JP2014060122A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Takashi Misao
貴史 三竿
Masaaki Sasayama
昌聡 笹山
Yusuke Yamada
裕介 山田
Kazufumi Kato
一史 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery that, even when a separator capable of achieving increased battery capacity and including a nonwoven fabric is used, sufficiently suppresses a short circuit, exhibits high heat resistance and is also excellent in output characteristics.SOLUTION: A lithium ion secondary battery comprises: an electrolyte containing a nonaqueous solvent, and a lithium salt; a positive electrode containing, as a positive electrode active material, one or more materials selected from the group consisting of materials capable of absorbing and desorbing lithium ions; a negative electrode containing, as a negative electrode active material, one or more materials selected from the group consisting of metal lithium and materials capable of absorbing and desorbing lithium ions; and a separator. The separator includes at least one layer of a first nonwoven fabric layer containing fibers having a fiber diameter of 4 μm or less, and the electrolyte further contains at least one compound selected from the group consisting of a carbonic acid ester having a carbon-carbon double bond, a cyclic carbonate having a fluorine atom, and sulfone.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

近年の電子技術の発展や環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが用いられている。特に、省エネルギー化への要請が多くあり、それに貢献できるものへの期待はますます高くなっている。例えば、発電デバイスとして太陽電池が挙げられ、蓄電デバイスとして、二次電池、キャパシタ及びコンデンサなどが挙げられる。蓄電デバイスの代表例であるリチウムイオン二次電池は、従来、主に携帯機器用充電池として使用されていたが、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用も期待されている。   With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices are used. In particular, there are many requests for energy saving, and expectations for what can contribute to it are increasing. For example, a solar cell is mentioned as a power generation device, and a secondary battery, a capacitor, a capacitor, etc. are mentioned as an electrical storage device. Lithium ion secondary batteries, which are representative examples of power storage devices, have been conventionally used mainly as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years, they are also expected to be used as batteries for hybrid vehicles and electric vehicles.

リチウムイオン二次電池は、一般に、リチウムを吸蔵及び放出可能な活物質を主体として構成された正極と負極とがセパレータを介して配された構成を有する。リチウムイオン二次電池の正極は、正極活物質としてのLiCoO2、LiNiO2又はLiMn24等と、導電剤としてのカーボンブラック又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等とが混合された正極合剤が、アルミニウム等からなる正極集電体上に被覆されて形成される。負極は、負極活物質としてのコークス又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等とが混合された負極合剤が、銅等からなる負極集電体上に被覆されて形成される。セパレータは、多孔性ポリオレフィン等の合成樹脂製微多孔膜により形成され、その厚さは数μmから数百μmと非常に薄い。正極、負極及びセパレータは、電池内で電解液に含浸されている。電解液としては、例えば、LiPF6又はLiBF4のようなリチウム塩を、プロピレンカーボネート又はエチレンカーボネートのような非プロトン性溶媒に、あるいはポリエチレンオキシドのようなポリマーに溶解させた電解液が挙げられる。 A lithium ion secondary battery generally has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode mainly composed of an active material capable of inserting and extracting lithium are arranged via a separator. The positive electrode of the lithium ion secondary battery includes LiCoO 2 , LiNiO 2 or LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, carbon black or graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride, latex or rubber as a binder. Is formed by covering a positive electrode current collector made of aluminum or the like. The negative electrode is formed by coating a negative electrode mixture made of copper or the like with a negative electrode mixture in which coke or graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride, latex or rubber as a binder are mixed. The The separator is formed by a microporous membrane made of a synthetic resin such as porous polyolefin, and its thickness is very thin, from several μm to several hundred μm. The positive electrode, the negative electrode, and the separator are impregnated with an electrolytic solution in the battery. Examples of the electrolytic solution include an electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in an aprotic solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate, or a polymer such as polyethylene oxide.

リチウムイオン二次電池は、現在、携帯機器の充電池として主に用いられている(例えば特許文献1参照)。また、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車などの自動車用途の電池としても広い展開が期待されている。リチウムイオン二次電池の用途拡大に向け、電池の小型化及び高性能化を図る必要があり、そのアプローチの1つとしてセパレータの改良が挙げられる。携帯機器用のリチウムイオン二次電池のセパレータとして、現在主に用いられているものは合成樹脂製微多孔膜である。合成樹脂製微多孔膜は非常に信頼性が高い膜ではあるが、車載向けリチウムイオン二次電池のセパレータとして用いるためには、例えば、容量、電流密度、耐熱性及びコストなどの点で更なる改良が求められている。   Currently, lithium ion secondary batteries are mainly used as rechargeable batteries for portable devices (see, for example, Patent Document 1). In recent years, it is expected to be widely used as a battery for automobiles such as hybrid cars and electric cars. In order to expand the use of lithium ion secondary batteries, it is necessary to reduce the size and performance of the battery. One approach is to improve the separator. As a separator of a lithium ion secondary battery for portable devices, what is mainly used at present is a synthetic resin microporous membrane. Although the microporous membrane made of synthetic resin is a highly reliable membrane, it can be used as a separator for a lithium ion secondary battery for in-vehicle use, for example, in terms of capacity, current density, heat resistance and cost. There is a need for improvement.

これらの性能を向上させる試みとして、不織布又は紙などからなるセパレータを用いた例がある(例えば特許文献2、3参照)。不織布及び紙は、安価なプロセスコストで多孔性の膜、すなわち電池の高容量化が可能となる膜を作製できること、並びに、耐熱性の高い素材で製膜できることから有望である(例えば特許文献4参照)。この特許文献4には、セパレータの好適な1つの形態としてポリエチレンテレフタレート(PET)不織布を基材としたポリフッ化ビニリデン(PVdF)系ポリマー多孔膜が記載されている。この形態のセパレータは過充電時の安全性及び耐熱性も高く、コストも低い。   As an attempt to improve these performances, there is an example using a separator made of nonwoven fabric or paper (for example, see Patent Documents 2 and 3). Nonwoven fabric and paper are promising because they can produce a porous film at a low process cost, that is, a film that can increase the capacity of a battery, and can be formed from a material having high heat resistance (for example, Patent Document 4). reference). Patent Document 4 describes a polyvinylidene fluoride (PVdF) polymer porous membrane based on a polyethylene terephthalate (PET) nonwoven fabric as a preferred form of separator. This type of separator has high safety and heat resistance during overcharge and low cost.

通常のリチウムイオン二次電池では、イオン伝導性の観点から、電解液として電解質のLiPF6をカーボネート系溶媒に溶解した組成のものが用いられている。ここでカーボネート系溶媒は、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネートとジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネートとの混合溶媒が一般的となっている。 In an ordinary lithium ion secondary battery, from the viewpoint of ion conductivity, a battery in which electrolyte LiPF 6 is dissolved in a carbonate-based solvent is used as an electrolytic solution. Here, the carbonate-based solvent is generally a mixed solvent of a cyclic carbonate such as ethylene carbonate (EC) and a chain carbonate such as diethyl carbonate (DEC).

上記のようなPET不織布を含むセパレータとこのような電解液とを組み合わせた場合、高温での保存特性が良好でないという課題があった。そこで、この課題に対し、電解液にビニレンカーボネート(VC)を添加する技術が特許文献5において提案されている。   When the separator containing the PET nonwoven fabric as described above and such an electrolytic solution are combined, there is a problem that storage characteristics at high temperatures are not good. In view of this problem, Patent Document 5 proposes a technique for adding vinylene carbonate (VC) to the electrolytic solution.

特開2009−087648号公報JP 2009-087648 A 特開2005−159283号公報JP 2005-159283 A 特開2005−293891号公報JP 2005-293891 A 国際公開第01/67536号International Publication No. 01/67536 特開2003−187867号公報JP 2003-187867 A

しかしながら、特許文献5に記載の技術は、VCを電解液に添加することによりPET不織布を含むセパレータの分解反応を抑制する効果はあるものの、短絡を抑制する効果が不十分であることが判明した。また、特許文献2〜4に記載のようなセパレータを用いると、短絡が発生したり、デンドライト成長が見られたり、様々な不安定な充放電挙動が見られたりするため、セパレータ性能としての信頼性及び安全性に課題があることが明らかになった。さらに、特許文献3では、正極と対向していない負極部分でのLiPF6とPET不織布との反応により、高温保存試験後にPET不織布の形状が保持されていないという課題も示されている。 However, although the technique described in Patent Document 5 has an effect of suppressing the decomposition reaction of the separator including the PET nonwoven fabric by adding VC to the electrolytic solution, it has been found that the effect of suppressing the short circuit is insufficient. . In addition, when a separator as described in Patent Documents 2 to 4 is used, a short circuit occurs, dendrite growth is observed, and various unstable charge / discharge behaviors are observed. It became clear that there was a problem in safety and safety. Furthermore, Patent Document 3 also shows a problem that the shape of the PET nonwoven fabric is not retained after the high-temperature storage test due to the reaction between LiPF 6 and the PET nonwoven fabric at the negative electrode portion not facing the positive electrode.

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電池の高容量化が可能な不織布を含むセパレータを用いても、短絡を十分に抑制し、出力特性にも優れたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and even when a separator including a nonwoven fabric capable of increasing the capacity of a battery is used, a lithium ion secondary that sufficiently suppresses a short circuit and has excellent output characteristics. An object is to provide a battery.

本発明者らは上記目的を達成すべく、リチウムイオン二次電池において、様々なセパレータと電解液との組み合わせを検討した。その結果、特定の構造を有するセパレータを用い、特定の溶媒を電解液に含有するリチウムイオン二次電池は、短絡を十分に抑制し、出力特性にも優れることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above object, the present inventors have studied various combinations of separators and electrolytes in lithium ion secondary batteries. As a result, it was found that a lithium ion secondary battery using a separator having a specific structure and containing a specific solvent in the electrolyte sufficiently suppresses a short circuit and has excellent output characteristics, thereby completing the present invention. It came.

すなわち、本発明は下記のとおりである。
[1]非水溶媒とリチウム塩とを含む電解液と、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極と、セパレータと、を備えるリチウムイオン二次電池であって、前記セパレータは、繊維径が4μm以下である繊維を含む第1の不織布層を少なくとも1層含み、前記電解液は、炭素−炭素二重結合を有する炭酸エステル、フッ素原子を有する環状カーボネート及びスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を更に含有する、リチウムイオン二次電池。
[2]前記セパレータは、前記第1の不織布層を最外層として有する2層又は3層以上の不織布層からなる積層不織布を含む、上記リチウムイオン二次電池。
[3]前記積層不織布を構成する各前記不織布層は、化学結合及び/又は物理結合によって互いに一体化されている、上記リチウムイオン二次電池。
[4]前記セパレータは、繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維を含有する第2の不織布層を有し、前記第2の不織布層が2層以上の前記第1の不織布層に挟まれている、上記リチウムイオン二次電池。
[5]前記熱可塑性樹脂繊維は、熱可塑性合成長繊維を含む、上記リチウムイオン二次電池。
[6]前記セパレータは、10〜60μmの厚さを有する、上記リチウムイオン二次電池。
[7]前記第1の不織布層は、メルトブロウン法により形成されている、上記リチウムイオン二次電池。
[8]前記セパレータが有する不織布層は、カレンダ加工されている、上記リチウムイオン二次電池。
[9]前記炭素−炭素二重結合を有する炭酸エステルは、ビニレンカーボネートを含む、上記リチウムイオン二次電池。
[10]前記フッ素原子を有する環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートを含む、上記リチウムイオン二次電池。
[11]前記セパレータは、ポリエステル系樹脂を含む不織布を含有する不織布層を含む、上記リチウムイオン二次電池。
[12]前記ポリエステル系樹脂は、ポリエチレンテレフタレートを含む、上記リチウムイオン二次電池。
[13]前記セパレータの総目付は、30g/m2以下である、上記リチウムイオン二次電池。
[14]前記第1の不織布層の目付は、15g/m2以下である、上記リチウムイオン二次電池。
[15]前記第1の不織布層に含まれる前記繊維は、繊維径が0.1〜1μmである、上記リチウムイオン二次電池。
That is, the present invention is as follows.
[1] An electrolytic solution containing a nonaqueous solvent and a lithium salt, a positive electrode containing at least one material selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and a negative electrode A lithium ion secondary battery comprising a negative electrode containing a material capable of inserting and extracting lithium ions as an active material and one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, and a separator, The separator includes at least one first nonwoven fabric layer containing fibers having a fiber diameter of 4 μm or less, and the electrolytic solution is composed of a carbonic acid ester having a carbon-carbon double bond, a cyclic carbonate having a fluorine atom, and a sulfone. A lithium ion secondary battery further containing at least one compound selected from the group.
[2] The lithium ion secondary battery, wherein the separator includes a laminated nonwoven fabric composed of two or three or more nonwoven fabric layers having the first nonwoven fabric layer as an outermost layer.
[3] The lithium ion secondary battery, wherein the nonwoven fabric layers constituting the laminated nonwoven fabric are integrated with each other by chemical bonding and / or physical bonding.
[4] The separator has a second nonwoven fabric layer containing thermoplastic resin fibers having a fiber diameter of more than 4 μm and not more than 30 μm, and the second nonwoven fabric layer is formed of two or more first nonwoven fabric layers. The lithium ion secondary battery is sandwiched.
[5] The lithium ion secondary battery, wherein the thermoplastic resin fiber includes a thermoplastic synthetic long fiber.
[6] The lithium ion secondary battery, wherein the separator has a thickness of 10 to 60 μm.
[7] The lithium ion secondary battery, wherein the first nonwoven fabric layer is formed by a melt blown method.
[8] The lithium ion secondary battery, wherein the nonwoven fabric layer of the separator is calendered.
[9] The lithium ion secondary battery, wherein the carbonic acid ester having a carbon-carbon double bond includes vinylene carbonate.
[10] The lithium ion secondary battery, wherein the cyclic carbonate having a fluorine atom includes monofluoroethylene carbonate.
[11] The lithium ion secondary battery, wherein the separator includes a nonwoven fabric layer containing a nonwoven fabric containing a polyester resin.
[12] The lithium ion secondary battery, wherein the polyester resin includes polyethylene terephthalate.
[13] The lithium ion secondary battery, wherein the separator has a total basis weight of 30 g / m 2 or less.
[14] The lithium ion secondary battery described above, wherein the basis weight of the first nonwoven fabric layer is 15 g / m 2 or less.
[15] The lithium ion secondary battery, wherein the fibers contained in the first nonwoven fabric layer have a fiber diameter of 0.1 to 1 μm.

