JP2012174412A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having enhanced safety and battery performance.SOLUTION: The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 comprises: a positive electrode 3; a negative electrode 4; a separator 5 and a nonaqueous electrolyte. The separator 5 comprises one or more first nonwoven fabric layers 9 containing fibers having an average diameter R1 and one or more second nonwoven fabric layers 10 containing fibers having an average diameter R2. One or more first nonwoven fabric layers 9 and one or more second nonwoven fabric layers 10 are alternately stacked so that a direction of the fibers in the first nonwoven fabric layer 9 and a direction of the fibers in the second nonwoven fabric layer 10 have an angle. The R1 and the R2 have a different value.

Description

本発明の実施形態は、非水電解質二次電池に関する。   Embodiments described herein relate generally to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の小型の携帯電子機器のための電源として、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が広く用いられている。リチウムイオン電池の電極は、一般に、正極と負極がセパレータを介して積層された構成を有する。リチウムイオン電池をさらに高容量化するためには、セパレータは薄い方が望ましい。しかし、セパレータを薄くし過ぎると強度が低下し、内部短絡が生じる恐れがある。また、例えば、ポリオレフィン樹脂からなるシートを高倍率延伸して製造されたセパレータは、内部短絡による異常昇温のような高温環境下において著しく収縮し、電極間の隔壁として機能しなくなる恐れがある。   In recent years, lithium-ion batteries having high energy density have been widely used as power sources for small portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers. An electrode of a lithium ion battery generally has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator. In order to further increase the capacity of the lithium ion battery, it is desirable that the separator is thinner. However, if the separator is made too thin, the strength is reduced and an internal short circuit may occur. Further, for example, a separator manufactured by stretching a sheet made of a polyolefin resin at a high magnification may remarkably shrink under a high temperature environment such as an abnormal temperature rise due to an internal short circuit, and may not function as a partition between electrodes.

特開平09−012756号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-012756 特開平05−310989号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-310989

本発明が解決しようとする課題は、安全性及び電池性能が向上された非水電解質二次電池を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved safety and battery performance.

実施形態の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを含む。前記セパレータは、平均直径R1を有する繊維を含む一以上の第1の不織布層と、平均直径R2を有する繊維を含む一以上の第2の不織布層とを含む。前記一以上の第1の不織布層と前記一以上の第2の不織布層は、交互に、且つ、前記第1の不織布層の繊維の方向と前記第2の不織布層の繊維の方向が角度を有するように積層される。前記R1は前記R2と異なる値である。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. The separator includes one or more first nonwoven layers including fibers having an average diameter R1 and one or more second nonwoven layers including fibers having an average diameter R2. The one or more first nonwoven fabric layers and the one or more second nonwoven fabric layers are alternately arranged, and the direction of the fibers of the first nonwoven fabric layer and the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer are at an angle. Laminated to have. R1 is different from R2.

第1実施形態の非水電解質二次電池の部分切欠斜視図。The partial notch perspective view of the nonaqueous electrolyte secondary battery of 1st Embodiment. 図1の電池に備えられる電極群を示す模式図。The schematic diagram which shows the electrode group with which the battery of FIG. 1 is equipped. 第1実施形態の電池に用いられるセパレータの側面を示す模式図。The schematic diagram which shows the side surface of the separator used for the battery of 1st Embodiment. 第2実施形態の電池に用いられるセパレータの側面を示す模式図。The schematic diagram which shows the side surface of the separator used for the battery of 2nd Embodiment. 第3実施形態の電池に用いられるセパレータの側面を示す模式図。The schematic diagram which shows the side surface of the separator used for the battery of 3rd Embodiment. 第4実施形態の電池に用いられるセパレータの側面を示す模式図。The schematic diagram which shows the side surface of the separator used for the battery of 4th Embodiment. 放散熱量の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the amount of heat dissipation. セル温度の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of cell temperature. 放電時間を示すグラフ。The graph which shows discharge time. セパレータの層数と体積エネルギー密度の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the number of layers of a separator, and volume energy density.

以下、実施形態に係る非水電解質二次電池を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、薄型非水電解質二次電池1の部分切欠斜視図である。図2は、図1の電池に備えられる捲回電極群2を展開した模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a thin nonaqueous electrolyte secondary battery 1. FIG. 2 is a schematic diagram in which the wound electrode group 2 provided in the battery of FIG. 1 is developed.

本実施形態による非水電解質二次電池1は、捲回電極群2を備える。捲回電極群2は、正極3、負極4、及びセパレータ5から構成される。正極3と負極4は、間にセパレータ5を挟んで積層される。この積層体を扁平形状に捲回することにより捲回電極群2が形成される。正極3には帯状の正極タブ6が電気的に接続される。負極4には帯状の負極タブ7が電気的に接続される。   The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present embodiment includes a wound electrode group 2. The wound electrode group 2 includes a positive electrode 3, a negative electrode 4, and a separator 5. The positive electrode 3 and the negative electrode 4 are stacked with a separator 5 interposed therebetween. The wound electrode group 2 is formed by winding the laminated body into a flat shape. A strip-like positive electrode tab 6 is electrically connected to the positive electrode 3. A strip-shaped negative electrode tab 7 is electrically connected to the negative electrode 4.

捲回電極群2は、外装部材8内に、正極タブ6及び負極タブ7の端部を外部に延出させた状態で収容される。外装部材8の内部には、さらに、非水電解液(図示せず)が収容される。外装部材8には、ラミネートフィルム製外装袋が用いられる。ラミネートフィルム製外装袋の開口部を、正極タブ6及び負極タブ7が延出した状態でヒートシールすることにより、電極群2及び非水電解液が密封される。なお、外装部材はラミネートフィルム製に限らず、例えば金属製の缶などを用いることもできる。   The wound electrode group 2 is accommodated in the exterior member 8 with the end portions of the positive electrode tab 6 and the negative electrode tab 7 extended to the outside. Further, a non-aqueous electrolyte (not shown) is accommodated in the exterior member 8. As the exterior member 8, a laminate film exterior bag is used. The electrode group 2 and the non-aqueous electrolyte are sealed by heat-sealing the opening of the laminate film outer packaging bag with the positive electrode tab 6 and the negative electrode tab 7 extending. The exterior member is not limited to a laminate film, and for example, a metal can can be used.

以下、セパレータ、正極、負極、非水電解質及び外装部材について詳述する。   Hereinafter, the separator, the positive electrode, the negative electrode, the nonaqueous electrolyte, and the exterior member will be described in detail.

1)セパレータ
セパレータは、正極と負極の間に配置され、正極と負極が接触するのを防止する。セパレータは、絶縁性材料で構成される。また、セパレータは、正極及び負極の間を電解質が移動可能な形状を有する。
1) Separator The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and prevents the positive electrode and the negative electrode from contacting each other. The separator is made of an insulating material. The separator has a shape in which the electrolyte can move between the positive electrode and the negative electrode.

