patent Document 13), a nonwoven fabric having an average fiber diameter of 5 μm or less and an average fiber diameter of 3 μm or less (Patent Document 25), etc. Yes.

しかしながら、これらのリチウム二次電池用基材は、ピンホールの形成因子である繊維断面形状について全く考慮されていないため、抄紙網のパターンが湿式不織布に転写し、繊維密度の疎密斑ができる問題と、網を構成するワイヤーの交点に繊維が乗らず、その部分がピンホールになってしまう問題があった。そのため、フィラー粒子を含有する塗液を塗工すると、裏抜けしてしまい、塗工面の表面平滑性が悪い問題と、不織布内部にフィラー粒子が充填され、不織布内部の空孔を閉塞するため、電解液保持性が悪く、セパレータの内部抵抗が高くなる問題があった。また、繊維密度の疎な部分にフィラーが留まれず、穴として残ってしまう問題があった。さらに、ピンホールの存在により、リチウムデンドライトがセパレータを貫通して導通する問題があった。   However, these lithium secondary battery substrates do not take into account the fiber cross-sectional shape, which is a factor for forming pinholes, so that the pattern of the papermaking net is transferred to a wet non-woven fabric, and the density of the fiber density is uneven. Then, there is a problem that the fiber does not get on the intersection of the wires constituting the net and the portion becomes a pinhole. Therefore, when the coating liquid containing filler particles is applied, the back surface will pass through, and the problem of poor surface smoothness of the coated surface, filler particles are filled inside the nonwoven fabric, and the pores inside the nonwoven fabric are blocked, There was a problem that the electrolyte solution retention was poor and the internal resistance of the separator was increased. In addition, there is a problem that the filler does not stay in the sparse part of the fiber and remains as a hole. Furthermore, there is a problem that the lithium dendrite penetrates through the separator due to the presence of the pinhole.

特許文献7〜27に記載されているリチウム二次電池用基材において、ガラス繊維等の無機繊維を主成分とした不織布は、柔軟性に欠けるため、塗工時や電池組立時に基材が破壊されることがある。また、不織布の強度を向上させるために、熱融着性繊維を使用した場合は皮膜が形成され、塗液に含有される樹脂やバインダーの種類及び添加量によっては、それらが皮膜を形成し、塗液のしみ込みが不均一に起こり、塗液の濡れ性が悪いという問題があった。   In the base materials for lithium secondary batteries described in Patent Documents 7 to 27, the nonwoven fabric mainly composed of inorganic fibers such as glass fibers lacks flexibility, so the base material is destroyed during coating or battery assembly. May be. Moreover, in order to improve the strength of the nonwoven fabric, a film is formed when heat-fusible fibers are used, and depending on the type and amount of resin and binder contained in the coating liquid, they form a film, There was a problem that the penetration of the coating liquid was uneven and the wettability of the coating liquid was poor.

特開2003−123728号公報JP 2003-123728 A 国際公開第2008/130020号パンフレットInternational Publication No. 2008/130020 Pamphlet 特開2005−317215号公報JP 2005-317215 A 特開2005−317216号公報JP 2005-317216 A 特開2005−317217号公報JP 2005-317217 A 国際公開第2004/038833号パンフレットInternational Publication No. 2004/038833 Pamphlet 国際公開第2007/066768号パンフレットInternational Publication No. 2007/066768 Pamphlet 国際公開第2008/143005号パンフレットInternational Publication No. 2008/143005 Pamphlet 国際公開第2008/114727号パンフレットInternational Publication No. 2008/114727 Pamphlet 国際公開第2009/096451号パンフレットInternational Publication No. 2009/096451 Pamphlet 国際公開第2003/073534号パンフレット(特表2006−504228号公報)International Publication No. 2003/073534 (Special Publication 2006-504228) 国際公開第2004/021476号パンフレット(特表2005−536857号公報)International Publication No. 2004/021476 (Special Table No. 2005-536857) 国際公開第2004/021499号パンフレット(特表2005−536658号公報)International Publication No. 2004/021499 (Special Table 2005-536658) 国際公開第2004/021469号パンフレット(特表2005−536858号公報)International Publication No. 2004/021469 Pamphlet (Special Table No. 2005-536858) 国際公開第2004/021477号パンフレット(特表2005−536860号公報)International Publication No. 2004/021477 (Special Table 2005-536860) 国際公開第2004/049471号パンフレット(特表2006−507635号公報)International Publication No. 2004/049471 pamphlet (Japanese translations of PCT publication No. 2006-507635) 国際公開第2004/049472号パンフレット(特表2006−507636号公報)International Publication No. 2004/049472 pamphlet (Japanese Patent Publication No. 2006-507636) 国際公開第2005/038959号パンフレット(特表2007−508669号公報)International Publication No. 2005/038959 Pamphlet (Special Publication 2007-508669) 国際公開第2005/038946号パンフレット(特表2007−508670号公報)International Publication No. 2005/038946 Pamphlet (Special Table 2007-508670) 国際公開第2005/038960号パンフレット(特表2007−509464号公報)International Publication No. 2005/038960 Pamphlet (Japanese Patent Publication No. 2007-509464) 国際公開第2005/104269号パンフレット(特表2007−534123号公報)International Publication No. 2005/104269 Pamphlet (Special Table 2007-534123) 国際公開第2006/136472号パンフレット(特表2008−544457号公報)International Publication No. 2006/136472 Pamphlet (Special Table 2008-544457) 国際公開第2007/028662号パンフレット(特表2009−507353号公報)International Publication No. 2007/028662 Pamphlet (Special Table 2009-507353) 特開2008−208511号公報JP 2008-208511 A 特開2009−230975号公報JP 2009-230975 A 特開2005−293891号公報JP 2005-293891 A 特開2007−157723号公報JP 2007-157723 A

本発明の課題は、抄紙網のパターン転写がなく、ピンホールがなく、塗液の濡れ性と塗工性が良いリチウム二次電池用基材及び電解液保持率と耐リチウムデンドライト性に優れるリチウム二次電池用セパレータを提供することにある。   The object of the present invention is to provide a lithium secondary battery substrate that has no pattern transfer on the papermaking network, no pinholes, good wettability and good coatability of the coating liquid, and lithium that has excellent electrolyte retention and lithium dendrite resistance. The object is to provide a separator for a secondary battery.

上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ポリエステルとポリエチレンからなる分割型複合繊維を分割して得られる極細繊維と、合成短繊維を含有してなる湿式不織布からなることを特徴とするリチウム二次電池用基材及び該基材を用いてなるリチウム二次電池用セパレータを見出した。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, lithium secondary batteries are characterized by comprising ultrafine fibers obtained by dividing a split type composite fiber made of polyester and polyethylene, and a wet nonwoven fabric containing synthetic short fibers. The present inventors have found a secondary battery base material and a lithium secondary battery separator using the base material.