本発明によると、電池の高容量化が可能な不織布を含むセパレータを用いても、短絡を十分に抑制し、出力特性にも優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that sufficiently suppresses a short circuit and has excellent output characteristics even when a separator including a nonwoven fabric capable of increasing the capacity of the battery is used.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、特定のセパレータと、特定の化合物を含有する電解液と、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極とを備えるものである。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The lithium ion secondary battery of the present embodiment is one type selected from the group consisting of a specific separator, an electrolytic solution containing a specific compound, and a material capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material. A positive electrode containing the above materials, and a negative electrode containing one or more materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium.

<セパレータ>
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正負極の短絡防止及びシャットダウン等の安全性付与の観点から、正極と負極との間にセパレータを備える。セパレータとしては、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。
<Separator>
The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes and shutdown. As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable.

セパレータは、繊維径が4μm以下である繊維を含む第1の不織布層(以下、「不織布層(I)」とも表記する。)を少なくとも1層含む。すなわち、そのセパレータにおいて、不織布層(I)を単層で用いてもよく、2層以上を直接又は間接的に積層して用いてもよい。そのセパレータは、不織布層(I)を他の繊維層と積層した構成を有していてもよい。ただし、短絡をより有効かつ確実に抑制し、更に高出力のリチウムイオン二次電池を得るためには、太い繊維径を有する繊維によるリチウムイオンの拡散を極力防ぐ観点から、セパレータは、不織布層(I)を最外層として有する2層又は3層以上の繊維層からなる積層体であると好ましく、不織布層(I)を最外層として有する2層又は3層以上の不織布層からなる積層不織布であるとより好ましく、不織布層(I)を両最外層として有する2層又は3層以上の不織布層からなる積層不織布であると更に好ましい。本明細書において、「最外層」とは、積層方向の最も端に位置する層を意味する。その最外層として不織布層(I)を有すると、電極近傍においてより良好なリチウムイオン拡散性を得ることができる。   The separator includes at least one first non-woven fabric layer (hereinafter also referred to as “non-woven fabric layer (I)”) containing fibers having a fiber diameter of 4 μm or less. That is, in the separator, the nonwoven fabric layer (I) may be used as a single layer, or two or more layers may be laminated directly or indirectly. The separator may have a configuration in which the nonwoven fabric layer (I) is laminated with other fiber layers. However, in order to suppress a short circuit more effectively and reliably and to obtain a high-power lithium ion secondary battery, from the viewpoint of preventing the diffusion of lithium ions by fibers having a large fiber diameter as much as possible, the separator is a non-woven fabric layer ( It is preferable that it is a laminate comprising two or three or more fiber layers having I) as the outermost layer, and a laminated nonwoven fabric comprising two or three or more nonwoven layers having the nonwoven fabric layer (I) as the outermost layer. More preferably, it is a laminated nonwoven fabric composed of two or three or more nonwoven fabric layers having the nonwoven fabric layer (I) as both outermost layers. In this specification, the “outermost layer” means a layer located at the outermost end in the stacking direction. When the nonwoven fabric layer (I) is provided as the outermost layer, better lithium ion diffusibility can be obtained in the vicinity of the electrode.

繊維の繊維径が4μm以下であれば、不織布層の繊維間の間隙の大きさが不均一になったり大きくなりすぎたりすることを抑制できるため、より緻密で均一な不織布層の形成が可能となり、リチウムイオン二次電池において、不織布層の最大孔径が大きいことに由来する短絡を十分に防止することができる。一方、繊維の繊維径が0.1μm以上であれば、繊維を容易に形成できるので好ましい。以下、繊維径が4μm以下の繊維を「極細繊維」とも表記する。なお、不織布層やセパレータが均一であることは、それらを構成する繊維間の間隙の大きさが均一であることを意味し、それに加えて、厚さ、繊維径、目付、間隙の分布が均一であることを意味する。   If the fiber diameter is 4 μm or less, the size of the gap between the fibers in the nonwoven fabric layer can be prevented from becoming non-uniform or too large, so a denser and more uniform nonwoven fabric layer can be formed. In the lithium ion secondary battery, it is possible to sufficiently prevent a short circuit derived from the large maximum pore diameter of the nonwoven fabric layer. On the other hand, if the fiber diameter is 0.1 μm or more, the fiber can be easily formed, which is preferable. Hereinafter, fibers having a fiber diameter of 4 μm or less are also referred to as “ultrafine fibers”. Note that the uniformity of the nonwoven fabric layer and the separator means that the size of the gap between the fibers constituting them is uniform, and in addition, the thickness, fiber diameter, basis weight, and gap distribution are uniform. It means that.

不織布層(I)は、本発明の目的達成を損なわない範囲で、上記極細繊維以外の繊維を含有してもよいが、上記極細繊維を質量基準で好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上含み、特に好ましくは上記極細繊維のみからなる。不織布層(I)に含有される極細繊維の繊維径は、好ましくは0.3〜4μmであり、より好ましくは0.3〜3.5μmであり、更に好ましくは0.5〜3μmであり、特に好ましくは0.1〜1μmである。特に、繊維径が0.1〜1μmである場合、そのような繊維を不織布層(I)に備えるリチウムイオン二次電池の出力を更に高めることができる。なお、本明細書における「繊維径」は、マイクロスコープにより測定される繊維直径であり、より詳細には、下記の実施例に準拠して測定されるものである。   The non-woven fabric layer (I) may contain fibers other than the ultrafine fibers as long as the achievement of the object of the present invention is not impaired, but the ultrafine fibers are preferably 50% or more, more preferably 80% on a mass basis. More preferably, it contains 90% or more, particularly preferably only the above-mentioned ultrafine fibers. The fiber diameter of the ultrafine fibers contained in the nonwoven fabric layer (I) is preferably 0.3 to 4 μm, more preferably 0.3 to 3.5 μm, still more preferably 0.5 to 3 μm, Most preferably, it is 0.1-1 micrometer. In particular, when the fiber diameter is 0.1 to 1 μm, the output of the lithium ion secondary battery provided with such fibers in the nonwoven fabric layer (I) can be further increased. In addition, the “fiber diameter” in the present specification is a fiber diameter measured by a microscope, and more specifically, is measured according to the following examples.

本実施形態において、不織布層(I)を構成する素材は、熱可塑性樹脂であってもよいし、例えばセルロースフィブリル等の、熱可塑性樹脂ではない従来不織布の素材として用いられているものであってもよい。好適には、後述の不織布層(II)と同様に熱可塑性樹脂である。そのような熱可塑性樹脂としては、具体的には、ポリエステル系樹脂及びその誘導体、ポリアミド系樹脂及びその誘導体、ポリオキシメチレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)系樹脂、ポリフェニレンオキサイド(PPO)系樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等のポリケトン系樹脂、及び、熱可塑性ポリイミド樹脂が挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)系樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)系樹脂及びポリエチレンナフタレート(PEN)系樹脂が挙げられる。また、これらの樹脂を主体とする共重合体(すなわち、これらの樹脂のモノマーをモノマー単位として最も多く、好ましくは50%以上含む共重合体)又は混合物(すなわち、これらの樹脂を質量基準で最も多く、好ましくは50質量%以上含む混合物)も好ましい。   In the present embodiment, the material constituting the non-woven fabric layer (I) may be a thermoplastic resin, for example, a material used for a conventional non-woven fabric such as cellulose fibril, which is not a thermoplastic resin. Also good. Preferably, it is a thermoplastic resin like the below-mentioned nonwoven fabric layer (II). Specific examples of such thermoplastic resins include polyester resins and derivatives thereof, polyamide resins and derivatives thereof, polyoxymethylene ether resins, polyphenylene sulfide (PPS) resins, and polyphenylene oxide (PPO) resins. , Polyketone resins, polyketone resins such as polyetheretherketone (PEEK), and thermoplastic polyimide resins. Examples of the polyester resin include polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, and polyethylene naphthalate (PEN) resin. Further, a copolymer mainly composed of these resins (that is, a copolymer containing the largest amount of monomers of these resins as a monomer unit, preferably containing 50% or more) or a mixture (that is, most of these resins on a mass basis). Also preferred are mixtures containing many, preferably 50% by weight or more.

これらの素材は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。なお、本明細書において「PET系樹脂」とは、PET樹脂の他、全構成繰り返し単位中に、PETの基本骨格であるテレフタル酸とエチレングリコールとの縮合構造を必ず有する概念である。テレフタル酸及びエチレングリコール以外の構成繰り返し単位構成成分としては、ジカルボン酸又はその誘導体、オキシ酸又はその誘導体、及び、ジオールが挙げられる。ジカルボン酸又はその誘導体として、例えば、フタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−フェニレンジオキシジ酢酸及びこれらの構造異性体、マロン酸、コハク酸、アジピン酸などの脂肪族ジカルボン酸、並びにこれらのジカルボン酸のエステル類が挙げられ、オキシ酸又はその誘導体として、p−ヒドロキシ安息香酸、p−ヒドロキシ安息香酸エステル類、及びグリコール酸が挙げられる。また、ジオールとしては、例えば、ジエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール及びネオペンチルグリコールなどの脂肪族グリコール、シクロヘキサンジメタノールのような脂環式グリコール、ビスフェノールA及びビスフェノールSなどの芳香族ジヒドロキシ化合物誘導体が挙げられる。また、その他の「…系樹脂」についても同様に、全構成繰り返し単位中に、基本骨格となる構造を有する概念である。   These materials are used singly or in combination of two or more. In the present specification, the “PET resin” is a concept that always has a condensed structure of terephthalic acid, which is the basic skeleton of PET, and ethylene glycol in all the structural repeating units in addition to the PET resin. Examples of constituent repeating unit constituents other than terephthalic acid and ethylene glycol include dicarboxylic acids or derivatives thereof, oxyacids or derivatives thereof, and diols. Examples of dicarboxylic acids or derivatives thereof include phthalic acid, isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, 4,4′-diphenylsulfone dicarboxylic acid, 4,4′-biphenyldicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3- Examples thereof include phenylenedioxydiacetic acid and structural isomers thereof, aliphatic dicarboxylic acids such as malonic acid, succinic acid, and adipic acid, and esters of these dicarboxylic acids. As oxyacids or derivatives thereof, p-hydroxybenzoic acid Acids, p-hydroxybenzoic acid esters, and glycolic acid. Examples of the diol include diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, pentamethylene glycol, hexamethylene glycol, neopentyl glycol and other aliphatic glycols, cyclohexane di Examples include alicyclic glycols such as methanol, aromatic dihydroxy compound derivatives such as bisphenol A and bisphenol S. Similarly, the other “... Resin” is a concept having a structure as a basic skeleton in all the repeating units.

不織布層(I)の繊維を構成する素材は、吸水率の低い素材であると好ましい。そのような素材としては、例えばPET系樹脂、PPS系樹脂、PPO系樹脂、ポリケトン樹脂及びPEEK系樹脂のような熱可塑性樹脂が挙げられる。また、繊維及び不織布を製造する際の製造の容易性、汎用性及びコストの観点から、不織布層(I)の繊維を構成する素材は、PET系樹脂、PPS系樹脂、及びPEEK系樹脂であると好ましい。   The material constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (I) is preferably a material having a low water absorption rate. Examples of such materials include thermoplastic resins such as PET resins, PPS resins, PPO resins, polyketone resins, and PEEK resins. Moreover, the raw material which comprises the fiber of a nonwoven fabric layer (I) from a viewpoint of the ease of manufacture at the time of manufacturing a fiber and a nonwoven fabric, versatility, and cost is PET-type resin, PPS-type resin, and PEEK-type resin. And preferred.

本実施形態において、不織布層(I)の目付は、15g/m2以下であることが好ましい。不織布層の目付が15g/m2以下であれば、短絡を抑制するのにより有利となるだけでなく、更に高い出力特性を得ることができる。その不織布層の目付は、より好ましくは0.5〜13g/m2であり、更に好ましくは1〜11g/m2である。なお、本明細書において、目付は、実施例に記載の方法に準拠して測定される。 In the present embodiment, the basis weight of the nonwoven fabric layer (I) is preferably 15 g / m 2 or less. If the basis weight of the nonwoven fabric layer is 15 g / m 2 or less, not only is it more advantageous to suppress short-circuiting, but even higher output characteristics can be obtained. The basis weight of the nonwoven fabric layer is more preferably 0.5 to 13 g / m 2 , and further preferably 1 to 11 g / m 2 . In addition, in this specification, a fabric weight is measured based on the method as described in an Example.

本実施形態に係る不織布層の製造方法は、不織布層(I)及び後述の不織布層(II)を含め、特に限定されない。ただし、不織布層(I)の製造方法は、好ましくは、極細繊維を用いた乾式法又は湿式法、あるいは、エレクトロスピニング及びメルトブロウン法であることが好ましい。不織布層(I)を容易かつ緻密に形成できるという観点から、より好ましくはメルトブロウン法である。   The manufacturing method of the nonwoven fabric layer which concerns on this embodiment is not specifically limited including nonwoven fabric layer (I) and the below-mentioned nonwoven fabric layer (II). However, the method for producing the nonwoven fabric layer (I) is preferably a dry method or a wet method using ultrafine fibers, or an electrospinning and melt-blown method. From the viewpoint that the nonwoven fabric layer (I) can be easily and densely formed, the melt blown method is more preferable.