本実施形態による非水電解質二次電池1に用いられるセパレータ5を図3に示す。図3は、セパレータ5の側面図であり、セパレータ5を厚さ方向から見た模式図である。セパレータ5は、平均直径R1を有する繊維を含む一以上の第1の不織布層9と、平均直径R2を有する繊維を含む一以上の第2の不織布層10とを含む。一以上の第1の不織布層9と一以上の第2の不織布層10は、交互に、且つ、第1の不織布層9の繊維の方向と第2の不織布層10の繊維の方向が角度を有するように積層されて、積層構造体を形成する。さらに、R1はR2と異なる値である。   A separator 5 used in the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 3 is a side view of the separator 5 and is a schematic view of the separator 5 viewed from the thickness direction. The separator 5 includes one or more first nonwoven layers 9 including fibers having an average diameter R1, and one or more second nonwoven layers 10 including fibers having an average diameter R2. The one or more first nonwoven fabric layers 9 and the one or more second nonwoven fabric layers 10 are alternately arranged, and the direction of the fibers of the first nonwoven fabric layer 9 and the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer 10 are at an angle. The stacked structure is formed by stacking the layers so as to include the stacked structure. Furthermore, R1 is a value different from R2.

第1の不織布層9には、平均直径R1を有する繊維によって構成された不織布が用いられる。第2の不織布層10には、平均直径R2を有する繊維によって構成された不織布が用いられる。不織布を構成する繊維の平均直径は、例えば、断面電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)によって測定することができる。   For the first nonwoven fabric layer 9, a nonwoven fabric composed of fibers having an average diameter R1 is used. For the second nonwoven fabric layer 10, a nonwoven fabric composed of fibers having an average diameter R2 is used. The average diameter of the fibers constituting the nonwoven fabric can be measured by, for example, a scanning electron microscope (SEM).

第1の不織布層9は、その繊維の方向が、第2の不織布層10の繊維の方向と角度を有するように積層される。即ち、積層構造体において、各不織布層は、隣接する不織布層と繊維の方向が平行にならないように配置される。   The first nonwoven fabric layer 9 is laminated so that the direction of the fibers has an angle with the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer 10. That is, in a laminated structure, each nonwoven fabric layer is arrange | positioned so that an adjacent nonwoven fabric layer and the direction of a fiber may not become parallel.

図3の例では、第1の不織布層9は繊維の直径方向が見える向きに配置されており、一方、第2の不織布層10は繊維の繊維長方向が見える向きに配置されている。従って、第1の不織布層9と第2の不織布層10とは、それらの繊維方向がほぼ直交するように積層されている。   In the example of FIG. 3, the first nonwoven fabric layer 9 is arranged in a direction in which the fiber diameter direction can be seen, while the second nonwoven fabric layer 10 is arranged in a direction in which the fiber length direction of the fiber can be seen. Therefore, the 1st nonwoven fabric layer 9 and the 2nd nonwoven fabric layer 10 are laminated | stacked so that those fiber directions may be substantially orthogonal.

ここで、不織布層に含まれる繊維の方向とは、不織布層に含まれる繊維の繊維長方向を意味するように解される。不織布層に含まれる繊維は、全ての繊維が同一方向に向けて配置されていてもよいが、無秩序に配置されていることがより好ましい。繊維が無秩序に配置されている場合、基体となる第1の不織布領域の主方向を、不織布層に含まれる繊維の方向とする。   Here, the direction of the fibers contained in the nonwoven fabric layer is understood to mean the fiber length direction of the fibers contained in the nonwoven fabric layer. Although all the fibers may be arrange | positioned toward the same direction as the fiber contained in a nonwoven fabric layer, it is more preferable that it arrange | positions disorderly. When the fibers are arranged in a disorderly manner, the main direction of the first nonwoven fabric region serving as the base is defined as the direction of the fibers contained in the nonwoven fabric layer.

なお、第1の不織布層9と第2の不織布層10とは、図3に示すように、それらの繊維の方向がほぼ直交するように積層される場合に限らず、繊維の方向がほぼ平行に成らない限り、その角度は任意であってよい。第1の不織布層9の繊維の方向と第2の不織布層10の繊維の方向とがなす鋭角は、例えば10°以上であることが好ましい。   As shown in FIG. 3, the first nonwoven fabric layer 9 and the second nonwoven fabric layer 10 are not limited to being laminated so that the directions of the fibers are substantially orthogonal, but the directions of the fibers are substantially parallel. As long as it is not, the angle may be arbitrary. The acute angle formed by the fiber direction of the first nonwoven fabric layer 9 and the fiber direction of the second nonwoven fabric layer 10 is preferably 10 ° or more, for example.

さらに、第1の不織布層9と第2の不織布層10は、太さの異なる繊維で形成されることを特徴とする。即ち、第1の不織布層9に含まれる繊維の平均直径R1と、第2の不織布層10に含まれる繊維の平均直径R2は異なる値である。   Furthermore, the 1st nonwoven fabric layer 9 and the 2nd nonwoven fabric layer 10 are formed with the fiber from which thickness differs. That is, the average diameter R1 of the fibers contained in the first nonwoven fabric layer 9 and the average diameter R2 of the fibers contained in the second nonwoven fabric layer 10 are different values.

第1の不織布層9に含まれる繊維の平均直径R1は、特に限定されないが、例えば5〜10μmの範囲であることが好ましい。第2の不織布層10に含まれる繊維の平均直径R2は、特に限定されないが、例えば1〜5μmの範囲であることが好ましい。   Although the average diameter R1 of the fiber contained in the 1st nonwoven fabric layer 9 is not specifically limited, For example, it is preferable that it is the range of 5-10 micrometers. Although the average diameter R2 of the fiber contained in the 2nd nonwoven fabric layer 10 is not specifically limited, For example, it is preferable that it is the range of 1-5 micrometers.

第1の不織布層9及び第2の不織布層10に含まれる繊維の長さは、特に限定されず、任意の長さであってよい。   The length of the fiber contained in the 1st nonwoven fabric layer 9 and the 2nd nonwoven fabric layer 10 is not specifically limited, Arbitrary length may be sufficient.

上記のようなセパレータは、繊維直径が異なる不織布層が、繊維の方向が平行にならないように積層されていることにより、空隙率が確保されながらも貫通孔が生じる恐れがなく、且つ、高い強度を有する。このようなセパレータは、リチウムイオンの透過性が高いために充放電レートを向上させることができるとともに、強度が高いために短絡を防止し、電池の安全性を向上させることができる。さらに、セパレータの強度が高いため、セパレータの厚さをより薄くすることが可能であり、電池の高容量化に貢献することができる。またさらに、セパレータが複数の部材から構成され、構造的に不連続であるため、単一の部材から構成されるセパレータよりも収縮率が低く、異常高温下における収縮が低減されるという利点も有する。   In the separator as described above, the nonwoven fabric layers having different fiber diameters are laminated so that the fiber directions are not parallel to each other. Have Since such a separator has high lithium ion permeability, it can improve the charge / discharge rate, and since it has high strength, it can prevent short circuits and improve battery safety. Furthermore, since the strength of the separator is high, the thickness of the separator can be further reduced, which can contribute to an increase in battery capacity. Furthermore, since the separator is composed of a plurality of members and is structurally discontinuous, it has an advantage that the shrinkage rate is lower than that of a separator composed of a single member, and shrinkage at an abnormally high temperature is reduced. .

