JP2014022051A - Separator for electrochemical element and electrochemical element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical element exhibiting excellent stability and storage characteristics at high temperatures, and to provide a separator which can constitute the electrochemical element while ensuring high productivity.SOLUTION: The separator for electrochemical element for use in an electrochemical element having a nonaqueous electrolyte contains a material which adsorbs transition metal ions eluted into the nonaqueous electrolyte, and a filler having a heatproof temperature of 150°C or higher. A sodium salt of ethylenediamine tetra-acetic acid is used as the material adsorbing transition metal ions eluted into the nonaqueous electrolyte. The electrochemical element includes a positive electrode using a lithium-containing transition metal oxide as an active material, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator, and the separator is the inventive separator for electrochemical element.

Description

本発明は、高温での安全性および貯蔵特性に優れた電気化学素子と、前記電気化学素子を構成でき、生産性が良好なセパレータに関するものである。   The present invention relates to an electrochemical element excellent in safety and storage characteristics at high temperatures, and a separator capable of constituting the electrochemical element and having good productivity.

リチウムイオン二次電池などの電気化学素子は、エネルギー密度が高いことから、携帯型電子機器の電源や車載用電源などとして幅広く用いられている。例えば、電子機器用のリチウムイオン二次電池では、その高性能化に伴って高容量化が進む傾向にあり、電気化学素子の安全性の確保が重要となっている。また、車載用電源などの中大型のリチウムイオン二次電池では、より一層の安全性が確保されなければならない。   Electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable electronic devices, in-vehicle power sources, and the like because of their high energy density. For example, lithium ion secondary batteries for electronic devices tend to have higher capacities with higher performance, and ensuring the safety of electrochemical elements is important. Further, in a medium-sized and large-sized lithium ion secondary battery such as a vehicle-mounted power supply, further safety must be ensured.

現行のリチウムイオン二次電池では、セパレータを正極と負極との間に介在させているが、そのセパレータには、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン製の微多孔膜が使用されている。また、セパレータの素材としては、電池の熱暴走温度以下でセパレータの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させることで、電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などの電池の安全性を向上させている。   In current lithium ion secondary batteries, a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a polyolefin microporous film having a thickness of, for example, about 20 to 30 μm is used as the separator. In addition, the separator material is melted below the thermal runaway temperature of the battery to close the pores, thereby increasing the internal resistance of the battery and improving the safety of the battery in the event of a short circuit. I am letting.

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

また、前記延伸によってフィルムにはひずみが生じており、これが高温に曝されると、残留応力によって収縮が起こるという問題がある。収縮温度は、シャットダウン温度と非常に近いところに存在する。このため、ポリオレフィン製の微多孔膜セパレータを使用するときには、充電異常時などに電池の温度がシャットダウン温度に達すると、電流を直ちに減少させて電池の温度上昇を防止しなければならない。空孔が十分に閉塞せず電流を直ちに減少できなかった場合には、電池の温度は容易にセパレータの収縮温度にまで上昇するため、内部短絡の危険性があるからである。このような状態で発熱反応が継続すれば、セパレータ自身が溶融してしまう所謂メルトダウン状態に移行し、正極と負極とが直接短絡することになることから、電池の温度上昇時における正負極間の隔離性・絶縁性の検討が重要となってくる。   In addition, the film is distorted by the stretching, and there is a problem that when it is exposed to a high temperature, shrinkage occurs due to residual stress. The shrinkage temperature is very close to the shutdown temperature. For this reason, when using a microporous membrane separator made of polyolefin, if the battery temperature reaches the shutdown temperature in the case of abnormal charging, the current must be immediately reduced to prevent the battery temperature from rising. This is because if the pores are not sufficiently closed and the current cannot be reduced immediately, the temperature of the battery easily rises to the shrinkage temperature of the separator, and there is a risk of an internal short circuit. If the exothermic reaction continues in such a state, it shifts to a so-called meltdown state in which the separator itself melts, and the positive electrode and the negative electrode are directly short-circuited. It is important to examine the isolation and insulation properties.

一方、正極活物質に着目すると、リチウムイオン二次電池の安全性向上の観点から、例えば、安全性の高いLiFePOやLiMnなどの使用が従来から検討されているが、例えば、LiMnの場合、充電状態の電池を高温下で貯蔵するなどした際に、Mnイオンが非水電解液中に溶出して負極上に析出し、これにより電池の容量低下が生じることが知られている。こうした正極活物質中の遷移金属イオンの溶出による問題は、程度の違いはあるものの、LiMn以外のリチウム含有遷移金属酸化物においても生じ得る。 On the other hand, paying attention to the positive electrode active material, from the viewpoint of improving the safety of the lithium ion secondary battery, for example, the use of LiFePO 4 or LiMn 2 O 4 having high safety has been conventionally studied. In the case of 2 O 4 , it is known that when a charged battery is stored at a high temperature, Mn ions are eluted in the non-aqueous electrolyte solution and deposited on the negative electrode, which causes a reduction in battery capacity. It has been. Such problems due to elution of transition metal ions in the positive electrode active material can also occur in lithium-containing transition metal oxides other than LiMn 2 O 4 , although to a different extent.

前記のようなセパレータに起因する電池の安全性に関する問題と、正極活物質に起因する電池の貯蔵特性に関する問題の両者を解決する技術も検討されている。特許文献1には、特定構造のポリアミン基を含有し、かつ特定の平均粒子径を有する微粒子を含むセパレータを用いた非水電解質電池が提案されている。前記の微粒子は、ポリアミン基による溶出遷移金属イオンをトラップする機能と、セパレータの熱収縮を抑制する機能とを兼ね備えており、これにより、電池内が過度に高温となった場合の安全性の向上と、正極活物質から溶出する遷移金属イオンによる電池貯蔵時の容量低下の抑制とを可能としている。   A technique for solving both of the problems related to the safety of the battery caused by the separator and the problems related to the storage characteristics of the battery caused by the positive electrode active material has been studied. Patent Document 1 proposes a nonaqueous electrolyte battery using a separator containing fine particles containing a polyamine group having a specific structure and having a specific average particle diameter. The fine particles have both the function of trapping transition metal ions eluted by polyamine groups and the function of suppressing the thermal contraction of the separator, thereby improving safety when the temperature inside the battery becomes excessively high. In addition, it is possible to suppress a decrease in capacity during battery storage due to transition metal ions eluted from the positive electrode active material.

その一方で、特許文献1に記載の技術の場合、セパレータを構成する微粒子の製造にある程度の工程を要するため、例えば、従来のリチウムイオン二次電池用セパレータに比べると、生産性が劣る。   On the other hand, in the case of the technique described in Patent Document 1, since a certain amount of steps are required to manufacture the fine particles constituting the separator, the productivity is inferior to, for example, a conventional lithium ion secondary battery separator.

特開2012−14994号公報JP 2012-14994 A

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温での安全性および貯蔵特性に優れた電気化学素子と、前記電気化学素子を構成でき、生産性が良好なセパレータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrochemical element excellent in safety and storage characteristics at high temperatures and a separator that can constitute the electrochemical element and has good productivity. It is to provide.

前記目的を達成し得た本発明の電気化学素子用セパレータは、非水電解液を有する電気化学素子に使用されるセパレータであって、非水電解液内に溶出した遷移金属イオンを吸着する材料と、耐熱温度が150℃以上のフィラーとを含有しており、前記非水電解液内に溶出した遷移金属イオンを吸着する材料として、エチレンジアミン4酢酸のナトリウム塩を用いたことを特徴とするものである。   The separator for an electrochemical element of the present invention that has achieved the above object is a separator used for an electrochemical element having a non-aqueous electrolyte, and adsorbs transition metal ions eluted in the non-aqueous electrolyte. And a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and using a sodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid as a material for adsorbing transition metal ions eluted in the non-aqueous electrolyte It is.

また、本発明の電気化学素子は、リチウム含有遷移金属酸化物を活物質とする正極と、負極と、非水電解液と、セパレータとを備えた電気化学素子であって、前記セパレータが、本発明の電気化学素子用セパレータであることを特徴とするものである。   The electrochemical device of the present invention is an electrochemical device comprising a positive electrode using a lithium-containing transition metal oxide as an active material, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator. It is the separator for electrochemical elements of the invention.

本発明によれば、高温での安全性および貯蔵特性に優れた電気化学素子と、前記電気化学素子を構成でき、生産性が良好なセパレータを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the separator which can comprise the electrochemical element excellent in the safety | security at high temperature and a storage characteristic, and the said electrochemical element, and favorable productivity can be provided.

本発明の電気化学素子(リチウムイオン二次電池)の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view which represents typically an example of the electrochemical element (lithium ion secondary battery) of this invention. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG.

本発明の電気化学素子用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という)は、非水電解液内に溶出した遷移金属イオンを吸着する材料(以下、「吸着材料」という)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーとを含有している。本発明のセパレータを有する電気化学素子(本発明の電気化学素子)では、正極活物質であるリチウム含有遷移金属酸化物から非水電解液内に遷移金属イオンが溶出しても、セパレータが含有する吸着材料によってトラップされるため、負極上での遷移金属の析出が抑制される。よって、前記電気化学素子は、高温での貯蔵特性が良好となる。   The separator for an electrochemical element of the present invention (hereinafter simply referred to as “separator”) has a material that adsorbs transition metal ions eluted in the non-aqueous electrolyte (hereinafter referred to as “adsorbent material”) and a heat-resistant temperature of 150 ° C. It contains the above filler. In the electrochemical device having the separator of the present invention (the electrochemical device of the present invention), even if the transition metal ions are eluted from the lithium-containing transition metal oxide, which is the positive electrode active material, into the non-aqueous electrolyte, the separator is contained. Since it is trapped by the adsorbing material, precipitation of the transition metal on the negative electrode is suppressed. Therefore, the electrochemical device has good storage characteristics at high temperatures.

本発明のセパレータでは、吸着材料としてエチレンジアミン4酢酸のナトリウム塩(EDTA・Na塩)を使用する。EDTA・Na塩は、Naイオンが脱離して遷移金属イオンを取り込む機構によって遷移金属イオンをトラップすることから、非水電解液中の溶出遷移金属イオンをトラップする機能に優れている。また、EDTA・Na塩は、例えば、セパレータを構成する他の材料に担持させたり化学結合させたりすることなく、セパレータ中に含有させることが可能であるため、セパレータの製造工程数の増大を抑制することができる。よって、本発明によれば、非水電解液中の溶出遷移金属イオンのトラップ能が高く、かつ生産性の高いセパレータを提供することができる。   In the separator of the present invention, ethylenediaminetetraacetic acid sodium salt (EDTA / Na salt) is used as the adsorbing material. Since the EDTA / Na salt traps transition metal ions by a mechanism in which Na ions are desorbed and take in transition metal ions, it has an excellent function of trapping eluted transition metal ions in the non-aqueous electrolyte. In addition, EDTA / Na salt can be contained in the separator without being supported on or chemically bonded to other materials constituting the separator, for example, thereby suppressing an increase in the number of manufacturing steps of the separator. can do. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a separator that has a high trapping ability for the eluted transition metal ions in the nonaqueous electrolytic solution and has a high productivity.

本発明のセパレータで使用し得るEDTA・Na塩としては、エチレンジアミン4酢酸2ナトリウム(エチレンジアミン4酢酸の有する4つのカルボキシル基のうちの2個がNa塩となっているもの。EDTA・2Na。)、エチレンジアミン4酢酸ナトリウム(エチレンジアミン4酢酸の有する4つのカルボキシル基の全てがNa塩となっているもの)などが挙げられる。   As the EDTA · Na salt that can be used in the separator of the present invention, ethylenediaminetetraacetic acid disodium (two of the four carboxyl groups of ethylenediaminetetraacetic acid are Na salts. EDTA · 2Na), Examples thereof include sodium ethylenediaminetetraacetate (one in which all four carboxyl groups of ethylenediaminetetraacetic acid are Na salts).