本発明のリチウム二次電池用基材は、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維を分割して得られる極細繊維と合成短繊維とを含有してなる湿式不織布からなるため、抄紙網のパターン転写がなく、ピンホールがない。また、基材表面及び内部を皮膜で覆うことがないため、塗液の濡れ性と塗工性が良い。本発明のリチウム二次電池用セパレータは、フィラー粒子が基材表面に集中的に積層されるため、基材内部の空隙が維持され、電解液保持率が高く、充放電の繰り返しによって、リチウムデンドライトが電極表面に生成した場合でも、基材表面に集中的に存在するフィラー粒子によって、リチウムデンドライトが正負極間で導通することを防ぐことができ、耐リチウムデンドライト性に優れる。   The base material for a lithium secondary battery of the present invention is composed of a wet nonwoven fabric containing ultrafine fibers and synthetic short fibers obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other. There is no paper pattern transfer and no pinholes. Moreover, since the base material surface and the inside are not covered with a film, the wettability and coating property of a coating liquid are good. The separator for the lithium secondary battery according to the present invention is such that the filler particles are intensively laminated on the surface of the base material, so that the voids inside the base material are maintained, the electrolytic solution retention rate is high, and the lithium dendrite is repeatedly charged and discharged. Even when is generated on the electrode surface, the filler particles concentrated on the substrate surface can prevent the lithium dendrite from conducting between the positive and negative electrodes, and is excellent in lithium dendrite resistance.

本発明のリチウム二次電池用基材(以下、「基材」と表記することもある)とは、フィラー粒子を含有するスラリーを含浸又は塗工するための基材、樹脂を含有するスラリーを含浸又は塗工するための基材、多孔質フィルムや不織布などの多孔質基材を積層一体化するための基材、固体電解質やゲル状電解質を含浸又は塗工するための基材であり、リチウム二次電池用セパレータの前駆体シートである。   The base material for a lithium secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “base material”) is a base material for impregnating or coating a slurry containing filler particles, and a slurry containing a resin. A substrate for impregnating or coating, a substrate for laminating and integrating a porous substrate such as a porous film or a nonwoven fabric, a substrate for impregnating or coating a solid electrolyte or a gel electrolyte, It is a precursor sheet of a separator for a lithium secondary battery.

本発明のリチウム二次電池用セパレータ(以下、「セパレータ」と表記することもある)は、本発明のリチウム二次電池用基材にフィラー粒子を含有するスラリーを含浸又は塗工してなるセパレータ、樹脂を含有するスラリーを含浸又は塗工してなるセパレータ、多孔質フィルムや不織布などの多孔質基材を積層一体化してなるセパレータ、固体電解質やゲル状電解質を含浸又は塗工してなるセパレータである。フィラーは、無機、有機の何れでも良い。無機フィラーとしては、アルミナ、ギブサイト、ベーマイト、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウムなどの無機酸化物や無機水酸化物、窒化アルミニウムや窒化珪素などの無機窒化物、アルミニウム化合物、ゼオライト、マイカなどが挙げられる。有機フィラーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−ビニルモノマー共重合体、ポリオレフィンワックスなどが挙げられる。スラリーには、結着剤としてエチレン−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−アクリレート共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴムなどのゴムやその誘導体)、カルボキシメチルセルロース、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などのセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、アクリル樹脂などが挙げられ、これらを単独で使用することもでき、2種以上を併用することもできる。また、多孔質フィルムとしては、フィルムを形成できる樹脂であれば、特に制限はないが、ポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂といったポリオレフィン系樹脂が好ましい。ポリエチレン系樹脂としては、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、又は超高密度ポリエチレンのようなポリエチレン系樹脂単独だけでなく、エチレンプロピレン共重合体、又はポリエチレン系樹脂と他のポリオレフィン系樹脂との混合物などが挙げられる。ポリプロピレン系樹脂としては、ホモプロピレン(プロピレン単独重合体)、又はプロピレンとエチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン若しくは1−デセンなどα−オレフィンとのランダム共重合体又はブロック共重合体などが挙げられる。   The separator for a lithium secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “separator”) is a separator formed by impregnating or coating a slurry containing filler particles on a base material for a lithium secondary battery of the present invention. , A separator formed by impregnating or coating a slurry containing a resin, a separator formed by laminating and integrating a porous base material such as a porous film or a nonwoven fabric, a separator formed by impregnating or applying a solid electrolyte or a gel electrolyte It is. The filler may be either inorganic or organic. Inorganic fillers include inorganic oxides such as alumina, gibbsite, boehmite, magnesium oxide, magnesium hydroxide, silica, titanium oxide, barium titanate, zirconium oxide, and inorganic nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride. , Aluminum compounds, zeolite, mica and the like. Examples of the organic filler include polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polystyrene, polyvinylidene fluoride, ethylene-vinyl monomer copolymer, polyolefin wax, and the like. In the slurry, an ethylene-acrylate copolymer such as an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%) as a binder, an ethylene-ethyl acrylate copolymer, Rubbers such as styrene-butadiene rubber, fluoro rubber, urethane rubber, ethylene-propylene-diene rubber and derivatives thereof), cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, epoxy Resin, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, acrylic resin, and the like. These can be used alone or in combination of two or more. . The porous film is not particularly limited as long as it is a resin capable of forming a film, but polyolefin resins such as polyethylene resins and polypropylene resins are preferable. Polyethylene resins include not only ultra-low density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, or ultra high density polyethylene alone, but also ethylene propylene copolymers. Or a mixture of a polyethylene-based resin and another polyolefin-based resin. Polypropylene resins include homopropylene (propylene homopolymer), or α-, such as propylene and ethylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-nonene or 1-decene. Examples thereof include random copolymers with olefins and block copolymers.

本発明におけるリチウム二次電池とは、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池を意味する。リチウム二次電池の負極活物質としては、黒鉛やコークスなどの炭素材料、金属リチウム、アルミニウム、シリカ、スズ、ニッケル、鉛から選ばれる1種以上の金属とリチウムとの合金、SiO、SnO、Fe、WO、Nb、Li4/3Ti5/3等の金属酸化物、Li0.4CoNなどの窒化物が用いられる。正極活物質としては、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、チタン酸リチウム、リチウムニッケルマンガン酸化物、リン酸鉄リチウムが用いられる。リン酸鉄リチウムは、さらに、マンガン、クロム、コバルト、銅、ニッケル、バナジウム、モリブデン、チタン、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、マグネシウム、ホウ素、ニオブから選ばれる1種以上の金属との複合物でも良い。 The lithium secondary battery in the present invention means a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery. Examples of the negative electrode active material of the lithium secondary battery include carbon materials such as graphite and coke, metallic lithium, aluminum, silica, tin, nickel, and an alloy of lithium and lithium, SiO, SnO, Fe Metal oxides such as 2 O 3 , WO 2 , Nb 2 O 5 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , and nitrides such as Li 0.4 CoN are used. As the positive electrode active material, lithium cobaltate, lithium manganate, lithium nickelate, lithium titanate, lithium nickel manganese oxide, or lithium iron phosphate is used. Further, the lithium iron phosphate may be a composite with one or more metals selected from manganese, chromium, cobalt, copper, nickel, vanadium, molybdenum, titanium, zinc, aluminum, gallium, magnesium, boron, and niobium.

リチウム二次電池の電解液には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、これらの混合溶媒などの有機溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。リチウム塩としては、六フッ化リン酸リチウムや4フッ化ホウ酸リチウムが挙げられる。固体電解質としては、ポリエチレングリコールやその誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリシロキサンやその誘導体、ポリフッ化ビニリデンなどのゲル状ポリマーにリチウム塩を溶解させたものが用いられる。   As an electrolytic solution for a lithium secondary battery, a solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, dimethoxymethane, or a mixed solvent thereof is used. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate. As solid electrolyte, what melt | dissolved lithium salt in gel-like polymers, such as polyethyleneglycol, its derivative (s), polymethacrylic acid derivative, polysiloxane, its derivative (s), polyvinylidene fluoride, is used.