セパレータの材料の例には、合成樹脂及びセルロースが含まれる。例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム、又は、セルロース系のセパレータを用いることができる。特に、セルロースから形成されるセパレータは、過充電や内部短絡に起因する異常高温下においても収縮し難い。   Examples of the material of the separator include synthetic resin and cellulose. For example, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or a cellulose-based separator can be used. In particular, a separator formed from cellulose is difficult to shrink even under an abnormally high temperature due to overcharge or internal short circuit.

セパレータの厚さは、1〜20μmであることが好ましく、1〜10μmであることがより好ましい。上記範囲内の厚さにすることにより、十分な強度を有し、且つ、リチウムイオンの透過性を向上させることができる。   The thickness of the separator is preferably 1 to 20 μm, and more preferably 1 to 10 μm. By setting the thickness within the above range, the lithium ion has sufficient strength and the lithium ion permeability can be improved.

本実施形態において用いられるセパレータ5に含まれる不織布は、例えば、乾式法、スパンボンド法、ウォーターニードル法、スパンレース法、湿式抄造法、及びメルトブロー法のような、公知の方法により製造可能である。特に、均一で薄い不織布を得やすい湿式抄造法が好適に用いられる。不織布は、電解液に膨潤し、これを保持する有機高分子からなる多孔膜であることが好ましく、平均膜厚10〜20μm、目付け6〜20g/m2、透気度10秒以下、25℃におけるマクミラン数10以下であることが望ましい。   The nonwoven fabric contained in the separator 5 used in the present embodiment can be manufactured by a known method such as a dry method, a spunbond method, a water needle method, a spunlace method, a wet papermaking method, and a melt blow method. . In particular, a wet papermaking method that facilitates obtaining a uniform and thin nonwoven fabric is preferably used. The nonwoven fabric is preferably a porous film made of an organic polymer that swells in and retains the electrolyte solution, and has an average film thickness of 10 to 20 μm, a basis weight of 6 to 20 g / m 2, an air permeability of 10 seconds or less, and at 25 ° C. The Macmillan number is desirably 10 or less.

不織布を構成する材料は特に限定されないが、ポリエチレン・ポリプロピレン等のポロオレフィン系材料、ポリエチレンテレフタレート・ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系材料、ポリフェニリンスルフィド、及び、芳香族ポリアミド、及びこれらの混合物から選択することができる。   The material constituting the non-woven fabric is not particularly limited, but is selected from a polyolefin material such as polyethylene and polypropylene, a polyester material such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, aromatic polyamide, and a mixture thereof. can do.

なお、上記では、第1の不織布層と第2の不織布層の2種の不織布層を交互に積層して積層構造体を形成する例を説明したが、これに限定されず、3種以上の不織布層を交互に積層して積層構造体を形成してもよい。この場合、3種以上の不織布は、何れも平均直径の異なる繊維から形成されたものであることが好ましい。また、3種以上の不織布層は、互いに、繊維の方向が隣接する不織布層の繊維の方向と平行にならないように配置される。   In addition, although the example which laminates | stacks two types of nonwoven fabric layers of a 1st nonwoven fabric layer and a 2nd nonwoven fabric layer alternately, and formed a laminated structure in the above was not limited to this, but 3 or more types were included. A laminated structure may be formed by alternately laminating nonwoven fabric layers. In this case, it is preferable that the three or more kinds of nonwoven fabrics are formed from fibers having different average diameters. Further, the three or more kinds of nonwoven fabric layers are arranged such that the directions of the fibers are not parallel to the directions of the fibers of the adjacent nonwoven fabric layers.

また、セパレータに含まれる不織布層の総数は4層に限定されず、5層以上の不織布層が含まれてもよい。   Further, the total number of nonwoven fabric layers included in the separator is not limited to four layers, and five or more nonwoven fabric layers may be included.

さらに、セパレータには熱可塑性樹脂を含浸させてもよい。熱可塑性樹脂は、過充電や内部短絡によって電池が異常高温状態になった場合に溶融する。熱可塑性樹脂が溶融すると、セパレータの空隙が閉塞され、リチウムイオンの透過が制限される。よって、セパレータに熱可塑性樹脂を含有させることにより、異常高温状態において電流を遮断することができる。   Further, the separator may be impregnated with a thermoplastic resin. The thermoplastic resin melts when the battery reaches an abnormally high temperature due to overcharge or internal short circuit. When the thermoplastic resin melts, the gaps in the separator are closed, and the permeation of lithium ions is restricted. Therefore, by including a thermoplastic resin in the separator, the current can be interrupted in an abnormally high temperature state.

熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、及び、アクリル樹脂などを用いることができる。好ましくはPP樹脂及びPE樹脂が用いられる。これらの熱可塑性樹脂は単独で用いてもよく、或いは、複数種類を混合して用いてもよい。   As the thermoplastic resin, polypropylene (PP) resin, polyethylene (PE) resin, fluororesin, silicon resin, acrylic resin, or the like can be used. PP resin and PE resin are preferably used. These thermoplastic resins may be used alone or as a mixture of a plurality of types.

2)正極
正極は、集電体及び正極層を備える。正極層は、集電体の片面又は両面に形成される。正極層は、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む。
2) Positive electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode layer. The positive electrode layer is formed on one side or both sides of the current collector. The positive electrode layer includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.

正極活物質の例には、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMn又はLiMnO)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1−xCo、0<x≦1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiMnCo1−x2、0<x≦1)、リチウムリン酸鉄(LiFePO)、及びリチウム複合リン酸化合物(例えばLiMnFe1−xPO4、0<x≦1)が含まれる。 Examples of the positive electrode active material include lithium manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 or LiMnO 2 ), lithium nickel composite oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide. (Eg, LiNi 1-x Co x O 2 , 0 <x ≦ 1), lithium manganese cobalt composite oxide (eg, LiMn x Co 1-x O 2, 0 <x ≦ 1), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), And lithium composite phosphate compounds (for example, LiMn x Fe 1-x PO 4, 0 <x ≦ 1).

導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、及び黒鉛が含まれる。   Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.

結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、エチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、及びカルボキシメチルセルロース(CMC)が含まれる。   Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, ethylene-butadiene rubber (SBR), polypropylene (PP), polyethylene (PE), and carboxymethylcellulose (CMC). ) Is included.

活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、例えば、活物質80〜95重量%、導電剤3〜20重量%、結着剤2〜7重量%にすることが好ましい。   The mixing ratio of the active material, the conductive agent, and the binder is preferably, for example, 80 to 95% by weight of the active material, 3 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder.

一例として、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO)粉末91重量%、導電剤としてアセチレンブラック2.5重量%及びグラファイト3重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3.5重量%を、ノルマルメチルピロリドン(NMP)溶液に加えて混合してスラリーを調製し、該スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより正極を作製することができる。このとき、プレス圧を調整することにより、電極密度を調整することができ、例えば3.0g/cmとすることができる。 As an example, 91% by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material, 2.5% by weight of acetylene black and 3% by weight of graphite as a conductive agent, and 3.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder % Is added to a normal methylpyrrolidone (NMP) solution and mixed to prepare a slurry. The slurry is applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to produce a positive electrode. be able to. At this time, the electrode density can be adjusted by adjusting the press pressure, for example, 3.0 g / cm 3 .