また、本発明のセパレータは、耐熱温度が150℃以上のフィラーを含有している。この耐熱温度が150℃以上のフィラーによって、例えば、セパレータを薄くしても正極と負極を良好に隔離できるため、電気化学素子のエネルギー密度の低下を可及的に抑制しつつ短絡の発生を防止することができる。更に、耐熱温度が150℃以上のフィラーによってセパレータの熱収縮を抑えることができるため、本発明のセパレータを有する電気化学素子では、異常加熱した際にも、セパレータの熱収縮による正極と負極との接触が生じ難く、安全性に優れたものとなる。   Moreover, the separator of this invention contains the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more. For example, even if the separator is thinned, the positive electrode and the negative electrode can be satisfactorily separated by the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, so that a decrease in the energy density of the electrochemical element is suppressed as much as possible to prevent occurrence of a short circuit. can do. Furthermore, since the heat shrinkage of the separator can be suppressed by a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the electrochemical element having the separator of the present invention has a positive electrode and a negative electrode due to the heat shrinkage of the separator even when abnormally heated. Contact is unlikely to occur and the safety is excellent.

本明細書でいう、耐熱温度が150℃以上のフィラーにおける「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において変形などの形状変化が目視で確認されないことを意味している。   As used herein, “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” in a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher means that shape change such as deformation is not visually confirmed at least at 150 ° C.

耐熱温度が150℃以上のフィラーとしては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に電気化学素子の有する非水電解液や、セパレータを形成する際に使用される組成物(溶媒を含む組成物)に用いる溶媒に対して安定であれば特に制限はない。なお、本明細書でいう「非水電解液に対して安定」とは、電気化学素子に係る非水電解液中で変形および化学的組成変化を起こさないことを意味している。また、本明細書でいう「電気化学的に安定」とは、電気化学素子の充放電の際に化学変化が生じないことを意味している。   As a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, it has an electrical insulating property, is electrochemically stable, and is a composition used for forming a non-aqueous electrolyte solution or separator having an electrochemical element. If it is stable with respect to the solvent used for (composition containing a solvent), there will be no restriction | limiting in particular. As used herein, “stable with respect to a non-aqueous electrolyte” means that deformation and chemical composition change do not occur in a non-aqueous electrolyte related to an electrochemical element. In addition, “electrochemically stable” as used in the present specification means that no chemical change occurs during charging / discharging of the electrochemical element.

このような耐熱温度が150℃以上のフィラーの具体例としては、例えば、酸化鉄、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、TiO、BaTiO、ZrOなどの酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、ハイドロタルサイトなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物;などの無機微粒子が挙げられる。また、金属微粒子;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子;などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の電気絶縁性の絶縁性微粒子を構成する材料など)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。 Specific examples of such a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher include fine oxide particles such as iron oxide, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), TiO 2 , BaTiO 3 , and ZrO 2 ; Nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride; refractory ion crystal fine particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalently bonded crystal fine particles such as silicon and diamond; clay fine particles such as talc and montmorillonite; boehmite And inorganic fine particles such as zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, hydrotalcite and the like, or artificial materials thereof. Further, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles; oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO); carbon fine particles such as carbon black and graphite; It may be fine particles that have been made electrically insulating by surface treatment with the above-mentioned materials constituting the electrically insulating fine particles.

また、耐熱温度が150℃以上のフィラーには、有機微粒子を用いることもできる。有機微粒子の具体例としては、ポリイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、架橋ポリメチルメタクリレート(架橋PMMA)、架橋ポリスチレン(架橋PS)、ポリジビニルベンゼン(PDVB)、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの架橋高分子の微粒子;熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子の微粒子;が挙げられる。これらの有機微粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。   Moreover, organic fine particles can also be used for the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. Specific examples of organic fine particles include polyimides, melamine resins, phenol resins, crosslinked polymethyl methacrylate (crosslinked PMMA), crosslinked polystyrene (crosslinked PS), polydivinylbenzene (PDVB), and high crosslinking amounts such as benzoguanamine-formaldehyde condensates. Molecular fine particles; heat-resistant polymer fine particles such as thermoplastic polyimide; The organic resin (polymer) constituting these organic fine particles is a mixture, modified body, derivative, copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. ) Or a crosslinked product (in the case of the heat-resistant polymer).

耐熱温度が150℃以上のフィラーには、前記例示の各種微粒子を1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、耐熱温度が150℃以上のフィラーは、前記例示の各種微粒子を構成する材料を2種以上含有する粒子であってもよい。なお、前記例示の各種微粒子の中でも、例えば、耐熱性多孔質膜の耐酸化性をより高め得ることから、無機酸化物微粒子が好ましく、アルミナ、シリカ、ベーマイトがより好ましい。   For the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, the various fine particles exemplified above may be used alone or in combination of two or more. Further, the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher may be a particle containing two or more materials constituting the various exemplified fine particles. Among the various exemplified fine particles, inorganic oxide fine particles are preferable, and alumina, silica, and boehmite are more preferable because, for example, the oxidation resistance of the heat-resistant porous film can be further improved.

耐熱温度が150℃以上のフィラーの平均粒子径は、小さすぎると、フィラーによる前記の効果が十分に確保し得ない虞があることから、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。ただし、耐熱温度が150℃以上のフィラーの平均粒子径が大きすぎると、例えばセパレータが厚くなりすぎて、これを用いた電気化学素子のエネルギー密度が低下するなどの虞がある。よって、耐熱温度が150℃以上のフィラーの平均粒子径は、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   If the average particle size of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is too small, the above-described effect due to the filler may not be sufficiently ensured. Therefore, the average particle size is preferably 0.01 μm or more, preferably 0.1 μm or more. It is more preferable that However, if the average particle size of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is too large, for example, the separator becomes too thick, and the energy density of an electrochemical device using the separator may decrease. Therefore, the average particle diameter of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably 15 μm or less, and more preferably 5 μm or less.

本明細書でいう各微粒子(耐熱温度が150℃以上のフィラー、並びに後述する熱溶融性微粒子および熱膨潤性微粒子)の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、微粒子が溶解したり膨潤したりしない媒体に、微粒子を分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる。   The average particle diameter of each fine particle (filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more, and heat-fusible fine particles and heat-swellable fine particles described later) in the present specification is, for example, a laser scattering particle size distribution meter (for example, “HORIBA” LA-920 ") can be defined as the number average particle size measured by dispersing the fine particles in a medium in which the fine particles do not dissolve or swell.

本発明のセパレータは、前記吸着材料と、耐熱温度が150℃以上のフィラーとを含有していればよく、例えば、前記フィラーをバインダで結着して形成した多孔質膜中に前記吸着材料を含有させて、本発明のセパレータを構成することができる。   The separator of the present invention only needs to contain the adsorbing material and a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. For example, the adsorbing material is contained in a porous film formed by binding the filler with a binder. The separator of this invention can be comprised by making it contain.

耐熱温度が150℃以上のフィラー同士を結着するためのバインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。バインダは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   As a binder for binding fillers having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, vinyl acetate-derived structural unit is 20 to 35 mol%), ethylene-ethyl acrylate copolymer Ethylene-acrylic acid copolymers such as polymers, fluorine-based rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone ( PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin and the like can be mentioned, and in particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the binder, those exemplified above may be used alone or in combination of two or more.

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

セパレータにおける耐熱温度が150℃以上のフィラーの含有率は、前記フィラーを使用することによる作用をより有効に発揮させる観点から、セパレータの構成成分の全体積(空孔部分を除く全体積。セパレータの各構成成分の含有率に関して、以下同じ。)中、60体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。   The content of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the separator is the total volume of the constituent components of the separator (the total volume excluding the void portion. In the following, the content of each component is the same.), Preferably 60% by volume or more, and more preferably 90% by volume or more.

セパレータにおける耐熱温度が150℃以上のフィラーの含有率の上限値は、特に制限はなく、例えば、前記の通り、本発明のセパレータは、前記吸着材料、耐熱温度が150℃以上のフィラーおよびバインダのみで構成することも可能であるため、前記吸着材料およびバインダを除く全量を、耐熱温度が150℃以上のフィラーとすることもできる。このような態様のセパレータの場合における耐熱温度が150℃以上のフィラーの含有率の好適上限値は、例えば、セパレータの構成成分の全体積中、99体積%である。   The upper limit value of the content of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the separator is not particularly limited. For example, as described above, the separator of the present invention includes only the adsorbing material, the filler and the binder having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. Therefore, the entire amount excluding the adsorbing material and the binder can be a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. The suitable upper limit of the content rate of the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more in the case of the separator of such an aspect is 99 volume% in the whole volume of the component of a separator, for example.

また、本発明のセパレータにおいて、前記吸着材料の量は、その使用による前記の効果を良好に確保する観点から、セパレータの形成に用いるEDTA・Na塩の量を、体積基準で、耐熱温度が150℃以上のフィラー100部に対して、10部以上とすることが好ましく、50部以上とすることがより好ましい。ただし、セパレータにおける前記吸着材料の量が多すぎると、前記フィラーによる高温時でのセパレータ寸法安定性の向上効果が小さくなる虞があるため、セパレータの形成に用いるEDTA・Na塩の量を、体積基準で、耐熱温度が150℃以上のフィラー100部に対して、50部以下とすることが好ましく、40以下とすることがより好ましい。   Further, in the separator of the present invention, the amount of the adsorbing material is such that the amount of the EDTA / Na salt used for forming the separator is, based on the volume, a heat resistant temperature of 150 from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect due to its use. The amount is preferably 10 parts or more, more preferably 50 parts or more with respect to 100 parts of filler at 100C or higher. However, if the amount of the adsorbing material in the separator is too large, the effect of improving the dimensional stability of the separator at high temperatures due to the filler may be reduced, so the amount of EDTA / Na salt used for forming the separator is As a standard, it is preferably 50 parts or less and more preferably 40 parts or less with respect to 100 parts of filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more.

なお、後述するセパレータの製造方法において、セパレータの形成に使用する組成物の溶媒に、例えば水を使用した場合には、前記組成物に添加したEDTA・Na塩が、形成後のセパレータ中では、そのNa塩となっているカルボキシル基の数が変化していること(例えば、EDTA・2Naを使用したときに、セパレータ中では、1つの分子が含有するNaの数が2個でない場合)もあるが、このような場合でも、本発明のセパレータは、非水電解液中での溶出遷移金属イオンを良好にトラップすることができる。   In the separator manufacturing method described later, when water is used as the solvent of the composition used for forming the separator, for example, EDTA / Na salt added to the composition is used in the separator after formation. The number of carboxyl groups in the Na salt may change (for example, when EDTA · 2Na is used, the number of Na contained in one molecule is not 2 in the separator). However, even in such a case, the separator of the present invention can trap trapped transition metal ions in the non-aqueous electrolyte well.

また、本発明のセパレータには、リチウムイオン二次電池などの電気化学素子に一般的に用いられているような、電気化学素子の温度が上昇した場合に空孔を閉塞し、イオンの透過性を低下させて素子の安全性を確保する、いわゆるシャットダウン機能を付与することもできる。   In addition, the separator of the present invention closes the vacancies when the temperature of the electrochemical element rises, as is generally used in electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries, and allows ion permeability. It is also possible to provide a so-called shutdown function that secures the safety of the device by reducing the above.