本実施形態に係るセパレータは、不織布層(I)のみを含んでもよいが、その強度を更に高める観点から、不織布層(I)を有する2層又は3層以上の繊維層を含むと好ましく、不織布層(I)を有する2層又は3層以上の不織布層を含むとより好ましい。そのようなセパレータは、不織布層(I)を1層のみ含んでも、2層以上含んでもよい。また、本実施形態に係るセパレータは、必要に応じて、不織布層(I)以外の不織布層を含んでもよく、そのような不織布層としては、強度、緻密性及び均一性の観点から、繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維を含有する第2の不織布層(以下、「不織布層(II)」とも表記する。)が好ましい。特にセパレータが2層以上の不織布層(I)とそれ以外の不織布層とを有する3層以上の不織布層を含む場合、2層以上の不織布層(I)に挟まれた層(以下、「中間層」とも表記する。)として、不織布層(II)を有することが好ましい。   The separator according to the present embodiment may include only the nonwoven fabric layer (I). However, from the viewpoint of further increasing the strength, it is preferable that the separator includes two or more fiber layers having the nonwoven fabric layer (I). It is more preferable to include two or three or more nonwoven fabric layers having the layer (I). Such a separator may contain only one layer of the nonwoven fabric layer (I) or two or more layers. Moreover, the separator according to the present embodiment may include a nonwoven fabric layer other than the nonwoven fabric layer (I) as necessary, and as such a nonwoven fabric layer, from the viewpoint of strength, denseness, and uniformity, the fiber diameter Is preferably a second non-woven fabric layer (hereinafter, also referred to as “non-woven fabric layer (II)”) containing thermoplastic resin fibers of more than 4 μm and 30 μm or less. In particular, when the separator includes three or more nonwoven fabric layers having two or more nonwoven fabric layers (I) and other nonwoven fabric layers, a layer sandwiched between two or more nonwoven fabric layers (I) (hereinafter referred to as “intermediate”) It is preferable to have a non-woven fabric layer (II) as “layer”.

不織布層(II)は、繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維を含有する。繊維径が30μm以下であれば、繊維の径が太すぎず、より均一な繊維間距離を得ることができるため、更に緻密で均一な不織布層を形成できる。また、不織布層(II)における繊維の繊維径が30μm以下であれば、不織布層(I)と不織布層(II)とを互いに直接接触するように積層した場合、それらの層の接触した部分で、不織布層(I)における極細繊維が、不織布層(II)における繊維の間に、より均一に配置される。これにより、それらの層を積層した積層不織布において、より均一に極細繊維を分布することが可能となる。その結果、より均一に分布された極細繊維の層を介して、更に緻密で均一な積層不織布を形成できる。一方、不織布層(II)における繊維の繊維径が4μmを超えることにより、積層不織布がより十分な機械的強度を有し、セパレータをより安定的に捲回することが可能となる。また、その後に電池素子を形成する際にも、セパレータにおける積層不織布の型崩れが抑制されるため、より安定してセパレータを形成できる。これらの結果として、更に性能の良いセパレータを形成できる。このような観点から、不織布層(II)における繊維の繊維径は、4μm超30μm以下であり、好ましくは6〜25μmであり、より好ましくは8〜20μmである。   Nonwoven fabric layer (II) contains thermoplastic resin fibers having a fiber diameter of more than 4 μm and not more than 30 μm. If the fiber diameter is 30 μm or less, the fiber diameter is not too large and a more uniform inter-fiber distance can be obtained, so that a denser and more uniform nonwoven fabric layer can be formed. Moreover, if the fiber diameter of the fiber in the nonwoven fabric layer (II) is 30 μm or less, when the nonwoven fabric layer (I) and the nonwoven fabric layer (II) are laminated so as to be in direct contact with each other, The ultrafine fibers in the nonwoven fabric layer (I) are more uniformly disposed between the fibers in the nonwoven fabric layer (II). Thereby, in the laminated nonwoven fabric obtained by laminating those layers, it becomes possible to distribute the ultrafine fibers more uniformly. As a result, a denser and more uniform laminated nonwoven fabric can be formed through a layer of extra fine fibers distributed more uniformly. On the other hand, when the fiber diameter of the fibers in the nonwoven fabric layer (II) exceeds 4 μm, the laminated nonwoven fabric has more sufficient mechanical strength, and the separator can be wound more stably. Further, when the battery element is subsequently formed, the laminated nonwoven fabric in the separator is prevented from being deformed, so that the separator can be formed more stably. As a result, a separator with better performance can be formed. From such a viewpoint, the fiber diameter of the fibers in the nonwoven fabric layer (II) is more than 4 μm and not more than 30 μm, preferably 6 to 25 μm, more preferably 8 to 20 μm.

不織布層(II)は、本発明の目的達成を損なわない範囲で、繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維以外の繊維を含有してもよいが、上記繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維を質量基準で好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上含み、特に好ましくは繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維のみからなる。   The nonwoven fabric layer (II) may contain fibers other than thermoplastic resin fibers having a fiber diameter of more than 4 μm and not more than 30 μm, as long as the achievement of the object of the present invention is not impaired, but the fiber diameter is more than 4 μm and not more than 30 μm. The thermoplastic resin fiber is preferably 50% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably only the thermoplastic resin fiber having a fiber diameter of more than 4 μm and 30 μm or less. .

不織布層(II)の繊維を構成する熱可塑性樹脂は、リチウムイオン二次電池の使用目的に応じて、上述の熱可塑性樹脂の中から適宜選択することができる。不織布層(II)の繊維を構成する熱可塑性樹脂としては、融点180℃以上の結晶性樹脂が望ましい。熱可塑性樹脂の融点が180℃以上であれば、電池を製造する各工程での熱履歴を経ても、より安定したセパレータを形成できる。熱可塑性樹脂の融点は、好ましくは220℃以上であり、より好ましくは240℃以上であり、更に好ましくは350℃以上である。   The thermoplastic resin constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (II) can be appropriately selected from the thermoplastic resins described above according to the intended use of the lithium ion secondary battery. As the thermoplastic resin constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (II), a crystalline resin having a melting point of 180 ° C. or higher is desirable. If the melting point of the thermoplastic resin is 180 ° C. or higher, a more stable separator can be formed even after a thermal history in each step of manufacturing the battery. The melting point of the thermoplastic resin is preferably 220 ° C. or higher, more preferably 240 ° C. or higher, and further preferably 350 ° C. or higher.

なお、本明細書に記載される「結晶性樹脂」とは、不織布の状態で示差走査熱量計(DSC)にて測定された結晶化度が10%以上である樹脂を意味する。   The “crystalline resin” described in the present specification means a resin having a crystallinity of 10% or more measured with a differential scanning calorimeter (DSC) in a nonwoven fabric state.

本実施形態に係る不織布層(II)において、融点180℃以上の結晶性樹脂の具体的な例としては、不織布層(I)におけるものと同様に、ポリエステル系樹脂及びその誘導体、ポリアミド系樹脂及びその誘導体、ポリオキシメチレンエーテル系樹脂、PPS系樹脂、PPO系樹脂、ポリケトン樹脂、PEEK等のポリケトン系樹脂、及び、熱可塑性ポリイミド樹脂が挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、例えば、PET系樹脂、PBT系樹脂及びPEN系樹脂が挙げられる。また、これらの樹脂を主体とする共重合体(すなわち、これらの樹脂のモノマーをモノマー単位として最も多く、好ましくは50%以上含む共重合体)又は混合物(すなわち、これらの樹脂を質量基準で最も多く、好ましくは50質量%以上含む混合物)も好ましい。   In the nonwoven fabric layer (II) according to this embodiment, specific examples of the crystalline resin having a melting point of 180 ° C. or higher are the same as those in the nonwoven fabric layer (I), polyester-based resins and derivatives thereof, polyamide-based resins, and Examples thereof include polyoxymethylene ether resins, PPS resins, PPO resins, polyketone resins, polyketone resins such as PEEK, and thermoplastic polyimide resins. Examples of the polyester resin include PET resin, PBT resin, and PEN resin. Further, a copolymer mainly composed of these resins (that is, a copolymer containing the largest amount of monomers of these resins as a monomer unit, preferably containing 50% or more) or a mixture (that is, most of these resins on a mass basis). Also preferred are mixtures containing many, preferably 50% by weight or more.

これらの熱可塑性樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   These thermoplastic resins are used singly or in combination of two or more.

より好適には、不織布層(II)の繊維を構成する熱可塑性樹脂は、不織布層(I)におけるものと同様に吸水率の低い熱可塑性樹脂である。また、繊維及び不織布を製造する際の製造の容易性、汎用性及びコストの観点から、不織布層(II)の繊維を構成する熱可塑性樹脂は、PET系樹脂、PPS系樹脂、及びPEEK系樹脂が好ましい。不織布層(II)の繊維を構成する熱可塑性樹脂は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の使用目的に応じて、適宜選択することができる。   More preferably, the thermoplastic resin constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (II) is a thermoplastic resin having a low water absorption rate as in the nonwoven fabric layer (I). In addition, from the viewpoints of ease of manufacture, versatility, and cost when manufacturing fibers and nonwoven fabrics, the thermoplastic resin constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (II) is PET resin, PPS resin, and PEEK resin. Is preferred. The thermoplastic resin constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (II) can be appropriately selected according to the purpose of use of the lithium ion secondary battery of the present embodiment.

不織布層(I)及び不織布層(II)を備える積層不織布において、不織布層(I)及び不織布層(II)の繊維を構成する素材は、互いに同じ物質であっても異なる物質であってもよいが、積層不織布をより均一に形成するためには、互いに同じ物質であることが好ましい。不織布層(I)及び不織布層(II)を同じ素材の繊維から形成する場合、繊維間のより均一な大きさの間隙を有する不織布を形成しやすいため、このような不織布をセパレータに用いることにより、より均一で緻密なセパレータとなる。   In the laminated nonwoven fabric provided with the nonwoven fabric layer (I) and the nonwoven fabric layer (II), the materials constituting the fibers of the nonwoven fabric layer (I) and the nonwoven fabric layer (II) may be the same or different materials. However, in order to form a laminated nonwoven fabric more uniformly, it is preferable that they are the same substance. When the nonwoven fabric layer (I) and the nonwoven fabric layer (II) are formed from fibers of the same material, it is easy to form a nonwoven fabric having a more uniform gap between the fibers. It becomes a more uniform and dense separator.

本実施形態において、不織布層(II)における熱可塑性樹脂繊維は、熱可塑性合成樹脂の長繊維からなる熱可塑性合成長繊維であることが望ましい。熱可塑性合成長繊維を含む不織布は、マイクロスリット品でも、より十分な機械的強度を有することができる。また、熱可塑性合成長繊維を含む不織布は、スリット時、及び、外部からの摩擦等を受けた際に、より糸くずが出難く、磨耗性にも強い。その結果、電池をより安定的に製造することができ、一層高性能の電池が得られる。熱可塑性合成長繊維としては、例えば、後述の結晶性樹脂で構成される長繊維が挙げられる。   In this embodiment, it is desirable that the thermoplastic resin fiber in the nonwoven fabric layer (II) is a thermoplastic synthetic long fiber made of a long fiber of a thermoplastic synthetic resin. Even if the nonwoven fabric containing the thermoplastic synthetic continuous fiber is a micro slit product, it can have more sufficient mechanical strength. In addition, the nonwoven fabric containing the thermoplastic synthetic long fiber is more resistant to abrasion and more resistant to abrasion when slitting and when subjected to external friction or the like. As a result, the battery can be manufactured more stably, and a battery with higher performance can be obtained. As a thermoplastic synthetic long fiber, the long fiber comprised by the below-mentioned crystalline resin is mentioned, for example.

一方、熱可塑性樹脂繊維として短繊維を用いる場合、例えば、結晶性樹脂と、その結晶性樹脂の融点よりも低い融点を有する熱可塑性樹脂とを組み合わせて用いることができる。具体的には、ある融点を有する樹脂から構成される繊維と、上記樹脂とは異なる融点を有する樹脂から構成される1種又は2種以上の繊維とを混合してもよいし、1本の繊維中に2種以上の融点の異なる樹脂が含まれていてもよい。   On the other hand, when short fibers are used as the thermoplastic resin fibers, for example, a crystalline resin and a thermoplastic resin having a melting point lower than the melting point of the crystalline resin can be used in combination. Specifically, a fiber composed of a resin having a certain melting point and one or more fibers composed of a resin having a melting point different from that of the resin may be mixed. Two or more kinds of resins having different melting points may be contained in the fiber.

不織布層(II)の製造方法は、機械的強度の観点から、好ましくは、スパンボンド法である。   The manufacturing method of the nonwoven fabric layer (II) is preferably a spunbond method from the viewpoint of mechanical strength.

本実施形態に係るセパレータは、上述の不織布層(I)及び不織布層(II)以外に、更にその他の繊維層、好ましくは不織布層を含んでもよい。ただし、繊維及び不織布を製造する際の製造の容易性、汎用性及びコストの観点から、本実施形態のセパレータは、その少なくとも一部の層がポリエステル系樹脂を含む不織布層であると好ましく、ポリエステル系樹脂を50質量%以上、望ましくは80質量%以上、より望ましくは90質量%、更に望ましくは95質量%以上、特に望ましくは98質量%以上含む不織布層であるとより好ましく、ポリエステル系樹脂からなる不織布層であると更に好ましい。また、上記ポリエステル系樹脂がPETを含むと好ましく、PETを50質量%以上、望ましくは80質量%以上、より望ましくは90質量%、更に望ましくは95質量%以上、特に望ましくは98質量%以上含むとより好ましく、PETであると更に好ましい。   The separator according to this embodiment may further include other fiber layers, preferably a nonwoven fabric layer, in addition to the nonwoven fabric layer (I) and the nonwoven fabric layer (II) described above. However, from the viewpoint of ease of production, versatility, and cost when producing fibers and nonwoven fabrics, the separator of this embodiment is preferably a nonwoven fabric layer in which at least a part of the layer includes a polyester-based resin. More preferably, it is a non-woven fabric layer containing 50% by mass or more of a resin, desirably 80% by mass or more, more desirably 90% by mass, still more desirably 95% by mass or more, and particularly desirably 98% by mass or more. It is more preferable that it is a nonwoven fabric layer. The polyester-based resin preferably contains PET, and contains 50% by mass or more, desirably 80% by mass or more, more desirably 90% by mass, still more desirably 95% by mass or more, and particularly desirably 98% by mass or more. More preferably, PET is even more preferable.