本発明に用いられる分割型複合繊維は、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接して配置されてなる。ポリエチレンは高密度、中密度、低密度、超高密度、超低密度、直鎖状低密度の何れでも良い。   The split type composite fiber used in the present invention is formed by arranging polyester and polyethylene adjacent to each other. Polyethylene may be any of high density, medium density, low density, ultra high density, ultra low density, and linear low density.

分割型複合繊維の断面形状は、放射状型、層状型、櫛型、碁盤型などが挙げられる。分割型複合繊維は、パルパーやミキサーなどで攪拌する方法や高圧水流を当てる方法により、ポリエステルからなる極細繊維と、ポリエチレンからなる極細繊維とに分割させることができるものが好ましい。分割型複合繊維をパルパーやミキサーで攪拌して分割させる際には、必要に応じて分散助剤や消泡剤を使用しても良い。分割型複合繊維の平均繊維径は3.0〜18.0μmが好ましく、6.0〜16.0μmがより好ましい。3.0μm未満だと、分割しにくくなる場合がある。18.0μmより太いと、分割後の極細繊維断面の長軸が長くなるため、基材の空隙を閉塞する場合がある。   Examples of the cross-sectional shape of the split type composite fiber include a radial type, a layered type, a comb type, and a grid type. The split type composite fiber is preferably one that can be divided into ultrafine fibers made of polyester and ultrafine fibers made of polyethylene by a method of stirring with a pulper or a mixer or a method of applying a high-pressure water stream. When the split type composite fiber is split by stirring with a pulper or a mixer, a dispersion aid or an antifoaming agent may be used as necessary. The average fiber diameter of the split composite fibers is preferably 3.0 to 18.0 μm, and more preferably 6.0 to 16.0 μm. If it is less than 3.0 μm, it may be difficult to divide. If it is thicker than 18.0 μm, the long axis of the cross-section of the ultrafine fiber after division becomes long, so that the gap in the substrate may be blocked.

分割して得られる極細繊維は、断面の短軸長さが1.0〜5.0μmであることが好ましく、1.0〜3.0μmであることがより好ましい。1.0μm未満だと断面の理論扁平度が大きくなりすぎて基材の空隙を閉塞する場合や、極細繊維同士の交点や極細繊維と合成短繊維の交点の接着が不十分になる場合がある。5.0μmを超えると、基材の厚みを薄くしにくくなる場合がある。短軸長さとは、極細繊維断面の短軸方向の最大長さを意味する。極細繊維の長さは0.5〜10mmが好ましく、1〜6mmがより好ましく、1〜4mmがさらに好ましい。0.5mm未満だと湿式抄紙の際に漉き網から抜け落ちて排水に流出する割合が多くなる場合がある。10mmより長いと極細繊維同士が拠れて塊ができる場合がある。極細繊維の理論扁平度は、1.0〜5.0が好ましく、1.5〜3.0がより好ましい。理論扁平度とは極細繊維の長軸の最大長さを短軸長さで除した値を意味し、分割型複合繊維の繊維径と分割数から計算することができる。理論扁平度が5.0より大きいと基材の空隙を閉塞する場合や、極細繊維同士の交点、合成短繊維同士の交点、極細繊維と合成短繊維の交点の接着が不十分になる場合がある。   The ultrafine fibers obtained by splitting preferably have a minor axis length of the cross section of 1.0 to 5.0 μm, and more preferably 1.0 to 3.0 μm. If the thickness is less than 1.0 μm, the theoretical flatness of the cross section becomes too large and the gaps in the base material are blocked, or the bonding between the ultrafine fibers and the intersection between the ultrafine fibers and the synthetic short fibers may be insufficient. . If it exceeds 5.0 μm, it may be difficult to reduce the thickness of the substrate. The minor axis length means the maximum length in the minor axis direction of the ultrafine fiber cross section. The length of the ultrafine fiber is preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 6 mm, and further preferably 1 to 4 mm. If the thickness is less than 0.5 mm, there is a case where the ratio of falling out of the screen and outflowing into drainage during wet papermaking increases. If it is longer than 10 mm, the fine fibers may depend on each other to form a lump. 1.0-5.0 are preferable and, as for the theoretical flatness of an ultrafine fiber, 1.5-3.0 are more preferable. The theoretical flatness means a value obtained by dividing the maximum length of the major axis of the ultrafine fiber by the minor axis length, and can be calculated from the fiber diameter and the number of divisions of the split type composite fiber. If the theoretical flatness is greater than 5.0, the gaps in the substrate may be blocked, the intersections between the ultrafine fibers, the intersections between the synthetic short fibers, or the adhesion between the intersections of the ultrafine fibers and the synthetic short fibers may be insufficient. is there.

本発明のリチウム二次電池用基材を構成する合成短繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ジエン、ポリウレタン、フェノール、メラミン、フラン、尿素、アニリン、不飽和ポリエステル、フッ素、シリコーン、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリテトラフルオロエチレン、これらの誘導体などの樹脂100%からなる短繊維、又は2種類以上の樹脂からなる複合繊維が挙げられる。複合繊維としては、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型が挙げられる。本発明におけるアクリルとは、アクリロニトリル100%の重合体からなるもの、アクリロニトリルに対して、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等の(メタ)アクリル酸誘導体、酢酸ビニルなどを共重合させたものを指す。ポリアミドとは、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミドを指す。半芳香族ポリアミドとは、主鎖の一部に脂肪鎖などを有する芳香族ポリアミドを指す。   Synthetic short fibers constituting the base material for lithium secondary battery of the present invention include polypropylene, polyethylene, polymethylpentene, polyester, acrylic, polyamide, polyimide, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl ether, polyvinyl ketone, poly Ether, polyvinyl alcohol, diene, polyurethane, phenol, melamine, furan, urea, aniline, unsaturated polyester, fluorine, silicone, polyamideimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polybenzimidazole, poly-p-phenylenebenzobisthiazole , Poly-p-phenylenebenzobisoxazole, polytetrafluoroethylene, short fibers composed of 100% resin such as derivatives thereof, or composite composed of two or more kinds of resins Wei, and the like. Examples of the composite fiber include a core-sheath type, an eccentric type, a side-by-side type, a sea-island type, an orange type, and a multiple bimetal type. Acrylic in the present invention is composed of a polymer of 100% acrylonitrile, and acrylonitrile is copolymerized with (meth) acrylic acid derivatives such as acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, and vinyl acetate. It refers to what you let me. Polyamide refers to aliphatic polyamide, semi-aromatic polyamide, and wholly aromatic polyamide. The semi-aromatic polyamide refers to an aromatic polyamide having a fatty chain or the like in a part of the main chain.