シャットダウン機能を付与したセパレータの具体例としては、シャットダウン機能を有するポリオレフィンを主体とする多孔質層(I)(ポリオレフィン製微多孔膜など)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有するセパレータ、より具体的には、例えば、前記多孔質層(I)の表面に前記多孔質層(II)を形成したセパレータなどが挙げられる。この場合、前記吸着材料は、例えば、多孔質層(II)に含有させればよい。   Specific examples of the separator having a shutdown function include a porous layer (I) mainly composed of polyolefin having a shutdown function (such as a microporous membrane made of polyolefin) and a porous body mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more. A separator having a porous layer (II), more specifically, a separator having the porous layer (II) formed on the surface of the porous layer (I), and the like. In this case, the adsorbing material may be contained in the porous layer (II), for example.

ポリオレフィン製微多孔膜で構成される多孔質層(I)を有するセパレータとすることでシャットダウン機能を付与する場合、ポリオレフィン製微多孔膜には、通常のリチウムイオン二次電池などの電気化学素子で使用されているセパレータを用いることができる。具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などの共重合ポリオレフィンなどで構成された微多孔膜が挙げられる。   In the case of providing a shutdown function by using a separator having a porous layer (I) composed of a polyolefin microporous membrane, the polyolefin microporous membrane is made of an electrochemical element such as a normal lithium ion secondary battery. The separator currently used can be used. Specifically, a microporous film composed of a copolymer polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ethylene-propylene copolymer can be used.

ポリオレフィン製微多孔膜には、前記のようなポリオレフィンで構成され、例えば延伸法、すなわち、無機フィラーなどを混合したポリオレフィンを用いて形成したフィルムやシートに、一軸または二軸延伸を施して微細な空孔を形成した後、必要に応じて無機フィラーを除去することで製造されるものなどを用いることができる。また、溶媒による空孔形成法、すなわち、前記例示のポリオレフィンと、他の樹脂やパラフィンとを混合してフィルムやシートとし、その後、前記他の樹脂やパラフィンのみを溶解する溶媒中に、これらのフィルムやシートを浸漬して、前記他の樹脂やパラフィンのみを溶解させて空孔を形成して製造されるものを、ポリオレフィン製微多孔膜として用いることもできる。更に、前記の延伸法と、前記の溶媒による空孔形成法とを組み合わせた方法によって製造されたポリオレフィン製微多孔膜を用いることもできる。   The microporous membrane made of polyolefin is composed of the polyolefin as described above. For example, a film or sheet formed by a stretching method, that is, a polyolefin mixed with an inorganic filler is uniaxially or biaxially stretched to form a fine film. After forming the pores, those produced by removing the inorganic filler as required can be used. In addition, the pore formation method using a solvent, that is, the polyolefin illustrated above and another resin or paraffin are mixed to form a film or sheet, and then, in a solvent that dissolves only the other resin or paraffin, What is manufactured by immersing a film or sheet and dissolving only the other resin or paraffin to form pores can be used as a polyolefin microporous film. Furthermore, a polyolefin microporous membrane produced by a method combining the stretching method and the pore formation method using the solvent can also be used.

また、ポリオレフィン製微多孔膜は、単層構造であってもよく、複数の層を有する積層構造であってもよい。すなわち、例えば、PEを含有する単層からなる微多孔膜や、PEを含有する層の片面にPPを含有する層を有する2層構造の微多孔膜、PEを含有する層の両面にPPを含有する層を有する3層構造の微多孔膜などであってもよい。   Further, the polyolefin microporous membrane may have a single layer structure or a laminated structure having a plurality of layers. That is, for example, a microporous membrane composed of a single layer containing PE, a microporous membrane having a two-layer structure having a layer containing PP on one side of a layer containing PE, and PP on both sides of a layer containing PE It may be a microporous film having a three-layer structure having a layer to be contained.

セパレータにおけるシャットダウン機能が発現する温度は、低すぎると電気化学素子の通常使用時にセパレータの孔が閉塞して電気化学素子の性能劣化が早く進む虞があることから、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましい。また、セパレータにおけるシャットダウン機能が発現する温度は、高すぎるとシャットダウン機能が働く前に電気化学素子の内部温度が上昇して熱暴走に至る危険性があることから、150℃以下であることが好ましく、130℃以下であることがより好ましい。   Since the temperature at which the shutdown function in the separator is manifested is too low, the pores of the separator may be blocked during normal use of the electrochemical element, and the performance of the electrochemical element may be deteriorated quickly. More preferably, the temperature is 100 ° C. or higher. In addition, if the temperature at which the shutdown function is manifested in the separator is too high, there is a risk that the internal temperature of the electrochemical element will rise before the shutdown function works, leading to thermal runaway. More preferably, it is 130 ° C. or lower.

よって、多孔質層(I)を構成するポリオレフィンの少なくとも一部には、シャットダウン機能が発現する前記の温度範囲内に融点〔JISK 7121の規定に準じて示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度。本明細書に記載の「融点」について、以下同じ。〕を有するものが使用されていることが好ましい。   Therefore, at least a part of the polyolefin constituting the porous layer (I) has a melting point [measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of JIS K 7121] within the temperature range where the shutdown function is exhibited. Melting temperature to be done. The same applies to the “melting point” described in the present specification. It is preferable that what has] is used.

本発明のセパレータがポリオレフィンを主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有する場合、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは、それぞれ1層ずつであってもよく、いずれか一方または両方が2層以上であってもよい。例えば、多孔質層(I)の両面に多孔質層(II)を有していてもよい。   When the separator of the present invention has a porous layer (I) mainly composed of polyolefin and a porous layer (II) mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, the porous layer (I) and the porous layer Each layer (II) may be a single layer, or one or both may be two or more layers. For example, you may have porous layer (II) on both surfaces of porous layer (I).

なお、ポリオレフィン製微多孔膜などのポリオレフィンを主体とする多孔質層(I)におけるポリオレフィンの含有率は、ポリオレフィンを主体とすることから、多孔質層(I)の構成成分の全体積(空孔部分を除く全体積)中、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、100体積%、すなわち、ポリオレフィンのみで構成されていてもよい。   In addition, since the polyolefin content in the porous layer (I) mainly composed of polyolefin such as a microporous membrane made of polyolefin is mainly composed of polyolefin, the total volume of constituents of the porous layer (I) (voids) The total volume excluding the portion) is 50% by volume or more, preferably 70% by volume or more, and may be 100% by volume, that is, it may be composed of only polyolefin.

また、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの含有率は、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含むことから、多孔質層(II)の構成成分の全体積(空孔部分を除く全体積)中、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、また、99体積%以下であることが好ましい。   Further, the content of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II) mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher mainly includes a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. In the total volume of the constituent components of the porous layer (II) (total volume excluding the void portion), it is 50% by volume or more, preferably 70% by volume or more, and preferably 99% by volume or less. .

多孔質層(II)は、耐熱温度が150℃以上のフィラーの他に、前記の通り、前記吸着材料を含有していることが好ましく、また、例えば、前記フィラーを結着するために、前記例示のバインダを含有していてもよい。   As described above, the porous layer (II) preferably contains the adsorbing material in addition to the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, and, for example, in order to bind the filler, An exemplary binder may be contained.

ポリオレフィンを主体とする多孔質層(I)を有するセパレータでは、温度が上昇した場合にシャットダウン機能が働くが、この多孔質層(I)がポリオレフィン製微多孔膜で構成されている場合、前記の通り、微多孔構造とするために通常は延伸されている。しかし、本発明のセパレータが多孔質層(I)を有する場合には、多孔質層(II)に主体として含まれる耐熱温度が150℃以上のフィラーの作用によって、このセパレータを用いた電気化学素子内が高温となっても、セパレータ全体の収縮を抑制できる。   In the separator having the porous layer (I) mainly composed of polyolefin, the shutdown function works when the temperature rises, but when this porous layer (I) is composed of a polyolefin microporous film, As usual, it is stretched to obtain a microporous structure. However, when the separator of the present invention has a porous layer (I), an electrochemical element using this separator is caused by the action of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher contained mainly in the porous layer (II). Even if the inside becomes high temperature, shrinkage of the entire separator can be suppressed.

本発明のセパレータにシャットダウン機能を付与するには、前記の方法以外にも、シャットダウン機能が発現する前記好適温度範囲に融点を有する樹脂微粒子(以下、「熱溶融性微粒子」という)をセパレータに含有させる方法を採用することができる。   In order to give the separator of the present invention a shutdown function, in addition to the above method, the separator contains resin fine particles having a melting point in the preferred temperature range in which the shutdown function is exhibited (hereinafter referred to as “heat-meltable fine particles”). Can be adopted.

熱溶融性微粒子の構成樹脂としては、前記の温度範囲に融点を有し、電気化学素子の有する電解液に対して安定であり、更に、電気化学素子の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定な樹脂が好ましい。具体的には、PE、共重合ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレンなど)、ポリオレフィンワックス、石油ワックス、カルナバワックスなどが挙げられる。前記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン−ビニルモノマー共重合体、より具体的には、エチレン−プロピレン共重合体、EVA、エチレン−メチルアクリレート共重合体やエチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体が例示できる。前記共重合ポリオレフィンにおけるエチレン由来の構造単位は、85モル%以上であることが望ましい。また、ポリシクロオレフィンなどを用いることもできる。熱溶融性微粒子には、前記例示の樹脂を1種単独で用いてもよく、2種以上を用いても構わない。   As the constituent resin of the heat-meltable fine particles, the melting point is within the above-mentioned temperature range, it is stable to the electrolyte solution of the electrochemical element, and the electrochemical element is not easily oxidized and reduced in the operating voltage range of the electrochemical element. And stable resins are preferred. Specific examples include PE, copolymerized polyolefin, polyolefin derivatives (such as chlorinated polyethylene), polyolefin wax, petroleum wax, and carnauba wax. Examples of the copolymer polyolefin include ethylene-vinyl monomer copolymers, more specifically ethylene-acrylic copolymers such as ethylene-propylene copolymers, EVA, ethylene-methyl acrylate copolymers, and ethylene-ethyl acrylate copolymers. An acid copolymer can be illustrated. The structural unit derived from ethylene in the copolymerized polyolefin is desirably 85 mol% or more. Moreover, polycycloolefin etc. can also be used. As the heat-meltable fine particles, one of the above exemplified resins may be used alone, or two or more of them may be used.

熱溶融性微粒子としては、前記例示の材料の中でも、PE、ポリオレフィンワックス、またはエチレン由来の構造単位が85モル%以上のEVAが好適に用いられる。また、熱溶融性微粒子は、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Among the materials exemplified above, PE, polyolefin wax, or EVA having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more is preferably used as the heat-meltable fine particles. Moreover, the heat-meltable fine particles may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary.

また、本発明のセパレータに、加熱によって非水電解液を吸収して膨潤し、かつ温度上昇と共に膨潤度が増大する微粒子(以下、「熱膨潤性微粒子」という)を含有させることによっても、シャットダウン機能を付与することができる。   The separator of the present invention can also be shut down by containing fine particles that swell when heated by absorbing the non-aqueous electrolyte and whose degree of swelling increases as the temperature rises (hereinafter referred to as “thermally swellable fine particles”). Functions can be added.