セパレータが積層不織布を含む場合、その積層態様としては、例えば、下記の態様が挙げられる。
・不織布層(I)−不織布層(II)−不織布層(I)
・不織布層(I)−不織布層(II)−不織布層(I)−不織布層(II)−不織布層(I)
・不織布層(I)−不織布層(II)−不織布層(II)−不織布層(I)
When a separator contains a lamination nonwoven fabric, as the lamination aspect, the following aspect is mentioned, for example.
-Nonwoven fabric layer (I)-Nonwoven fabric layer (II)-Nonwoven fabric layer (I)
Nonwoven fabric layer (I)-Nonwoven fabric layer (II)-Nonwoven fabric layer (I)-Nonwoven fabric layer (II)-Nonwoven fabric layer (I)
Nonwoven fabric layer (I)-Nonwoven fabric layer (II)-Nonwoven fabric layer (II)-Nonwoven fabric layer (I)

本実施形態において、積層不織布の総目付は、30g/m2以下であることが好ましい。積層不織布の総目付が30g/m2以下であれば、より高い出力特性を得ることができる。また、機械的強度の観点から、積層不織布の総目付は、4g/m2以上であることが好ましく、より好ましくは4〜25g/m2であり、更に好ましくは5〜20g/m2である。 In this embodiment, the total basis weight of the laminated nonwoven fabric is preferably 30 g / m 2 or less. If the total basis weight of the laminated nonwoven fabric is 30 g / m 2 or less, higher output characteristics can be obtained. Further, from the viewpoint of mechanical strength, the total basis weight of the laminated nonwoven fabric is preferably 4 g / m 2 or more, more preferably 4 to 25 g / m 2 , and still more preferably 5 to 20 g / m 2 . .

本実施形態に係るセパレータの厚さは、10〜60μmであることが好ましく、より好ましくは10〜50μmであり、更に好ましくは15〜40μmであり、特に好ましくは20〜30μmである。セパレータの厚さは、機械的強度の観点、及び、正負極を隔離し短絡を抑制するという観点から、10μm以上であると好ましい。また、電池としての出力密度を高め、エネルギー密度の低下を抑制する観点から、セパレータの厚さは60μm以下であると好ましい。   The thickness of the separator according to this embodiment is preferably 10 to 60 μm, more preferably 10 to 50 μm, still more preferably 15 to 40 μm, and particularly preferably 20 to 30 μm. The thickness of the separator is preferably 10 μm or more from the viewpoint of mechanical strength and from the viewpoint of separating the positive and negative electrodes and suppressing short circuits. Further, from the viewpoint of increasing the output density as a battery and suppressing the decrease in energy density, the thickness of the separator is preferably 60 μm or less.

本実施形態に係るセパレータは、リチウムイオン二次電池用セパレータとして用いる場合にイオン透過性を十分に確保する観点から、空隙率をある程度制御したものが好ましい。例えば、セパレータが不織布層として不織布層(I)のみを有する場合の不織布層(I)の空隙率、あるいは、積層不織布の空隙率は、好ましくは55〜90%であり、より好ましくは60〜80%である。この空隙率が55%以上では、より高い出力特性が得られ、90%以下では、短絡を更に抑制することができる。セパレータの空隙率は、セパレータの質量と見かけの体積とを測定し、これらの測定値とセパレータを構成する素材の密度とを用いて算出することができる。   The separator according to the present embodiment is preferably one in which the porosity is controlled to some extent from the viewpoint of sufficiently ensuring ion permeability when used as a separator for a lithium ion secondary battery. For example, the porosity of the nonwoven fabric layer (I) when the separator has only the nonwoven fabric layer (I) as the nonwoven fabric layer, or the porosity of the laminated nonwoven fabric is preferably 55 to 90%, more preferably 60 to 80. %. When this porosity is 55% or more, higher output characteristics can be obtained, and when it is 90% or less, short circuit can be further suppressed. The porosity of the separator can be calculated by measuring the mass of the separator and the apparent volume, and using these measured values and the density of the material constituting the separator.

本実施形態において、セパレータの総目付は、30g/m2以下であることが好ましい。セパレータの総目付が30g/m2以下であれば、より高い出力特性を得ることができる。また、機械的強度の観点から、セパレータの総目付は、4g/m2以上であることが好ましく、より好ましくは4〜25g/m2であり、更に好ましくは5〜20g/m2である。 In the present embodiment, the total basis weight of the separator is preferably 30 g / m 2 or less. If the total basis weight of the separator is 30 g / m 2 or less, higher output characteristics can be obtained. From the viewpoint of mechanical strength, the total basis weight of the separator is preferably 4 g / m 2 or more, more preferably 4 to 25 g / m 2 , and further preferably 5 to 20 g / m 2 .

本実施形態に係るセパレータは、極細繊維を含有する不織布層(I)を有することにより、繊維同士の距離が小さくなり、すなわち、孔径が小さくなり、繊維間の間隙がより均一な大きさとなる層を形成しやすい。このような観点から、本実施形態に係るセパレータの平均孔径は、0.3〜30μmであることが好ましい。該平均孔径は、より好ましくは、1〜20μmである。   The separator according to the present embodiment has a nonwoven fabric layer (I) containing ultrafine fibers, whereby the distance between the fibers is reduced, that is, the pore diameter is reduced, and the gap between the fibers is more uniform. Easy to form. From such a viewpoint, the average pore diameter of the separator according to this embodiment is preferably 0.3 to 30 μm. The average pore diameter is more preferably 1 to 20 μm.

極細繊維を含有する不織布層(I)同士、あるいは、極細繊維を含有する不織布層(I)と他の不織布層(例えば、不織布層(II))とを積層して積層不織布を形成する方法としては、特に限定されないが、化学及び/又は物理結合により互いに一体化する方法が好ましい。化学結合による一体化としては、例えば、化学的架橋による方法が挙げられ、物理結合による一体化としては、例えば、熱的結合による方法、高速水流を噴射して三次元交絡させる方法、及び、粒子状又は繊維状の接着剤により一体化させる方法が挙げられる。これらの中でも、熱的結合による一体化の方法としては、例えば、熱エンボスによる一体化(熱エンボスロール方式)、及び高温の熱風による一体化(エアースルー方式)が挙げられる。熱的結合による一体化は、不織布の引っ張り強度と曲げ柔軟性とをより有効に維持し、耐熱安定性をより有効に維持することができるという観点から好ましい。   As a method of forming a laminated nonwoven fabric by laminating nonwoven fabric layers (I) containing ultrafine fibers, or a nonwoven fabric layer (I) containing ultrafine fibers and another nonwoven fabric layer (for example, nonwoven fabric layer (II)). Are not particularly limited, but a method of integrating them by chemical and / or physical bonding is preferable. Examples of integration by chemical bonding include, for example, a method by chemical cross-linking, and examples of integration by physical bonding include, for example, a method by thermal bonding, a method of injecting a high-speed water flow and three-dimensional entanglement, and particles And a method of integrating with a fibrous or fibrous adhesive. Among these, examples of the integration method by thermal coupling include integration by hot embossing (thermal embossing roll method) and integration by high-temperature hot air (air-through method). Integration by thermal bonding is preferable from the viewpoint that the tensile strength and bending flexibility of the nonwoven fabric can be more effectively maintained, and the heat resistance stability can be more effectively maintained.

熱的結合による一体化は、バインダーを用いることなく、複数の不織布層を有する積層不織布を形成できる点でも好ましい。不織布層同士を一体化して積層不織布を形成する場合にバインダーを用いると、そのバインダーがセパレータ内に残存する。バインダーが電池性能を劣化させないものであれば特に問題ないが、バインダーによって電池性能の劣化が促進される場合には、バインダーを除去する工程が新たに必要になる。以上の理由から、不織布層を積層する場合、熱のみにより一体化されたバインダーを用いない積層不織布が好ましい。   Integration by thermal bonding is also preferable in that a laminated nonwoven fabric having a plurality of nonwoven fabric layers can be formed without using a binder. When a nonwoven fabric layer is integrated to form a laminated nonwoven fabric, if a binder is used, the binder remains in the separator. There is no particular problem as long as the binder does not deteriorate the battery performance. However, when the deterioration of the battery performance is promoted by the binder, a step for removing the binder is newly required. For the above reasons, when laminating a nonwoven fabric layer, a laminated nonwoven fabric that does not use a binder integrated only by heat is preferable.

本実施形態において、不織布層及び/又は積層不織布はカレンダ加工されていることが好ましい。これにより、不織布層に、より均一な繊維間の間隙の大きさを有する構造を与えることができ、また、セパレータの厚さや空隙率を容易に制御することが可能となる。具体的には、通常の熱接着により繊維を接合した後、例えば、熱接着温度よりも10℃以上高い温度で、線圧100〜1000N/cmにて、カレンダ加工を施す。カレンダ加工における線圧が100N/cm以上であると、より十分な接着が得られ、一層十分な強度が発現される傾向がある。また、カレンダ加工における線圧が1000N/cm以下であると、繊維の変形が小さくなり繊維がより十分に接着されて、本発明による効果が一層有効かつ効果的に得られる観点から好ましい。ただし、カレンダ加工の条件は上記に限定されない。   In the present embodiment, the nonwoven fabric layer and / or the laminated nonwoven fabric is preferably calendered. Thereby, it is possible to give the nonwoven fabric layer a structure having a more uniform gap between fibers, and the thickness and porosity of the separator can be easily controlled. Specifically, after joining the fibers by normal thermal bonding, for example, calendering is performed at a temperature higher by 10 ° C. or more than the thermal bonding temperature and at a linear pressure of 100 to 1000 N / cm. When the linear pressure in calendering is 100 N / cm or more, more sufficient adhesion can be obtained, and more sufficient strength tends to be expressed. Moreover, it is preferable from the viewpoint that the linear pressure in the calendering is 1000 N / cm or less, the deformation of the fibers is reduced, the fibers are more sufficiently bonded, and the effects of the present invention can be obtained more effectively and effectively. However, the calendering conditions are not limited to the above.

本実施形態において、不織布が親水化加工されることも好ましい態様である。不織布が親水化加工されると、電解液が含浸されやすくなるため、より高性能の電池を製造できる。親水化加工としては、例えば、物理的な加工、すなわち、コロナ処理又はプラズマ処理による親水化、並びに、化学的な加工方法、すなわち、表面官能基の導入(例えば、酸化処理等による、スルホン酸基、カルボン酸基等の導入)、水溶性高分子(例えば、PVA、ポリスチレンスルホン酸、及びポリグルタミン酸)及び界面活性剤(例えば、ノニオン種、陰イオン性、陽イオン性、及び両イオン性の界面活性剤)等の処理剤による加工が挙げられる。親水化加工された不織布は、将来的に水分を含みやすくなり、電池特性の劣化を引き起こす可能性があるため、加工量、すなわち、不織布の質量に対する、上記の処理剤及び導入される官能基の質量は、3質量%以下であることが好ましい。   In the present embodiment, it is also a preferable aspect that the nonwoven fabric is hydrophilized. When the nonwoven fabric is hydrophilized, the electrolyte solution is easily impregnated, so that a higher performance battery can be manufactured. As the hydrophilization processing, for example, physical processing, that is, hydrophilization by corona treatment or plasma treatment, and chemical processing method, that is, introduction of surface functional groups (for example, oxidation treatment, etc., sulfonic acid groups) , Introduction of carboxylic acid groups, etc.), water-soluble polymers (eg, PVA, polystyrene sulfonic acid, and polyglutamic acid) and surfactants (eg, nonionic species, anionic, cationic, and zwitterionic interfaces) And processing with a treating agent such as an activator). Since the hydrophilic processed nonwoven fabric is likely to contain moisture in the future and may cause deterioration of battery characteristics, the amount of the treatment agent and the functional group to be introduced with respect to the processing amount, that is, the mass of the nonwoven fabric. The mass is preferably 3% by mass or less.

<電解液>
本実施形態に用いる電解液は、非水溶媒とリチウム塩とを含有し、更に、炭素−炭素二重結合(以下、「C=C結合」と表記する。)を有する炭酸エステル、フッ素原子を有する環状カーボネート(以下、「含フッ素環状カーボネート」と表記する。)及びスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有する。
<Electrolyte>
The electrolytic solution used in the present embodiment contains a nonaqueous solvent and a lithium salt, and further contains a carbonic acid ester having a carbon-carbon double bond (hereinafter referred to as “C═C bond”) and a fluorine atom. It contains at least one compound selected from the group consisting of cyclic carbonates (hereinafter referred to as “fluorinated cyclic carbonates”) and sulfones.

非水溶媒としては、様々なものを用いることができるが、例えば非プロトン性溶媒が挙げられる。リチウムイオン二次電池の電解液として用いる場合、その充放電に寄与する電解質であるリチウム塩の電離度を高めるために、非プロトン性極性溶媒が好ましい。その具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロエチレンカーボネートに代表される環状カーボネート;γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトンに代表されるラクトン;テトラヒドロフラン及びジオキサンに代表される環状エーテル;メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート及びメチルトリフルオロエチルカーボネートに代表される鎖状カーボネート;アセトニトリルに代表されるニトリル;ジメチルエーテルに代表される鎖状エーテル;プロピオン酸メチルに代表される鎖状カルボン酸エステル;ジメトキシエタンに代表される鎖状エーテルカーボネート化合物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   Although various things can be used as a non-aqueous solvent, for example, an aprotic solvent is mentioned. When used as an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, an aprotic polar solvent is preferable in order to increase the ionization degree of a lithium salt that is an electrolyte that contributes to the charge and discharge. Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, and trans-2,3. -Cyclic carbonates typified by pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate and 4,5-difluoroethylene carbonate; typified by γ-butyrolactone and γ-valerolactone Lactones; cyclic ethers typified by tetrahydrofuran and dioxane; methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate Carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and chain carbonate represented by methyl trifluoroethyl carbonate; nitrile represented by acetonitrile; chain ether represented by dimethyl ether; methyl propionate And a chain ether carbonate compound typified by dimethoxyethane. These are used singly or in combination of two or more.

非水溶媒は、リチウム塩の電離度を高めるために環状の非プロトン性極性溶媒を1種類以上含むことが好ましい。同様の観点から、非水溶媒は、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートに代表される環状カーボネートを1種類以上含むことがより好ましい。   The non-aqueous solvent preferably contains one or more cyclic aprotic polar solvents in order to increase the ionization degree of the lithium salt. From the same viewpoint, the non-aqueous solvent more preferably contains one or more cyclic carbonates typified by ethylene carbonate and propylene carbonate.