合成短繊維の断面形状は、円形、楕円形、扁平、三角形、四角形、多角形の何れでも良いが、基材の空隙を閉塞しにくいことから円形、楕円形、三角形、四角形、多角形が好ましい。平均繊維径は、0.1〜12.0μmが好ましく、0.5〜8.0μmがより好ましく、1.0〜5.0μmがさらに好ましい。合成短繊維の平均繊維径が12.0μmを超えた場合、厚さ方向における繊維本数が少なくなるため、塗液が裏抜けする場合や厚みを薄くしにくくなる場合や表面粗さが大きくなる場合がある。0.1μm未満だと、合成短繊維の添加効果が現れにくい場合がある。断面形状が円形以外の場合の平均繊維径は、同面積の円形に換算したときの平均繊維径を意味する。   The cross-sectional shape of the synthetic short fiber may be any of a circle, an ellipse, a flat shape, a triangle, a quadrangle, and a polygon. . The average fiber diameter is preferably 0.1 to 12.0 μm, more preferably 0.5 to 8.0 μm, and even more preferably 1.0 to 5.0 μm. When the average fiber diameter of the synthetic short fibers exceeds 12.0 μm, the number of fibers in the thickness direction decreases, so that the coating liquid can be seen through, the thickness becomes difficult to reduce, or the surface roughness increases. There is. When the thickness is less than 0.1 μm, the effect of adding the synthetic short fiber may be difficult to appear. The average fiber diameter when the cross-sectional shape is other than a circle means the average fiber diameter when converted into a circle having the same area.

合成短繊維の繊維長としては、0.1〜10mmが好ましく、0.3〜6mmがより好ましい。繊維長が10mmを超えた場合、地合不良となることがある。一方、繊維長が0.1mm未満の場合には、基材の機械的強度が低くなって、塗工の際に基材が破損する場合がある。   The fiber length of the synthetic short fiber is preferably 0.1 to 10 mm, and more preferably 0.3 to 6 mm. If the fiber length exceeds 10 mm, formation may be poor. On the other hand, when the fiber length is less than 0.1 mm, the mechanical strength of the base material is low, and the base material may be damaged during coating.

本発明のリチウム二次電池用基材において、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維と合成短繊維との質量比率は、8:2〜2:8が好ましく、7:3〜4:6がより好ましい。分割型複合繊維の比率が8:2より多いと、湿式不織布の熱処理の際に著しく収縮し、しわになる場合や基材の空隙が閉塞される場合がある。2:8より少ないと、抄紙網のパターン転写が生じる場合や、基材の強度が弱くなり、塗工時に破損する場合がある。   In the base material for a lithium secondary battery of the present invention, the mass ratio of the split composite fiber and the synthetic short fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other is preferably 8: 2 to 2: 8, and 7: 3 4: 6 is more preferable. If the ratio of the split-type composite fibers is more than 8: 2, the wet nonwoven fabric may be remarkably shrunk and may be wrinkled or the gaps in the substrate may be blocked. If the ratio is less than 2: 8, pattern transfer of the papermaking net may occur, or the strength of the substrate may be weakened and may be damaged during coating.

本発明のリチウム二次電池用基材は、湿式抄紙法で製造される。具体的には、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維を分割させて得られる極細繊維と、合成短繊維を水に分散して均一なスラリーとし、このスラリーを抄紙機で漉きあげて湿式不織布を作製する。スラリーには、必要に応じて分散助剤、消泡剤、増粘剤、剥離剤などの薬品を添加しても良い。抄紙機としては、円網抄紙機、長網抄紙機、傾斜型抄紙機、傾斜短網抄紙機、これらを組み合わせた複合抄紙機が挙げられる。   The base material for lithium secondary batteries of the present invention is produced by a wet papermaking method. Specifically, ultrafine fibers obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other, and synthetic short fibers are dispersed in water to form a uniform slurry, which is then sprinkled with a paper machine. To make a wet nonwoven fabric. You may add chemical | medical agents, such as a dispersing aid, an antifoamer, a thickener, and a release agent, to a slurry as needed. Examples of the paper machine include a circular paper machine, a long paper machine, an inclined paper machine, an inclined short paper machine, and a composite paper machine combining these.

本発明においては、湿式不織布を135〜160℃で熱処理して、ポリエチレンの一部又は全部を溶融させ、ポリエステルからなる極細繊維同士の交点、合成短繊維同士の交点、該極細繊維と合成短繊維の交点を接着させることが好ましい。本発明における熱処理は、非加圧下で135〜160℃の温度範囲に加熱したロールに湿式不織布の片面又は両面を所定時間接触させる方法、135〜160℃の温度範囲に加熱したロール間に湿式不織布を通して加圧する方法、135〜160℃の温度範囲でホットプレス機を用いて所定時間加圧処理する方法、これら方法の組み合わせ等で行うことができる。加熱するロールは樹脂製、金属製の何れでも良い。135℃未満だと、極細繊維同士の交点、合成短繊維同士の交点、該極細繊維と合成短繊維の交点の接着が弱く、引張強度や突刺強度が不十分になる場合がある。160℃を超えると、湿式不織布の収縮が大きくなって変形してしまう場合や、熱処理の際にポリエチレンがロールやホットプレス機に張り付いてしまう場合がある。熱処理をする場合もしない場合も、必要に応じてカレンダー処理して厚みを調整する。   In the present invention, the wet nonwoven fabric is heat-treated at 135 to 160 ° C. to melt a part or all of polyethylene, the intersection of ultrafine fibers made of polyester, the intersection of synthetic short fibers, the ultrafine fibers and the synthetic short fibers It is preferable to bond the intersections. The heat treatment in the present invention is a method in which one side or both sides of a wet nonwoven fabric are brought into contact with a roll heated to a temperature range of 135 to 160 ° C. under no pressure for a predetermined time, and a wet nonwoven fabric between rolls heated to a temperature range of 135 to 160 ° C. The method of pressurizing through, the method of pressurizing for a predetermined time using a hot press machine in the temperature range of 135-160 degreeC, the combination of these methods, etc. can carry out. The roll to be heated may be made of resin or metal. When the temperature is lower than 135 ° C., the intersection between the ultrafine fibers, the intersection between the synthetic short fibers, and the intersection between the ultrafine fibers and the synthetic short fibers are weak, and the tensile strength and the puncture strength may be insufficient. If it exceeds 160 ° C., the shrinkage of the wet nonwoven fabric may increase and deform, or the polyethylene may stick to the roll or hot press machine during the heat treatment. Whether heat treatment is performed or not, the thickness is adjusted by calendering as necessary.

本発明における湿式不織布が、合成短繊維の一部に芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型の何れかの複合繊維を含有し、複合繊維の成分の1つがポリエチレンと同じ融点か、それ以下の融点を有する場合は、ポリエステルからなる極細繊維と複合繊維の交点及び/又は複合繊維同士の交点は複合繊維の該成分によっても接着される。複合繊維を含有する場合も、135〜160℃で熱処理することが好ましく、この温度範囲で熱処理すれば皮膜の生成を抑制することができる。   The wet nonwoven fabric in the present invention contains any one of the core-sheath type, the eccentric type, and the side-by-side type composite fiber in a part of the synthetic short fiber, and one of the components of the composite fiber has the same melting point or lower than that of polyethylene. In the case of having a melting point, the intersection between the ultrafine fiber made of polyester and the composite fiber and / or the intersection between the composite fibers is also bonded by the component of the composite fiber. Also when it contains a composite fiber, it is preferable to heat-process at 135-160 degreeC, and if it heat-processes in this temperature range, the production | generation of a film | membrane can be suppressed.