熱膨潤性微粒子としては、通常、電気化学素子が使用される温度領域(およそ70℃以下)では、電解液を吸収しないかまたは吸収量が限られており、従って膨潤の度合いが一定以下であるが、必要となる温度(Tc)まで加熱されたときには、非水電解液を吸収して大きく膨潤し、かつ温度上昇と共に膨潤度が増大するような性質を有する樹脂で構成された微粒子が用いられる。熱膨潤性微粒子を含有するセパレータを用いた電気化学素子では、Tcより低温側においては、熱膨潤性微粒子に吸収されない流動可能な非水電解液がセパレータの空孔内に存在するため、セパレータ内部のLiイオンの伝導性が高くなり、良好な負荷特性を有する電気化学素子となるが、温度上昇に伴って膨潤度が増大する性質(以下、「熱膨潤性」という場合がある)が現れる温度以上に加熱された場合には、熱膨潤性微粒子は電気化学素子内の非水電解液を吸収して大きく膨潤し、膨潤した熱膨潤性微粒子がセパレータの空孔を塞ぐと共に、流動可能な非水電解液が減少して電気化学素子が液枯れ状態となることにより、非水電解液と活物質との反応性を抑制し電気化学素子の安全性が確保される。しかも、Tcを超える高温となった場合、熱膨潤性により前記液枯れが更に進行し、素子の反応が更に抑制されることになるため、高温での安全性をより高めることもできる。   As the heat-swellable fine particles, in the temperature range (approximately 70 ° C. or lower) in which the electrochemical element is usually used, the electrolytic solution is not absorbed or the amount of absorption is limited, and thus the degree of swelling is below a certain level. However, when heated to the required temperature (Tc), fine particles composed of a resin having such properties that it absorbs the non-aqueous electrolyte and swells greatly and the degree of swelling increases as the temperature rises are used. . In an electrochemical device using a separator containing heat-swellable fine particles, a flowable non-aqueous electrolyte that is not absorbed by the heat-swellable fine particles exists in the pores of the separator at a temperature lower than Tc. The temperature at which the property of increasing the degree of swelling with increasing temperature (hereinafter sometimes referred to as “thermal swellability”) appears, although the Li ion conductivity becomes high and becomes an electrochemical device having good load characteristics. When heated above, the heat-swellable fine particles absorb the non-aqueous electrolyte in the electrochemical element and swell greatly, and the swollen heat-swellable fine particles close the pores of the separator and are non-flowable. By reducing the amount of water electrolyte and causing the electrochemical element to wither, the reactivity between the non-aqueous electrolyte and the active material is suppressed, and the safety of the electrochemical element is ensured. Moreover, when the temperature is higher than Tc, the liquid withering further proceeds due to the thermal swellability, and the reaction of the device is further suppressed, so that safety at high temperatures can be further improved.

熱膨潤性微粒子が熱膨潤性を示し始める温度は、75℃以上であることが好ましい。熱膨潤性微粒子が熱膨潤性を示し始める温度を75℃以上とすることにより、Liイオンの伝導性が著しく減少して電気化学素子の内部抵抗が上昇する温度(Tc)を、およそ80℃以上に設定することができるからである。一方、熱膨潤性を示す温度の下限が高くなるほど、セパレータのTcが高くなるので、Tcをおよそ130℃以下に設定するために、熱膨潤性微粒子の熱膨潤性を示し始める温度は、125℃以下とすることが好ましく、115℃以下とすることがより好ましい。熱膨潤性を示す温度が高すぎると、電気化学素子内の活物質の熱暴走反応を十分に抑制できず、熱膨潤性微粒子を用いることによる電気化学素子の安全性向上効果が十分に確保できないことがあり、また、熱膨潤性を示す温度が低すぎると、通常の電気化学素子の使用温度域(およそ70℃以下)におけるLiイオンの伝導性が低くなりすぎることがある。   The temperature at which the heat-swellable fine particles start to show heat-swellability is preferably 75 ° C. or higher. By setting the temperature at which the heat-swellable fine particles start to exhibit heat-swellability to 75 ° C. or higher, the temperature (Tc) at which the internal resistance of the electrochemical device is increased by significantly reducing the Li ion conductivity is approximately 80 ° C. or higher. It is because it can set to. On the other hand, since the Tc of the separator increases as the lower limit of the temperature exhibiting thermal swellability increases, the temperature at which the thermal swellable fine particles begin to exhibit thermal swellability is set to 125 ° C in order to set Tc to approximately 130 ° C or lower. It is preferable to set it as follows, and it is more preferable to set it as 115 degrees C or less. If the temperature showing the heat swellability is too high, the thermal runaway reaction of the active material in the electrochemical element cannot be sufficiently suppressed, and the safety improvement effect of the electrochemical element by using the heat swellable fine particles cannot be sufficiently ensured. In addition, if the temperature exhibiting thermal swellability is too low, the conductivity of Li ions may be too low in the temperature range of use of a normal electrochemical device (approximately 70 ° C. or less).

また、熱膨潤性を示す温度より低い温度では、熱膨潤性微粒子は非水電解液をできるだけ吸収せず、膨潤が少ない方が望ましい。これは、電気化学素子の使用温度領域、例えば室温では、非水電解液は、熱膨潤性微粒子に取り込まれるよりもセパレータの空孔内に流動可能な状態で保持される方が、電気化学素子の負荷特性などの特性が良好になるからである。   Further, at a temperature lower than the temperature exhibiting the heat swellability, it is desirable that the heat swellable fine particles do not absorb the non-aqueous electrolyte as much as possible and have less swelling. This is because, in the use temperature region of the electrochemical element, for example, room temperature, the non-aqueous electrolyte is more likely to be held in a state where it can flow into the pores of the separator than to be taken into the heat-swellable fine particles. This is because the load characteristics and the like of the above are improved.

熱膨潤性微粒子としては、耐熱性および電気絶縁性を有しており、非水電解液に対して安定であり、更に、電気化学素子の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定な材料で構成されていることが好ましく、具体的には、スチレン樹脂架橋体、アクリル樹脂架橋体、フッ素樹脂架橋体などで構成されていることがより好ましく、架橋PMMAで構成されていることが特に好ましく用いられる。   The heat-swellable fine particles have heat resistance and electrical insulation, are stable to non-aqueous electrolytes, and are electrochemically stable that are not easily oxidized and reduced in the operating voltage range of the electrochemical element. It is preferably composed of a material, specifically, more preferably composed of a styrene resin crosslinked body, an acrylic resin crosslinked body, a fluororesin crosslinked body, etc., and particularly composed of crosslinked PMMA. Preferably used.

これら樹脂架橋体が、温度上昇によって非水電解液を吸収して膨潤するメカニズムについては明らかでないが、ガラス転移点(Tg)との相関が考えられる。すなわち、樹脂は、一般にそのTgまで加熱されたときに柔軟になるため、前記のような樹脂は、Tg以上の温度で多くの非水電解液の吸収が可能となり膨潤するのではないかと推定される。従って、熱膨潤性微粒子としては、実際にシャットダウン作用が生じる温度が熱膨潤性を示し始める温度より多少高くなることを考慮し、およそ75〜125℃にTgを有する樹脂架橋体を用いることが望ましいと考えられる。本明細書でいう熱膨潤性微粒子である樹脂架橋体のTgは、JIS K 7121の規定に準じて、DSCを用いて測定される値である。   The mechanism by which these resin crosslinked bodies absorb and swell the non-aqueous electrolyte as the temperature rises is not clear, but a correlation with the glass transition point (Tg) is conceivable. That is, since the resin generally becomes flexible when heated to its Tg, it is estimated that the resin as described above can absorb a large amount of non-aqueous electrolyte and swell at temperatures above Tg. The Therefore, as the heat-swellable fine particles, it is desirable to use a crosslinked resin having a Tg of about 75 to 125 ° C. in consideration of the fact that the temperature at which the shutdown action actually occurs is somewhat higher than the temperature at which the heat-swellability begins to be exhibited. it is conceivable that. The Tg of the resin crosslinked body which is a heat-swellable fine particle referred to in the present specification is a value measured using DSC in accordance with the provisions of JIS K7121.

前記樹脂架橋体では、非水電解液を含む前の所謂乾燥状態においては、温度上昇により膨張しても、温度を下げることにより再び収縮するというように、温度変化に伴う体積変化にある程度可逆性があり、また、熱膨潤性を示す温度よりもかなり高い耐熱温度を有するため、熱膨潤性を示す温度の下限が100℃くらいであっても、200℃またはそれ以上まで加熱することが可能な材料を選択することができる。そのため、セパレータの作製工程などで加熱を行っても、樹脂が溶解したり樹脂の熱膨潤性が損なわれたりすることがなく、一般の加熱プロセスを含む製造工程での取り扱いが容易となる。   In the so-called dry state before containing the non-aqueous electrolyte, the resin cross-linked body is reversible to some extent to the volume change accompanying the temperature change, such as expansion due to temperature rise and contraction again by lowering the temperature. In addition, since it has a heat-resistant temperature that is considerably higher than the temperature that exhibits thermal swellability, it can be heated to 200 ° C or higher even if the lower limit of the temperature that exhibits thermal swellability is about 100 ° C. The material can be selected. Therefore, even when heating is performed in a separator manufacturing process or the like, the resin is not dissolved or the thermal swellability of the resin is not impaired, and handling in a manufacturing process including a general heating process becomes easy.

熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子は、セパレータ中に含有させて使用すればよいが、セパレータが多孔質層(I)と多孔質層(II)とを有する場合には、多孔質層(II)に含有させることが好ましい。これにより、シャットダウン機能を有するセパレータとすることができる。   The heat-meltable fine particles and the heat-swellable fine particles may be used by being contained in the separator. When the separator has a porous layer (I) and a porous layer (II), the porous layer (II ) Is preferably contained. Thereby, it can be set as the separator which has a shutdown function.

熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子は、乾燥時におけるこれらの粒径がセパレータの厚みよりも小さければよいが、セパレータの厚みの1/100〜1/3の平均粒子径を有することが好ましい。具体的には、熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子の平均粒子径は0.1〜20μmであることが好ましい。熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子の粒径が小さすぎる場合は、粒子同士の隙間が小さくなり、イオンの伝導パスが長くなって電気化学素子の特性が低下することがある。また、粒径が大きすぎると、セパレータが厚くなって、電気化学素子のエネルギー密度の低下を招く虞がある。   The heat-meltable fine particles and the heat-swellable fine particles may have an average particle size that is 1/100 to 1/3 of the thickness of the separator, although their particle size at the time of drying may be smaller than the thickness of the separator. Specifically, the average particle size of the heat-meltable fine particles and heat-swellable fine particles is preferably 0.1 to 20 μm. When the particle size of the heat-meltable fine particles or the heat-swellable fine particles is too small, the gap between the particles becomes small, the ion conduction path becomes long, and the characteristics of the electrochemical device may deteriorate. On the other hand, if the particle size is too large, the separator becomes thick, which may cause a decrease in the energy density of the electrochemical element.

耐熱温度が150℃以上のフィラー、熱溶融性微粒子および熱膨潤性微粒子の形状については、特に制限はないが、ポリオレフィン製微多孔膜などのポリオレフィンを主体とする多孔質層(I)の表面に、多孔質層(II)を設ける場合には、多孔質層(II)におけるセパレータ全体の熱収縮を抑制する作用をより高める観点から、板状粒子や、一次粒子が連なった二次粒子状であることが好ましい。   The shape of the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the heat-meltable fine particles and the heat-swellable fine particles is not particularly limited, but on the surface of the porous layer (I) mainly composed of polyolefin such as a polyolefin microporous film. In the case where the porous layer (II) is provided, from the viewpoint of further enhancing the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator in the porous layer (II), in the form of secondary particles in which plate-like particles or primary particles are connected. Preferably there is.