非水溶媒として、イオン液体を用いることもできる。イオン液体とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンからなる液体である。   An ionic liquid can also be used as the non-aqueous solvent. An ionic liquid is a liquid composed of ions obtained by combining an organic cation and an anion.

有機カチオンとしては、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ジアルキルピロリジニウムイオン、ジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。   Examples of the organic cation include imidazolium ions such as a dialkylimidazolium cation and a trialkylimidazolium cation, a tetraalkylammonium ion, an alkylpyridinium ion, a dialkylpyrrolidinium ion, and a dialkylpiperidinium ion.

これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、例えば、PF6アニオン、PF3(C253アニオン、PF3(CF33アニオン、BF4アニオン、BF2(CF32アニオン、BF3(CF3)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルフォニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルフォニル)イミドアニオン、及びジシアノアミンアニオンを用いることができる。 Examples of the anion serving as a counter for these organic cations include PF 6 anion, PF 3 (C 2 F 5 ) 3 anion, PF 3 (CF 3 ) 3 anion, BF 4 anion, and BF 2 (CF 3 ) 2 anion. BF 3 (CF 3 ) anion, bisoxalatoborate anion, Tf (trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf (nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (Pentafluoroethanesulfonyl) imide anion and dicyanoamine anion can be used.

本実施形態に係る電解液は、不織布の素材の分解を抑制する目的、特にPET等のポリエステル系樹脂の分解を抑制する目的で、電解液にC=C結合を有する炭酸エステル及び含フッ素環状カーボネートのうち少なくとも一方を含有する。C=C結合を有する炭酸エステル及び含フッ素環状カーボネートのうち少なくとも一方を含有することにより、負極上に保護被膜が形成され、不織布の素材が分解されるのを抑制できる。また、それらの化合物に代えて又は加えて、スルホンを用いても同様の効果を奏することができる。以下、これらの化合物を単に「添加剤」ともいう。   The electrolytic solution according to the present embodiment is a carbonic acid ester having a C═C bond and a fluorine-containing cyclic carbonate for the purpose of suppressing the decomposition of the raw material of the nonwoven fabric, particularly for the purpose of suppressing the decomposition of the polyester resin such as PET. At least one of them. By containing at least one of a carbonic acid ester having a C═C bond and a fluorine-containing cyclic carbonate, a protective film is formed on the negative electrode, and decomposition of the raw material of the nonwoven fabric can be suppressed. Moreover, it can replace with those compounds, or can show | play the same effect even if it uses a sulfone. Hereinafter, these compounds are also simply referred to as “additives”.

C=C結合を有する炭酸エステルとしては、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルが挙げられる。C=C結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、ビニレンカーボネート(VC)などの不飽和環状炭酸エステル、並びに、ビニルエチレンカーボネート及びジビニルエチレンカーボネートなどの炭素数2〜4のアルケニル基を置換基として有する環状炭酸エステルが挙げられる。これらの中では、電池性能の観点等から、ビニレンカーボネートが望ましい。   Examples of the carbonic acid ester having a C═C bond include a cyclic carbonic acid ester and a chain carbonic acid ester. Examples of the cyclic carbonate having a C═C bond include unsaturated cyclic carbonates such as vinylene carbonate (VC), and alkenyl groups having 2 to 4 carbon atoms such as vinyl ethylene carbonate and divinyl ethylene carbonate as substituents. The cyclic carbonate which has is mentioned. Among these, vinylene carbonate is desirable from the viewpoint of battery performance.

C=C結合を有する鎖状炭酸エステルとしては、例えば、ビニルアセテート、ビニルブチレート及びビニルヘキサネートなどが例示でき、これらの中では、電池性能の観点等から、ビニルアセテートが望ましい。   Examples of the chain carbonate having a C═C bond include vinyl acetate, vinyl butyrate and vinyl hexanate. Among these, vinyl acetate is desirable from the viewpoint of battery performance.

含フッ素環状カーボネートとしては、分子内にフッ素原子を有する環状カーボネートであれば特に限定されず、例えば、モノフルオロエチレンカーボネート(FEC)、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,2,3−トリフルオロプロピレンカーボネート、2,3−ジフルオロ−2,3−ブチレンカーボネート、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2,3−ブチレンカーボネートなどの1〜6個のフッ素原子を有する含フッ素環状カーボネートが挙げられる。これらの中では、粘度の観点、及びリチウム塩の溶解性の観点から、含フッ素環状カーボネートがモノフルオロエチレンカーボネート(FEC)であると好ましい。   The fluorine-containing cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a fluorine atom in the molecule. For example, monofluoroethylene carbonate (FEC), 1,2-difluoroethylene carbonate, 1,2,3-trifluoro Fluorine containing 1 to 6 fluorine atoms such as propylene carbonate, 2,3-difluoro-2,3-butylene carbonate, 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2,3-butylene carbonate A cyclic carbonate is mentioned. Among these, the fluorine-containing cyclic carbonate is preferably monofluoroethylene carbonate (FEC) from the viewpoint of viscosity and the solubility of lithium salt.

スルホンは、分子内に、2つの炭素原子に結合したスルホニル基(−SO2−)を有する化合物である。その具体例としては、例えば、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジプロピルスルホン、メチルエチルスルホン、及びメチルプロピルスルホンなどの、2つのアルキル基に結合したスルホニル基を有する化合物が挙げられる。これらの中では、電池性能の観点等から、スルホランが好ましい。 A sulfone is a compound having a sulfonyl group (—SO 2 —) bonded to two carbon atoms in the molecule. Specific examples thereof include a sulfonyl group bonded to two alkyl groups such as sulfolane, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, dimethylsulfone, diethylsulfone, dipropylsulfone, methylethylsulfone, and methylpropylsulfone. The compound which has is mentioned. Of these, sulfolane is preferred from the viewpoint of battery performance.

電解液に含有されている、C=C結合を有する炭酸エステル、含フッ素環状カーボネート及びスルホンは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。それらの化合物の含有割合は、それらの合計で電解液量に対して1〜30質量%であることが好ましい。それらの化合物の含有割合が1質量%以上であることにより、負極に保護被膜をより十分に形成することが可能であり、30質量%以下であることにより、保護被膜による被膜抵抗の増加を抑制して、充放電特性の低下を一層防止することができる。このような観点から、それらの化合物の含有割合は、更に好ましくは、1〜25質量%である。   The carbonic acid ester, fluorine-containing cyclic carbonate and sulfone having a C═C bond contained in the electrolytic solution are used singly or in combination of two or more. It is preferable that the content rate of those compounds is 1-30 mass% with respect to the amount of electrolyte solutions in total. When the content of these compounds is 1% by mass or more, it is possible to form a protective film more fully on the negative electrode, and when the content is 30% by mass or less, an increase in film resistance due to the protective film is suppressed. Thus, the charge / discharge characteristics can be further prevented from being deteriorated. From such a viewpoint, the content ratio of these compounds is more preferably 1 to 25% by mass.

電解質として用いられるリチウム塩の具体例としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2k2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2k2k+12〔kは1〜8の整数〕、LiPFn(Ck2k+16-n〔nは1〜5の整数、kは1〜8の整数〕、LiBFn((Ck2k+14-n〔nは1〜3の整数、kは1〜8の整数〕、LiB(C222で表されるリチウムビスオキサリルボレート、LiBF2(C22)で表されるリチウムジフルオロオキサリルボレート、LiPF3(C22)で表されるリチウムトリフルオロオキサリルフォスフェートが挙げられる。 Specific examples of the lithium salt used as the electrolyte include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k + 1 [k is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8], LiPF n (C k F 2k + 1 ) 6-n [n is an integer of 1 to 5, k is an integer of 1 to 8 ] LiBF n ((C k F 2k + 1 ) 4-n [n is an integer of 1 to 3, k is an integer of 1 to 8], lithium bisoxalyl borate represented by LiB (C 2 O 2 ) 2 And lithium difluorooxalyl borate represented by LiBF 2 (C 2 O 2 ) and lithium trifluorooxalyl phosphate represented by LiPF 3 (C 2 O 2 ).

また、下記一般式(a)、(b)又は(c)で表されるリチウム塩を電解質として用いることもできる。
LiC(SO211)(SO212)(SO213) (a)
LiN(SO2OR14)(SO2OR15) (b)
LiN(SO216)(SO2OR17) (c)
ここで、式中、R11、R12、R13、R14、R15、R16及びR17は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。
Moreover, the lithium salt represented by the following general formula (a), (b), or (c) can also be used as an electrolyte.
LiC (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 ) (a)
LiN (SO 2 OR 14 ) (SO 2 OR 15 ) (b)
LiN (SO 2 R 16 ) (SO 2 OR 17 ) (c)
Here, in the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 , R 16 and R 17 may be the same or different from each other, and are a C 1-8 perfluoroalkyl group. Indicates.

これらの電解質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの電解質のうち、電池特性や安定性の観点から、LiPF6、LiBF4及びLiN(SO2k2k+12〔kは1〜8の整数〕が好ましい。 These electrolytes are used singly or in combination of two or more. Among these electrolytes, LiPF 6 , LiBF 4 and LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8] are preferable from the viewpoint of battery characteristics and stability.

電解質の濃度は任意であり特に限定されないが、電解質は、電解液中に好ましくは0.1〜3mol/L、より好ましくは0.5〜2mol/Lの濃度で含有される。   The concentration of the electrolyte is arbitrary and is not particularly limited, but the electrolyte is preferably contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 3 mol / L, more preferably 0.5 to 2 mol / L.

なお、本実施形態に用いる電解液は、リチウムイオン二次電池で求められる安全性と電池特性とを満足することに特に優れ、リチウムイオン二次電池で好適に使用される。   The electrolyte used in this embodiment is particularly excellent in satisfying safety and battery characteristics required for a lithium ion secondary battery, and is preferably used in a lithium ion secondary battery.

<正極>
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、正極は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する材料を用いる。そのような材料としては、例えば、下記一般式(d)及び(e)で表される複合酸化物、トンネル構造及び層状構造の金属カルコゲン化物及び金属酸化物、オリビン型リン酸化合物が挙げられる。
LixMO2 (d)
LiyM24 (e)
ここで、式中、Mは遷移金属から選ばれる1種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。
<Positive electrode>
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the positive electrode uses a material containing one or more materials selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as the positive electrode active material. Examples of such materials include composite oxides represented by the following general formulas (d) and (e), metal chalcogenides and metal oxides having a tunnel structure and a layered structure, and olivine-type phosphate compounds.
LixMO 2 (d)
LiyM 2 O 4 (e)
Here, in the formula, M represents one or more metals selected from transition metals, x represents a number from 0 to 1, and y represents a number from 0 to 2.

より具体的には、例えば、LiCoO2に代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、LiMn24、Li2Mn24に代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiO2に代表されるリチウムニッケル酸化物;LizMO2(MはNi、Mn、Co、Al及びMgからなる群より選ばれる2種以上の元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物;LiFePO4で表されるリン酸鉄オリビンが挙げられる。また、正極活物質として、例えば、S、MnO2、FeO2、FeS2、V25、V613、TiO2、TiS2、MoS2及びNbSe2に代表されるリチウム以外の金属の酸化物も例示される。さらには、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリピロールに代表される導電性高分子も正極活物質として例示される。 More specifically, for example, lithium cobalt oxide typified by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 ; lithium nickel typified by LiNiO 2 Oxide; represented by Li z MO 2 (M represents two or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z represents a number greater than 0.9 and less than 1.2). And lithium-containing composite metal oxide; and iron phosphate olivine represented by LiFePO 4 . Further, as the positive electrode active material, for example, a metal other than lithium represented by S, MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 and NbSe 2 is used. Oxides are also exemplified. Furthermore, conductive polymers represented by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole are also exemplified as the positive electrode active material.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極が、正極活物質として、リチウム含有化合物を含むことが好ましい。   In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the positive electrode preferably includes a lithium-containing compound as a positive electrode active material.

また、正極活物質としてリチウム含有化合物を用いると、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであればよく、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えばLitMuSiO4、Mは上記式(d)と同義であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。)が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、特に、リチウムと、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素とを含む複合酸化物並びにリン酸化合物が好ましい。 Further, it is preferable to use a lithium-containing compound as the positive electrode active material because a high voltage and a high energy density tend to be obtained. As such a lithium-containing compound, any compound containing lithium may be used. For example, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a phosphate compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element (For example, LitMuSiO 4 , M is as defined in the above formula (d), t is a number from 0 to 1, and u is a number from 0 to 2). From the viewpoint of obtaining a higher voltage, lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium ( V) and composite oxides containing at least one transition metal element selected from the group consisting of titanium (Ti) and phosphate compounds are preferred.

より具体的には、かかるリチウム含有化合物としてリチウムを有する金属酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物及びリチウムを有するリン酸金属化合物が好ましく、例えば、それぞれ下記一般式(f)、(g)で表される化合物が挙げられる。
LivI2 (f)
LiwIIPO4 (g)
ここで、式中、MI及びMIIはそれぞれ1種以上の遷移金属元素を示し、v及びwの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常vは0.05〜1.10、wは0.05〜1.10の数を示す。
More specifically, the lithium-containing compound is preferably a metal oxide having lithium, a metal chalcogenide having lithium, and a metal phosphate compound having lithium. For example, the lithium-containing compounds are represented by the following general formulas (f) and (g), respectively. The compound which is made is mentioned.
Li v M I O 2 (f)
Li w M II PO 4 (g)
Here, in the formula, M I and M II each represent one or more transition metal elements, and the values of v and w vary depending on the charge / discharge state of the battery, but usually v is 0.05 to 1.10, w Indicates a number from 0.05 to 1.10.