本発明のリチウム二次電池用基材の厚みは、4〜45μmが好ましく、8〜40μmがより好ましく、10〜35μmがさらに好ましい。45μmを超えると、セパレータの抵抗値が高くなる場合があり、4μm未満であると、基材の強度が弱くなりすぎて、基材の取り扱い時や塗工時に破損する恐れがある。   4-45 micrometers is preferable, as for the thickness of the base material for lithium secondary batteries of this invention, 8-40 micrometers is more preferable, and 10-35 micrometers is more preferable. If it exceeds 45 μm, the resistance value of the separator may be high, and if it is less than 4 μm, the strength of the base material becomes too weak and may be damaged during handling or coating of the base material.

本発明のリチウム二次電池用基材の密度は、0.250〜0.700g/cmが好ましく、0.300〜0.650g/cmがより好ましく、0.400〜0.600g/cmがさらに好ましい。密度が0.250g/cm未満だと、塗液が裏抜けする場合があり、0.700g/cm超だと、セパレータの抵抗値が高くなる場合がある。 Density of the lithium secondary battery base material of the present invention is preferably 0.250~0.700g / cm 3, more preferably 0.300~0.650g / cm 3, 0.400~0.600g / cm 3 is more preferable. When the density is less than 0.250 g / cm 3 , the coating liquid may be seen through, and when it exceeds 0.700 g / cm 3 , the resistance value of the separator may be increased.

本発明のリチウム二次電池用基材は、ASTM−F316−86で規定される最大孔径3〜15μmであることが好ましく、3〜10μmであることがより好ましく、3〜8μmであることがさらに好ましい。3μm未満だと、極細繊維によって基材の空隙が閉塞され、電解液保液率が低くなる場合がある。15μmより大きいと、塗液が裏抜けする場合や、フィラー粒子が基材内部に充填されてしまい、基材の空隙を閉塞する場合がある。   The base material for a lithium secondary battery of the present invention preferably has a maximum pore diameter of 3 to 15 μm as defined by ASTM-F316-86, more preferably 3 to 10 μm, and further preferably 3 to 8 μm. preferable. When the thickness is less than 3 μm, the voids of the base material are closed by the ultrafine fibers, and the electrolyte solution retention rate may be lowered. If it is larger than 15 μm, the coating liquid may be seen through, or filler particles may be filled inside the base material, which may block the voids in the base material.

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。表1に本発明の実施例及び比較例で使用した分割型複合繊維、合成短繊維を示した。表1中の分割型複合繊維の断面形状は、分割型複合繊維全体の断面が円形で、ポリエステルとポリエチレンの配置が放射状型であることを意味する。表1中の「PP」はポリプロピレン、「EVOH」はエチレン−ビニルアルコール共重合体、「PET」はポリエチレンテレフタレート、「PE」は高密度ポリエチレンを意味する。F10及びF11の芯鞘型複合繊維の芯部と鞘部の断面積比は50:50であり、どちらも芯部がポリプロピレンである。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a present Example. Table 1 shows the split type composite fibers and synthetic short fibers used in the examples and comparative examples of the present invention. The cross-sectional shape of the split-type conjugate fiber in Table 1 means that the cross-section of the entire split-type conjugate fiber is circular, and the arrangement of polyester and polyethylene is a radial type. In Table 1, “PP” means polypropylene, “EVOH” means ethylene-vinyl alcohol copolymer, “PET” means polyethylene terephthalate, and “PE” means high density polyethylene. The cross-sectional area ratio of the core part and the sheath part of the core-sheath type composite fibers of F10 and F11 is 50:50, and the core part is polypropylene.

Figure 2012133898
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実施例1
表2に示したスラリー1を調製した。スラリー1を2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を140℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、表3に示した熱処理温度と熱処理時間に従って、金属ロールに湿式不織布の表裏面を接触させて熱処理し、その後さらに、135℃に加熱した一対の金属ロール間に線圧500N/cmで通して熱処理し、実施例1の基材を作製した。
Example 1
Slurry 1 shown in Table 2 was prepared. Slurry 1 was subjected to wet papermaking using a double-lined circular paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 140 ° C. to prepare a wet nonwoven fabric. Next, according to the heat treatment temperature and heat treatment time shown in Table 3, the metal roll was heat-treated by contacting the front and back surfaces of the wet nonwoven fabric, and then passed through a pair of metal rolls heated to 135 ° C. at a linear pressure of 500 N / cm. The base material of Example 1 was produced.

実施例4、9、12、13
表2に示したスラリー4、9、12、13を調製した。表3に示したように、スラリー4、9、12、13を2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を140℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、表3に示した熱処理温度と熱処理時間に従って金属ロールに湿式不織布の表裏面を接触させて熱処理し、さらに、表3に示した温度と線圧の条件で一対の金属ロール間に通して熱処理し、実施例4、9、12、13の基材を作製した。
Examples 4, 9, 12, 13
Slurries 4, 9, 12, and 13 shown in Table 2 were prepared. As shown in Table 3, wet papermaking was performed on the slurry 4, 9, 12, and 13 using a double-type circular net paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 140 ° C. to prepare a wet nonwoven fabric. Next, according to the heat treatment temperature and heat treatment time shown in Table 3, the front and back surfaces of the wet nonwoven fabric are brought into contact with the metal roll for heat treatment, and further passed between a pair of metal rolls under the conditions of temperature and linear pressure shown in Table 3. It heat-processed and the base material of Example 4, 9, 12, 13 was produced.

実施例2、3、5〜8、10、11、14、15
表2に示したスラリー2、3、5〜8、10、11、14、15を調製した。表3に示したように、スラリー2、3、5〜8、10、11、14、15を2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を140℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、表3に示した熱処理温度と熱処理時間に従って金属ロールに湿式不織布の表裏面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚みを調整し、実施例2、3、5〜8、10、11、14、15の基材を作製した。
Examples 2, 3, 5-8, 10, 11, 14, 15
Slurries 2, 3, 5-8, 10, 11, 14, and 15 shown in Table 2 were prepared. As shown in Table 3, slurry 2, 3, 5-8, 10, 11, 14, and 15 were wet-made using a double-type circular net paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 140 ° C. A wet nonwoven fabric was prepared. Next, according to the heat treatment temperature and heat treatment time shown in Table 3, the front and back surfaces of the wet nonwoven fabric were brought into contact with the metal roll and heat treated, and further calendered to adjust the thickness. Examples 2, 3, 5-8, 10, The base materials of 11, 14, and 15 were produced.

実施例16
スラリー4を2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を140℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、130℃に加熱した金属ロールに湿式不織布の表裏面をそれぞれ30秒ずつ接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、実施例16の基材を作製した。
Example 16
The slurry 4 was subjected to wet paper making using a double-type circular net paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 140 ° C. to prepare a wet nonwoven fabric. Next, the front and back surfaces of the wet nonwoven fabric were brought into contact with metal rolls heated to 130 ° C. for 30 seconds each and subjected to heat treatment, and further calendered to adjust the thickness, thereby producing a base material of Example 16.

実施例17
スラリー4を2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を140℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、165℃に加熱した金属ロールに湿式不織布の表裏面をそれぞれ5秒ずつ接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、実施例17の基材を作製した。
Example 17
The slurry 4 was subjected to wet paper making using a double-type circular net paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 140 ° C. to prepare a wet nonwoven fabric. Subsequently, the front and back surfaces of the wet nonwoven fabric were brought into contact with a metal roll heated to 165 ° C. for 5 seconds each and heat-treated, and further calendered to adjust the thickness, thereby producing a substrate of Example 17.