3)負極
負極は、集電体及び負極層を備える。負極層は、集電体の片面又は両面に形成される。負極層は、負極活物質、導電剤及び結着剤を含む。
3) Negative electrode The negative electrode includes a current collector and a negative electrode layer. The negative electrode layer is formed on one side or both sides of the current collector. The negative electrode layer includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.

負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵放出可能な物質が用いられる。負極活物質の例には、炭素物質、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物及び金属合金が含まれる。   As the negative electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions is used. Examples of the negative electrode active material include carbon materials, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, and metal alloys.

炭素物質の例には、コークス、炭素繊維、熱分解気相炭化物、黒鉛及び樹脂焼成体が含まれる。   Examples of the carbon material include coke, carbon fiber, pyrolytic gas phase carbide, graphite, and resin fired body.

金属酸化物の例には、チタン酸リチウム(Li4+xTi12)が含まれる。
金属硫化物の例には、硫化鉄及び硫化リチウムが含まれる。
金属窒化物の例には、リチウムコバルト窒化物が含まれる。
金属合金の例には、アルミニウム及びアルミニウム合金、リチウム及びリチウム合金が含まれる。
負極活物質には、上記の物質を単独で用いてもよいが、二種以上を混合して用いてもよい。
Examples of the metal oxide include lithium titanate (Li 4 + x Ti 5 O 12 ).
Examples of metal sulfides include iron sulfide and lithium sulfide.
Examples of the metal nitride include lithium cobalt nitride.
Examples of metal alloys include aluminum and aluminum alloys, lithium and lithium alloys.
As the negative electrode active material, the above substances may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

負極層に含まれる導電剤には、炭素材料を用いることができる。炭素材料の例には、アセチレンブラック及びカーボンブラックが含まれる。   A carbon material can be used for the conductive agent contained in the negative electrode layer. Examples of the carbon material include acetylene black and carbon black.

結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、及びカルボキシメチルセルロース(CMC)が含まれる。   Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), polypropylene (PP), polyethylene (PE), and carboxymethyl cellulose (CMC). ) Is included.

活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、例えば、負極活物質70〜95重量%、導電剤0〜25重量%、結着剤2〜10重量%であることが好ましい。   The blending ratio of the active material, the conductive agent and the binder is preferably, for example, 70 to 95% by weight of the negative electrode active material, 0 to 25% by weight of the conductive agent, and 2 to 10% by weight of the binder.

一例として、負極活物質としてチタン酸リチウム粉末91重量%、導電剤としてアセチレンブラック3.5重量%及びグラファイト3重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)2.5重量%を、ノルマルメチルピロリドン(NMP)溶液に加えて混合してスラリーを調製し、該スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることによりの負極を作製することができる。このとき、プレス圧を調整することにより、電極密度を調整することができ、例えば1.3g/cmとすることができる。 As an example, 91% by weight of lithium titanate powder as a negative electrode active material, 3.5% by weight of acetylene black and 3% by weight of graphite as a conductive agent, 2.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, A slurry can be prepared by adding to and mixed with a pyrrolidone (NMP) solution. The slurry is applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to produce a negative electrode. At this time, the electrode density can be adjusted by adjusting the press pressure, for example, 1.3 g / cm 3 .

4)非水電解質
非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。
非水溶媒として、リチウム電池に用いられることが公知の非水溶媒を用いることができる。 非水溶媒の例には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)のような環状カーボネート;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート又はジエチルカーボネートのような鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル;テトラヒドロフラン又は2−メチルテトラヒドロフランのような環状エーテル;ジメトキシエタン又はジエトキシエタンのような鎖状エーテルが含まれる。
4) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.
As the non-aqueous solvent, a non-aqueous solvent known to be used for lithium batteries can be used. Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC); chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate or diethyl carbonate; γ-butyrolactone, acetonitrile, methyl propionate , Ethyl propionate; cyclic ethers such as tetrahydrofuran or 2-methyltetrahydrofuran; chain ethers such as dimethoxyethane or diethoxyethane.

電解質として、アルカリ塩を用いることができる。好ましくはリチウム塩が用いられる。リチウム塩の例には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化硼酸リチウム(LiBF)、六フッ化ヒ素リチウム(LiAsF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、及びトリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCFSO)が含まれる。特に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化硼酸リチウム(LiBF)が好適に用いられる。非水溶媒中の電解質の濃度は、例えば、0.5〜2モル/Lであることが好ましい。 As the electrolyte, an alkali salt can be used. Preferably lithium salt is used. Examples of lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and trifluoro Lithium metasulfonate (LiCF 3 SO 3 ) is included. In particular, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) are preferably used. The concentration of the electrolyte in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2 mol / L, for example.

5)外装部材
外装部材としては、ラミネート製フィルム、又は、金属性容器を用いることができる。
5) Exterior member As the exterior member, a laminate film or a metallic container can be used.

ラミネート製フィルムには、樹脂層で被覆された金属層からなる多層フィルムが用いられる。樹脂層を形成する樹脂には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(PET)のような高分子を用いることができる。金属層は、電池を軽量化するために、アルミニウム箔又はアルミニウム合金であることが好ましい。   A multilayer film made of a metal layer coated with a resin layer is used as the laminate film. As the resin forming the resin layer, polymers such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy in order to reduce the weight of the battery.

ラミネートフィルム製外装部材は、内面をPP及びPEのような熱可塑性樹脂により形成し、例えば熱融着法によってシールを行うことにより成形できる。ラミネートフィルムの厚さは、体積エネルギー密度を向上させるために、0.2mm以下であることが好ましい。   The exterior member made of a laminate film can be formed by forming the inner surface with a thermoplastic resin such as PP and PE, and performing sealing by, for example, a heat sealing method. The thickness of the laminate film is preferably 0.2 mm or less in order to improve the volume energy density.

金属製容器としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成された容器を用いることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素から選択される元素を含む合金であることが好ましい。アルミニウム合金に、鉄、銅、ニッケル及びクロムなどの遷移金属が含まれる場合、100ppm以下であることが好ましい。   As the metal container, for example, a container formed of aluminum or an aluminum alloy can be used. The aluminum alloy is preferably an alloy containing an element selected from magnesium, zinc and silicon. When the aluminum alloy contains a transition metal such as iron, copper, nickel and chromium, it is preferably 100 ppm or less.

容器の形状は、例えば、角型、コイン型又はボタン型であってよい。容器は、肉厚0.5mm以下であることが好ましい。   The shape of the container may be, for example, a square shape, a coin shape, or a button shape. The container preferably has a wall thickness of 0.5 mm or less.