また、後述するように、本発明のセパレータを電気化学素子の有する電極の表面に直接形成する場合や、不織布などの多孔質基材を用いてセパレータを構成する場合には、デンドライトによる電気化学素子の短絡を効果的に抑制し得ることから、耐熱温度が150℃以上のフィラーは、板状粒子であることが好ましい。後述するように板状粒子を配向させてセパレータを形成した場合には、イオン伝導に係る経路を長くすることができることから、デンドライトによる電気化学素子の内部短絡をより効果的に防ぐことが可能となる。   In addition, as described later, when the separator of the present invention is directly formed on the surface of the electrode of the electrochemical element, or when the separator is formed using a porous substrate such as a nonwoven fabric, the electrochemical element by dendrite Since the short circuit can be effectively suppressed, the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably a plate-like particle. When a separator is formed by orienting plate-like particles as will be described later, it is possible to lengthen the path related to ion conduction, and thus it is possible to more effectively prevent an internal short circuit of an electrochemical element due to dendrites. Become.

板状粒子の形態としては、アスペクト比が、5以上、より好ましくは10以上であって、100以下、より好ましくは50以下であることが望ましい。また、粒子の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比(長軸方向長さ/短軸方向長さ)の平均値は、3以下、より好ましくは2以下で、1に近い値であることが望ましい。   As the form of the plate-like particles, it is desirable that the aspect ratio is 5 or more, more preferably 10 or more, and 100 or less, more preferably 50 or less. Further, the average value of the ratio of the length in the major axis direction to the length in the minor axis direction (length in the major axis direction / length in the minor axis direction) of the flat plate surface of the grain is 3 or less, more preferably 2 or less and close to 1. It is desirable to be a value.

なお、板状粒子における前記の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。更に板状粒子における前記のアスペクト比も、SEMにより撮影した画像を、画像解析することにより求めることができる。   In addition, the average value of the ratio of the long axis direction length and the short axis direction length of the flat plate surface in the plate-like particle can be obtained by image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM), for example. it can. Further, the aspect ratio of the plate-like particles can be obtained by image analysis of an image taken by SEM.

耐熱温度が150℃以上のフィラーが板状粒子の場合の平均粒子径は、その他の形状の場合と同様に、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。板状粒子の平均粒子径は、より大きい方がセパレータ全体の熱収縮を抑制する作用が大きくなるが、これが大きすぎると、セパレータ全体の厚みが大きくなるために、電気化学素子のエネルギー密度を低下させる虞がある。   When the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is a plate-like particle, the average particle diameter is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, as in the case of other shapes. Moreover, it is preferable that it is 15 micrometers or less, and it is more preferable that it is 5 micrometers or less. The larger the average particle size of the plate-like particles, the greater the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator. However, if this is too large, the thickness of the entire separator will increase and the energy density of the electrochemical device will decrease. There is a risk of causing it.

セパレータ中での板状粒子の存在形態は、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、より具体的には、多孔質層(II)における板状粒子について、その平板面とセパレータ面との平均角度が30°以下であることが好ましい〔最も好ましくは、当該平均角度が0°、すなわち、セパレータの多孔質層(II)における板状の平板面が、セパレータの面に対して平行である〕。   The form of the plate-like particles in the separator is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator. More specifically, the plate-like particle in the porous layer (II) has its flat plate surface. The average angle between the separator and the separator surface is preferably 30 ° or less [most preferably, the average angle is 0 °, that is, the plate-like flat plate surface in the separator porous layer (II) is the surface of the separator. It is parallel to].

また、耐熱温度が150℃以上のフィラーが、一次粒子が連なった二次粒子状(以下、単に「二次粒子」という)である場合には、多孔質層(II)内において、二次粒子同士が絡み合うような状態で存在するために、一次粒子である場合に比べて、セパレータ全体の熱収縮をより効果的に抑制することが可能となる。また、耐熱温度が150℃以上のフィラーが二次粒子であることで、粒子同士の隙間を有効に確保することが可能となり、電気化学素子内でのイオンの移動がより容易となることから、特に高出力が要求される自動車や電動工具などの用途に用いるのに好適な電気化学素子を構成することが可能となる。   In addition, when the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is in the form of secondary particles in which primary particles are continuous (hereinafter simply referred to as “secondary particles”), the secondary particles in the porous layer (II) Since it exists in the state which mutually intertwined, compared with the case where it is a primary particle, it becomes possible to suppress the thermal contraction of the whole separator more effectively. Moreover, since the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is a secondary particle, it becomes possible to effectively secure a gap between the particles, and the movement of ions in the electrochemical element becomes easier. In particular, it is possible to configure an electrochemical element suitable for use in applications such as automobiles and power tools that require high output.

二次粒子の平均粒子径は、前記の微粒子における数平均粒子径と同じ方法で測定される数平均粒子径で、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。二次粒子の平均粒子径が大きすぎると、セパレータ全体の厚みが大きくなりすぎる虞がある。また、二次粒子の平均粒子径が小さすぎると、セパレータ全体の熱収縮を抑制する作用が小さくなる虞がある。   The average particle size of the secondary particles is a number average particle size measured by the same method as the number average particle size of the fine particles, and is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more. Moreover, it is preferable that it is 15 micrometers or less, and it is more preferable that it is 5 micrometers or less. If the average particle diameter of the secondary particles is too large, the thickness of the entire separator may be too large. Moreover, when the average particle diameter of the secondary particles is too small, there is a possibility that the effect of suppressing the thermal contraction of the entire separator is reduced.

なお、前記の二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径は、0.01μm以上であることが好ましく、また、1μm以下であることがより好ましい。一次粒子の平均粒子径が小さすぎると、粒子間の空隙によって形成される細孔径が小さくなりすぎてイオンの移動を妨げ、電気化学素子の出力を低下させる虞がある。また、一次粒子の平均粒子径が大きすぎると、二次粒子を形成する一次粒子の数が少なくなって、粒子同士の絡み合いが低下し、二次粒子を使用することによるセパレータ全体の熱収縮の抑制効果が小さくなる虞がある。   The average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 1 μm or less. If the average particle size of the primary particles is too small, the pore size formed by the voids between the particles becomes too small, which may hinder ion migration and reduce the output of the electrochemical device. In addition, if the average particle diameter of the primary particles is too large, the number of primary particles forming the secondary particles decreases, the entanglement between the particles decreases, and the heat shrinkage of the entire separator due to the use of the secondary particles. There is a possibility that the suppression effect is reduced.

また、本発明のセパレータは、耐熱温度が150℃以上のフィラーやその他の微粒子(安全性向上用の熱溶融性微粒子や熱膨潤性微粒子)を、例えば不織布などの多孔質基材の空孔内に含有させたり、耐熱温度が150℃以上のフィラーやその他の微粒子を含む層を、前記多孔質基材の表面に形成したりして構成してもよい。   In addition, the separator of the present invention is used for filling fillers and other fine particles (heat-fusible fine particles and heat-swellable fine particles for improving safety) having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, for example, in pores of a porous substrate such as a nonwoven fabric. Or a layer containing a filler or other fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher may be formed on the surface of the porous substrate.

不織布などの多孔質基材の構成材料としては、例えば、セルロースおよびその変成体[CMC、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)など]、ポリオレフィン[ポリプロピレン(PP)、プロピレンの共重合体など]、ポリエステル[PET、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、アラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの無機酸化物;などを挙げることができ、これらの構成材料を2種以上併用して不織布などの多孔質基材を構成してもよい。また、不織布などの多孔質基材は、必要に応じて、公知の各種添加剤(例えば、樹脂である場合には酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Examples of the constituent material of the porous substrate such as nonwoven fabric include cellulose and its modified products [CMC, hydroxypropyl cellulose (HPC), etc.], polyolefin [polypropylene (PP), propylene copolymer, etc.], polyester [PET , Polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), etc.], resins such as polyacrylonitrile (PAN), aramid, polyamideimide, polyimide; inorganic oxides such as glass, alumina, zirconia, silica; A porous substrate such as a nonwoven fabric may be formed by using two or more of these constituent materials in combination. Moreover, the porous base material, such as a nonwoven fabric, may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary.

本発明のセパレータの空孔率は、セパレータが乾燥した状態で、30%以上であることが好ましく、また、70%以下であることが好ましい。セパレータの空孔率が小さすぎると、セパレータ中のイオンの移動が妨げられる虞があり、これが大きすぎると、セパレータの強度が小さくなる虞がある。セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。   The porosity of the separator of the present invention is preferably 30% or more and preferably 70% or less when the separator is in a dry state. If the porosity of the separator is too small, the movement of ions in the separator may be hindered. If it is too large, the strength of the separator may be reduced. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum for each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation (1).

P ={1−(m/t)/(Σa・ρ)}×100 (1)
ここで、前記式中、a:全体の質量を1としたときの成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
P = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100 (1)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i when the total mass is 1, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the separator (g / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).

また、多孔質層(I)と多孔質層(II)とを有するセパレータの場合、前記(1)式において、mを多孔質層(I)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(I)の厚み(cm)とし、aを多孔質層(I)全体の質量を1としたときの成分iの比率とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(I)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(I)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 In the case of a separator having a porous layer (I) and a porous layer (II), in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (I). , the thickness (cm) of the porous layer to t (I), by the ratio of component i when set to 1 the entire mass porous layer a i (I), using the equation (1) Thus, the porosity of the porous layer (I): P (%) can also be obtained. The porosity of the porous layer (I) determined by this method is preferably 30 to 70%.

更に、前記積層型のセパレータの場合、前記(1)式において、mを多孔質層(II)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(II)の厚み(cm)とし、aを多孔質層(II)全体の質量を1としたときの成分iの比率とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(II)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(II)の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。 Further, in the case of the multilayer separator, in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (II), and t is the thickness of the porous layer (II) ( cm), and a i is the ratio of the component i when the mass of the entire porous layer (II) is 1, so that the porosity of the porous layer (II) using the formula (1): P (%) can also be obtained. The porosity of the porous layer (II) obtained by this method is preferably 20 to 60%.

セパレータの厚みは、セパレータの強度を確保して、例えば内部短絡の発生をより良好に抑制する観点から、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。ただし、セパレータが厚すぎると、電気化学素子のエネルギー密度の低下の要因や、内部抵抗上昇の要因となりやすいことから、セパレータの厚みは、40μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。   The thickness of the separator is preferably 5 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of securing the strength of the separator and better suppressing, for example, the occurrence of an internal short circuit. However, if the separator is too thick, it is likely to cause a decrease in the energy density of the electrochemical element and increase in internal resistance. Therefore, the thickness of the separator is preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less. preferable.

また、セパレータが、多孔質層(I)と多孔質層(II)とを有している場合、多孔質層(I)の厚み〔セパレータが多孔質層(I)を複数有している場合には、その合計厚み〕を10〜30μmとし、多孔質層(II)の厚み〔セパレータが多孔質層(II)を複数有している場合には、その合計厚み〕を1〜10μmとし、かつセパレータ全体の厚みが前記好適値となるように調整することが好ましい。   In addition, when the separator has a porous layer (I) and a porous layer (II), the thickness of the porous layer (I) [when the separator has a plurality of porous layers (I) The total thickness] is 10-30 μm, the thickness of the porous layer (II) [when the separator has a plurality of porous layers (II), the total thickness] is 1-10 μm, And it is preferable to adjust so that the thickness of the whole separator may become the said suitable value.

本発明のセパレータは、例えば、下記の(I)、(II)および(III)の方法により製造することができる。   The separator of the present invention can be produced, for example, by the following methods (I), (II) and (III).