(比較例1)
表2に示したスラリー16を調製し、2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を140℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、表3に示した熱処理温度と熱処理時間に従って金属ロールに湿式不織布の表裏面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、比較例1の基材を作製した。
(Comparative Example 1)
Slurry 16 shown in Table 2 was prepared, wet papermaking was performed using a double-lined circular paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 140 ° C. to prepare a wet nonwoven fabric. Next, according to the heat treatment temperature and heat treatment time shown in Table 3, the metal roll was brought into contact with the front and back surfaces of the wet nonwoven fabric and heat treated, and further calendered to adjust the thickness, thereby producing a substrate of Comparative Example 1.

(比較例2)
表2に示したスラリー17を調製し、2連式の円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を130℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、130℃、線圧500N/cmで熱カレンダー処理し、比較例2の基材を作製した。
(Comparative Example 2)
Slurry 17 shown in Table 2 was prepared, wet papermaking was performed using a twin-type circular net paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 130 ° C. to prepare a wet nonwoven fabric. Next, a thermal calendar process was performed at 130 ° C. and a linear pressure of 500 N / cm, and a base material of Comparative Example 2 was produced.

(比較例3)
表2に示したスラリー18を調製し、円網抄紙機と短網抄紙機の複合抄紙機を用いて湿式抄紙し、ヤンキードライヤー温度を135℃にして乾燥させて湿式不織布を作製した。次いで、湿式不織布を体積比率でフッ素:酸素:窒素=1:73:26の混合ガス中に1分間曝した。その後、60℃の湯で洗浄し、熱風乾燥機で70℃雰囲気に通して乾燥させた。この湿式不織布に水分を噴霧して100質量%含浸させ、130℃に加熱した一対の金属ロールに線圧500N/cm、速度3.3m/minで通してエチレン−ビニルアルコール共重合体をゲル皮膜化し、比較例3の基材を作製した。
(Comparative Example 3)
Slurry 18 shown in Table 2 was prepared, wet paper was made using a combined paper machine of a circular paper machine and a short paper machine, and dried at a Yankee dryer temperature of 135 ° C. to produce a wet nonwoven fabric. Next, the wet nonwoven fabric was exposed to a mixed gas of fluorine: oxygen: nitrogen = 1: 73: 26 in a volume ratio for 1 minute. Thereafter, it was washed with hot water at 60 ° C. and dried by passing it through a 70 ° C. atmosphere with a hot air dryer. The wet nonwoven fabric is sprayed with 100% by mass of water and passed through a pair of metal rolls heated to 130 ° C. at a linear pressure of 500 N / cm at a speed of 3.3 m / min to form an ethylene-vinyl alcohol copolymer as a gel film. Thus, a base material of Comparative Example 3 was produced.

Figure 2012133898
Figure 2012133898

表2中の原料の記号は、表1の記号に該当する。   The raw material symbols in Table 2 correspond to the symbols in Table 1.

[セパレータの作製]
酸化珪素(平均粒径:1μm)1000g、水1000g、ポリビニルブチラール100gを容器に入れ、撹拌機(商品名:スリーワンモーター、新東科学(株)製)で1時間攪拌して分散させ、均一な水性塗液を作製した。実施例及び比較例の基材に、アプリケーターを用いて、この水性塗液を塗工し、乾燥機で乾燥し、片面あたりの厚さが3μmの酸化珪素層を有するセパレータ1を得た。
[Preparation of separator]
1000 g of silicon oxide (average particle size: 1 μm), 1000 g of water, 100 g of polyvinyl butyral are placed in a container and dispersed by stirring for 1 hour with a stirrer (trade name: Three-One Motor, manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.). An aqueous coating solution was prepared. The aqueous coating liquid was applied to the base materials of Examples and Comparative Examples using an applicator and dried with a drier to obtain a separator 1 having a silicon oxide layer with a thickness of 3 μm per side.

[評価]
実施例及び比較例の基材及び該基材を用いて作製したセパレータについて、下記の評価を行い、結果を表3に示した。
[Evaluation]
The following evaluation was performed about the base material of an Example and a comparative example, and the separator produced using this base material, and the result was shown in Table 3.

<基材の厚み>
JIS P8118に準拠して厚みを測定し、その平均値を算出した。
<Thickness of base material>
The thickness was measured according to JIS P8118, and the average value was calculated.

<基材の密度>
JIS P8124に準拠して基材の坪量を測定し、坪量を厚みで除して100倍した値を密度とした。
<Density of base material>
The basis weight of the substrate was measured in accordance with JIS P8124, and the value obtained by dividing the basis weight by the thickness and multiplying by 100 was taken as the density.

<網パターン転写>
基材を目視確認し、抄紙網のパターン転写があるかどうかを判定した。パターン転写がある場合を「あり」、ない場合を「なし」とした。
<Net pattern transfer>
The substrate was visually checked to determine whether there was a pattern transfer on the papermaking net. The case where there was a pattern transfer was set as “Yes”, and the case where there was no pattern transfer was set as “No”.

<ピンホール>
基材の裏側から光を当て、基材にピンホールがあるかどうかを目視で判定した。ピンホールがある場合を「あり」、ない場合を「なし」とした。
<Pinhole>
Light was applied from the back side of the substrate, and it was visually determined whether or not there was a pinhole in the substrate. When there is a pinhole, it is “Yes”, and when there is no pinhole, it is “No”.

<熱処理>
基材を熱処理したときの基材の状態を観察した。基材の切断が起こらず順調に熱処理できた場合を○、切断はしなかったが、収縮が大きく、基材の厚み斑や、ロールに一部張り付きが生じた場合を△、著しく収縮し、基材が切断した場合、又は、ロールに張り付いて層間剥離した場合を×とした。
<Heat treatment>
The state of the base material when the base material was heat-treated was observed. ○ when the heat treatment can be performed smoothly without cutting the base material, the cutting was not performed, but the shrinkage is large, the thickness unevenness of the base material, or the case where some sticking occurs on the roll, Δ, remarkably contracted, The case where the substrate was cut, or the case where it was stuck to a roll and peeled off was marked as x.

<濡れ性>
セパレータの作製において、基材に塗工したときの塗液の濡れ性を評価した。塗液が基材に速やかに均一にしみ込んだ場合を○、塗液が基材に均一にしみ込んだが、しみ込むまでに時間がかかった場合を△、基材表面が塗液をはじいて均一にしみ込まなかった場合を×とした。
<Wettability>
In the production of the separator, the wettability of the coating liquid when applied to the substrate was evaluated. ○ when the coating liquid soaks quickly and uniformly into the substrate, △ when the coating liquid soaks evenly into the substrate but takes time to soak, △, the substrate surface soaks the coating liquid uniformly The case where there was not was set as x.

<塗工性>
セパレータの作製において、基材に塗工したときの基材の状態を観察した。基材の切断、破れ、割れがなく、問題なく塗工できた場合を○、毛羽立ちや破れが生じることがあり、基材の張り具合(テンション)を弱めにすることで塗工できた場合を△、基材の切断、破れ、割れの何れかが頻繁に発生して塗工に支障を来たした場合を×とした。
<Coating property>
In the production of the separator, the state of the substrate when applied to the substrate was observed. ○ When the base material is cut, torn, or cracked, and can be applied without any problems, fluffing and tearing may occur, and when the base material can be applied by weakening the tension (tension) The case where any of Δ, substrate cutting, tearing and cracking frequently occurred and hindered the coating was evaluated as x.

