JP2013218926A - Separator and lithium-ion secondary battery using the same - Google Patents

Separator and lithium-ion secondary battery using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2013218926A
JP2013218926A JP2012089611A JP2012089611A JP2013218926A JP 2013218926 A JP2013218926 A JP 2013218926A JP 2012089611 A JP2012089611 A JP 2012089611A JP 2012089611 A JP2012089611 A JP 2012089611A JP 2013218926 A JP2013218926 A JP 2013218926A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
solid electrolyte
electrolyte layer
ion secondary
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012089611A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Shinkai
正博 新海
Kazutoshi Emoto
和敏 江元
Masahiro Tsuchiya
匡広 土屋
Satoru Maruyama
哲 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2012089611A priority Critical patent/JP2013218926A/en
Publication of JP2013218926A publication Critical patent/JP2013218926A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery excellent in high-temperature storage characteristics and a separator therefor.SOLUTION: The separator according to the present invention is provided with a solid electrolyte layer on a porous film. The solid electrolyte layer contains inorganic particles having an average particle diameter of 0.05-2 μm. The separator has a total film thickness of 15 μm or less and such a flatness that the ratio of the roughness Ra of the separator to the total film thickness T of the separator satisfies 0<Ra/T<0.05.

Description

本発明は、セパレータ及びそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a separator and a lithium ion secondary battery using the separator.

現在、様々な形の電池が、エレクトロニクスの分野から自動車用途、あるいは電力貯蔵を意図した大型電池まで広く利用されている。   At present, various types of batteries are widely used from the field of electronics to automobile applications or large batteries intended for power storage.

特に今後の脱原発、クリーンエネルギー社会構築に向けてスマートグリッドという言葉に代表される分散型電力システムが普及するにつれて、その中で大規模蓄電システムは必須となっている。したがって、このシステムを構成する大容量の大型電池が増々重要な位置を占めている。   In particular, a large-scale power storage system is indispensable as a distributed power system represented by the word “smart grid” is becoming popular for the future denuclearization and construction of a clean energy society. Therefore, large-capacity large-sized batteries constituting this system are increasingly important.

このような大型電池の電解質には液体が用いられているが、電解質を固体状にできれば、液漏れの防止やシート構造化が可能となる。このため、特許文献1のように固体電解質を利用する電池は、次世代タイプの電池として注目を集めている。固体電解質については、通常電池や電気化学素子で使用される液体である電解質材料と対峙するものであり、固体状態を維持しながらイオンの移動(イオン導電性)を可能にする電解質を示す。   Liquid is used for the electrolyte of such a large battery. However, if the electrolyte can be made solid, liquid leakage can be prevented and a sheet structure can be formed. For this reason, the battery using a solid electrolyte like patent document 1 attracts attention as a next-generation type battery. As for the solid electrolyte, an electrolyte which is opposed to an electrolyte material which is a liquid usually used in a battery or an electrochemical element, and which allows ion movement (ionic conductivity) while maintaining a solid state is shown.

こうした固体状の電解質を用いる場合、セラミックス材料、高分子材料、あるいは、それらを複合化した材料が提案されている。中でも、高分子電解質と電解液等とを用い、可塑化したゲル電解質は、液体系の高導電率と高分子系のプラスチック性とを兼ね備えており、電解質開発の上で有望視されてきた。この固体状の電解質(以下固体電解質と記す)は、全体としては固体状態を維持しているが、分子レベルの領域では、マトリックスが液体に近い状態で存在しているものと推定されるため、イオンの移動度(導電性)が大きくなっていると考えられている。   In the case of using such a solid electrolyte, a ceramic material, a polymer material, or a material obtained by combining them has been proposed. Among these, a plasticized gel electrolyte using a polymer electrolyte and an electrolytic solution has both high liquid conductivity and high polymer plasticity, and has been regarded as promising for electrolyte development. This solid electrolyte (hereinafter referred to as a solid electrolyte) maintains a solid state as a whole, but it is presumed that the matrix exists in a state close to a liquid in the molecular level region. It is considered that the mobility (conductivity) of ions is increased.

しかしながら、一般的な固体電解質は、高温時での保存特性の点で、更に改良が必要な場合が多い。   However, general solid electrolytes often require further improvements in terms of storage characteristics at high temperatures.

一方、液体の電解質を利用する電池においても、近年、電池薄型化、高容量化の要望はとどまることを知らず、さらなる改良が切望されている。この様な状況の中、さらにセパレータを薄くすること、特性改善のため高空孔率化が、スマートグリッド用の定置型電池や産業用途の大型電池用途にも必要となってきている。
しかし、高空孔率で薄いセパレータの使用に伴い、当然のことながら、電極間距離が短くなり、極間距離のばらつきの影響も大きくなる。その結果、電極間での局部的な電池反応が進むことやあるいは、正極材料あるいは負極材料中の可動イオンの影響もあって高温時における保存特性の低下を招いていた。特に、定置型電池に代表される大型電池のように長期の電池特性を維持する必要がある電池においては大きな劣化を招く場合があった。
On the other hand, even in the case of a battery using a liquid electrolyte, in recent years, there has been a demand for further thinning and high capacity, and further improvement is desired. Under such circumstances, it is becoming necessary to make the separator thinner and to increase the porosity for improving the characteristics for stationary batteries for smart grids and large-sized batteries for industrial applications.
However, with the use of a thin separator with a high porosity, naturally, the distance between the electrodes is shortened, and the influence of variations in the distance between the electrodes is also increased. As a result, a local battery reaction between the electrodes proceeds, or mobile ions in the positive electrode material or the negative electrode material affect the storage characteristics at high temperatures. In particular, a battery that needs to maintain long-term battery characteristics, such as a large battery typified by a stationary battery, may cause significant deterioration.

特開2000−123633号公報JP 2000-123633 A

本発明の目的は、高温保存特性に優れた電池とそのためのセパレータを提供することである。   An object of the present invention is to provide a battery excellent in high-temperature storage characteristics and a separator therefor.

本発明に係るセパレータは、多孔質フィルム上に固体電解質層を備えたセパレータであって、その固体電解質層は、平均粒径が0.05〜2μmの無機粒子を含有すると共に、前記セパレータの合計の膜厚は15μm以下であり、前記セパレータの平坦性が、前記セパレータの合計の膜厚Tに対する前記セパレータの粗さRaの比として、0< Ra/T <0.05であることを特徴とする。   The separator according to the present invention is a separator provided with a solid electrolyte layer on a porous film, and the solid electrolyte layer contains inorganic particles having an average particle diameter of 0.05 to 2 μm, and the total of the separators. The thickness of the separator is 15 μm or less, and the flatness of the separator is 0 <Ra / T <0.05 as a ratio of the roughness Ra of the separator to the total thickness T of the separator. To do.

この様な構成とすることで、高温保存特性に優れた電池を提供可能なセパレータとなる。   By setting it as such a structure, it becomes a separator which can provide the battery excellent in the high temperature storage characteristic.

なお、平坦性は、セパレータの表面、つまり固体電解質層の表面について100mm×100mmの領域を無作為に選定し、その領域の中で、表面粗さ計を用い、微小領域を走査することによりセパレータの膜厚を測定した。具体的には、この正方形の4か所の角、対角線の交点、各辺の中点領域を総計9か所について測定し、セパレータの最大の厚みTmax(セパレータの合計の膜厚の中で最大の厚みTmax)と最小の厚みTminとし、粗さRa=Tmax−Tminと定義し、その値を用いRa/Tにより平坦性を評価した。なお、Tは得られたセパレータの膜厚から算出した平均値を用いている。 The flatness is determined by randomly selecting an area of 100 mm × 100 mm on the surface of the separator, that is, the surface of the solid electrolyte layer, and scanning the micro area in the area using a surface roughness meter. The film thickness of was measured. Specifically, the four corners of this square, the intersections of diagonal lines, and the midpoint area of each side are measured at a total of nine points, and the maximum thickness T max of the separator (of the total film thickness of the separator) maximum and thickness T max) and the minimum thickness T min, defined as the roughness Ra = T max -T min, to evaluate the flatness by Ra / T using the value. Note that T is an average value calculated from the thickness of the obtained separator.