本実施形態によれば、リチウムイオンの透過性が高く且つ強度が高いセパレータを用いることにより、安全性が高く且つ電池性能が向上された非水電解質二次電池を提供することができる。   According to the present embodiment, a non-aqueous electrolyte secondary battery with high safety and improved battery performance can be provided by using a separator having high lithium ion permeability and high strength.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態による非水電解質二次電池について説明する。図4は、第2実施形態の電池に用いられるセパレータ11の側面図であり、セパレータ11の長辺を厚さ方向から見た模式図である。第2実施形態による非水電解質二次電池は、図4に示すような構成を有するセパレータを用いる以外は、第1実施形態と同様の構成を有する。
(Second Embodiment)
Next, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a side view of the separator 11 used in the battery of the second embodiment, and is a schematic view of the long side of the separator 11 as viewed from the thickness direction. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a separator having a configuration as shown in FIG. 4 is used.

セパレータ11は、平均直径R1を有する繊維を含む一以上の第1の不織布層9と、平均直径R2を有する繊維を含む一以上の第2の不織布層10とを含む。一以上の第1の不織布層9と一以上の第2の不織布層10は、交互に、且つ、第1の不織布層9の繊維の方向と第2の不織布層10の繊維の方向が角度を有するように積層されて、積層構造体を形成する。   The separator 11 includes one or more first nonwoven layers 9 including fibers having an average diameter R1, and one or more second nonwoven layers 10 including fibers having an average diameter R2. The one or more first nonwoven fabric layers 9 and the one or more second nonwoven fabric layers 10 are alternately arranged, and the direction of the fibers of the first nonwoven fabric layer 9 and the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer 10 are at an angle. The stacked structure is formed by stacking the layers so as to include the stacked structure.

ここで、各不織布層を形成する繊維の直径、長さ、繊維の方向、隣接する不織布層の繊維の方向がなす角度などは第1実施形態において記載したとおりである。   Here, the diameter and length of the fibers forming each nonwoven fabric layer, the fiber direction, the angle formed by the fiber direction of the adjacent nonwoven fabric layer, and the like are as described in the first embodiment.

本実施形態で用いられるセパレータは、一以上の第1の不織布層と一以上の第2の不織布層が交互に積層された積層構造体に加えてさらに、該積層構造体を厚さ方向に貫く支持体12を含む。この支持体12は、セパレータ11の骨格として用いることができる。支持体12を用いることにより、セパレータ11の強度をさらに向上させることができる。   In addition to a laminated structure in which one or more first nonwoven fabric layers and one or more second nonwoven fabric layers are alternately laminated, the separator used in this embodiment further penetrates the laminated structure in the thickness direction. A support 12 is included. The support 12 can be used as a skeleton of the separator 11. By using the support 12, the strength of the separator 11 can be further improved.

支持体12は、例えば、第1の不織布層と第2の不織布層が交互に積層された積層構造体と同じ厚さを有し、セパレータ11の短辺方向の長さと同じ長さを有する柱状形状であってよい。このような支持体12は、セパレータ11内に、短辺方向と平行に等間隔に配置することができる。   The support 12 has, for example, a columnar shape having the same thickness as the laminated structure in which the first nonwoven fabric layers and the second nonwoven fabric layers are alternately laminated, and having the same length as the length in the short side direction of the separator 11. It may be a shape. Such supports 12 can be arranged in the separator 11 at equal intervals in parallel with the short side direction.

支持体12は、リチウムイオンが透過可能な多孔質体であることが好ましい。例えば、ポリオレフィン及びポリエチレンのような樹脂から形成された不織布を用いることができる。   The support 12 is preferably a porous body that is permeable to lithium ions. For example, a nonwoven fabric formed from a resin such as polyolefin and polyethylene can be used.

しかしながら、これらの樹脂から形成された支持体12は、第1及び第2の不織布層により形成された積層構造体よりもリチウムイオン透過性が低いため、支持体12の幅、即ち、セパレータ11の長辺方向と同じ方向の長さが大きすぎると、セパレータのリチウムイオン透過性が低下する。よって、支持体12の幅は適切に調整されることが必要である。例えば、図4に示すように、セパレータ11の断面積あたりの支持体12が占める面積が、50%以下であるように調整されることが好ましい。支持体12の面積が50%以下であれば、リチウムイオン透過性を損なうことなくセパレータ11の強度を向上させることができる。なお、支持体12が占める面積は、例えば、セパレータ11の断面積のうち、ある視野内において、第1及び第2の不織布層により形成された積層構造体と支持体の合計面積に対する支持体の面積の割合とすることができる。   However, since the support 12 formed from these resins has lower lithium ion permeability than the laminated structure formed by the first and second nonwoven fabric layers, the width of the support 12, that is, the separator 11. When the length in the same direction as the long side direction is too large, the lithium ion permeability of the separator is lowered. Therefore, the width of the support 12 needs to be adjusted appropriately. For example, as shown in FIG. 4, it is preferable that the area occupied by the support 12 per cross-sectional area of the separator 11 is adjusted to be 50% or less. If the area of the support 12 is 50% or less, the strength of the separator 11 can be improved without impairing lithium ion permeability. In addition, the area which the support body 12 occupies is, for example, within a certain field of view of the cross-sectional area of the separator 11, the support body with respect to the total area of the laminated structure formed by the first and second nonwoven fabric layers and the support body. It can be a ratio of the area.

なお、他の実施例として、支持体は、例えば、第1の不織布層と第2の不織布層が交互に積層された積層構造体と同じ厚さを有し、セパレータの長辺方向の長さと同じ長さを有する柱状形状であってよい。このような支持体は、セパレータ内に、長辺方向と平行に等間隔に配置することができる。また、支持体は、格子形状又は網目形状に配置してもよい。   As another example, the support has, for example, the same thickness as the laminated structure in which the first nonwoven fabric layer and the second nonwoven fabric layer are alternately laminated, and the length in the long side direction of the separator. It may be a columnar shape having the same length. Such supports can be arranged in the separator at equal intervals in parallel with the long side direction. The support may be arranged in a lattice shape or a mesh shape.

本実施形態において用いられるセパレータ11は、例えば、支持体を等間隔に配置し、支持体同士の間に第1実施形態と同様に1の不織布層と第2の不織布層を交互に積層させることにより製造することができる。   In the separator 11 used in the present embodiment, for example, supports are arranged at equal intervals, and one nonwoven fabric layer and a second nonwoven fabric layer are alternately laminated between the supports in the same manner as in the first embodiment. Can be manufactured.

第2の実施形態によれば、リチウムイオンの透過性が高く且つ強度が高いセパレータを用いることにより、安全性が高く且つ電池性能が向上された非水電解質二次電池を提供することができる。   According to the second embodiment, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with high safety and improved battery performance by using a separator having high lithium ion permeability and high strength.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態による非水電解質二次電池について説明する。図5は、第3実施形態の電池に用いられるセパレータ13の側面図であり、セパレータ13を厚さ方向から見た模式図である。第3実施形態による非水電解質二次電池は、図5に示すような構成を有するセパレータを用いる以外は、第1実施形態と同様の構成を有する。
(Third embodiment)
Next, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the third embodiment will be described. FIG. 5 is a side view of the separator 13 used in the battery of the third embodiment, and is a schematic view of the separator 13 as viewed from the thickness direction. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a separator having a configuration as shown in FIG. 5 is used.