<裏抜け>
セパレータの作製において、塗液が基材を全く裏抜けしなかった場合を○、若干裏抜けしたが、裏面が塗工装置のロールに張り付くなどの支障がなかった場合を△、裏抜けして裏面がロールに張り付いて円滑な塗工ができないなどの支障を来たした場合を×とした。
<Back-through>
In the production of the separator, ○ when the coating liquid did not penetrate the substrate at all, slightly penetrated, but Δ when the back surface did not interfere with the roll of the coating device When the back surface sticked to the roll and the trouble such as the inability to perform smooth coating occurred, x was marked.

<空隙>
セパレータの断面を電子顕微鏡で観察し、基材内部の空隙を確認した。基材内部への酸化珪素の充填がほとんどなく基材内部の空隙がほぼ残存している場合をA、酸化珪素の一部が基材内部に充填されているが、電解液を十分保持できる空隙が残存している場合をB、酸化珪素が充填されて空隙をほとんど閉塞している場合をC、酸化珪素の充填はほとんどないが、基材そのものの空隙が不十分な場合をDとした。Aが最も良好で、Bは実用上問題なく、C及びDは実用上問題があることを意味する。
<Gap>
The cross section of the separator was observed with an electron microscope, and voids inside the substrate were confirmed. A when there is almost no filling of silicon oxide inside the substrate and there are almost no voids inside the substrate, and a portion of the silicon oxide is filled inside the substrate, but the gap can hold the electrolyte sufficiently B is the case where C remains, C is the case where the silicon oxide is filled and the gap is almost closed, and D is the case where there is almost no silicon oxide filling, but the base itself is insufficient. A is the best, B is practically no problem, and C and D are practically problematic.

<電解液保持率>
セパレータについて、100mm幅×100mmに切りそろえ、電解液に1分間浸漬した後、1分間吊るして余剰電解液を切り、セパレータの質量W1を測定した。W1から電解液を保持させる前のセパレータの質量W0を差し引いて得られる値W2をW0で除して100倍した値を電解液保持率(%)とした。電解液としては、LiPFを1mol/l溶解させた混合溶液を使用した。混合溶液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを質量比率で3:7としたものである。
<Electrolytic solution retention>
The separator was cut to a width of 100 mm × 100 mm, dipped in the electrolyte solution for 1 minute, suspended for 1 minute to cut off the excess electrolyte solution, and the mass W1 of the separator was measured. The value obtained by subtracting the mass W0 of the separator before holding the electrolytic solution from W1 and dividing the value W2 by W0 and multiplying by 100 was defined as the electrolytic solution retention rate (%). As the electrolytic solution, a mixed solution in which 1 mol / l of LiPF 6 was dissolved was used. The mixed solution is ethylene carbonate and diethyl carbonate in a mass ratio of 3: 7.

<耐デンドライト性>
セパレータの片面に金属リチウム箔を、セパレータの反対側に正極を配置して積層し、電解液を注入してラミネートセルを100個ずつ作製した。0.5mA/cmで3.6Vまで定電流充電し、さらに3.6Vを24時間印加し、過充電した。この過充電中に異常電流が流れた場合を内部短絡したと見なし、過充電を中止し、ラミネートセルを開封してリチウムデンドライトの発生状態を確認した。過充電により、リチウムデンドライトが発生して基材を貫通したセルの割合を耐デンドライト性とした。この割合が少ないほど、耐デンドライト性に優れることを意味する。正極には、活物質のコバルト酸リチウム、導電助剤のアセチレンブラック、結着剤のポリフッ化ビニリデンを質量比率で90:5:5に混合したスラリーをアルミニウム集電体の両面に塗布したものを用いた。電解液は、<電解液保持率>の評価に記載したものと同様である。
<Dendrite resistance>
A metal lithium foil was placed on one side of the separator and a positive electrode was placed on the opposite side of the separator and laminated, and an electrolyte was injected to prepare 100 laminate cells. The battery was charged at a constant current of up to 3.6 V at 0.5 mA / cm 2 and further overcharged by applying 3.6 V for 24 hours. The case where an abnormal current flowed during this overcharge was regarded as an internal short circuit, the overcharge was stopped, the laminate cell was opened, and the generation state of lithium dendrite was confirmed. Dendritic resistance was defined as the proportion of cells that generated lithium dendrite and passed through the substrate due to overcharging. It means that it is excellent in dendrite resistance, so that this ratio is small. For the positive electrode, a slurry in which a lithium cobaltate as an active material, acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed at a mass ratio of 90: 5: 5 is applied to both surfaces of an aluminum current collector. Using. The electrolytic solution is the same as that described in the evaluation of <Electrolytic solution retention>.

Figure 2012133898
Figure 2012133898

実施例1〜15のリチウム二次電池用基材は、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維を分割して得られる極細繊維と、合成短繊維を含有する湿式不織布からなるため、抄紙網パターンが転写せず、ピンホールがなく、優れていた。また、ポリエステルからなる極細繊維同士の交点、合成短繊維同士の交点、該極細繊維と合成短繊維の交点がポリエチレン及び/又は芯鞘型複合繊維の成分で接着されていて、基材表面及び内部を皮膜で覆うことがないため、フィラー粒子を含有する塗液の濡れ性が良く、塗工性に優れていた。フィラー粒子が基材内部に充填されて基材の空隙を閉塞することがなかった。実施例1〜15のリチウム二次電池用基材は、湿式不織布が135〜160℃で熱処理されてなるため、熱処理は順調にできており、ポリエステルからなる極細繊維が繊維形状を維持しており、それが骨組みを形成するため塗工時に切断や破れが起こらず、塗工性に優れていた。本発明の実施例1〜15の基材にフィラー粒子を塗工して作製したリチウム二次電池用セパレータは、基材内部の空隙が残存したため、電解液保持率が高かった。また、フィラーが基材表面に集中的に担持されたため、耐デンドライト性に優れていた。実施例14及び15のリチウム二次電池用基材は、合成短繊維の繊維径が太いため、基材の孔径がやや大きくなり、耐デンドライト性がやや劣っていた。   Since the base materials for lithium secondary batteries of Examples 1 to 15 are composed of ultrafine fibers obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other, and a wet nonwoven fabric containing synthetic short fibers. The papermaking net pattern was not transferred, and there was no pinhole. Also, the intersections of the ultrafine fibers made of polyester, the intersections of the synthetic short fibers, and the intersections of the ultrafine fibers and the synthetic short fibers are bonded with the components of polyethylene and / or core-sheath type composite fibers, and the surface of the substrate and the inside Since the film is not covered with a film, the wettability of the coating liquid containing the filler particles is good and the coating property is excellent. The filler particles were not filled inside the base material and did not close the voids of the base material. In the base materials for lithium secondary batteries of Examples 1 to 15, since the wet nonwoven fabric is heat-treated at 135 to 160 ° C., the heat treatment is smoothly performed, and the ultrafine fibers made of polyester maintain the fiber shape. Since it forms a framework, cutting and tearing did not occur during coating, and the coating property was excellent. The separators for lithium secondary batteries produced by applying filler particles to the substrates of Examples 1 to 15 of the present invention had a high electrolyte solution retention rate because voids inside the substrate remained. Moreover, since the filler was intensively supported on the base material surface, it was excellent in dendrite resistance. Since the base material for lithium secondary batteries of Examples 14 and 15 had a large fiber diameter of the synthetic short fiber, the hole diameter of the base material was slightly increased, and the dendrite resistance was slightly inferior.