かかるセパレータによれば、固体電解質層を介在させることにより、セパレータ内においてより均一な状態が実現でき電極間での局部的な電池反応を抑制できることや、可動イオンの移動度も減少させることができるものと推定される。その結果、高温時における保存特性が改善できたものと考えている。   According to such a separator, by interposing a solid electrolyte layer, a more uniform state can be realized in the separator, a local battery reaction between electrodes can be suppressed, and the mobility of mobile ions can also be reduced. Estimated. As a result, it is considered that the storage characteristics at high temperatures can be improved.

さらに本発明に係るセパレータは、従来技術と比較して、強度が強く、10μm以下の薄膜化が可能である。その際の固体電解質は、膜厚を5μm以下、特に2μm以下にすることが好ましい。   Furthermore, the separator according to the present invention is stronger than the prior art and can be thinned to 10 μm or less. In this case, the solid electrolyte preferably has a film thickness of 5 μm or less, particularly 2 μm or less.

前記無機粒子は、炭酸カルシウム、タルサイト、チタン酸バリウムのいずれか1種以上であることが好ましい。   The inorganic particles are preferably at least one of calcium carbonate, talcite, and barium titanate.

また、前記固体電解質層は、ポリフッ化ビニリデン、ブタジエンゴム、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれるいずれか一種を含有することが好ましい。   The solid electrolyte layer preferably contains any one selected from polyvinylidene fluoride, butadiene rubber, epoxy resin, polyamideimide, and polyimide.

さらに前記多孔質フィルムは、空孔率50%以上であることが好ましい。   Furthermore, the porous film preferably has a porosity of 50% or more.

本発明に係るセパレータは、上述したセパレータを備えたリチウムイオン二次電池であることが好ましい。かかるリチウムイオン二次電池によれば、高温保存特性に優れた電池を提供できる。   The separator according to the present invention is preferably a lithium ion secondary battery including the separator described above. According to such a lithium ion secondary battery, a battery having excellent high-temperature storage characteristics can be provided.

本発明に係るセパレータ及びリチウムイオン二次電池は、高温保存特性に優れた電池を提供することが可能となる。   The separator and the lithium ion secondary battery according to the present invention can provide a battery having excellent high-temperature storage characteristics.

本実施形態のリチウムイオン二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the lithium ion secondary battery of this embodiment. 本実施形態のセパレータの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the separator of this embodiment.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるリチウムイオン二次電池の好適な実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明のリチウムイオン二次電池は、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Exemplary embodiments of a lithium ion secondary battery according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the lithium ion secondary battery of the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the dimensional ratio of drawing is not restricted to the ratio of illustration.

図1に、本実施形態のリチウムイオン二次電池100を模式的に示す。図1のリチウムイオン二次電池100は、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料(正極活物質,負極活物質)を含む正極20及び負極30と、正極と負極との間にあるセパレータ10から構成されている。その正極20は、正極集電体22の片面に正極活物質層24を備えて構成されており、負極30は、負極集電体32の片面に負極活物質層34を備えて構成されている。また、そのセパレータ10は、多孔質フィルム14上に固体電解質層12を形成した構成となっている。   FIG. 1 schematically shows a lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment. A lithium ion secondary battery 100 in FIG. 1 includes a positive electrode 20 and a negative electrode 30 containing materials (positive electrode active material and negative electrode active material) that occlude and release lithium ions, and a separator 10 between the positive electrode and the negative electrode. ing. The positive electrode 20 is configured with a positive electrode active material layer 24 on one side of a positive electrode current collector 22, and the negative electrode 30 is configured with a negative electrode active material layer 34 on one side of a negative electrode current collector 32. . The separator 10 has a configuration in which a solid electrolyte layer 12 is formed on a porous film 14.

また本実施形態のセパレータ10は、図2に示すように、多孔質フィルム14上に固体電解質層12を備えた2層構造のセパレータである。その固体電解質層12は、無機粒子とバインダーとを含有する。   Moreover, the separator 10 of this embodiment is a separator of the two-layer structure provided with the solid electrolyte layer 12 on the porous film 14, as shown in FIG. The solid electrolyte layer 12 contains inorganic particles and a binder.

さらに、その固体電解質層中には、平均粒径が0.05〜2μmの無機粒子を含有すると共に、前記セパレータの合計の膜厚、すなわち多孔質フィルムと固体電解質層を合わせた膜厚は15μm以下であり、前記セパレータの平坦性が、前記セパレータの合計の膜厚Tに対する前記セパレータの粗さRaの比として、0< Ra/T <0.05であることを特徴としている。この様な構成とすることで、高温保存特性に優れた電池を提供可能なセパレータとなる。加えて、本発明に係るセパレータは、体積エネルギー密度も向上可能な、つまり高容量を維持可能なセパレータとなる。更に驚いたことに、多孔質フィルムと固体電解質層とをセパレータとして一体化することにより、上記効果に加えサイクル特性も改善することができた。   Further, the solid electrolyte layer contains inorganic particles having an average particle diameter of 0.05 to 2 μm, and the total film thickness of the separator, that is, the total film thickness of the porous film and the solid electrolyte layer is 15 μm. The flatness of the separator is characterized by 0 <Ra / T <0.05 as the ratio of the roughness Ra of the separator to the total film thickness T of the separator. By setting it as such a structure, it becomes a separator which can provide the battery excellent in the high temperature storage characteristic. In addition, the separator according to the present invention is a separator capable of improving the volume energy density, that is, maintaining a high capacity. Surprisingly, by integrating the porous film and the solid electrolyte layer as a separator, the cycle characteristics could be improved in addition to the above effects.

なお、平坦性は、セパレータの表面、つまり固体電解質層の表面について100mm×100mmの領域を無作為に選定し、その領域の中で、表面粗さ計を用い、微小領域を走査することによりセパレータの膜厚を測定した。具体的には、この正方形の4か所の角、対角線の交点、各辺の中点領域を総計9か所について測定し、セパレータの最大の厚みTmax(セパレータの合計の膜厚の中で最大の厚みTmax)と最小の厚みTminとし、粗さRa=Tmax−Tminと定義し、その値を用いRa/Tにより平坦性を評価した。なお、Tは得られたセパレータの膜厚から算出した平均値を用いている。 The flatness is determined by randomly selecting an area of 100 mm × 100 mm on the surface of the separator, that is, the surface of the solid electrolyte layer, and scanning the micro area in the area using a surface roughness meter. The film thickness of was measured. Specifically, the four corners of this square, the intersections of diagonal lines, and the midpoint area of each side are measured at a total of nine points, and the maximum thickness T max of the separator (of the total film thickness of the separator) maximum and thickness T max) and the minimum thickness T min, defined as the roughness Ra = T max -T min, to evaluate the flatness by Ra / T using the value. Note that T is an average value calculated from the thickness of the obtained separator.

必ずしも明確ではないが、かかるセパレータによれば、固体電解質層を介在させることにより、セパレータ内においてより均一な状態が実現でき電極間での局部的な電池反応を抑制できることや、可動イオンの移動度も減少させることができるものと推定される。その結果、高温時における保存特性が改善できたものと考えている。更に驚いたことに、本発明に係るセパレータは、サイクル特性の向上も可能である。これは、固体電解質層によりセパレータの保液性が向上したことと、表面平坦性が確保できたことにより電流分布の均一化を図ることができたことが、サイクル特性の向上につながったものと推定される。   Although not necessarily clear, according to such a separator, by interposing a solid electrolyte layer, a more uniform state can be realized in the separator, a local battery reaction between electrodes can be suppressed, and the mobility of mobile ions It is presumed that can also be reduced. As a result, it is considered that the storage characteristics at high temperatures can be improved. Surprisingly, the separator according to the present invention can also improve cycle characteristics. This is because the liquid retention of the separator was improved by the solid electrolyte layer and that the current distribution was made uniform by ensuring the surface flatness, which led to the improvement of the cycle characteristics. Presumed.