上記一般式(f)で表される化合物は一般に層状構造を有し、上記一般式(g)で表される化合物は一般にオリビン構造を有する。これらの化合物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属元素の一部をAl、Mg、その他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたりしたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したものも挙げられる。更に、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものも挙げられる。   The compound represented by the general formula (f) generally has a layered structure, and the compound represented by the general formula (g) generally has an olivine structure. In these compounds, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal element is substituted with Al, Mg, other transition metal elements or included in the crystal grain boundary, a part of the oxygen atom And those substituted with a fluorine atom or the like. Furthermore, what coat | covered the other positive electrode active material to at least one part of the positive electrode active material surface is mentioned.

正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   A positive electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

正極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.05〜100μm、より好ましくは1〜10μmである。正極活物質の数平均粒子径は湿式の粒子径測定装置(例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布計、動的光散乱式粒度分布計)により測定することができる。あるいは、透過型電子顕微鏡にて観察した粒子100個をランダムに抽出し、画像解析ソフト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、商品名「A像くん」)で解析し、その相加平均を算出することでも得られる。この場合、同じ試料に対して、測定方法間で数平均粒子径が異なる場合は、標準試料を対象として作成した検量線を用いてもよい。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the positive electrode active material is preferably 0.05 to 100 μm, more preferably 1 to 10 μm. The number average particle size of the positive electrode active material can be measured by a wet particle size measuring device (for example, a laser diffraction / scattering particle size distribution meter, a dynamic light scattering particle size distribution meter). Alternatively, 100 particles observed with a transmission electron microscope are randomly extracted and analyzed with image analysis software (for example, image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., trade name “A Image-kun”). It can also be obtained by calculating an average. In this case, when the number average particle diameter differs between measurement methods for the same sample, a calibration curve created for the standard sample may be used.

正極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この正極合剤含有ペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、正極が作製される。   The positive electrode is obtained, for example, as follows. That is, first, a positive electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive additive, a binder, or the like to the positive electrode active material as necessary. Next, this positive electrode mixture-containing paste is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a positive electrode.

ここで、正極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。   Here, the solid content concentration in the positive electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.

正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、又はステンレス箔などの金属箔により構成される。   The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil or a stainless steel foil.

<負極>
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を用いる。本実施形態のリチウムイオン二次電池において、負極は、負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有すると好ましい。そのような材料としては、金属リチウムの他、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、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、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラックに代表される炭素材料が挙げられる。これらのうち、コークスとしては、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスが挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体は、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。なお、本実施形態においては、負極活物質に金属リチウムを採用した電池もリチウムイオン二次電池に含めるものとする。
<Negative electrode>
In the lithium ion secondary battery of the present embodiment, the negative electrode uses one or more materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions and a metallic lithium as a negative electrode active material. In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the negative electrode is one type selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, and a lithium-containing compound as a negative electrode active material. It is preferable to contain the above materials. Examples of such materials include lithium metal, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, organic polymer compound fired body, mesocarbon microbeads. Carbon materials represented by carbon fiber, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black. Among these, examples of the coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Further, the fired body of the organic polymer compound is obtained by firing and polymerizing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature. In the present embodiment, a battery employing metallic lithium as the negative electrode active material is also included in the lithium ion secondary battery.

更に、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料としては、リチウムと合金を形成可能な元素を含む材料も挙げられる。この材料は金属又は半金属の単体であっても合金であっても化合物であってもよく、またこれらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。   Further, examples of the material capable of inserting and extracting lithium ions include a material containing an element capable of forming an alloy with lithium. This material may be a single metal or semi-metal, an alloy or a compound, and may have at least a part of one or more of these phases. .

なお、本明細書において、「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを有するものも含める。また、合金が、その全体として金属の性質を有するものであれば非金属元素を有していてもよい。その合金の組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はこれらのうちの2種以上が共存する。   In the present specification, the “alloy” includes an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. In addition, the alloy may have a nonmetallic element as long as the alloy has metallic properties as a whole. In the alloy structure, a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of these coexist.

このような金属元素及び半金属元素としては、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)及びイットリウム(Y)が挙げられる。   Examples of such metal elements and metalloid elements include titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), and antimony (Sb). Bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y).

これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、特に好ましいのはチタン、ケイ素及びスズである。   Among these, metal elements and metalloid elements of Group 4 or 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are particularly preferable.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、マグネシウム(Mg)、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロム(Cr)からなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。   As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti), germanium, bismuth, Examples thereof include those having one or more elements selected from the group consisting of antimony and chromium (Cr).

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。   Examples of the silicon alloy include, as the second constituent element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. Those having one or more elements selected from the above are listed.

チタンの化合物、スズの化合物及びケイ素の化合物としては、例えば酸素(O)又は炭素(C)を有するものが挙げられ、チタン、スズ又はケイ素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。   Examples of the titanium compound, the tin compound, and the silicon compound include those having oxygen (O) or carbon (C), and in addition to titanium, tin, or silicon, the second constituent element described above is included. It may be.

また、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料としてリチウム含有化合物も挙げられる。リチウム含有化合物としては、正極材料として例示したものと同じものを用いることができる。   Moreover, a lithium containing compound is also mentioned as a material which can occlude and release lithium ions. As the lithium-containing compound, the same compounds as those exemplified as the positive electrode material can be used.

負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1〜100μm、より好ましくは1〜10μmである。負極活物質の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the negative electrode active material is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 1 to 10 μm. The number average particle size of the negative electrode active material is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material.

負極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記負極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極が作製される。   A negative electrode is obtained as follows, for example. That is, first, a negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture prepared by adding a conductive additive or a binder to the negative electrode active material, if necessary. Next, the negative electrode mixture-containing paste is applied to a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a negative electrode.

ここで、負極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。   Here, the solid content concentration in the negative electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.

負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。   The negative electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極及び負極の作製にあたって、必要に応じて用いられる導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1〜100μm、より好ましくは1〜10μmであり、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデンを含有する共重合体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム及びフッ素ゴムが挙げられる。   Examples of the conductive aid used as necessary in the production of the positive electrode and the negative electrode include graphite, carbon black typified by acetylene black and ketjen black, and carbon fiber. The number average particle size (primary particle size) of the conductive assistant is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 1 to 10 μm, and is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer containing polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、セパレータと、そのセパレータを両側から挟む正極と負極と、さらにそれらの積層体を挟む正極集電体(正極の外側に配置)と、負極集電体(負極の外側に配置)と、それらを収容する電池外装とを備える。正極とセパレータと負極とを積層した積層体は、上述した電解液に含浸されている。これらの各部材としては、電解液及びセパレータを上述したような組み合わせとすれば、その他の部材は、従来のリチウムイオン二次電池に備えられるものを用いることができ、例えば上述のものであってもよい。   The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a separator, a positive electrode and a negative electrode that sandwich the separator from both sides, a positive electrode current collector (disposed outside the positive electrode) that sandwiches the laminate, and a negative electrode current collector ( Arranged on the outside of the negative electrode) and a battery exterior housing them. A laminate in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated is impregnated with the above-described electrolyte solution. As each of these members, if the electrolyte solution and the separator are combined as described above, other members can be those provided in a conventional lithium ion secondary battery, for example, those described above. Also good.

<電池の作製方法>
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上述の構成を備える他は、従来と同様であってもよく、上述のセパレータと、電解液と、正極と、負極とを用いて、公知の方法により作製される。例えば、正極と負極とを、その間にセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、それらを折り曲げや複数層の積層などによって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在する積層体に成形したりする。次いで、電池ケース(外装)内にその積層体を収容して、電解液をケース内部に注液し、上記積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態のリチウムイオン二次電池を作製することができる。本実施形態のリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形及びラミネート形などが好適に採用される。
<Production method of battery>
The lithium ion secondary battery of the present embodiment may be the same as the conventional one except that it has the above-described configuration. By using the above-described separator, electrolytic solution, positive electrode, and negative electrode, a known method may be used. Produced. For example, a plurality of positive electrodes in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a laminated state with a separator interposed therebetween to be formed into a laminate having a wound structure, or they are alternately laminated by bending or laminating a plurality of layers. Or a laminate in which a separator is interposed between the electrode and the negative electrode. Next, the laminated body is accommodated in a battery case (exterior), an electrolytic solution is injected into the case, and the laminated body is immersed in the electrolytic solution and sealed, thereby recharging the lithium ion secondary of the present embodiment. A battery can be fabricated. The shape of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminated shape are suitably employed.

本実施形態に用いる電解液は、高い伝導度を実現し得るので、当該電解液と上述のセパレータとを備えるリチウムイオン二次電池は、高い電池特性(例えば、充放電特性、低温作動性、高温耐久性等)を有する。   Since the electrolytic solution used in the present embodiment can achieve high conductivity, the lithium ion secondary battery including the electrolytic solution and the separator described above has high battery characteristics (for example, charge / discharge characteristics, low temperature operability, high temperature). Durability).

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、25℃における充放電サイクル試験を100サイクル行ったときの時の放電容量維持率が80%以上であると好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましい。本実施形態において、充放電サイクル試験とは、作製した電池の充放電を共に1C条件で実施する場合を示す。なお、電池の充電と放電とを各1回ずつ実施すると1サイクルと数え、放電容量維持率は2サイクル目の放電容量を100%として計算する。   In the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the discharge capacity maintenance rate when the charge / discharge cycle test at 25 ° C. is performed 100 cycles is preferably 80% or more, and more preferably 85% or more. More preferably, it is 90% or more. In the present embodiment, the charge / discharge cycle test indicates a case where charge / discharge of the produced battery is performed under 1C conditions. When the battery is charged and discharged once, it is counted as one cycle, and the discharge capacity maintenance rate is calculated with the discharge capacity at the second cycle as 100%.

本実施形態によると、電池の高容量化が可能な不織布を含むセパレータを用いても、短絡を十分に抑制して安定した充放電挙動を示し、高い耐熱性を示すと共に、出力特性やサイクル特性にも優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present embodiment, even when using a separator including a non-woven fabric capable of increasing the capacity of the battery, short-circuiting is sufficiently suppressed to exhibit stable charge / discharge behavior, high heat resistance, output characteristics, and cycle characteristics. In addition, an excellent lithium ion secondary battery can be provided.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各種物性・特性の測定方法及び評価方法は下記のとおりである。特記がない限り、不織布において、長さ方向とはMD方向(マシン方向)を意味し、幅方向とは該長さ方向と垂直の方向を意味する。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. In addition, the measuring method and evaluation method of various physical properties and characteristics are as follows. Unless otherwise specified, in the nonwoven fabric, the length direction means the MD direction (machine direction), and the width direction means a direction perpendicular to the length direction.

(1)目付(g/m2
JIS L−1913に規定の方法に従い、不織布及びセパレータ(積層不織布)の1m×1mの領域において、縦(長さ方向)20cm×横(幅方向)25cmの試験片を、不織布及びセパレータの幅方向1m当たり3箇所、長さ方向1m当たり3箇所の、1m×1mの領域当たりで計9箇所採取した。それらの試験片の質量をそれぞれ測定し、その平均値を単位面積当たりの質量に換算して目付を求めた。
(1) Weight per unit (g / m 2 )
In accordance with the method prescribed in JIS L-1913, in a 1 m × 1 m area of a nonwoven fabric and a separator (laminated nonwoven fabric), a test piece of 20 cm in length (length direction) × 25 cm in width (width direction) A total of 9 locations were collected per 1 m × 1 m area, 3 locations per meter and 3 locations per meter in the length direction. The masses of these test pieces were measured, and the average value was converted into the mass per unit area to determine the basis weight.

(2)厚さ(mm)
セパレータの厚さは膜厚計を用いて測定した。膜厚計にはMitutoyo製のデジマチックインジケーター(商品名)を用い、セパレータ中の任意の3点の厚さを測定し、その平均値をセパレータの厚さとした。
(2) Thickness (mm)
The thickness of the separator was measured using a film thickness meter. As a film thickness meter, a Mitutoyo digimatic indicator (trade name) was used to measure the thickness of any three points in the separator, and the average value was taken as the thickness of the separator.

(3)繊維径(μm)
試料(不織布)の各端部10cmを除いて、試料の幅20cm毎の区域から、それぞれ1cm角の試験片を切り取った。各試験片について、マイクロスコープで繊維の直径を30点測定して、測定値の平均値(μm単位の小数点第2位を四捨五入)を算出し、試料に含まれる繊維の繊維径とした。
(3) Fiber diameter (μm)
Except for 10 cm of each end (nonwoven fabric) of the sample (nonwoven fabric), 1 cm square test pieces were cut out from the area of every 20 cm width of the sample. For each test piece, 30 fiber diameters were measured with a microscope, and the average value of the measured values (rounded to the first decimal place in μm) was calculated and used as the fiber diameter of the fibers contained in the sample.

(4)空隙率
上記(1)において測定したセパレータの目付(総目付)、及び、上記(2)において測定したセパレータの厚さから、下記の式により、空隙率(%)を計算した。
空隙率=[1−(総目付/厚さ/セパレータの素材密度)]×100
(4) Porosity The porosity (%) was calculated from the basis weight (total basis weight) of the separator measured in (1) and the thickness of the separator measured in (2) by the following formula.
Porosity = [1− (Total weight / Thickness / Material density of separator)] × 100

(5)開孔径分布(平均流量孔径及び最大孔径)
PMI社のパームポロメーター(商品名、型式:CFP−1200AEX)を用いた。測定には浸液にPMI社製のシルウィック(商品名)を用い、試料を浸液に浸して十分に脱気した後、測定した。上記測定装置は、フィルターを試料として、予め表面張力が既知の液体にフィルターを浸し、フィルターの全ての細孔を液体の膜で覆った状態からフィルターに圧力をかけ、液膜の破壊される圧力と液体の表面張力とから計算された細孔の孔径を測定する。計算には下記の数式を用いる。
d=C・r/P
(式中、d(単位:μm)はフィルターの孔径、r(単位:N/m)は液体の表面張力、P(単位:Pa)はその孔径の液膜が破壊される圧力、Cは定数である。)
(5) Opening hole diameter distribution (average flow hole diameter and maximum hole diameter)
A palm porometer (trade name, model: CFP-1200AEX) manufactured by PMI was used. For the measurement, Sylwick (trade name) manufactured by PMI was used as the immersion liquid, and the sample was immersed in the immersion liquid and sufficiently deaerated before measurement. The above measurement device uses a filter as a sample, immerses the filter in a liquid with a known surface tension in advance, applies pressure to the filter from a state in which all pores of the filter are covered with a liquid film, and the pressure at which the liquid film is destroyed And the pore diameter calculated from the surface tension of the liquid. The following formula is used for the calculation.
d = C · r / P
(Where d (unit: μm) is the pore size of the filter, r (unit: N / m) is the surface tension of the liquid, P (unit: Pa) is the pressure at which the liquid film of that pore size is broken, and C is a constant .)