実施例16のリチウム二次電池用基材は、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維が分割されてなる極細繊維と、合成短繊維からなるため、抄紙網パターンが転写せず、ピンホールがなかったが、熱処理温度が135℃未満だったため、ポリエステルからなる極細繊維同士の交点、合成繊維同士の交点、該極細繊維と合成繊維の交点の接着が不十分な箇所があり、塗液の濡れ性は良かったが、塗工性がやや悪かった。実施例16の基材にフィラーを塗工して作製したリチウム二次電池用セパレータは、基材内部の空隙が残存したため、電解液保持率が高かった。また、フィラーが基材表面に集中的に担持されたため、耐デンドライト性に優れていた。   Since the base material for the lithium secondary battery of Example 16 is composed of ultrafine fibers obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other and synthetic short fibers, the papermaking net pattern is not transferred. There was no pinhole, but because the heat treatment temperature was less than 135 ° C., there was a point where the adhesion between the ultrafine fibers made of polyester, the intersection between the synthetic fibers, and the intersection between the ultrafine fibers and the synthetic fiber was insufficient, The wettability of the coating liquid was good, but the coatability was slightly bad. The lithium secondary battery separator produced by applying the filler to the base material of Example 16 had a high electrolyte solution retention rate because the voids inside the base material remained. Moreover, since the filler was intensively supported on the base material surface, it was excellent in dendrite resistance.

実施例17のリチウム二次電池用基材は、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維が分割されてなる極細繊維と、合成短繊維からなるため、抄紙網パターンが転写しなかったが、熱処理温度が160℃を超えていたため、熱量が過剰になり、基材の収縮が大きく、ロールに基材の一部が張り付いて層間剥離し、ピンホールが発生した。そのため、フィラー粒子を含有する塗液の濡れ性はやや劣り、塗液が若干裏抜けしたが、塗液の塗工性に優れており、フィラー粒子が基材内部に充填されて基材の空隙を閉塞することがなかった。実施例17の基材にフィラーを塗工して作製したリチウム二次電池用セパレータは、電解液保持率が高かったが、耐デンドライト性がやや劣っていた。   Since the base material for the lithium secondary battery of Example 17 is composed of ultrafine fibers obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other and synthetic short fibers, the papermaking net pattern is not transferred. However, since the heat treatment temperature exceeded 160 ° C., the amount of heat became excessive, the base material contracted greatly, a part of the base material stuck to the roll, delaminated, and pinholes were generated. Therefore, the wettability of the coating liquid containing the filler particles is slightly inferior, and the coating liquid is slightly behind, but the coating liquid is excellent in coating properties, and the filler particles are filled inside the base material and the voids of the base material are filled. Did not occlude. The separator for a lithium secondary battery produced by applying a filler to the base material of Example 17 had a high electrolyte solution retention ratio, but was slightly inferior in dendrite resistance.

一方、比較例1のリチウム二次電池用基材は、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維が分割されてなる極細繊維のみで構成されているため、抄紙網パターンが転写せず、ピンホールがなく、塗液の裏抜けがなく塗工性は良好だったが、塗液の濡れ性が悪く、基材内部の空隙が少なかった。比較例1の基材にフィラーを塗工して作製したリチウム二次電池用セパレータは、耐デンドライト性は良かったが、電解液保持率が悪かった。   On the other hand, since the base material for the lithium secondary battery of Comparative Example 1 is composed of only ultrafine fibers obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other, the papermaking net pattern can be transferred. In addition, there was no pinhole, the coating liquid did not show through, and the coating property was good, but the wettability of the coating solution was poor, and there were few voids inside the substrate. The lithium secondary battery separator produced by applying a filler to the base material of Comparative Example 1 had good dendrite resistance but poor electrolyte retention.

比較例2のリチウム二次電池用基材は、合成短繊維からなるが、ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維が分割されてなる極細繊維を含有しないため、抄紙網パターンが転写し、ピンホールが多数存在した。そのため、塗液の濡れ性と塗工性は良かったが、塗液が裏抜けし、基材内部にフィラー粒子が充填されてしまい、基材内部の空孔が閉塞された。比較例2の基材にフィラーを塗工して作製したリチウム二次電池用セパレータは、電解液保持率と耐デンドライト性が悪かった。   Although the base material for lithium secondary batteries of Comparative Example 2 is composed of synthetic short fibers, it does not contain ultrafine fibers formed by dividing split composite fibers in which polyester and polyethylene are adjacent to each other. There were many pinholes transferred. For this reason, the wettability and the coatability of the coating liquid were good, but the coating liquid slipped through, the filler particles were filled inside the base material, and the pores inside the base material were blocked. The lithium secondary battery separator produced by applying a filler to the base material of Comparative Example 2 had poor electrolyte retention and dendrite resistance.

比較例3のリチウム二次電池用基材は、エチレン−ビニルアルコール共重合体のゲル皮膜が基材表面及び内部に形成されているため、抄紙網のパターン転写はなかったが、基材内部の空隙が少なく、塗液の濡れ性が悪かった。また、ピンホールがあり、塗液の裏抜けが若干あった。比較例3の基材にフィラーを塗工して作製したリチウム二次電池用セパレータは、電解液保持率が悪く、耐デンドライト性が劣っていた。   In the base material for the lithium secondary battery of Comparative Example 3, since the gel film of the ethylene-vinyl alcohol copolymer was formed on the surface and inside of the base material, there was no pattern transfer of the papermaking network. There were few voids and the wettability of the coating liquid was poor. In addition, there was a pinhole, and there was slight penetration of the coating liquid. The separator for a lithium secondary battery produced by applying a filler to the base material of Comparative Example 3 had a poor electrolyte retention rate and poor dendrite resistance.

本発明のリチウムイオン二次電池用基材は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等のリチウムイオン二次電池に好適に使用できる。   The base material for lithium ion secondary batteries of this invention can be used conveniently for lithium ion secondary batteries, such as a lithium ion secondary battery and a lithium ion polymer secondary battery.

Claims (2)

ポリエステルとポリエチレンが相互に隣接してなる分割型複合繊維を分割して得られる極細繊維と、合成短繊維を含有する湿式不織布からなることを特徴とするリチウム二次電池用基材。   A base material for a lithium secondary battery, characterized by comprising an ultrafine fiber obtained by dividing a split type composite fiber in which polyester and polyethylene are adjacent to each other, and a wet nonwoven fabric containing a synthetic short fiber. 請求項1に記載のリチウム二次電池用基材に、フィラー粒子を含有するスラリーを含浸又は塗工する処理、樹脂を含有するスラリーを含浸又は塗工する処理、多孔質フィルムを積層一体化する処理、固体電解質やゲル状電解質を含浸又は塗工する処理から選ばれる少なくとも1つの処理を施してなるリチウム二次電池用セパレータ。   A process for impregnating or applying a slurry containing filler particles, a process for impregnating or applying a slurry containing a resin, and a porous film are integrally laminated on the lithium secondary battery substrate according to claim 1. A separator for a lithium secondary battery obtained by performing at least one treatment selected from a treatment and a treatment of impregnating or applying a solid electrolyte or a gel electrolyte.
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