<無機粒子>
次に本実施形態にかかる構成部材について、順に説明する。本実施形態に用いられる無機粒子は、固体電解質中に電解液を含浸させるための細孔を形成するものであり、電気化学的に不活性なものであれば特に制限されない。無機粒子のバルクにおける導電率は10−9S・cm−1以下、特に10−15S・cm−1以下であることが好ましい。
<Inorganic particles>
Next, components according to the present embodiment will be described in order. The inorganic particles used in the present embodiment form pores for impregnating the electrolyte in the solid electrolyte, and are not particularly limited as long as they are electrochemically inactive. The electrical conductivity in the bulk of the inorganic particles is preferably 10 −9 S · cm −1 or less, particularly preferably 10 −15 S · cm −1 or less.

本実施形態で用いる無機粒子は、平均粒径は0.05〜5μmであり、特に0.1〜2μmであることが好ましい。粒径が小さすぎると粒子が密になり過ぎてしまう。粒径が大きすぎると、薄膜化が困難になるおそれがあるが、バインダー材料含めスラリー化条件で対応可能である。粒度分布としては、比較的狭い方が均一な空隙が得られるので好ましく、平均粒径の1/2〜2倍に全粒子の50質量%以上が存在することが好ましい。   The inorganic particles used in the present embodiment have an average particle size of 0.05 to 5 μm, and particularly preferably 0.1 to 2 μm. If the particle size is too small, the particles become too dense. If the particle size is too large, it may be difficult to reduce the film thickness, but it can be handled under slurrying conditions including the binder material. As the particle size distribution, a relatively narrow one is preferable because uniform voids can be obtained, and it is preferable that 50% by mass or more of all particles exist in 1/2 to 2 times the average particle size.

無機粒子は、その形状は特に限定されず、適当な細孔が形成されればよく、不定形砕片状、不定形状、球状等いずれであってもよい。   The shape of the inorganic particles is not particularly limited as long as appropriate pores are formed, and may be any shape such as an irregular shaped piece, an irregular shape, and a spherical shape.

このような無機粒子の材質としては、特に制限されず、例えば、酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、炭酸カルシウム(CaCO)、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸バリウム(BaTiO)、タルサイト等が挙げられ、これらは、1種を用いても2種以上を併用してもかまわない。
この中で、炭酸カルシウム、タルサイト、チタン酸バリウムがより好ましい。特に水熱合成により合成された純度の高い炭酸カルシウム、タルサイト、チタン酸バリウムは、薄層化する固体電解質の作製にとって特に効果のある無機化合物である。さらに、チタン酸バリウムの場合は結晶構造および結晶格子サイズによりその誘電特性が変化する。例えば水熱合成により作製したチタン酸バリウムは結晶中のa軸とc軸の比率が、a/c>1.0006であることが好ましい。
The material of such inorganic particles is not particularly limited, and for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), magnesium oxide (MgO), barium titanate ( BaTiO 3 ), talcite and the like can be mentioned, and these may be used alone or in combination of two or more.
Among these, calcium carbonate, talcite, and barium titanate are more preferable. In particular, high-purity calcium carbonate, talcite, and barium titanate synthesized by hydrothermal synthesis are inorganic compounds that are particularly effective for the production of a thin solid electrolyte. Further, in the case of barium titanate, the dielectric properties change depending on the crystal structure and crystal lattice size. For example, barium titanate prepared by hydrothermal synthesis preferably has a ratio of a-axis to c-axis in the crystal such that a / c> 1.0006.

<バインダー>
本実施形態に用いられるバインダーは、特に限定されるものではなく、バインダーとして無機粒子を結着させるものであればよい。
<Binder>
The binder used in the present embodiment is not particularly limited as long as it binds inorganic particles as the binder.

特に、ポリフッ化ビニリデン、ブタジエンゴム、およびエポキシ樹脂、ポリイミドアミド、ポリイミドも好ましく用いることができる。   In particular, polyvinylidene fluoride, butadiene rubber, epoxy resin, polyimide amide, and polyimide can also be preferably used.

その中でも、ブタジエンゴムが好ましく、より好ましくはスチレンブタジエンゴム(SBR)が挙げられる。この様な水系のバインダーは有機溶媒を使用しないという点から環境にやさしい製品づくりに貢献できる。   Among these, butadiene rubber is preferable, and styrene butadiene rubber (SBR) is more preferable. Such water-based binders can contribute to the production of environmentally friendly products because they do not use organic solvents.

無機粒子とバインダーの重量比は、無機粒子:バインダー = 55:45〜90:10、特に60:40〜85:15であることが好ましい。バインダーの含有量がこれより多くなると、空孔率が減少するため十分な伝導度が得られなくなる可能性がある。バインダーの含有量がこれより少なくなると、無機粒子を十分結着することが困難になり、十分なシート強度が得られない場合もあり、薄膜化が困難になってくる。   The weight ratio of the inorganic particles to the binder is preferably inorganic particles: binder = 55: 45 to 90:10, particularly 60:40 to 85:15. If the content of the binder is higher than this, the porosity may be reduced, so that sufficient conductivity may not be obtained. If the content of the binder is less than this, it becomes difficult to sufficiently bind the inorganic particles, and sufficient sheet strength may not be obtained, and it becomes difficult to reduce the thickness.

また、本実施形態で使用する多孔質フィルムは、特に限定されるものではないが、耐電解液性を考慮し、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、あるいはポリプロピレン・ポリエチレン多孔質フィルムが好ましく用いられる。また、エポキシ樹脂や、ポリアミドイミド樹脂の多孔質フィルムであってもよい。また、セルロースを主材料とする多孔質膜であってもよい。このとき多孔質フィルムは、固体電解質層を含めた合計の膜厚が15μm以下となるようにする。   Further, the porous film used in the present embodiment is not particularly limited, but in consideration of the electrolytic solution resistance, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or a polypropylene / polyethylene porous film is preferably used. It is done. Moreover, the porous film of an epoxy resin or a polyamide-imide resin may be sufficient. Further, it may be a porous film mainly composed of cellulose. At this time, the total thickness of the porous film including the solid electrolyte layer is 15 μm or less.

また、多孔質フィルムの空孔率は、50%以上であることが好ましい。この構成によれば電池特性を更に向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the porosity of a porous film is 50% or more. According to this configuration, the battery characteristics can be further improved.

本実施形態のセパレータは、その平坦性が重要である。表面の粗さRaがセパレータの膜厚Tに対して0<Ra/T<0.05である。表面の平坦性を保つことにより電流の局所的な流れを防ぐことができ、優れた高温保存特性の電池を提供することができる。また、本実施形態ではサイクル特性も向上することができる。   The flatness of the separator of this embodiment is important. The surface roughness Ra is 0 <Ra / T <0.05 with respect to the film thickness T of the separator. By maintaining the flatness of the surface, local current flow can be prevented, and a battery having excellent high-temperature storage characteristics can be provided. In this embodiment, cycle characteristics can also be improved.