セパレータ13は、平均直径R1を有する繊維を含む一以上の第1の不織布層9と、平均直径R2を有する繊維を含む一以上の第2の不織布層10とを含む。一以上の第1の不織布層9と一以上の第2の不織布層10は、交互に、且つ、第1の不織布層9の繊維の方向と第2の不織布層10の繊維の方向が角度を有するように積層されて、積層構造体を形成する。   The separator 13 includes one or more first nonwoven fabric layers 9 including fibers having an average diameter R1 and one or more second nonwoven fabric layers 10 including fibers having an average diameter R2. The one or more first nonwoven fabric layers 9 and the one or more second nonwoven fabric layers 10 are alternately arranged, and the direction of the fibers of the first nonwoven fabric layer 9 and the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer 10 are at an angle. The stacked structure is formed by stacking the layers so as to include the stacked structure.

本実施形態において、この積層構造体は、隣接する第1の不織布層と第2の不織布層の向かい合った表面が融合していることを特徴とする。ここで、不織布層の表面が融合しているとは、隣接する層が接触面付近において混合されており、隣接する不織布層の境界が明確に分離されないことを意味する。図5に示すように、隣接する第1の不織布層9と第2の不織布層10は、接触面近傍において、第1の不織布層9を形成する繊維が第2の不織布層10内に混入され、反対に、第2の不織布層10を形成する繊維が第1の不織布層9内に混入された状態である。   In this embodiment, this laminated structure is characterized in that the opposing surfaces of the adjacent first nonwoven fabric layer and second nonwoven fabric layer are fused. Here, the surface of the nonwoven fabric layer being fused means that adjacent layers are mixed in the vicinity of the contact surface, and the boundary between the adjacent nonwoven fabric layers is not clearly separated. As shown in FIG. 5, the adjacent first nonwoven fabric layer 9 and second nonwoven fabric layer 10 are mixed in the second nonwoven fabric layer 10 with fibers forming the first nonwoven fabric layer 9 in the vicinity of the contact surface. On the contrary, the fibers forming the second nonwoven fabric layer 10 are in a state of being mixed in the first nonwoven fabric layer 9.

本実施形態に従って、隣接する第1の不織布層の表面と第2の不織布層の表面が融合しているセパレータは、全体の厚みが減少されるという利点を有する。厚みが減少されると、正負極間の距離が短縮されるため、リチウムイオン透過性を向上させることができる。また、厚みが減少されると、電池のエネルギー密度を高めることができる。   According to this embodiment, the separator in which the surface of the adjacent first nonwoven fabric layer and the surface of the second nonwoven fabric layer are fused has the advantage that the overall thickness is reduced. When the thickness is reduced, the distance between the positive and negative electrodes is shortened, so that lithium ion permeability can be improved. Further, when the thickness is reduced, the energy density of the battery can be increased.

なお、各不織布層を形成する繊維の直径、長さ、繊維の方向などは第1実施形態において記載したとおりである。   In addition, the diameter of fiber which forms each nonwoven fabric layer, length, the direction of a fiber, etc. are as having described in 1st Embodiment.

本実施形態において用いられるセパレータ13に含まれる不織布は、例えば、乾式法、スパンボンド法、ウォーターニードル法、スパンレース法、湿式抄造法、及びメルトブロー法のような、公知の方法により製造可能である。特に、均一で薄い不織布を得やすい湿式抄造法が好適に用いられる。不織布は、電解液に膨潤し、これを保持する有機高分子からなる多孔膜であることが好ましく、平均膜厚10〜20μm、目付け6〜20g/m2、透気度10秒以下、25℃におけるマクミラン数10以下であることが望ましい。   The nonwoven fabric contained in the separator 13 used in the present embodiment can be manufactured by a known method such as a dry method, a spunbond method, a water needle method, a spunlace method, a wet papermaking method, and a melt blow method. . In particular, a wet papermaking method that facilitates obtaining a uniform and thin nonwoven fabric is preferably used. The nonwoven fabric is preferably a porous film made of an organic polymer that swells in and retains the electrolyte solution, and has an average film thickness of 10 to 20 μm, a basis weight of 6 to 20 g / m 2, an air permeability of 10 seconds or less, and at 25 ° C. The Macmillan number is desirably 10 or less.

不織布を構成する材料は特に限定されないが、ポリエチレン・ポリプロピレン等のポロオレフィン系材料、ポリエチレンテレフタレート・ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系材料、ポリフェニリンスルフィド、及び、芳香族ポリアミド、及びこれらの混合物から選択することができる。   The material constituting the non-woven fabric is not particularly limited, but is selected from a polyolefin material such as polyethylene and polypropylene, a polyester material such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, aromatic polyamide, and a mixture thereof. can do.

第3の実施形態によれば、リチウムイオンの透過性が高く且つ強度が高いセパレータを用いることにより、安全性が高く且つ電池性能が向上された非水電解質二次電池を提供することができる。   According to the third embodiment, a non-aqueous electrolyte secondary battery with high safety and improved battery performance can be provided by using a separator having high lithium ion permeability and high strength.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態による非水電解質二次電池について説明する。図6は、第4実施形態の電池に用いられるセパレータ14の側面図であり、セパレータ14の長辺を厚さ方向から見た模式図である。第4実施形態による非水電解質二次電池は、図6に示すような構成を有するセパレータを用いる以外は、第1実施形態と同様の構成を有する。
(Fourth embodiment)
Next, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the fourth embodiment will be described. FIG. 6 is a side view of the separator 14 used in the battery of the fourth embodiment, and is a schematic view of the long side of the separator 14 as seen from the thickness direction. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the fourth embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a separator having a configuration as shown in FIG. 6 is used.

セパレータ14は、平均直径R1を有する繊維を含む一以上の第1の不織布層9と、平均直径R2を有する繊維を含む一以上の第2の不織布層10とを含む。一以上の第1の不織布層9と一以上の第2の不織布層10は、交互に、且つ、第1の不織布層9の繊維の方向と第2の不織布層10の繊維の方向が角度を有するように積層されて、積層構造体を形成する。   The separator 14 includes one or more first nonwoven layers 9 including fibers having an average diameter R1 and one or more second nonwoven layers 10 including fibers having an average diameter R2. The one or more first nonwoven fabric layers 9 and the one or more second nonwoven fabric layers 10 are alternately arranged, and the direction of the fibers of the first nonwoven fabric layer 9 and the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer 10 are at an angle. The stacked structure is formed by stacking the layers so as to include the stacked structure.

セパレータは、積層構造体に加えてさらに、該積層構造体を厚さ方向に貫く支持体12を含む。この支持体12は、第1の不織布層9と第2の不織布層10とを積層した積層構造体と同じ厚みを有し、セパレータ11の骨格として用いることができる。支持体12を用いることにより、セパレータ11の強度をさらに向上させることができる。   In addition to the laminated structure, the separator further includes a support 12 that penetrates the laminated structure in the thickness direction. This support 12 has the same thickness as a laminated structure in which the first nonwoven fabric layer 9 and the second nonwoven fabric layer 10 are laminated, and can be used as a skeleton of the separator 11. By using the support 12, the strength of the separator 11 can be further improved.