上記の数式より、液体に浸したフィルターにかける圧力Pを低圧から高圧に連続的に変化させた場合の流量(漏れ流量)を測定する。初期の圧力では、最も大きな細孔の液膜でも破壊されないので流量は0である。圧力を上げていくと、最も大きな細孔の液膜が破壊され、流量が発生する(バブルポイント)。さらに圧力を上げていくと、各圧力に応じて流量は増加する。最も小さな細孔の液膜が破壊されたときの圧力における流量が、乾いた上体の流量(乾き流量)と一致する。   From the above formula, the flow rate (leakage flow rate) when the pressure P applied to the filter immersed in the liquid is continuously changed from low pressure to high pressure is measured. At the initial pressure, the flow rate is zero because the liquid film with the largest pores is not broken. As the pressure is increased, the liquid film with the largest pores is destroyed and a flow rate is generated (bubble point). As the pressure is further increased, the flow rate increases with each pressure. The flow rate at the pressure when the liquid film with the smallest pores is destroyed matches the flow rate of the dry upper body (dry flow rate).

上記測定装置による測定方法では、ある圧力における漏れ流量を、同圧力での乾き流量で除した値を累積フィルター流量(単位:%)と呼ぶ。累積フィルター流量が50%となる圧力で破壊される液膜の孔径を、平均流量孔径と呼ぶ。本明細書においては、上記フィルターとしてセパレータを用い、平均流量孔径を、本明細書におけるセパレータの平均孔径とした。
セパレータの最大孔径は、セパレータを上記フィルターとして用い、累積フィルター流量が50%の−2σの範囲、すなわち、累積フィルター流量が2.3%となる圧力で破壊される液膜の孔径とした。
上記測定方法にて、各サンプルについて3点測定を行い、その平均値として平均流量孔径と最大孔径とを計算した。
In the measurement method using the measuring device, a value obtained by dividing the leakage flow rate at a certain pressure by the dry flow rate at the same pressure is referred to as a cumulative filter flow rate (unit:%). The pore size of the liquid film that is broken at a pressure at which the cumulative filter flow rate is 50% is referred to as the average flow pore size. In the present specification, a separator was used as the filter, and the average flow pore size was defined as the average pore size of the separator in the present specification.
The maximum pore size of the separator was the pore size of the liquid film that was destroyed at a pressure where the cumulative filter flow rate was −2σ, ie, the cumulative filter flow rate was 2.3%, using the separator as the filter.
Three points were measured for each sample by the above measurement method, and the average flow pore size and the maximum pore size were calculated as average values.

(6)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定
特定の充電電流及び放電電流における充電容量及び放電容量を以下のとおりに測定してリチウムイオン二次電池の充放電特性を評価した。
測定用のリチウムイオン二次電池として、1C=3mAとなる小型電池を作製して用いた。リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量の測定は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。
1mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vを保持するようにして電流値を制御するという方法で、合計8時間充電を行った。その後、10分間の休止を経て、1mAで3.0Vまで放電した。
続いて、3mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vを保持するようにして電流値を制御するという方法で、合計3時間充電を行った。その後10分間の休止を経て、3mAで3.0Vまで放電し、その時の放電容量を1C放電容量(mAh)とした。
このときの電池周囲温度は25℃に設定した。また、上記測定から、充放電効率を下記式により算出した。この充放電効率が80%以上であれば短絡なし、80%未満であれば短絡ありと判断した。
充放電効率(%)=(放電時の容量/充電時の容量)×100
(6) Charging and discharging capacity measurement of lithium ion secondary battery The charging capacity and discharging capacity at a specific charging current and discharging current were measured as follows to evaluate the charging and discharging characteristics of the lithium ion secondary battery.
As a lithium ion secondary battery for measurement, a small battery with 1C = 3 mA was prepared and used. The charge and discharge capacity of the lithium ion secondary battery was measured using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.
The battery was charged at a constant current of 1 mA, and after reaching 4.2 V, charging was performed for a total of 8 hours by controlling the current value so as to hold 4.2 V. Thereafter, after 10 minutes of rest, the battery was discharged to 3.0 V at 1 mA.
Subsequently, charging was performed at a constant current of 3 mA, and after reaching 4.2 V, charging was performed for a total of 3 hours by controlling the current value so as to hold 4.2 V. After 10 minutes of rest, the battery was discharged at 3 mA to 3.0 V, and the discharge capacity at that time was 1 C discharge capacity (mAh).
The battery ambient temperature at this time was set to 25 ° C. Moreover, the charge / discharge efficiency was computed from the said measurement by the following formula. If this charge / discharge efficiency was 80% or more, it was judged that there was no short circuit, and if it was less than 80%, it was judged that there was a short circuit.
Charging / discharging efficiency (%) = (capacity during discharging / capacity during charging) × 100

(7)出力性能測定(レート特性)
次に、3mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計3時間充電を行った。その後10分間の休止を経て、30mA(10C)で電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を10C放電容量(mAh)とした。
1C放電容量に対する10C放電容量の割合を算出し、この値をレート特性とした。
レート特性(%)=10C放電容量/1C放電容量×100
このときの電池周囲温度は25℃に設定した。
(7) Output performance measurement (rate characteristics)
Next, after charging at a constant current of 3 mA and reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. After 10 minutes of rest, the battery was discharged at 30 mA (10 C) to a battery voltage of 3.0 V, and the discharge capacity at that time was 10 C discharge capacity (mAh).
The ratio of 10 C discharge capacity to 1 C discharge capacity was calculated, and this value was used as the rate characteristic.
Rate characteristics (%) = 10C discharge capacity / 1C discharge capacity × 100
The battery ambient temperature at this time was set to 25 ° C.

(8)リチウムイオン二次電池の容量維持率測定(サイクル特性)
容量維持率の測定は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。測定用のリチウムイオン二次電池として、上記「(6)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定」と同様にして作製した電池を用いた。充放電サイクル試験では、まず1サイクル目として、3mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計3時間充電を行った。その後10分間の休止を経て、1mAの定電流で放電し、3.0Vに到達した時点で再び10分間の休止を経た。続いて、2サイクル目以降は、3mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計3時間充電を行った。その後10分間の休止を経て、3mAの定電流で放電し、3.0Vに到達した時点で再び10分間の休止を経た。充電と放電とを各々1回ずつ行うのを1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。2サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量の比率を容量維持率とした。電池の周囲温度は25℃に設定した。
(8) Capacity maintenance rate measurement of lithium ion secondary battery (cycle characteristics)
The capacity retention rate was measured using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd. As a lithium ion secondary battery for measurement, a battery produced in the same manner as in the above “(6) Measurement of charge and discharge capacity of lithium ion secondary battery” was used. In the charge / discharge cycle test, as the first cycle, the battery was charged at a constant current of 3 mA, reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Then, after 10 minutes of rest, the battery was discharged at a constant current of 1 mA, and when it reached 3.0 V, it was rested again for 10 minutes. Subsequently, after the second cycle, the battery was charged with a constant current of 3 mA, and after reaching 4.2 V, the battery was charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Thereafter, after 10 minutes of rest, the battery was discharged at a constant current of 3 mA, and when it reached 3.0 V, it was rested again for 10 minutes. Charging and discharging were performed once each as one cycle, and 100 cycles of charging and discharging were performed. The ratio of the discharge capacity at the 100th cycle when the discharge capacity at the second cycle was 100% was taken as the capacity retention rate. The ambient temperature of the battery was set to 25 ° C.

(9)リチウムイオン二次電池の高温耐久性試験(高温サイクル特性)
1C=1.8mAとなるように、正極活物質の一部を剥がしてAl集電体部を露出させ、電池の周囲温度を50℃に設定したこと以外は、「(8)リチウムイオン二次電池の容量維持率測定(サイクル特性)」と同様にして、充放電サイクル試験を100サイクルまで行い、高温時の容量維持率を測定した。
(9) High temperature durability test of lithium ion secondary battery (high temperature cycle characteristics)
“(8) Lithium ion secondary, except that part of the positive electrode active material was peeled off to expose the Al current collector and the ambient temperature of the battery was set to 50 ° C. so that 1C = 1.8 mA. The charge / discharge cycle test was conducted up to 100 cycles in the same manner as in “Battery capacity maintenance rate measurement (cycle characteristics)”, and the capacity maintenance rate at high temperature was measured.

(10)セパレータの状態の確認
上記「(8)リチウムイオン二次電池の容量維持率測定(サイクル特性)」又は「(9)リチウムイオン二次電池の高温耐久性試験(高温サイクル特性)」の試験を行った後、リチウムイオン二次電池を分解してセパレータの状態を目視にて確認した。セパレータに破れが認められなかった場合を「異常なし」、セパレータの正極集電体に対向する部分での破れが認められた場合を「破れあり」と評価した。
(10) Confirmation of separator state According to the above "(8) Capacity maintenance rate measurement of lithium ion secondary battery (cycle characteristics)" or "(9) High temperature durability test of lithium ion secondary battery (high temperature cycle characteristics)" After the test, the lithium ion secondary battery was disassembled and the state of the separator was visually confirmed. The case where no break was observed in the separator was evaluated as “no abnormality”, and the case where a break was observed in the portion of the separator facing the positive electrode current collector was evaluated as “break”.

(実施例1)
<セパレータの作製>
以下の方法により、セパレータを作製した。
まず、熱可塑性合成長繊維の不織布層を下記の方法により作製した。具体的には、汎用的なPETの溶液を用い、スパンボンド法により、紡糸温度300℃で、フィラメント群を、移動する捕集ネット面に向けて押し出し、紡糸速度4500m/分で紡糸した。次いで、コロナ帯電で3μC/g程度帯電させてフィラメント群を充分に開繊させ、熱可塑性合成長繊維ウェブを捕集ネット上に形成した。繊維径の調整は、牽引条件を変えることにより行い、繊維径12μmのスパンボンド法による繊維の不織布(以下、単に「スパンボンド不織布」と表記する。)を得た。
Example 1
<Preparation of separator>
A separator was produced by the following method.
First, a nonwoven fabric layer of thermoplastic synthetic long fibers was produced by the following method. Specifically, using a general-purpose PET solution, the filament group was extruded toward the moving collection net surface by a spunbond method at a spinning temperature of 300 ° C. and spun at a spinning speed of 4500 m / min. Next, the filament group was sufficiently opened by charging about 3 μC / g by corona charging, and a thermoplastic synthetic long fiber web was formed on the collection net. The fiber diameter was adjusted by changing the traction conditions to obtain a nonwoven fabric of fibers (hereinafter simply referred to as “spunbond nonwoven fabric”) by a spunbond method having a fiber diameter of 12 μm.

次に、極細繊維を含む不織布を下記の方法により作製した。汎用的なPETの溶液を用い、紡糸温度300℃、加熱空気1000Nm3/hr/mの条件下で、メルトブロウン法により紡糸して、上記のスパンボンド不織布上に吹き付けた。この際、メルトブロウンノズルからスパンボンド不織布までの距離を100mmとし、メルトブロウンノズル直下の捕集面における吸引力を0.2kPa、風速を7m/secに設定した。繊維径の調整は、加熱空気量を制御することにより行い、上記スパンボンド不織布上に、繊維径0.45μmのメルトブロウン法による繊維の不織布(以下、単に「メルトブロウン不織布」と表記する。)を得た。 Next, a nonwoven fabric containing ultrafine fibers was produced by the following method. Using a general-purpose PET solution, spinning was performed by a melt blown method under conditions of a spinning temperature of 300 ° C. and heated air of 1000 Nm 3 / hr / m, and sprayed onto the spunbonded nonwoven fabric. At this time, the distance from the meltblown nozzle to the spunbonded nonwoven fabric was set to 100 mm, the suction force at the collecting surface immediately below the meltblown nozzle was set to 0.2 kPa, and the wind speed was set to 7 m / sec. The fiber diameter is adjusted by controlling the amount of heated air, and on the spunbonded nonwoven fabric, a nonwoven fabric of fibers by a melt blown method with a fiber diameter of 0.45 μm (hereinafter simply referred to as “meltblown nonwoven fabric”). Got.

上記の、スパンボンド不織布とメルトブロウン不織布との積層体から、後者の不織布の一部を剥離した。剥離したメルトブロウン不織布2枚と、上記と同様にして別に作製したスパンボンド不織布1枚とを、スパンボンド不織布を2枚のメルトブロウン不織布が挟むようにして積層して、セパレータの目付が11g/m2、空隙率が63%、厚さが21μmとなるようにカレンダ加工を施した。こうして、両最外層に不織布層(I)としてのメルトブロウン不織布と、その間に不織布層(II)としてのスパンボンド不織布とを積層した積層不織布を得た。 A part of the latter non-woven fabric was peeled off from the laminate of the spunbonded non-woven fabric and the meltblown non-woven fabric. Two peeled meltblown nonwoven fabrics and one spunbond nonwoven fabric prepared separately in the same manner as above were laminated so that the two meltblown nonwoven fabrics were sandwiched, and the basis weight of the separator was 11 g / m 2. The calendering was performed so that the porosity was 63% and the thickness was 21 μm. Thus, a laminated nonwoven fabric in which a meltblown nonwoven fabric as the nonwoven fabric layer (I) and a spunbond nonwoven fabric as the nonwoven fabric layer (II) were laminated between the outermost layers was obtained.

得られた積層不織布を直径24mmの円盤状に打ち抜いてセパレータを得た後、そのセパレータを電池評価に用いた。セパレータの各種物性・特性を表1に示す。   The obtained laminated nonwoven fabric was punched into a disk shape having a diameter of 24 mm to obtain a separator, and then the separator was used for battery evaluation. Table 1 shows various physical properties and characteristics of the separator.