これらの効果については、例えば、固体電解質層表面の平坦性を保つことができず、隣接する電極に対して、薄層化した部分が存在すれば、その部分に電流が集中する。この電流集中が電極側にも反映され、初期状態ではほとんど認識されないが長期あるいは高温時において、電極に影響し局所的な材料劣化を引き起こし、サイクル特性を低下させることになると考えている。なお、平坦性の測定は、走査型電子顕微鏡により断面観察でも測定できるが、ここでは表面粗さ計で測定し粗さRaを算出した。また、上述した平坦性Ra/Tについては、使用する無機粒子の粒子径や形態により調整することが可能であり、後述するスラリー濃度を調整した無機粒子あるいは樹脂粒子と凝集状態を抑えることによっても確保できる。さらには無機粒子、バインダー材料複合状態で圧力をかけて平坦化することも可能である。また、固体電解質層となるスラリーを塗布する際にはその下地である多孔質フィルムの表面状態に左右される傾向があるため、多孔質フィルムの表面状態を制御することによっても可能である。   Regarding these effects, for example, the flatness of the surface of the solid electrolyte layer cannot be maintained, and if there is a thinned portion with respect to the adjacent electrode, current concentrates on that portion. This current concentration is also reflected on the electrode side and is hardly recognized in the initial state, but it is considered that it affects the electrode and causes local material deterioration at a long time or at a high temperature, thereby reducing the cycle characteristics. The flatness can be measured by cross-sectional observation with a scanning electron microscope, but here, the roughness Ra was calculated by measuring with a surface roughness meter. Further, the above-described flatness Ra / T can be adjusted according to the particle size and form of the inorganic particles to be used, and also by suppressing the aggregation state with inorganic particles or resin particles whose slurry concentration is adjusted as described later. It can be secured. Further, it can be flattened by applying pressure in a composite state of inorganic particles and a binder material. Moreover, since it tends to be influenced by the surface state of the porous film that is the base when applying the slurry that becomes the solid electrolyte layer, it is also possible to control the surface state of the porous film.

<電解液>
電解液は一般に電解質塩と溶媒よりなる。リチウム電池への応用を考えると電解質塩にはリチウムが含有されている必要があり、具体的にはLiPF、LiClO、LiBF、LiAsF、LiSOCF、LiN(CFSO等の電解質塩が適用可能である。その他、応用する電気化学デバイスに応じて、後述の溶媒と相溶する電解質塩を適宜選択すればよい。このような電解質塩は単独で用いてもよいし、複数の塩を所定の比率(例えば、LiPF:LiBF=0.01:0.99〜0.99:0.01)で混合して用いてもよい。
<Electrolyte>
The electrolytic solution generally comprises an electrolyte salt and a solvent. Considering application to a lithium battery, the electrolyte salt needs to contain lithium. Specifically, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSO 3 CF 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) An electrolyte salt such as 2 is applicable. In addition, according to the electrochemical device to be applied, an electrolyte salt that is compatible with the solvent described later may be appropriately selected. Such an electrolyte salt may be used alone, or a plurality of salts may be mixed at a predetermined ratio (for example, LiPF 6 : LiBF 4 = 0.01: 0.99 to 0.99: 0.01). It may be used.

溶媒としては、上記バインダー材料、電解質塩との相溶性の良好なものであれば特に限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池やキャパシタ等の電気化学デバイスへの応用を考えると、高い電圧をかけた場合にも分解の起こらないものが好ましく、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート類、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等の環式エーテル、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン等の環式エーテル、γ−ブチロラクトン等のラクトン、スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、エチルジグライム等を好ましく用いることができる。こられは単独で用いても、混合して用いてもかまわない。その他、応用するデバイス等に応じて公知の溶媒の中から好適なものを適宜選択すればよい。   The solvent is not particularly limited as long as it has good compatibility with the binder material and the electrolyte salt, but is high when considering application to electrochemical devices such as lithium ion secondary batteries and capacitors. Those that do not decompose even when a voltage is applied are preferred, such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), etc. Carbonates, cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, cyclic ethers such as 1,3-dioxolane, 4-methyldioxolane, lactones such as γ-butyrolactone, sulfolane, 3-methylsulfolane, dimethoxy Ethane, Jie Kishietan, ethoxy methoxy ethane, can be preferably used ethyl diglyme or the like. These may be used alone or in combination. In addition, a suitable solvent may be appropriately selected from known solvents according to the device to be applied.

電解液における電解質塩の濃度は、好ましくは0.3〜5 mol/lであり、通常1 mol/l近辺で最も高い伝導性を示す。   The concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution is preferably 0.3 to 5 mol / l, and usually exhibits the highest conductivity in the vicinity of 1 mol / l.

電解液の含有量は、固体電解質の30〜70質量%、特に40〜60質量%であることが好ましい。含有量がこれより多くなると、余分な電解液が多くなり、電池を作製したとき重量的に不利になってくる。また、含有量がこれより少なくなると、十分なイオン伝導度が得られにくい場合がある。   The content of the electrolytic solution is preferably 30 to 70% by mass, particularly 40 to 60% by mass of the solid electrolyte. If the content is higher than this, excess electrolyte solution increases, which is disadvantageous in weight when a battery is produced. Further, if the content is less than this, sufficient ionic conductivity may be difficult to obtain.

<セパレータ>
本実施形態の固体電解質層を備えたセパレータ10において、固体電解質層12の膜厚は、0.1〜5μm、特に0.5〜2μmであることが好ましい。多孔質フィルム14も含めた合計の膜厚で5μm以上15μm以下であることが実用的である。本実施形態の固体電解質層を備えたセパレータは、実用上15μm以下にはできなかった従来のゲル電解質と比べて薄層化されており、さらには、近年リチウムイオン電池において開発されている薄いセパレータ(10μm以下)を併用しても、従来の10μmセパレータよりも薄くできる。そのため、薄型大面積化、すなわちシート状形態化に適したセパレータとなる。
<Separator>
In the separator 10 provided with the solid electrolyte layer of the present embodiment, the thickness of the solid electrolyte layer 12 is preferably 0.1 to 5 μm, particularly preferably 0.5 to 2 μm. It is practical that the total film thickness including the porous film 14 is 5 μm or more and 15 μm or less. The separator provided with the solid electrolyte layer of the present embodiment is thinner than the conventional gel electrolyte that could not be practically made to be 15 μm or less, and further, a thin separator that has been developed in recent years for lithium ion batteries. Even if (10 μm or less) is used in combination, it can be made thinner than a conventional 10 μm separator. Therefore, the separator is suitable for thinning and large area, that is, sheet-like form.

また、電解液が含浸する前の乾燥時、つまり、無機粒子がバインダーで結着された状態での空孔率は、30%以上、特に45%以上であることが好ましい。空孔率がこれ未満であると、十分電解液を保持できず、イオン伝導度やレート特性が低下する場合がある。また、空孔率の上限は、通常、70%以下が好ましい。大きすぎると強度の点で不十分になる可能性がある。なお、空孔率はアルキメデス法により測定できる。   Further, the porosity in drying before impregnation with the electrolytic solution, that is, in a state where the inorganic particles are bound with the binder, is preferably 30% or more, particularly 45% or more. If the porosity is less than this, the electrolyte cannot be sufficiently retained, and the ionic conductivity and rate characteristics may be deteriorated. The upper limit of the porosity is usually preferably 70% or less. If it is too large, the strength may be insufficient. The porosity can be measured by the Archimedes method.

また、その平均細孔径は0.05〜2μm、特に0.1〜0.8μm であることが好ましい。通常、従来のゲル電解質よりも細孔径は大きい。平均細孔径がこれより大きいと、均一な細孔径を維持するのが困難になり、リチウムデントライトが発生する可能性がある。これより小さいと、Liイオンの拡散に問題が生じる可能性がある。細孔径は、水銀ポロシメータで測定できる。   The average pore diameter is preferably 0.05 to 2 μm, particularly preferably 0.1 to 0.8 μm. Usually, the pore diameter is larger than that of the conventional gel electrolyte. When the average pore diameter is larger than this, it becomes difficult to maintain a uniform pore diameter, and lithium dentrite may be generated. If it is smaller than this, a problem may occur in the diffusion of Li ions. The pore diameter can be measured with a mercury porosimeter.