ここで、各不織布層を形成する繊維の直径、長さ、繊維の方向、隣接する不織布層の繊維の方向がなす角度、支持体の形状や配置などは第2実施形態において記載したとおりである。   Here, the diameter and length of the fibers forming each nonwoven fabric layer, the fiber direction, the angle formed by the fiber directions of the adjacent nonwoven fabric layers, the shape and arrangement of the support, and the like are as described in the second embodiment. .

図6に示すように、本実施形態ではさらに、積層構造体の外側にさらなる不織布層が積層される。図6の例では、第1の不織布層9の外側に第3の不織布層15が積層され、第2の不織布層10の外側に第4の不織布層16が積層されている。   As shown in FIG. 6, in this embodiment, a further nonwoven fabric layer is further laminated outside the laminated structure. In the example of FIG. 6, a third nonwoven fabric layer 15 is laminated outside the first nonwoven fabric layer 9, and a fourth nonwoven fabric layer 16 is laminated outside the second nonwoven fabric layer 10.

第3の不織布層15及び第4の不織布層16は、含まれる繊維の平均直径が、隣接する不織布層に含まれる繊維の平均直径と異なることが好ましい。また、第3の不織布層15及び第4の不織布層16は、それぞれ、その繊維の方向が、隣接する不織布層の繊維の方向と角度を有するように積層されることが好ましい。   It is preferable that the 3rd nonwoven fabric layer 15 and the 4th nonwoven fabric layer 16 differ in the average diameter of the fiber contained from the average diameter of the fiber contained in an adjacent nonwoven fabric layer. Moreover, it is preferable that the 3rd nonwoven fabric layer 15 and the 4th nonwoven fabric layer 16 are each laminated | stacked so that the direction of the fiber may have an angle with the direction of the fiber of an adjacent nonwoven fabric layer.

積層構造体の少なくとも一方の外側に、上記のようにさらなる不織布層を積層することによって、セパレータの強度をさらに向上させることができる。また、第1の不織布層又は第2の不織布層と支持体12との間に段差がある場合でも、セパレータ14の表面を平滑にすることができる。   By laminating a further non-woven fabric layer on at least one outer side of the laminated structure as described above, the strength of the separator can be further improved. Even when there is a step between the first nonwoven fabric layer or the second nonwoven fabric layer and the support 12, the surface of the separator 14 can be smoothed.

本実施形態において用いられるセパレータ14は、第2実施形態で記載した方法によって作製したセパレータの一方の表面又は両方の表面に、さらに不織布層を積層することによって製造することができる。   The separator 14 used in this embodiment can be manufactured by further laminating a nonwoven fabric layer on one surface or both surfaces of the separator produced by the method described in the second embodiment.

第4の実施形態によれば、リチウムイオンの透過性が高く且つ強度が高いセパレータを用いることにより、安全性が高く且つ電池性能が向上された非水電解質二次電池を提供することができる。   According to the fourth embodiment, a non-aqueous electrolyte secondary battery with high safety and improved battery performance can be provided by using a separator having high lithium ion permeability and high strength.

なお、上記の各実施形態による非水電解質二次電池は、携帯用電子機器等に積載される小型電池のほか、二輪ないし四輪の自動車等に積載される車載用電池として提供されることもできる。また、上記の各実施形態による非水電解質二次電池は、薄型に限定されず、円筒型、角型など任意の形態であってよい。また、非水電解質二次電池に備えられる電極群は、捲回電極群に限定されず、積層型電極群であってもよい。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to each of the above embodiments may be provided as a vehicle battery mounted on a two-wheeled or four-wheeled vehicle, in addition to a small battery mounted on a portable electronic device or the like. it can. In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to each of the above embodiments is not limited to a thin shape, and may be in any form such as a cylindrical shape or a rectangular shape. Further, the electrode group provided in the nonaqueous electrolyte secondary battery is not limited to the wound electrode group, and may be a stacked electrode group.

(実施例)
<セパレータの作製>
厚さ15μmのポリエチレン膜を、約20μmの間隔で配置して、セパレータ骨格を形成した。ポリエチレン膜の間に、第1の不織布層と第2の不織布層を順次積層してセパレータを作製した。第1の不織布層に含まれる繊維には、平均直径5μmのセルロース製の繊維を用いた。第2の不織布層に含まれる繊維には、平均直径2μmのセルロース製の繊維を用いた。第1の不織布層と第2の不織布層とは、繊維の方向がほぼ直角になるように積層した。第1の不織布層は一層あたり5μmの厚さであり、第2の不織布層は一層あたり2μmの厚さであり、それぞれ2層ずつ積層した。
(Example)
<Preparation of separator>
Polyethylene films having a thickness of 15 μm were arranged at intervals of about 20 μm to form a separator skeleton. A separator was prepared by sequentially laminating a first nonwoven fabric layer and a second nonwoven fabric layer between polyethylene films. As the fibers contained in the first nonwoven fabric layer, cellulose fibers having an average diameter of 5 μm were used. As the fibers contained in the second nonwoven fabric layer, cellulose fibers having an average diameter of 2 μm were used. The first non-woven fabric layer and the second non-woven fabric layer were laminated so that the directions of the fibers were substantially perpendicular. The first nonwoven fabric layer had a thickness of 5 μm per layer, and the second nonwoven fabric layer had a thickness of 2 μm per layer, and two layers were laminated.

<正極の作製>
正極活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO)粉末91重量%、アセチレンブラック2.5重量%、グラファイト3重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)3.5重量%を、ノルマルメチルピロリドン(NMP)溶液に加えて混合し、ペースト状の正極用スラリーを調製した。このスラリーを、70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた。次いで、厚さ12μmの帯状のアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥した。次いで、プレス成形して所定の寸法に切断したのち、導電タブを溶接した。
<Preparation of positive electrode>
As a positive electrode active material, 91% by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) powder, 2.5% by weight of acetylene black, 3% by weight of graphite, and 3.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed with normal methylpyrrolidone (NMP). ) Added to the solution and mixed to prepare a paste-like positive electrode slurry. The slurry was passed through a 70 mesh screen to remove the large ones. Subsequently, it apply | coated uniformly on both surfaces of the strip-shaped aluminum foil of thickness 12 micrometers, and dried. Next, after press forming and cutting to a predetermined size, the conductive tab was welded.

<負極の作製>
負極活物質としてチタン酸リチウム粉末91重量%、アセチレンブラック3.5重量%、グラファイト3重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)2.5重量%を、ノルマルメチルピロリドン(NMP)溶液に加えて混合し、ペースト状の負極用スラリーを調製した。このスラリーを、70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた。次いで、厚さ12μmの帯状のアルミ箔の両面に均一に塗布し、乾燥した。次いで、プレス成形して所定の寸法に切断したのち、導電タブを溶接した。
<Production of negative electrode>
As a negative electrode active material, 91% by weight of lithium titanate powder, 3.5% by weight of acetylene black, 3% by weight of graphite, and 2.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) were added to a normal methylpyrrolidone (NMP) solution. The mixture was mixed to prepare a paste-like negative electrode slurry. The slurry was passed through a 70 mesh screen to remove the large ones. Subsequently, it apply | coated uniformly on both surfaces of the strip-shaped aluminum foil of thickness 12 micrometers, and dried. Next, after press forming and cutting to a predetermined size, the conductive tab was welded.