製造方法(I)は、耐熱温度が150℃以上のフィラーおよびEDTA・Na塩と、必要に応じて、バインダ、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などとを、水や適当な溶媒に分散させた組成物(スラリー、ペーストなど)を、電気化学素子に使用される電極(正極および/または負極)の表面に塗布し、乾燥して溶媒を除去することで、電極と一体化した多孔質層としてセパレータを形成する方法である。   In the production method (I), a filler and an EDTA / Na salt having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more and, if necessary, a binder, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles, etc. are dispersed in water or an appropriate solvent. A porous layer integrated with the electrode by applying the composition (slurry, paste, etc.) on the surface of the electrode (positive electrode and / or negative electrode) used in the electrochemical device and drying to remove the solvent As a method of forming a separator.

製造方法(I)で使用されるセパレータ形成用組成物としては、耐熱温度が150℃以上のフィラー、前記吸着材料や、必要に応じて、バインダ、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである(バインダについては溶解していてもよい)。セパレータ形成用組成物に用いられる溶媒は、耐熱温度が150℃以上のフィラーや、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子を均一に分散でき、また、EDTA・Na塩やバインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素;テトラヒドロフランなどのフラン類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;などの有機溶媒が好適である。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)や各種界面活性剤を適宜加えて界面張力を制御することもできる。なお、EDTA・Na塩は水に溶解し得るため、セパレータ形成用組成物の溶媒に水を用いることがより好ましく、この場合には、セパレータ(またはセパレータに係る前記吸着材料を含有する層)中で、前記吸着材料をより均一に分布させることができる。   The separator-forming composition used in the production method (I) includes a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the adsorbing material, and a binder, a heat-meltable fine particle, a heat-swellable fine particle, if necessary. These are dispersed in a solvent (including a dispersion medium; the same applies hereinafter) (the binder may be dissolved). The solvent used in the composition for forming the separator can uniformly disperse fillers, heat-melting fine particles, and heat-swellable fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more, and can uniformly dissolve or disperse EDTA / Na salt and binder. An organic solvent such as an aromatic hydrocarbon such as toluene; a furan such as tetrahydrofuran; a ketone such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) and various surfactants are used. The interfacial tension can also be controlled by appropriately adding. In addition, since EDTA / Na salt can be dissolved in water, it is more preferable to use water as a solvent of the separator-forming composition. In this case, in the separator (or the layer containing the adsorbent material related to the separator) Thus, the adsorbing material can be more uniformly distributed.

前記のセパレータ形成用組成物では、耐熱温度が150℃以上のフィラーや、EDTA・Na塩、バインダ、熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などを含む固形分含量が、例えば10〜40質量%であることが好ましい。   In the composition for forming a separator, the solid content including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, an EDTA / Na salt, a binder, a heat-meltable fine particle, a heat-swellable fine particle, and the like is, for example, 10 to 40% by mass. Preferably there is.

前記のセパレータ形成用組成物を電極表面に塗布する方法としては、例えば、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーター、スプレーコーター、グラビアコーターなどの公知の塗布装置を用いた塗布方法が採用できる。なお、耐熱温度が150℃以上のフィラーに板状粒子を用いた場合に、セパレータ中での板状粒子の配向性を高める観点からは、塗布したセパレータ形成用組成物にシェアをかけることが好ましい。そのため、耐熱温度が150℃以上のフィラーに板状粒子を用いる場合には、前記の塗布装置の中でも、ブレードコーターやダイコーターなどのように、塗布時にセパレータ形成用組成物にシェアをかけ得る塗布装置を使用することが好ましい。   As a method for applying the separator-forming composition to the electrode surface, for example, a coating method using a known coating apparatus such as a blade coater, a roll coater, a die coater, a spray coater, or a gravure coater can be employed. In addition, when using plate-like particles for a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, it is preferable to apply a share to the applied composition for forming a separator from the viewpoint of increasing the orientation of the plate-like particles in the separator. . Therefore, when using plate-like particles for a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, among the above-mentioned coating apparatuses, such as a blade coater or a die coater, a coating that can share the composition for forming a separator at the time of coating. It is preferred to use an apparatus.

セパレータの製造方法(II)は、ポリオレフィンを主体とする多孔質膜(ポリオレフィン製微多孔膜など)や、不織布などの多孔質基材に、製造方法(I)で用いるものと同じセパレータ形成用組成物を塗布したり含浸させたりした後、所定の温度で乾燥する製造方法である。   The separator manufacturing method (II) is the same composition for forming a separator as that used in the manufacturing method (I) for a porous film mainly made of polyolefin (such as a microporous film made of polyolefin) or a porous substrate such as a nonwoven fabric. This is a manufacturing method in which an object is applied or impregnated and then dried at a predetermined temperature.

なお、多孔質基材が不織布で、特にその空孔の開口径が比較的大きい場合(例えば、空孔の開口径が5μm以上である場合)には、これが電気化学素子の短絡の要因となりやすい。よって、この場合には、耐熱温度が150℃以上のフィラーや熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などの全部または一部が、不織布の空孔内に存在する構造とすることが好ましい。このような構造とすることで、イオンの伝導経路を長くしたり複雑にしたりして、デンドライトによる電気化学素子の短絡をより効果的に防ぐことができるようになる。不織布の空孔内に耐熱温度が150℃以上のフィラーや熱溶融性微粒子、熱膨潤性微粒子などを存在させるには、例えば、これらを含有するセパレータ形成用組成物を不織布に塗布したり含浸させたりした後に一定のギャップを通し、余分の組成物を除去した後、乾燥するなどの工程を用いればよい。   In addition, when the porous substrate is a non-woven fabric and the opening diameter of the pores is relatively large (for example, when the opening diameter of the pores is 5 μm or more), this tends to cause a short circuit of the electrochemical element. . Therefore, in this case, it is preferable to have a structure in which all or part of the filler, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher are present in the pores of the nonwoven fabric. By adopting such a structure, it becomes possible to lengthen or complicate the ion conduction path, and to effectively prevent short circuit of the electrochemical element due to dendrites. In order to allow fillers, heat-meltable fine particles, heat-swellable fine particles, etc. having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more to exist in the pores of the non-woven fabric, for example, a non-woven fabric is coated or impregnated with a separator-forming composition containing these Then, a process such as drying after removing a surplus composition through a certain gap may be used.

また、耐熱温度が150℃以上のフィラーに板状粒子を用いた場合、セパレータ中での板状粒子の配向性を高めるには、前記の通り、セパレータ形成用組成物にシェアをかけることが好ましいが、セパレータ形成用組成物を不織布に塗布したり含浸させたりした後に一定のギャップを通すことで、セパレータ形成用組成物にシェアをかけることができる。   Further, when plate-like particles are used for a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, it is preferable to apply a share to the separator-forming composition as described above in order to increase the orientation of the plate-like particles in the separator. However, a share can be applied to the composition for forming a separator by applying a certain gap after applying or impregnating the composition for forming a separator to a nonwoven fabric.

セパレータの製造方法(III)は、製造方法(I)や製造方法(II)で用いるものと同じセパレータ形成用組成物を、PETなどの適当な基材の表面に塗布し、乾燥して多孔質膜を形成し、これを基材から引き剥がして独立膜のセパレータとする方法である。   The separator manufacturing method (III) is the same as the separator forming method used in the manufacturing method (I) or manufacturing method (II), applied to the surface of a suitable substrate such as PET, dried and porous. In this method, a film is formed, and the film is peeled off from the substrate to form an independent film separator.

なお、本発明のセパレータは、前記吸着材料および耐熱温度が150℃以上のフィラーを含有していればよく、これまで説明してきた各構造のものに限定される訳ではない。   In addition, the separator of this invention should just contain the said adsorption material and the filler whose heat resistant temperature is 150 degreeC or more, and is not necessarily limited to the thing of each structure demonstrated so far.

本発明の電気化学素子は、正極、負極、非水電解液およびセパレータを備えており、かつ、前記正極がリチウム含有遷移金属酸化物を活物質としており、かつ前記セパレータが本発明のセパレータであればよく、その他の構成および構造については特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池などの電気化学素子で採用されている各種構成および構造を適用することができる。   The electrochemical device of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, the positive electrode uses a lithium-containing transition metal oxide as an active material, and the separator is the separator of the present invention. Other configurations and structures are not particularly limited, and various configurations and structures that are conventionally used in electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries can be applied.

本発明の電気化学素子には、リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池(非水電解質二次電池)の他、非水電解液一次電池(非水電解質一次電池)やスーパーキャパシタなどが含まれる。   The electrochemical device of the present invention includes non-aqueous electrolyte secondary batteries (non-aqueous electrolyte secondary batteries) such as lithium ion secondary batteries, non-aqueous electrolyte primary batteries (non-aqueous electrolyte primary batteries), and supercapacitors. Etc. are included.

正極としては、例えば、正極活物質であるリチウム含有遷移金属酸化物、バインダおよび導電助剤などを含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものを使用できる。   As a positive electrode, the thing of the structure which has the positive mix layer containing the lithium containing transition metal oxide which is a positive electrode active material, a binder, a conductive support agent, etc. on the single side | surface or both surfaces, for example can be used.

正極活物質であるリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、例えば、LiMMn2−x(ただし、Mは、Li、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Sn、Sb、In、Nb、Mo、W、Y、RuおよびRhよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.01≦x≦0.5)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LiMn(1−y−x)Ni(2−k)(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.8≦x≦1.2、0<y<0.5、0≦z≦0.5、k+l<1、−0.1≦k≦0.2、0≦l≦0.1)で表される層状化合物、LiCo1−x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNi1−x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiM1−x(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるオリビン型複合酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide that is the positive electrode active material include, for example, LiM x Mn 2 -x O 4 (where M is Li, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr). , Fe, Co, Ni, Cu, Al, Sn, Sb, In, Nb, Mo, W, Y, Ru, and Rh, at least one element selected from 0.01 ≦ x ≦ 0 .5) Spinel-type lithium manganese composite oxide, Li x Mn (1-yx) Ni y M z O (2-k) F l (where M is Co, Mg, Al, B) , Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W, at least one element selected from 0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0 <Y <0.5, 0 ≦ z ≦ 0.5, k + l <1, −0.1 ≦ k ≦ 0.2 0 ≦ l ≦ 0.1) lamellar compound represented by, LiCo 1-x M x O 2 ( however, M is, Al, Mg, Ti, Zr , Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb , Mo, Sn, Sb and Ba, a lithium cobalt composite oxide represented by 0 ≦ x ≦ 0.5), LiNi 1-x M x O 2 ( Where M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba, and 0 Lithium nickel composite oxide represented by ≦ x ≦ 0.5), LiM 1-x N x O 2 (where M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co, N is Al, Mg, Ti, Zr, Ni, C Olivine type complex oxide represented by 0 ≦ x ≦ 0.5) which is at least one element selected from the group consisting of Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba 1 type of these may be used and 2 or more types may be used together.

本発明の電気化学素子は、正極から溶出し、負極に析出することで特性を低下させたり短絡を引き起こしたりする遷移金属イオンを、セパレータの含有する前記吸着材料の作用によって効果的にトラップすることができる。そのため、本発明の電気化学素子においては、Mnの溶出が生じやすい前記のスピネル型リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質に用いた場合に、その効果が特に顕著となる。   The electrochemical device of the present invention effectively traps transition metal ions that are eluted from the positive electrode and deposited on the negative electrode, thereby degrading the characteristics and causing a short circuit, by the action of the adsorbing material contained in the separator. Can do. Therefore, in the electrochemical device of the present invention, when the spinel-type lithium-manganese composite oxide, in which Mn is easily eluted, is used as the positive electrode active material, the effect is particularly remarkable.