<製造方法>
次に、本実施形態の固体電解質層を備えたセパレータの具体的な作製方法を述べる。
<Manufacturing method>
Next, a specific method for producing a separator provided with the solid electrolyte layer of this embodiment will be described.

まず、バインダーと無機粒子とを溶媒に溶解・分散させる。このときの溶媒はバインダーが溶解可能な各種溶媒、水系から適宜選択すればよく、工業的には高沸点で安全性の高いものが好ましい。例えば、N、N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトンなどを用いることが好ましい。溶媒に対するバインダーの濃度は好ましくは5〜25質量%である。   First, a binder and inorganic particles are dissolved and dispersed in a solvent. The solvent at this time may be appropriately selected from various solvents and aqueous systems in which the binder can be dissolved. Industrially, a solvent having a high boiling point and high safety is preferable. For example, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone and the like are preferably used. The concentration of the binder with respect to the solvent is preferably 5 to 25% by mass.

分散・溶解方法としては、バインダーと無機粒子の混合物を溶媒に加え、または、バインダー溶液に無機粒子を添加し、室温あるいは必要により加熱してマグネチックスターラー、ホモジナイザー等の撹拌機、ポットミル、ボールミル、ス−パーサンドミル、加圧ニーダー等の分散機を用いて分散・溶解する。   As a dispersion / dissolution method, a mixture of a binder and inorganic particles is added to a solvent, or inorganic particles are added to a binder solution, heated at room temperature or if necessary, a stirrer such as a magnetic stirrer or a homogenizer, a pot mill, a ball mill, Disperse and dissolve using a dispersing machine such as a super sand mill or a pressure kneader.

そして、バインダーと無機粒子と溶媒とを混合した混合スラリーを高空孔率の多孔質フィルムに塗布する。さらに別の形態としては、最終的に電池を作製する際に多孔質フィルム上に固体電解質層が形成されればよいので、一旦、このスラリーを直接電極表面に塗布することも可能である。混合スラリーを多孔質フィルムに塗布するための手段は特に限定されず、基体の材質や形状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等により圧延処理を行う。   And the mixed slurry which mixed the binder, the inorganic particle, and the solvent is apply | coated to the porous film with a high porosity. As yet another form, the solid electrolyte layer may be formed on the porous film when the battery is finally produced, so that the slurry can be applied directly to the electrode surface once. The means for applying the mixed slurry to the porous film is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material and shape of the substrate. In general, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method and the like are used. Then, if necessary, a rolling process is performed using a flat plate press, a calendar roll, or the like.

塗布後に、混合スラリー中の溶媒を蒸発させれば、無機粒子がバインダーで結着された固体電解質層を備えたセパレータが出来上がる。なお、乾燥方法は減圧乾燥しても、風乾でもよい。また、加熱してもよい。   If the solvent in the mixed slurry is evaporated after coating, a separator having a solid electrolyte layer in which inorganic particles are bound with a binder is completed. The drying method may be drying under reduced pressure or air drying. Moreover, you may heat.

この固体電解質層を備えたセパレータを正極と負極の間に挟み込み積層することで発電要素40を作製する。   The power generation element 40 is produced by sandwiching and laminating the separator provided with the solid electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode.

<リチウムイオン二次電池>
リチウムイオン二次電池100は、主として、発電要素40、発電要素40を密閉した状態で収容するケース50、及び発電要素40に接続された一対のリード60、62を備えている。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery 100 mainly includes a power generation element 40, a case 50 that houses the power generation element 40 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the power generation element 40.

発電要素40は、上述したように一対の正極20と、負極30が、多層セパレータ10を挟んで対向配置されたものである。正極20の構成部材である正極集電体22及び負極30の構成部材である負極集電体32の端部には、それぞれリード62、60が接続されており、リード62、60の端部はケース50の外部にまで延びている。
本実施形態のセパレータを使用したリチウムイオン二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極および負極と、本実施形態のセパレータとから構成され、積層型電池や円筒型電池等に適用される。
As described above, the power generation element 40 is configured such that the pair of positive electrodes 20 and the negative electrode 30 are disposed to face each other with the multilayer separator 10 interposed therebetween. Leads 62 and 60 are connected to the ends of the positive electrode current collector 22 which is a constituent member of the positive electrode 20 and the negative electrode current collector 32 which is a constituent member of the negative electrode 30, respectively. It extends to the outside of the case 50.
The structure of the lithium ion secondary battery using the separator of the present embodiment is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode and a negative electrode and the separator of the present embodiment, and is applied to a stacked battery, a cylindrical battery, or the like. .

また、本実施形態のセパレータと組み合わせる電極は、リチウムイオン二次電池の電極として公知のものの中から適宜選択して使用すればよく、好ましくは電極活物質とゲル電解質、必要により導電助剤との組成物を用いる。   Moreover, the electrode combined with the separator of the present embodiment may be used by appropriately selecting from known ones as electrodes of a lithium ion secondary battery, preferably an electrode active material, a gel electrolyte, and optionally a conductive auxiliary agent. Use the composition.

負極には、炭素材料、リチウム金属、リチウム合金あるいは酸化物材料のような負極活物質を用い、正極には、リチウムイオンがインターカレート・デインターカレート可能な酸化物または炭素材料のような正極活物質を用いることが好ましい。このような電極を用いることにより、良好な特性のリチウムイオン二次電池を得ることができる。   The negative electrode uses a negative electrode active material such as a carbon material, lithium metal, lithium alloy or oxide material, and the positive electrode such as an oxide or carbon material capable of intercalating / deintercalating lithium ions. It is preferable to use a positive electrode active material. By using such an electrode, a lithium ion secondary battery with good characteristics can be obtained.

電極活物質として用いる炭素材料は、例えば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、天然あるいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラック、炭素繊維などから適宜選択すればよい。また、高容量を示すシリサイド系、シリコン系負極材料を用いても良い。   The carbon material used as the electrode active material may be appropriately selected from, for example, mesocarbon microbeads (MCMB), natural or artificial graphite, resin-fired carbon material, carbon black, carbon fiber, and the like. Further, a silicide-based or silicon-based negative electrode material exhibiting a high capacity may be used.

リチウムイオンがインターカレート・デインターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む複合酸化物が好ましく、例えば、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiVなどのリチウム遷移金属酸化物の他にLiFePOのようなリン酸塩系化合物(LiMnPO、LiVOPO等)が挙げられる。これらの粉末の平均粒子径は1〜40μm 程度であることが好ましい。 As an oxide capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a composite oxide containing lithium is preferable. For example, lithium transition metal oxidation such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiV 2 O 4, etc. In addition to these, phosphate compounds such as LiFePO 4 (LiMnPO 4 , LiVOPO 4, etc.) can be mentioned. The average particle size of these powders is preferably about 1 to 40 μm.

電極には、必要により導電助剤が添加される。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好ましい。   If necessary, a conductive additive is added to the electrode. Preferred examples of the conductive aid include metals such as graphite, carbon black, carbon fiber, nickel, aluminum, copper, and silver, and graphite and carbon black are particularly preferable.

電極組成は、正極では、重量比で、活物質:導電助剤:ゲル電解質=30〜90:3〜10:10〜70の範囲が好ましく、負極では、重量比で、活物質:導電助剤:ゲル電解質=30〜90:0〜10:10〜70の範囲が好ましい。ゲル電解質は、特に限定されず、通常用いられているものを用いればよい。また、ゲル電解質を含まない電極も好適に用いられる。この場合、結着剤としてはフッ素樹脂、フッ素ゴム等を用いることができ、結着剤の量は3〜30質量%程度が好ましい。   The electrode composition is preferably in the range of active material: conducting aid: gel electrolyte = 30 to 90: 3 to 10:10 to 70 by weight ratio in the positive electrode, and active material: conducting aid in weight ratio in the negative electrode. : Gel electrolyte = The range of 30-90: 0-10: 10-70 is preferable. The gel electrolyte is not particularly limited, and a commonly used gel electrolyte may be used. Moreover, the electrode which does not contain a gel electrolyte is also used suitably. In this case, a fluororesin, fluororubber, or the like can be used as the binder, and the amount of the binder is preferably about 3 to 30% by mass.