<非水電解質二次電池の作製>
上記で作製した正極、セパレータ、負極をこの順で重ねて捲回し、プレス成形して捲回電極群を作製した。
<Preparation of nonaqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode, separator, and negative electrode prepared above were stacked in this order, wound, and press-molded to prepare a wound electrode group.

エチレンカーボネート(EC)と、ジエチルカーボネート(DEC)とを体積比1:2の割合で混合した溶媒に、LiPFを1mol/dmの濃度で溶解し、非水電解質を調製した。 LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / dm 3 in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 to prepare a nonaqueous electrolyte.

ラミネートフィルム製外装袋に、捲回電極群及び非水電解質を入れ、正極タブ及び負極タブが延出した状態でヒートシールして、捲回電極群と非水電解液を密封し、非水電解質二次電池を作製した。   Put the wound electrode group and the non-aqueous electrolyte in the laminated film outer bag, heat seal with the positive electrode tab and the negative electrode tab extended, and seal the wound electrode group and the non-aqueous electrolyte solution. A secondary battery was produced.

(比較例1)
単層構造のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。セパレータは、平均直径10μmのセルロース製の繊維から形成され、厚さが15μmであった。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a separator having a single layer structure was used. The separator was formed from cellulose fibers having an average diameter of 10 μm and had a thickness of 15 μm.

(比較実験)
実施例及び比較例の電池をそれぞれ充電した後、放電を行ったときの性能を試験した。充放電条件はいずれも1Cとした。
(Comparative experiment)
After charging the batteries of Examples and Comparative Examples, the performance when discharging was tested. The charge / discharge conditions were all 1C.

図7に、放散熱量の測定結果を示す。図7に示されているように、実施例の電池は、比較例の電池に比べて、放散熱量が大きく、熱放散能力が高いことが示された。   FIG. 7 shows the measurement result of the amount of heat dissipated. As shown in FIG. 7, it was shown that the battery of the example had a larger amount of heat dissipated and higher heat dissipation capability than the battery of the comparative example.

図8に、セル温度の測定結果を示す。図8に示されているように、実施例の電池は、比較例の電池に比べて、セル温度の上昇開始が遅く、温度上昇が抑制されることが示された。   FIG. 8 shows the measurement result of the cell temperature. As shown in FIG. 8, it was shown that the battery of the example had a slower start of cell temperature rise than the battery of the comparative example, and the temperature rise was suppressed.

図9に、放電時間の測定結果を示す。図9に示されているように、実施例の電池は、比較例の電池に比べて、電圧が高く、放電時間も長かった。   FIG. 9 shows the measurement results of the discharge time. As shown in FIG. 9, the battery of the example had a higher voltage and a longer discharge time than the battery of the comparative example.

(セパレータの層数と体積エネルギー密度の関係)
セパレータの層数と体積エネルギー密度の関係を図10に示した。比較例の電池では、セパレータの層数が増加するに従って体積エネルギー密度が著しく低下する。しかし、本実施形態に従うセパレータを用いた場合、体積エネルギー密度の低下が緩やかであった。本実施形態に従うセパレータは、体積エネルギー密度を向上させるために有利であることが示された。
(Relationship between number of separator layers and volume energy density)
The relationship between the number of separator layers and the volume energy density is shown in FIG. In the battery of the comparative example, the volume energy density significantly decreases as the number of separator layers increases. However, when the separator according to the present embodiment was used, the decrease in volume energy density was gradual. The separator according to this embodiment has been shown to be advantageous for improving the volume energy density.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…非水電解質二次電池、2…捲回電極群、3…正極、4…負極、5,11,13,14…セパレータ、6…正極タブ、7…負極タブ、8…外装部材、9…第1の不織布層、10…第2の不織布層、12…支持体、15…第3の不織布層、16…第4の不織布層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Non-aqueous electrolyte secondary battery, 2 ... Winding electrode group, 3 ... Positive electrode, 4 ... Negative electrode, 5, 11, 13, 14 ... Separator, 6 ... Positive electrode tab, 7 ... Negative electrode tab, 8 ... Exterior member, 9 ... 1st nonwoven fabric layer, 10 ... 2nd nonwoven fabric layer, 12 ... Support body, 15 ... 3rd nonwoven fabric layer, 16 ... 4th nonwoven fabric layer.

Claims (6)

正極と、
負極と、
平均直径R1を有する繊維を含む一以上の第1の不織布層と、平均直径R2を有する繊維を含む一以上の第2の不織布層とを含むセパレータと、
非水電解質とを含み、
前記一以上の第1の不織布層と前記一以上の第2の不織布層は、交互に、且つ、前記第1の不織布層の繊維の方向と前記第2の不織布層の繊維の方向が角度を有するように積層され、
前記R1は前記R2と異なる値であることを特徴とする、非水電解質二次電池。
A positive electrode;
A negative electrode,
A separator comprising one or more first nonwoven layers comprising fibers having an average diameter R1, and one or more second nonwoven layers comprising fibers having an average diameter R2.
Including non-aqueous electrolyte,
The one or more first nonwoven fabric layers and the one or more second nonwoven fabric layers are alternately arranged, and the direction of the fibers of the first nonwoven fabric layer and the direction of the fibers of the second nonwoven fabric layer are at an angle. Laminated to have
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein R1 has a value different from R2.
前記セパレータが、前記一以上の第1の不織布層と前記一以上の第2の不織布層が交互に積層された積層構造体を厚さ方向に貫く支持体をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The separator further includes a support that penetrates in a thickness direction a laminated structure in which the one or more first nonwoven fabric layers and the one or more second nonwoven fabric layers are alternately laminated. Item 2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to Item 1. 前記積層構造体において、隣接する前記第1の不織布層と前記第2の不織布層の向かい合った表面が融合していることを特徴とする、請求項2に記載の非水電解質二次電池。   3. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein in the laminated structure, opposing surfaces of the adjacent first nonwoven fabric layer and the second nonwoven fabric layer are fused. 前記支持体が多孔質体であることを特徴とする、請求項2又は3に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the support is a porous body. 前記積層構造体の外側にさらなる不織布層が積層されることを特徴とする、請求項2〜4の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 2 to 4, wherein a further nonwoven fabric layer is laminated outside the laminated structure. 前記さらなる不織布層は、その繊維の方向が、隣接する不織布層の繊維の方向と角度を有するように積層され、
前記さらなる不織布層に含まれる繊維の平均直径が、隣接する不織布層に含まれる繊維の平均直径と異なる値であることを特徴とする、請求項5に記載の非水電解質二次電池。
The further nonwoven layer is laminated such that the fiber direction has an angle with the fiber direction of the adjacent nonwoven layer;
6. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein an average diameter of fibers contained in the further nonwoven fabric layer is a value different from an average diameter of fibers contained in an adjacent nonwoven fabric layer.
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