正極のバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などフッ素樹脂などが、また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素材料などが使用される。   As the binder for the positive electrode, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used, and as the conductive additive for the positive electrode, for example, a carbon material such as carbon black is used.

正極は、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを含む正極合剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤に分散させて正極合剤含有組成物(スラリー、ペーストなど)を調製し、これを集電体に塗布し乾燥し、更に必要に応じてカレンダ処理などのプレス処理を施す工程を経て製造することができる。ただし、正極の製造方法は、前記の方法に限定される訳ではなく、他の方法で製造してもよい。   For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and a positive electrode mixture-containing composition (slurry, paste, etc.) Can be manufactured by passing through a current collector, drying it, and applying a press treatment such as a calender treatment if necessary. However, the manufacturing method of a positive electrode is not necessarily limited to the said method, You may manufacture by another method.

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

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

負極としては、従来から知られているリチウムイオン二次電池などの電気化学素子に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素を含む単体、化合物およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金、更にはLiTi12で表されるようなTi酸化物も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどのバインダなどを適宜添加した負極合剤を、例えば正極合剤層を形成する前記の方法と同様の方法で集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたもの、または前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に負極剤層として積層したものなどが用いられる。 The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known electrochemical element such as a lithium ion secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, simple compounds containing elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, and In, compounds and alloys thereof, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metal Alternatively, a lithium / aluminum alloy, or a Ti oxide represented by Li 4 Ti 5 O 12 can also be used as the negative electrode active material. A negative electrode mixture obtained by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials is collected by the same method as that described above for forming the positive electrode mixture layer, for example. A finished product (a negative electrode mixture layer) using an electric current body as a core material, or a laminate of the above-mentioned various alloys or lithium metal foils alone or laminated on a current collector as a negative electrode material layer, or the like is used.

負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電気化学素子を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、下限は5μmであることが望ましい。また、負極側のリード部は、正極側のリード部と同様にして形成すればよい。   When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the whole negative electrode is reduced in order to obtain an electrochemical element having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm. Further, the lead portion on the negative electrode side may be formed in the same manner as the lead portion on the positive electrode side.

前記の正極と前記の負極とは、本発明のセパレータを介して積層した積層体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。なお、本発明のセパレータが、電極と一体化された形態の場合には、正極および負極のいずれか一方の表面(正極の正極合剤層表面、負極の負極合剤層または負極剤層表面)に形成されていればよく、正極および負極の両者の表面に形成されていてもよい。   The positive electrode and the negative electrode can be used in the form of a laminated body laminated via the separator of the present invention or a wound electrode body obtained by winding the laminated body. When the separator of the present invention is integrated with the electrode, the surface of either the positive electrode or the negative electrode (the positive electrode mixture layer surface of the positive electrode, the negative electrode mixture layer surface or the negative electrode layer surface of the negative electrode) And may be formed on the surfaces of both the positive electrode and the negative electrode.

また、本発明の電気化学素子は、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液を非水電解液として使用することができる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電気化学素子として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF 、LiSbF などの無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(ROSO〔ここでRはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 Moreover, the electrochemical element of this invention can use the solution which melt | dissolved lithium salt in the organic solvent as a non-aqueous electrolyte. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes a side reaction such as decomposition in a voltage range used as an electrochemical element. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (R f OSO 2 ) 2 [where R f is a fluoroalkyl group], etc .; Can be used.

非水電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電気化学素子として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as an electrochemical element. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile Sulfites such as ethylene glycol sulfite; etc., and these should be used as a mixture of two or more. It can be.

このリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、非水電解液には、公知のポリマーなどのゲル化剤を添加してゲル状としたもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。   Further, as the non-aqueous electrolyte, a gelled gel (gel electrolyte) can be used by adding a gelling agent such as a known polymer.

本発明の電気化学素子の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ素子とすることもできる。   Examples of the form of the electrochemical device of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package element which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明の電気化学素子は、従来から知られているリチウムイオン二次電池などの電気化学素子が用いられている各種用途と同じ用途に適用することができる。   The electrochemical device of the present invention can be applied to the same uses as various uses in which electrochemical devices such as conventionally known lithium ion secondary batteries are used.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<正極の作製>
正極活物質であるLiMnと、バインダであるPVDFのNMP溶液と、導電助剤であるデンカブラックとを、プラネタリーミキサーで十分に混練して、正極合剤有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーにおいては、正極活物質とバインダと導電助剤との比率を、質量比で92:4:4となるようにした。前記の正極合剤含有スラリーを、厚みが15μmのアルミニウム箔からなる集電体の片面に塗布し、100℃9時間乾燥した後、2tプレス機でカレンダ処理し、更に120℃で12時間真空乾燥させて、幅35mm、長さ25mmの正極を得た。この正極に電流取り出し用のリード体を取り付けた。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
The positive electrode active material LiMn 2 O 4 , the binder PVDF NMP solution, and the conductive auxiliary agent Denka Black were sufficiently kneaded with a planetary mixer to prepare a positive electrode mixture-containing slurry. In this positive electrode mixture-containing slurry, the ratio of the positive electrode active material, the binder, and the conductive additive was set to 92: 4: 4 by mass ratio. The positive electrode mixture-containing slurry is applied to one side of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried at 100 ° C. for 9 hours, calendered with a 2t press, and further vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours. Thus, a positive electrode having a width of 35 mm and a length of 25 mm was obtained. A lead body for extracting current was attached to the positive electrode.

<負極の作製>
黒鉛、CMCおよびSBRを水中で混合し、十分に混練して負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーにおいては、黒鉛とCMCとSBRとの比率を、質量比で98:1:1となるようにした。前記の負極合剤含有スラリーを、厚みが10μmの銅箔からなる集電体の片面に塗布し、100℃9時間乾燥した後、2tプレス機でカレンダ処理し、更に120℃で12時間真空乾燥させて、幅35mm、長さ30mmの負極を得た。この負極に電流取り出し用のリード体を取り付けた。
<Production of negative electrode>
Graphite, CMC, and SBR were mixed in water and sufficiently kneaded to prepare a negative electrode mixture-containing slurry. In this negative electrode mixture-containing slurry, the ratio of graphite, CMC, and SBR was set to 98: 1: 1 by mass ratio. The negative electrode mixture-containing slurry is applied to one side of a current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm, dried at 100 ° C. for 9 hours, calendered with a 2t press, and further vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours. Thus, a negative electrode having a width of 35 mm and a length of 30 mm was obtained. A lead body for current extraction was attached to this negative electrode.

<セパレータの作製>
平均粒子径が1μmのベーマイトと、分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムの水溶液(濃度40質量%)と、バインダである樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)と、界面活性剤とを水中で混合して、ベーマイト分散溶液を調製した。このベーマイト分散溶液においては、ベーマイトと分散剤とバインダとの比率を、質量比で70:10:20とし、更に、界面活性剤の濃度を0.1質量%とした。このベーマイト分散溶液と、別途調製したEDTA・2Naの水溶液とを、ベーマイトとEDTA・2Naとの比率が、体積比で1:1となるように混合し、十分に攪拌して多孔質層(II)形成用組成物を調製した。
<Preparation of separator>
Boehmite with an average particle size of 1 μm, an aqueous solution of ammonium polyacrylate (concentration 40% by mass) as a dispersant, a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder, an interface The boehmite dispersion solution was prepared by mixing the active agent with water. In this boehmite dispersion solution, the ratio of boehmite, dispersant, and binder was 70:10:20 by mass ratio, and the surfactant concentration was 0.1 mass%. The boehmite dispersion solution and a separately prepared aqueous solution of EDTA · 2Na were mixed so that the ratio of boehmite and EDTA · 2Na was 1: 1 by volume, and the mixture was sufficiently stirred to obtain a porous layer (II ) A forming composition was prepared.

多孔質層(I)用に、PP層とPE層とを、PP/PE/PPの順に3層積層した微多孔膜(厚み:20μm、空孔率:40%、各層の厚み;PP層:7μm/PE層:6μm/PP層:7μm)を用意し、この片面に、前記の多孔質層(II)形成用組成物をバーコーターで塗布し、常温で乾燥させて、多孔質層(I)の片面に厚みが5μmの多孔質層(II)を有するセパレータを得た。このセパレータを5cm×5cmのサイズに切断した。   For porous layer (I), a microporous membrane (thickness: 20 μm, porosity: 40%, thickness of each layer; PP layer: PP layer and PE layer in the order of PP / PE / PP) 7 μm / PE layer: 6 μm / PP layer: 7 μm), and the porous layer (II) -forming composition was applied to one surface of the porous layer (II) with a bar coater and dried at room temperature to obtain a porous layer (I A separator having a porous layer (II) having a thickness of 5 μm on one side was obtained. This separator was cut into a size of 5 cm × 5 cm.

<電池の組み立て>
前記の正極と前記の負極とを、前記のセパレータを介して重ね合せて積層電極体とした。この積層電極体では、セパレータの多孔質層(II)が負極と対向するようにした。そして、前記の積層電極体を2枚のラミネートフィルムで挟んで、両ラミネートフィルムの3辺を熱封止し、両ラミネートフィルムの残りの1辺から非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを3:7の体積比で混合した溶媒に、LiPFを1.5mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入した。その後、両ラミネートフィルムの前記残りの1辺を真空熱封止して、図1に示す外観で、図2に示す断面構造のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode were overlapped via the separator to obtain a laminated electrode body. In this laminated electrode body, the porous layer (II) of the separator was opposed to the negative electrode. Then, the laminated electrode body is sandwiched between two laminate films, and the three sides of both laminate films are heat sealed, and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate and diethyl carbonate is added from the remaining one side of both laminate films. A solution prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.5 mol / l was injected into a solvent mixed at a volume ratio of 3: 7. Thereafter, the remaining one side of both laminated films was vacuum heat sealed to produce a lithium ion secondary battery having the cross-sectional structure shown in FIG. 2 with the appearance shown in FIG.

ここで、図1および図2について説明すると、図1はリチウムイオン二次電池を模式的に表す平面図であり、図2は、図1のA−A線断面図である。リチウムイオン二次電池1は、2枚のラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体2内に、正極5と負極6とをセパレータ7を介して積層して構成した積層電極体と、非水電解液(図示しない)とを収容しており、ラミネートフィルム外装体2は、その外周部において、上下のラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図2では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体2を構成している各層、正極5および負極6の各層、並びにセパレータ7の各層を区別して示していない。   Here, FIG. 1 and FIG. 2 will be described. FIG. 1 is a plan view schematically showing a lithium ion secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The lithium ion secondary battery 1 includes a laminated electrode body formed by laminating a positive electrode 5 and a negative electrode 6 with a separator 7 in a laminated film outer package 2 constituted by two laminated films, and a non-aqueous electrolyte. (Not shown) is accommodated, and the laminate film outer package 2 is sealed by heat-sealing the upper and lower laminate films at the outer peripheral portion thereof. In FIG. 2, each layer constituting the laminate film outer package 2, each layer of the positive electrode 5 and the negative electrode 6, and each layer of the separator 7 are not shown separately in order to prevent the drawing from becoming complicated.

正極5は、電池1内でリード体を介して正極外部端子3と接続しており、また、図示していないが、負極6も、電池1内でリード体を介して負極外部端子4と接続している。そして、正極外部端子3および負極外部端子4は、外部の機器などと接続可能なように、片端側がラミネートフィルム外装体2の外側に引き出されている。   The positive electrode 5 is connected to the positive electrode external terminal 3 in the battery 1 through a lead body. Although not shown, the negative electrode 6 is also connected to the negative electrode external terminal 4 in the battery 1 through a lead body. doing. The positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 are drawn out to the outside of the laminate film exterior body 2 so that they can be connected to an external device or the like.