本実施形態では、上記負極活物質または正極活物質、好ましくは両活物質を、ゲル電解質または結着剤中に混合して集電体表面に接着させる。   In this embodiment, the negative electrode active material or the positive electrode active material, preferably both active materials are mixed in a gel electrolyte or a binder and adhered to the current collector surface.

電極の製造は、まず、活物質と必要に応じて導電助剤を、ゲル電解質溶液または結着剤溶液に分散し、塗布液を調製する。   In manufacturing the electrode, first, an active material and, if necessary, a conductive additive are dispersed in a gel electrolyte solution or a binder solution to prepare a coating solution.

そして、この塗布液を集電体に塗布する。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等により圧延処理を行う。   Then, this coating solution is applied to the current collector. The means for applying is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material and shape of the current collector. In general, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method and the like are used. Then, if necessary, a rolling process is performed using a flat plate press, a calendar roll, or the like.

集電体は、電池の使用するデバイスの形状やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアルミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。なお、集電体は金属箔、金属メッシュなどが、通常、使用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さな接触抵抗が得られる。   The current collector may be appropriately selected from ordinary current collectors according to the shape of the device used by the battery, the method of arranging the current collector in the case, and the like. Generally, aluminum or the like is used for the positive electrode, and copper, nickel, or the like is used for the negative electrode. In addition, a metal foil, a metal mesh, etc. are normally used for a collector. The metal mesh has a smaller contact resistance with the electrode than the metal foil, but a sufficiently small contact resistance can be obtained even with the metal foil.

そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製する。なお、塗布する膜の厚みは、0.1〜5μm程度とすることが好ましい。   Then, the solvent is evaporated to produce an electrode. In addition, it is preferable that the thickness of the film | membrane to apply | coat shall be about 0.1-5 micrometers.

このようにして得られた正極、負極、セパレータにより積層あるいは巻き型にしてアルミ外装ケースに入れ電池を作製する。   A battery is produced by stacking or winding the positive electrode, negative electrode, and separator obtained in this manner into an aluminum outer case.

なお、ケース50は、その内部に発電要素40及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。例えば、ケース50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。   The case 50 is for sealing the power generation element 40 and the electrolyte therein. The case 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside. For example, as the case 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil 52 and a film such as polypropylene can be used as the polymer film 54. For example, the material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer having a high melting point, such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Etc. are preferred.

以下に実施例を挙げ、本実施形態を具体的に説明する。
固体電解質層を備えたセパレータの評価として60℃における高温保存特性で判断した。
評価方法は、まず電池作製後に初期の放電容量を測定する。初期の放電容量は電池設計容量に対し1C(1時間で満充電となる電流値)相当の定電流で4.2Vまで充電し、満充電に到達した後1C相当の電流で2.7Vまで放電し放電容量とした。
その後、60℃において評価電池を満充電状態に置き、4週間後の放電容量の値を測定し、初期の放電容量からの容量変化率(%)で判断した。判定基準は60%以上を合格品とした。
サイクル特性は1C充放電条件で350サイクル後の放電容量を測定し、初期の放電容量からの容量維持率(%)で判定した。判定基準は80%以上を合格品とした。
また、セパレータの平坦性は、セパレータの表面、つまり固体電解質層の表面について100mm×100mmの領域を無作為に選定し、その領域の中で、表面粗さ計を用い、微小領域を走査することによりセパレータの膜厚を測定した。具体的には、この正方形の4か所の角、対角線の交点、各辺の中点領域を総計9か所について測定し、セパレータの最大の厚みTmax(セパレータの合計の膜厚の中で最大の厚みTmax)と最小の厚みTminとし、粗さRa=Tmax−Tminと定義し、その値を用いRa/Tにより平坦性を評価した。なお、Tは得られたセパレータの膜厚から算出した平均値を用いている。
The present embodiment will be described specifically with reference to examples.
Evaluation of the separator provided with the solid electrolyte layer was judged by the high temperature storage characteristics at 60 ° C.
In the evaluation method, first, the initial discharge capacity is measured after the battery is manufactured. The initial discharge capacity is charged to 4.2V with a constant current equivalent to 1C (current value that is fully charged in 1 hour) with respect to the battery design capacity, and after reaching full charge, it is discharged to 2.7V with a current equivalent to 1C. Discharge capacity.
Thereafter, the evaluation battery was placed in a fully charged state at 60 ° C., the value of the discharge capacity after 4 weeks was measured, and the capacity change rate (%) from the initial discharge capacity was judged. As a criterion, 60% or more was regarded as acceptable.
The cycle characteristics were determined by measuring the discharge capacity after 350 cycles under 1C charge / discharge conditions, and the capacity retention rate (%) from the initial discharge capacity. As for the judgment criteria, 80% or more was regarded as acceptable products.
In addition, the flatness of the separator is determined by randomly selecting a 100 mm × 100 mm region on the surface of the separator, that is, the surface of the solid electrolyte layer, and scanning a minute region using a surface roughness meter in the region. Was used to measure the film thickness of the separator. Specifically, the four corners of this square, the intersections of diagonal lines, and the midpoint area of each side are measured at a total of nine points, and the maximum thickness T max of the separator (of the total film thickness of the separator) maximum and thickness T max) and the minimum thickness T min, defined as the roughness Ra = T max -T min, to evaluate the flatness by Ra / T using the value. Note that T is an average value calculated from the thickness of the obtained separator.

<実施例1>
固体電解質層の成分として下記のものを用いセパレータを作製した。
<Example 1>
The separator was produced using the following as a component of the solid electrolyte layer.

〈固体電解質層の成分〉
固体電解質層の成分は、無機粒子はSiO(平均粒径1μm)、バインダーはPVDFとした。
<Components of the solid electrolyte layer>
As the components of the solid electrolyte layer, the inorganic particles were SiO 2 (average particle size 1 μm), and the binder was PVDF.

上記の各成分を重量比でSiO:PVDF=80:20となるように秤量し、さらにアセトンをアセトン:PVDF=9:1(重量比)となるように加え、ポットミルを用いて室温下で混合、溶解して、スラリー状の電解質溶液を得た。このスラリーは、PVDFコポリマーのみが溶解し、SiOは溶液中に分散していた。 Each of the above components was weighed so that the weight ratio was SiO 2 : PVDF = 80: 20, and acetone was further added so that acetone: PVDF = 9: 1 (weight ratio), and at room temperature using a pot mill. By mixing and dissolving, a slurry electrolyte solution was obtained. In this slurry, only the PVDF copolymer was dissolved, and SiO 2 was dispersed in the solution.

そして、この電解質溶液を、マイクログラビア法により、多孔質フィルムであるポリエチレン製セパレータフィルム(厚み9μm、空孔率52%)に塗布し、室温から50℃の範囲でアセトンを蒸発させて固体電解質層を備えたセパレータを得た。この時の固体電解質層の膜厚は0.1μmとした。   Then, this electrolyte solution is applied to a polyethylene separator film (thickness 9 μm, porosity 52%) as a porous film by a microgravure method, and acetone is evaporated in the range of room temperature to 50 ° C. to obtain a solid electrolyte layer. A separator provided with was obtained. The film thickness of the solid electrolyte layer at this time was 0.1 μm.

そして、この固体電解質セパレータを用い、正極としてコバルト酸リチウムLiCoO、負極として黒鉛を用いた電極を積層し、その発電要素をアルミラミネート外装体を用い封入した。その後、電解液として、LiPF 1M(mol/l)の塩と、ECとDMC(EC:DMC=1:2(体積比))の混合溶媒を用い、発電要素を収納した外層体内に注入し、リチウムイオン二次電池を作製した。 Then, using this solid electrolyte separator, an electrode using lithium cobalt oxide LiCoO 2 as a positive electrode and graphite as a negative electrode was laminated, and the power generation element was enclosed using an aluminum laminate outer package. Thereafter, a LiPF 6 1M (mol / l) salt and a mixed solvent of EC and DMC (EC: DMC = 1: 2 (volume ratio)) are used as an electrolytic solution and injected into the outer layer housing the power generation element. A lithium ion secondary battery was produced.

このようにして作製した電池を初期特性評価後、60℃で満充電状態にし4週間後の容量変化を測定した。その結果(容量変化率)を表1に示す。   The battery thus fabricated was subjected to initial characteristics evaluation, then fully charged at 60 ° C., and the capacity change after 4 weeks was measured. The results (capacity change rate) are shown in Table 1.

<実施例2>
表1に示されるように固体電解質層の膜厚を変えた他は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。その結果を表1に示す。
<Example 2>
A lithium ion secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the solid electrolyte layer was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

<実施例3>
固体電解質層のバインダー材料をスチレンブタジエンゴム、無機粒子を炭酸カルシウムとして、実施例2と同じ固体電解質層の膜厚にて固体電解質層を作製し評価した。炭酸カルシウム粒子(平均粒径:0.2μm)を30質量%、対する70質量部のバインダーとして、スチレンブタジエンゴムのエマルジョン水溶液25質量%を溶媒とし、水75質量部とした混合溶液を、室温にて均一になるようにボールミルで30時間混合、分散し、更に界面活性剤0.1質量部を添加して1時間分散を行い、電解質溶液を調製した。
<Example 3>
A solid electrolyte layer was prepared and evaluated at the same solid electrolyte layer thickness as in Example 2 using styrene butadiene rubber as the binder material for the solid electrolyte layer and calcium carbonate as the inorganic particles. A mixed solution containing 30 parts by mass of calcium carbonate particles (average particle size: 0.2 μm) and 70 parts by mass of a binder, 25% by mass of an aqueous emulsion of styrene-butadiene rubber as a solvent, and 75 parts by mass of water was brought to room temperature. Then, the mixture was dispersed and dispersed for 30 hours by a ball mill, and 0.1 parts by mass of a surfactant was further added and dispersed for 1 hour to prepare an electrolyte solution.

この電解質溶液を、マイクログラビア法により、多孔質フィルムであるポリエチレン製セパレータ(厚み9μm、空孔率55%)に塗布し、室温から50℃の範囲でアセトンを蒸発させてセパレータを得た。固体電解質シートの膜厚(乾燥膜厚)は0.1μmとした。   This electrolyte solution was applied to a polyethylene separator (thickness 9 μm, porosity 55%) as a porous film by a microgravure method, and acetone was evaporated in the range of room temperature to 50 ° C. to obtain a separator. The film thickness (dry film thickness) of the solid electrolyte sheet was 0.1 μm.

そして、このセパレータを用い実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製し、60℃保存特性を評価した。   And using this separator, the lithium ion secondary battery was produced similarly to Example 1, and the 60 degreeC storage characteristic was evaluated.

<実施例4>〜<実施例6>
実施例4〜6は、表1に示されるように固体電解質層の膜厚を変えた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し評価した。
<Example 4> to <Example 6>
Examples 4-6 produced and evaluated the lithium ion secondary battery like Example 1 except having changed the film thickness of the solid electrolyte layer as Table 1 showed.

<実施例7>〜<実施例9>
実施例7〜9は、表1に示されるように固体電解質層の膜厚を変えた以外は実施例3と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し評価した。
<Example 7> to <Example 9>
In Examples 7 to 9, lithium ion secondary batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the thickness of the solid electrolyte layer was changed as shown in Table 1.

<実施例10>
無機粒子をチタン酸バリウムとした以外は、実施例2と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した
<Example 10>
A lithium ion secondary battery was produced under the same conditions as in Example 2 except that the inorganic particles were barium titanate.

<実施例11>
無機粒子をタルサイトとした以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
<Example 11>
It was produced under the same conditions as in Example 1 except that talcite was used as the inorganic particles.

<実施例12>
無機粒子を水熱合成による炭酸カルシウムとした以外は、実施例2と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。本実施例で使用した炭酸カルシウムは、耐圧容器中で温度100℃から200℃、圧力2気圧から10気圧の範囲で合成された炭酸カルシウムを用いた。このときの炭酸カルシウムの平均粒子径は0.2μmであった。
<Example 12>
A lithium ion secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 2 except that the inorganic particles were calcium carbonate by hydrothermal synthesis. As the calcium carbonate used in this example, calcium carbonate synthesized in a pressure vessel at a temperature of 100 ° C. to 200 ° C. and a pressure of 2 atm to 10 atm was used. At this time, the average particle diameter of calcium carbonate was 0.2 μm.

<実施例13>
無機粒子を水熱合成によるチタン酸バリウムとした以外は、実施例2と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。このときのチタン酸バリウムの平均粒子径は0.15μmであった。
<Example 13>
A lithium ion secondary battery was produced under the same conditions as in Example 2 except that the inorganic particles were barium titanate by hydrothermal synthesis. At this time, the average particle diameter of barium titanate was 0.15 μm.

<実施例14>
実施例7と同様な構成で、平坦性のみを変えたセパレータを作製し、リチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 14>
A separator having the same configuration as that of Example 7 except that only flatness was changed was produced, and a lithium ion secondary battery was produced.

<実施例15>
実施例7と同様な構成で、平坦性のみを変えたセパレータを作製し、リチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 15>
A separator having the same configuration as that of Example 7 except that only flatness was changed was produced, and a lithium ion secondary battery was produced.

<実施例16>
実施例7と同様な構成で、平坦性のみを変えたセパレータを作製し、リチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 16>
A separator having the same configuration as that of Example 7 except that only flatness was changed was produced, and a lithium ion secondary battery was produced.

<実施例17>
実施例7と同様な構成で、平坦性のみを変えたセパレータを作製し、リチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 17>
A separator having the same configuration as that of Example 7 except that only flatness was changed was produced, and a lithium ion secondary battery was produced.

<比較例1>
表1に示すように実施例1と同様の多孔質フィルムで固体電解質層のないセパレータを準備し、リチウムイオン二次電池を試作し、60℃保存特性を評価した。
<Comparative Example 1>
As shown in Table 1, a separator having a porous film similar to that of Example 1 and having no solid electrolyte layer was prepared, a lithium ion secondary battery was prototyped, and 60 ° C. storage characteristics were evaluated.

<比較例2>
表1に示すように固体電解質層の膜厚を7μmに変えた以外は、基本的に実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。なお、この時のセパレータの合計の膜厚は、16μmとなっていた。
<Comparative example 2>
As shown in Table 1, a lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated basically in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the solid electrolyte layer was changed to 7 μm. In addition, the total film thickness of the separator at this time was 16 μm.

<比較例3>
表1に示すように実施例7と同じ構成で平坦性のみを変えたセパレータを作製し、リチウムイオン二次電池を作製した。
<Comparative Example 3>
As shown in Table 1, a separator having the same configuration as that of Example 7 except that only flatness was changed was produced, and a lithium ion secondary battery was produced.

<比較例4>
表1に示すように実施例7と同じ構成で平坦性のみを変えたセパレータを作製し、リチウムイオン二次電池を作製した。
<Comparative example 4>
As shown in Table 1, a separator having the same configuration as that of Example 7 except that only flatness was changed was produced, and a lithium ion secondary battery was produced.