実施例2
セパレータの多孔質層(II)が正極と対向するようにした以外は実施例1と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 2
A laminated electrode body was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous layer (II) of the separator was opposed to the positive electrode, and lithium ions were produced in the same manner as in Example 1 except that this laminated electrode body was used. A secondary battery was produced.

実施例3
ベーマイトをアルミナに変更した以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 3
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that boehmite was changed to alumina, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.

実施例4
セパレータの多孔質層(II)が正極と対向するようにした以外は実施例3と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は実施例3と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
A laminated electrode body was produced in the same manner as in Example 3 except that the separator porous layer (II) was opposed to the positive electrode, and lithium ions were produced in the same manner as in Example 3 except that this laminated electrode body was used. A secondary battery was produced.

実施例5
ベーマイトをシリカに変更した以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 5
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that boehmite was changed to silica, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.

実施例6
セパレータの多孔質層(II)が正極と対向するようにした以外は実施例5と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は実施例5と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 6
A laminated electrode body was produced in the same manner as in Example 5 except that the separator porous layer (II) was opposed to the positive electrode, and lithium ions were produced in the same manner as in Example 5 except that this laminated electrode body was used. A secondary battery was produced.

比較例1
EDTA・2Naの水溶液を用いなかった以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that no aqueous solution of EDTA · 2Na was used. A lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.

比較例2
セパレータの多孔質層(II)が正極と対向するようにした以外は比較例1と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A laminated electrode body was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the separator porous layer (II) was opposed to the positive electrode, and lithium ions were produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that this laminated electrode body was used. A secondary battery was produced.

比較例3
ベーマイトをアルミナに変更した以外は比較例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A separator was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that boehmite was changed to alumina, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that this separator was used.

比較例4
セパレータの多孔質層(II)が正極と対向するようにした以外は比較例3と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は比較例3と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 4
A laminated electrode body was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that the separator porous layer (II) was opposed to the positive electrode, and lithium ions were produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that this laminated electrode body was used. A secondary battery was produced.

比較例5
ベーマイトをシリカに変更した以外は比較例1と同様にしてセパレータを作製し、このセパレータを用いた以外は比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 5
A separator was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that boehmite was changed to silica, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that this separator was used.

比較例6
セパレータの多孔質層(II)が正極と対向するようにした以外は比較例5と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は比較例5と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 6
A laminated electrode body was produced in the same manner as in Comparative Example 5 except that the separator porous layer (II) was opposed to the positive electrode, and lithium ions were produced in the same manner as in Comparative Example 5 except that this laminated electrode body was used. A secondary battery was produced.

比較例7
実施例1において、セパレータの多孔質層(I)として使用した3層構造の微多孔膜を、多孔質層(II)を形成することなくセパレータとして使用した以外は、実施例1と同様にして積層電極体を作製し、この積層電極体を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 7
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the microporous membrane having a three-layer structure used as the separator porous layer (I) in Example 1 was used as the separator without forming the porous layer (II). A laminated electrode body was produced, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this laminated electrode body was used.

実施例および比較例のリチウムイオン二次電池の貯蔵特性評価と、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池に使用したものと同じセパレータの熱収縮率測定とを、それぞれ下記の方法によって実施した。これらの結果を表1に示す。   The storage characteristic evaluation of the lithium ion secondary batteries of the examples and comparative examples and the thermal contraction rate measurement of the same separators used for the lithium ion secondary batteries of the examples and comparative examples were performed by the following methods, respectively. . These results are shown in Table 1.

<貯蔵特性評価>
実施例および比較例の各電池について、4.5mAの電流値で4.2Vになるまで定電流充電した後、4.2Vの電圧で電流値が0.45mAになるまで定電圧充電を行い、その後に4.5mAの電流値で3Vまで放電させる一連の操作を1サイクルとして2サイクルの充放電を行って、2サイクル目の放電容量(貯蔵前容量)を求めた。続いて、各電池について前記と同じ条件で定電流充電および定電圧充電を行い、充電後の各電池を80℃の恒温槽内に24時間貯蔵した。貯蔵後の各電池を恒温槽から取り出して、4.5mAの電流値で3Vまで放電させた後、各電池について貯蔵前と同じ充放電を行って、2サイクル目の放電容量(貯蔵後容量)を求めた。そして、各電池の貯蔵後容量を貯蔵前容量で除した値を百分率で表して、容量回復率(%)を求めた。この容量回復率が高いほど、電池の貯蔵特性(高温貯蔵特性)が優れているといえる。
<Storage characteristics evaluation>
About each battery of an Example and a comparative example, after carrying out constant current charge until it became 4.2V with a current value of 4.5mA, it carried out constant voltage charge until the current value became 0.45mA with a voltage of 4.2V, Thereafter, a series of operations for discharging to 3 V at a current value of 4.5 mA was taken as one cycle, and charging and discharging were performed for two cycles, and a discharge capacity (capacity before storage) of the second cycle was determined. Subsequently, each battery was subjected to constant current charging and constant voltage charging under the same conditions as described above, and each battery after charging was stored in a thermostat at 80 ° C. for 24 hours. Each battery after storage is taken out from the thermostatic chamber, discharged to 3 V at a current value of 4.5 mA, and then charged and discharged as before storage for each battery, and the discharge capacity at the second cycle (capacity after storage) Asked. And the value which remove | divided the capacity | capacitance after storage of each battery by the capacity | capacitance before storage was represented by the percentage, and capacity | capacitance recovery rate (%) was calculated | required. It can be said that the higher the capacity recovery rate, the better the storage characteristics (high temperature storage characteristics) of the battery.

<セパレータの熱収縮率測定>
各セパレータを、長手方向(セパレータに係る3層構造の微多孔膜の長手方向)に10cm×幅方向(セパレータに係る3層構造の微多孔膜の幅方向)に5cmのサイズに切り取って試験片を作製し、これらの試験片の長手方向および幅方向に平行に、それぞれ3cmの線を、両方の線の交点が、それぞれの線の中央になるように油性ペンで描いた。その後各試験片を150℃の恒温槽内に1時間保存した。保存後の各試験片を恒温槽から取り出して、長手方向の線および幅方向の線の長さX(cm)を測定し、下記式に基づいてセパレータの長手方向および幅方向の熱収縮率(%)を求めた。
熱収縮率(%) = 100×(3−X)/3
<Measurement of thermal contraction rate of separator>
Each separator was cut into a size of 10 cm in the longitudinal direction (longitudinal direction of the microporous membrane having a three-layer structure according to the separator) × 5 cm in the width direction (width direction of the microporous membrane having the three-layer structure according to the separator). A 3 cm line was drawn in parallel with the longitudinal direction and the width direction of these test pieces with an oil pen so that the intersection of both lines was at the center of each line. Then, each test piece was preserve | saved for 1 hour in a 150 degreeC thermostat. Each test piece after storage is taken out from the thermostat, and the length X (cm) of the longitudinal line and the transverse line is measured, and the thermal contraction rate in the longitudinal direction and the transverse direction of the separator based on the following formula ( %).
Thermal contraction rate (%) = 100 × (3-X) / 3

Figure 2014022051
Figure 2014022051

表1に示す通り、EDTA・Na塩を添加したセパレータを用いた実施例1〜6のリチウムイオン二次電池は、これを添加していないセパレータを用いた比較例1〜6のリチウムイオン二次電池、および通常のポリオレフィン製微多孔膜セパレータを用いた比較例7のリチウムイオン二次電池に比べて、高温貯蔵後の容量回復率が約10%高く、貯蔵特性が良好である。   As shown in Table 1, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 6 using the separator to which EDTA / Na salt was added were the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 to 6 using the separator to which this was not added. Compared to the battery and the lithium ion secondary battery of Comparative Example 7 using a normal polyolefin microporous membrane separator, the capacity recovery rate after high-temperature storage is about 10% higher and the storage characteristics are good.

また、実施例1〜6のリチウムイオン二次電池に係るセパレータは、通常のポリオレフィン製微多孔膜セパレータに比べて、150℃1時間の加熱による熱収縮率が小さいことから、これらのセパレータを用いた実施例1〜6のリチウムイオン二次電池は、内部が高温となっても、セパレータの収縮による正極と負極との短絡が生じ難いと推測され、安全性が良好であるといえる。なお、実施例1〜6のリチウムイオン二次電池に係るセパレータの熱収縮率は、比較例1〜6のリチウムイオン二次電池に係るセパレータと同等であり、EDTA・Na塩の添加によって、セパレータの耐熱性が損なわれないことも判明した。   In addition, the separators according to the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 6 have a smaller thermal shrinkage rate due to heating at 150 ° C. for 1 hour than that of a normal polyolefin microporous membrane separator. The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 6 were estimated to be less likely to cause a short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to the shrinkage of the separator even when the temperature inside the lithium ion secondary battery was high. In addition, the thermal contraction rate of the separator which concerns on the lithium ion secondary battery of Examples 1-6 is equivalent to the separator which concerns on the lithium ion secondary battery of Comparative Examples 1-6, and by adding EDTA * Na salt, separator It was also found that the heat resistance of was not impaired.

1 電気化学素子(リチウムイオン二次電池)
2 ラミネートフィルム外装体
5 正極
6 負極
7 セパレータ
1 Electrochemical element (lithium ion secondary battery)
2 Laminate film exterior 5 Positive electrode 6 Negative electrode 7 Separator

Claims (7)

非水電解液を有する電気化学素子に使用されるセパレータであって、
非水電解液内に溶出した遷移金属イオンを吸着する材料と、耐熱温度が150℃以上のフィラーとを含有しており、
前記非水電解液内に溶出した遷移金属イオンを吸着する材料として、エチレンジアミン4酢酸のナトリウム塩を用いたことを特徴とする電気化学素子用セパレータ。
A separator used for an electrochemical element having a non-aqueous electrolyte,
Containing a material that adsorbs transition metal ions eluted in the non-aqueous electrolyte and a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher,
A separator for an electrochemical element, wherein a sodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid is used as a material that adsorbs transition metal ions eluted in the non-aqueous electrolyte.
耐熱温度が150℃以上のフィラーが、ベーマイト、アルミナおよびシリカよりなる群から選択される少なくとも1種である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C or higher is at least one selected from the group consisting of boehmite, alumina, and silica. ポリオレフィンを主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有している請求項1または2に記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to claim 1 or 2, comprising a porous layer (I) mainly comprising polyolefin and a porous layer (II) mainly comprising a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C or higher. . 非水電解液内に溶出した遷移金属イオンを吸着する材料を、多孔質層(II)に含有している請求項3に記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to claim 3, wherein the porous layer (II) contains a material that adsorbs transition metal ions eluted in the nonaqueous electrolytic solution. 150℃の雰囲気下に静置したときの熱収縮率が、0〜10%である請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to any one of claims 1 to 4, which has a thermal shrinkage rate of 0 to 10% when left in an atmosphere of 150 ° C. リチウム含有遷移金属酸化物を活物質とする正極と、負極と、非水電解液と、セパレータとを備えた電気化学素子であって、
前記セパレータが、請求項1〜5のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータであることを特徴とする電気化学素子。
An electrochemical device comprising a positive electrode using a lithium-containing transition metal oxide as an active material, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
The said separator is an electrochemical element separator in any one of Claims 1-5, The electrochemical element characterized by the above-mentioned.
セパレータが、正極および/または負極と一体化している請求項6に記載の電気化学素子。   The electrochemical device according to claim 6, wherein the separator is integrated with the positive electrode and / or the negative electrode.
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