Figure 2013218926
Figure 2013218926

以上、表1に示すように実施例1から実施例17は、60℃保存特性が改善されており、さらにはサイクル特性も向上していることがわかる。一方比較例は改善されていない。   As described above, as shown in Table 1, it can be seen that Examples 1 to 17 have improved storage characteristics at 60 ° C. and further improved cycle characteristics. On the other hand, the comparative example is not improved.

10 セパレータ
20 正極
12 固体電解質層
14 多孔質フィルム
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
50…ケース
52 金属箔
54 高分子膜
60,62 リード
100 リチウムイオン二次電池。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Separator 20 Positive electrode 12 Solid electrolyte layer 14 Porous film 22 Positive electrode collector 24 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 32 Negative electrode collector 34 Negative electrode active material layer 50 ... Case 52 Metal foil 54 Polymer film 60, 62 Lead 100 Lithium Ion secondary battery.

Claims (5)

多孔質フィルム上に固体電解質層を備えたセパレータであって、
前記固体電解質層は、平均粒径が0.05〜5μmの無機粒子を含有すると共に、前記セパレータの合計の膜厚は15μm以下であり、
前記セパレータの平坦性が、前記セパレータの合計の膜厚Tに対する前記セパレータの粗さRaの比として、0< Ra/T <0.05であることを特徴とするセパレータ。
A separator having a solid electrolyte layer on a porous film,
The solid electrolyte layer contains inorganic particles having an average particle diameter of 0.05 to 5 μm, and the total film thickness of the separator is 15 μm or less,
The separator is characterized in that the flatness of the separator is 0 <Ra / T <0.05 as the ratio of the roughness Ra of the separator to the total film thickness T of the separator.
前記無機粒子が炭酸カルシウム、タルサイト、チタン酸バリウムのいずれか1種以上であることを特徴とする請求項1記載のセパレータ。   The separator according to claim 1, wherein the inorganic particles are at least one of calcium carbonate, talcite, and barium titanate. 前記固体電解質層は、ポリフッ化ビニリデン、ブタジエンゴム、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれるいずれか一種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のセパレータ。   The separator according to claim 1, wherein the solid electrolyte layer contains any one selected from polyvinylidene fluoride, butadiene rubber, epoxy resin, polyamideimide, and polyimide. 前記固体電解質層は、空孔率50%以上の多孔質フィルムに配置されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のセパレータ。   The separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte layer is disposed on a porous film having a porosity of 50% or more. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のセパレータを備えるリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising the separator according to any one of claims 1 to 4.
JP2012089611A 2012-04-10 2012-04-10 Separator and lithium-ion secondary battery using the same Pending JP2013218926A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012089611A JP2013218926A (en) 2012-04-10 2012-04-10 Separator and lithium-ion secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012089611A JP2013218926A (en) 2012-04-10 2012-04-10 Separator and lithium-ion secondary battery using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013218926A true JP2013218926A (en) 2013-10-24

Family

ID=49590802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012089611A Pending JP2013218926A (en) 2012-04-10 2012-04-10 Separator and lithium-ion secondary battery using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013218926A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019160748A (en) * 2018-03-16 2019-09-19 株式会社東芝 Separator, electrode group, secondary cell, battery pack, vehicle, and power supply for fixation
JP2019220280A (en) * 2018-06-15 2019-12-26 住友化学株式会社 Porous layer and laminate separator for nonaqueous electrolyte secondary battery
US11349176B2 (en) 2018-12-20 2022-05-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Separator for all-solid-state batteries, method for producing the same, and all-solid-state battery
US11912853B2 (en) 2020-06-09 2024-02-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Binder composition, method of producing binder composition, and method of producing all-solid-state battery

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059871A1 (en) * 2000-02-10 2001-08-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Nonaqueous electrolyte cell manufacturing method and cell manufactured thereby
JP2009021265A (en) * 2006-11-20 2009-01-29 Teijin Ltd Separator for nonaqueous secondary battery, method for manufacturing the same, and nonaqueous secondary battery
JP2010027549A (en) * 2008-07-24 2010-02-04 Hitachi Chem Co Ltd Separator for electrochemical element and lithium-ion battery using the same
JP2010092881A (en) * 2008-08-19 2010-04-22 Teijin Ltd Separator for nonaqueous secondary battery
JP2011249314A (en) * 2010-05-28 2011-12-08 Samsung Sdi Co Ltd Lithium secondary battery
JP2012048918A (en) * 2010-08-25 2012-03-08 Sony Corp Separator and nonaqueous electrolyte battery prepared therewith

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059871A1 (en) * 2000-02-10 2001-08-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Nonaqueous electrolyte cell manufacturing method and cell manufactured thereby
JP2009021265A (en) * 2006-11-20 2009-01-29 Teijin Ltd Separator for nonaqueous secondary battery, method for manufacturing the same, and nonaqueous secondary battery
JP2010027549A (en) * 2008-07-24 2010-02-04 Hitachi Chem Co Ltd Separator for electrochemical element and lithium-ion battery using the same
JP2010092881A (en) * 2008-08-19 2010-04-22 Teijin Ltd Separator for nonaqueous secondary battery
JP2011249314A (en) * 2010-05-28 2011-12-08 Samsung Sdi Co Ltd Lithium secondary battery
JP2012048918A (en) * 2010-08-25 2012-03-08 Sony Corp Separator and nonaqueous electrolyte battery prepared therewith

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019160748A (en) * 2018-03-16 2019-09-19 株式会社東芝 Separator, electrode group, secondary cell, battery pack, vehicle, and power supply for fixation
JP2019220280A (en) * 2018-06-15 2019-12-26 住友化学株式会社 Porous layer and laminate separator for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP7218104B2 (en) 2018-06-15 2023-02-06 住友化学株式会社 Porous layer and laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary battery
US11349176B2 (en) 2018-12-20 2022-05-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Separator for all-solid-state batteries, method for producing the same, and all-solid-state battery
US11912853B2 (en) 2020-06-09 2024-02-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Binder composition, method of producing binder composition, and method of producing all-solid-state battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5149920B2 (en) Method for producing electrode for lithium secondary battery
JP2020038843A (en) Electrode, electrode manufacturing method, and secondary battery and manufacturing method thereof
US20050064289A1 (en) Electrode, electrochemical device, method for manufacturing electrode, and method for manufacturing electrochemical device
CN101276900B (en) Anode and lithium-ion secondary battery
JP2006351386A (en) Battery and its manufacturing method
JP6601065B2 (en) Secondary battery
JP6805374B2 (en) Electrodes for lithium-ion secondary batteries, their manufacturing methods, and lithium-ion secondary batteries
KR20150135434A (en) Collector, electrode structure, nonaqueous electrolyte battery, and electricity storage component
JP5025936B2 (en) Method for producing electrode-porous sheet composite for electronic component
JP5043076B2 (en) Non-aqueous lithium secondary battery
JP2018147769A (en) Separator for electrochemical element and nonaqueous electrolyte battery
JP3724960B2 (en) Solid electrolyte and electrochemical device using the same
JP2013218926A (en) Separator and lithium-ion secondary battery using the same
JP2016081711A (en) Separator and lithium ion secondary battery arranged by use thereof
JP6136057B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and secondary battery module
WO2014007035A1 (en) Negative electrode material, negative electrode for lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary battery, and method for producing negative electrode material
JP6658744B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte storage element
JP7213676B2 (en) Separator having fine pattern, wound body, non-aqueous electrolyte battery, and manufacturing method thereof
WO2023120622A1 (en) Secondary battery positive electrode, production method therefor, and secondary battery
JP2014060123A (en) Lithium ion secondary battery
JP2014022321A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery including scavenger
JP2007242348A (en) Lithium-ion secondary battery
US20200220171A1 (en) Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
JP6415312B2 (en) Separator and electrochemical device
JP5516700B2 (en) Lithium secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131213

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20131213

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20140121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140407

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140708