<正極の作製>
正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムのニッケル、マンガン及びコバルト混合酸化物と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、混合酸化物:グラファイト炭素粉末:アセチレンブラック粉末:PVDF=100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極を得た。
<Preparation of positive electrode>
Lithium nickel, manganese and cobalt mixed oxide having a number average particle diameter of 11 μm as a positive electrode active material, graphite carbon powder having a number average particle diameter of 6.5 μm and acetylene black powder having a number average particle diameter of 48 nm as a conductive auxiliary agent, and a binder Polyvinylidene fluoride (PVDF) as a mixed oxide: graphite carbon powder: acetylene black powder: PVDF = 100: 4.2: 1.8: 4.6. N-methyl-2-pyrrolidone was added to the obtained mixture so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode.

<負極の作製>
負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(III)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(IV)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:−5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、グラファイト炭素粉末(III):グラファイト炭素粉末(IV):カルボキシメチルセルロース溶液:ジエン系ゴム=90:10:1.44:1.76の固形分質量比で全体の固形分濃度が45質量%になるように混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ10μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて負極を得た。
<Production of negative electrode>
Graphite carbon powder (III) having a number average particle diameter of 12.7 μm and graphite carbon powder (IV) having a number average particle diameter of 6.5 μm as a negative electrode active material, and a carboxymethyl cellulose solution (solid content concentration 1.83% by mass) as a binder And diene rubber (glass transition temperature: −5 ° C., number average particle size upon drying: 120 nm, dispersion medium: water, solid content concentration 40% by mass), graphite carbon powder (III): graphite carbon powder ( IV): Carboxymethylcellulose solution: Diene rubber = 90: 10: 1.44: 1.76 The solid content is mixed so that the total solid content is 45% by mass, and the slurry solution is mixed. Prepared. The slurry solution was applied to one side of a 10 μm thick copper foil, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a negative electrode.

<電解液の調製>
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、ビニレンカーボネートを電解液量に対して5質量%となるように添加し、溶質としてLiPF6を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させて電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte>
Vinylene carbonate was added to a mixed solvent of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 1: 2 (volume ratio) so as to be 5% by mass with respect to the amount of the electrolytic solution, and LiPF 6 was added at a concentration of 1.0 mol / L as a solute. The electrolyte solution was prepared by dissolving as follows.

<電池組立と評価>
正極と負極との活物質面が対向するように、負極、セパレータ及び正極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収納した。なお、容器と蓋とは絶縁されており、容器は負極の銅箔と、蓋は正極のアルミニウム箔と、それぞれ接するように収納した。この容器内に上記電解液を注入して密閉し、リチウムイオン二次電池を得た。
上記のようにして組み立てたリチウムイオン二次電池について、「(6)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定」、「(7)出力性能測定(レート特性)」、「(8)リチウムイオン二次電池の容量維持率測定(サイクル特性)」及び「(10)セパレータの状態の確認」に記載の評価を行った。結果を表1に示す(以下同様)。
<Battery assembly and evaluation>
The negative electrode, the separator, and the positive electrode were stacked in this order so that the active material surfaces of the positive electrode and the negative electrode were opposed to each other, and stored in a stainless steel container with a lid. The container and the lid were insulated, and the container was accommodated in contact with the negative electrode copper foil and the lid in contact with the positive electrode aluminum foil. The electrolytic solution was poured into the container and sealed to obtain a lithium ion secondary battery.
Regarding the lithium ion secondary battery assembled as described above, “(6) Lithium ion secondary battery charge and discharge capacity measurement”, “(7) Output performance measurement (rate characteristics)”, “(8) Lithium ion” The evaluation described in “Capacity maintenance rate measurement of secondary battery (cycle characteristics)” and “(10) Confirmation of separator state” was performed. The results are shown in Table 1 (the same applies hereinafter).

(実施例2)
電解液量に対して5質量%のビニレンカーボネートを、電解液量に対して5質量%のモノフルオロエチレンカーボネートに変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5% by mass of vinylene carbonate was changed to 5% by mass of monofluoroethylene carbonate with respect to the amount of electrolytic solution. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
電解液量に対して5質量%のビニレンカーボネートを、電解液量に対して5質量%のスルホランに変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Example 3)
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5% by mass of vinylene carbonate with respect to the amount of the electrolyte was changed to 5% by mass of sulfolane with respect to the amount of the electrolyte. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
メルトブロウン不織布の繊維径を0.45μmから0.75μmに変更し、カレンダ加工の条件を、得られるセパレータの目付が11g/m2、空隙率が64%、厚さが21μmとなるように変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
Example 4
The fiber diameter of the meltblown nonwoven fabric was changed from 0.45 μm to 0.75 μm, and the calendering conditions were changed so that the resulting separator weight was 11 g / m 2 , the porosity was 64%, and the thickness was 21 μm. A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
メルトブロウン不織布の繊維径を0.45μmから2.10μmに変更し、得られるセパレータの目付が11g/m2、空隙率が69%、厚さが27μmとなるようにカレンダ加工を施して積層不織布を得て、且つ、電解液量に対して5質量%のビニレンカーボネートを、電解液量に対して5質量%のモノフルオロエチレンカーボネートに変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Example 5)
The fiber diameter of the meltblown nonwoven fabric is changed from 0.45 μm to 2.10 μm, and the resulting nonwoven fabric is calendered so that the basis weight of the separator is 11 g / m 2 , the porosity is 69%, and the thickness is 27 μm. In the same manner as in Example 1, except that 5% by mass of vinylene carbonate with respect to the amount of the electrolyte was changed to 5% by mass of monofluoroethylene carbonate with respect to the amount of the electrolyte. The next battery was obtained. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例6)
メルトブロウン不織布の繊維径を0.75μmから0.29μmに変更し、セパレータとして、上記積層不織布に代えてスパンボンド不織布とメルトブロウン不織布との積層体から剥離したメルトブロウン不織布にカレンダ加工を施したものを用い、そのカレンダ加工の条件を、得られるセパレータの目付が10g/m2、空隙率が70%、厚さが26μmとなるように変更した以外は実施例3と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Example 6)
The fiber diameter of the meltblown nonwoven fabric was changed from 0.75 μm to 0.29 μm, and the separator was replaced with the above laminated nonwoven fabric, and the meltblown nonwoven fabric peeled from the laminate of the spunbond nonwoven fabric and the meltblown nonwoven fabric was calendered. In the same manner as in Example 3, except that the calendering conditions were changed so that the obtained separator was 10 g / m 2 , the porosity was 70%, and the thickness was 26 μm. A secondary battery was obtained. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
メルトブロウン不織布の繊維径を0.29μmから0.57μmに変更し、カレンダ加工の条件を、得られるセパレータの目付が10g/m2、空隙率が58%、厚さが25μmとなるように変更した以外は実施例6と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Example 7)
The fiber diameter of the meltblown nonwoven fabric was changed from 0.29 μm to 0.57 μm, and the calendering conditions were changed so that the resulting separator weight was 10 g / m 2 , the porosity was 58%, and the thickness was 25 μm. A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 6 except that. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(実施例8)
実施例1と同様にして得たリチウムイオン二次電池について、「(6)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定」、「(7)出力性能測定(レート特性)」、「(9)リチウムイオン二次電池の高温耐久性試験(高温サイクル特性)」及び「(10)セパレータの状態の確認」に記載の評価を行った。
(Example 8)
Regarding the lithium ion secondary battery obtained in the same manner as in Example 1, “(6) Lithium ion secondary battery charge and discharge capacity measurement”, “(7) Output performance measurement (rate characteristic)”, “(9) The evaluation described in “High temperature durability test of lithium ion secondary battery (high temperature cycle characteristic)” and “(10) Confirmation of separator state” was performed.

(実施例9)
実施例7と同様にして得たリチウムイオン二次電池について、「(6)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定」、「(7)出力性能測定(レート特性)」、「(9)リチウムイオン二次電池の高温耐久性試験(高温サイクル特性)」及び「(10)セパレータの状態の確認」に記載の評価を行った。
Example 9
Regarding the lithium ion secondary battery obtained in the same manner as in Example 7, “(6) Lithium ion secondary battery charge and discharge capacity measurement”, “(7) Output performance measurement (rate characteristic)”, “(9) The evaluation described in “High temperature durability test of lithium ion secondary battery (high temperature cycle characteristic)” and “(10) Confirmation of separator state” was performed.

(比較例1)
スパンボンド不織布の繊維径を12μmから9μmに変更し、メルトブロウン不織布を作製することなく、2枚のスパンボンド不織布を積層して、セパレータの目付が10g/m2、厚さが19μm、空隙率が61%となるようにカレンダ加工を施して積層不織布を得た以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Comparative Example 1)
The fiber diameter of the spunbonded nonwoven fabric was changed from 12 μm to 9 μm, and two spunbonded nonwoven fabrics were laminated without producing a meltblown nonwoven fabric. The separator weight per unit area was 10 g / m 2 , the thickness was 19 μm, and the porosity A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the laminated nonwoven fabric was obtained by performing calendering so as to be 61%. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
スパンボンド不織布の繊維径を12μmから9μmに変更し、メルトブロウン不織布を作製することなく、3枚のスパンボンド不織布を積層して、セパレータの目付が15g/m2、厚さが29μm、空隙率が61%となるようにカレンダ加工を施して積層不織布を得て、且つ、電解液量に対して5質量%のビニレンカーボネートを電解液量に対して5質量%のモノフルオロエチレンカーボネートに変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池について、実施例1と同様に評価を行った。
(Comparative Example 2)
The fiber diameter of the spunbonded nonwoven fabric was changed from 12 μm to 9 μm, and three spunbonded nonwoven fabrics were laminated without producing a meltblown nonwoven fabric. The basis weight of the separator was 15 g / m 2 , the thickness was 29 μm, and the porosity The laminated nonwoven fabric was obtained by calendering so as to be 61%, and 5% by mass of vinylene carbonate was changed to 5% by mass of monofluoroethylene carbonate with respect to the amount of electrolyte. Except for this, a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained lithium ion secondary battery was evaluated in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
メルトブロウン不織布の繊維径を0.45μmから1.7μmに変更し、メルトブロウン不織布1枚と、スパンボンド不織布2枚とを、メルトブロウン不織布を2枚のスパンボンド不織布が挟むようにして積層して、セパレータの目付20g/m2、厚みが32μm、空隙率が53%となるようにカレンダ加工を施して積層不織布を得て、且つ、電解液にビニレンカーボネートを添加しなかった以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。上記のようにして組み立てたリチウムイオン二次電池について、実施例6と同様に評価を行った。
(Comparative Example 3)
The fiber diameter of the meltblown nonwoven fabric was changed from 0.45 μm to 1.7 μm, one meltblown nonwoven fabric and two spunbond nonwoven fabrics were laminated so that the two spunbond nonwoven fabrics were sandwiched, A separator is 20 g / m 2 , the thickness is 32 μm, the calendering is performed so that the porosity is 53% to obtain a laminated nonwoven fabric, and the vinyl acid carbonate is not added to the electrolytic solution. Similarly, a lithium ion secondary battery was obtained. The lithium ion secondary battery assembled as described above was evaluated in the same manner as in Example 6.

(比較例4)
電解液にビニレンカーボネートを添加しなかった以外は実施例3と同様にして、リチウムイオン二次電池を得た。上記のようにして組み立てたリチウムイオン二次電池について、実施例6と同様に評価を行った。
(Comparative Example 4)
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 3 except that vinylene carbonate was not added to the electrolytic solution. The lithium ion secondary battery assembled as described above was evaluated in the same manner as in Example 6.

Figure 2014060122
Figure 2014060122

表1から分かるように、本実施形態のリチウム二次電池は、電池の高容量化が可能な不織布セパレータを用いても、短絡を十分に抑制し、高い耐熱性を示すと共に、形状を保持したまま、安定した充放電挙動を示し、出力特性やサイクル特性にも優れることが分かった。   As can be seen from Table 1, the lithium secondary battery of the present embodiment sufficiently suppressed short-circuiting and exhibited high heat resistance and retained its shape even when a nonwoven fabric separator capable of increasing the battery capacity was used. As it is, stable charge / discharge behavior was exhibited, and the output characteristics and cycle characteristics were also excellent.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、携帯電話、携帯オーディオ、パソコンなどの携帯機器に加え、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの自動車用充電池としての利用も期待される。   The lithium ion secondary battery of the present invention is expected to be used as a rechargeable battery for automobiles such as hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and electric vehicles, in addition to portable devices such as mobile phones, portable audio devices, and personal computers.

Claims (15)

非水溶媒とリチウム塩とを含む電解液と、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極と、セパレータと、を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記セパレータは、繊維径が4μm以下である繊維を含む第1の不織布層を少なくとも1層含み、
前記電解液は、炭素−炭素二重結合を有する炭酸エステル、フッ素原子を有する環状カーボネート及びスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を更に含有する、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode containing one or more materials selected from the group consisting of an electrolyte solution containing a nonaqueous solvent and a lithium salt, a material capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and a negative electrode active material A lithium ion secondary battery comprising a negative electrode containing a material capable of inserting and extracting lithium ions and one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, and a separator,
The separator includes at least one first nonwoven layer including fibers having a fiber diameter of 4 μm or less,
The electrolyte solution further includes at least one compound selected from the group consisting of a carbonic acid ester having a carbon-carbon double bond, a cyclic carbonate having a fluorine atom, and a sulfone.
前記セパレータは、前記第1の不織布層を最外層として有する2層又は3層以上の不織布層からなる積層不織布を含む、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the separator includes a laminated nonwoven fabric composed of two or three or more nonwoven fabric layers having the first nonwoven fabric layer as an outermost layer. 前記積層不織布を構成する各前記不織布層は、化学結合及び/又は物理結合によって互いに一体化されている、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the nonwoven fabric layers constituting the laminated nonwoven fabric are integrated with each other by chemical bonds and / or physical bonds. 前記セパレータは、繊維径が4μm超30μm以下である熱可塑性樹脂繊維を含有する第2の不織布層を有し、前記第2の不織布層が2層以上の前記第1の不織布層に挟まれている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The separator has a second nonwoven fabric layer containing thermoplastic resin fibers having a fiber diameter of more than 4 μm and not more than 30 μm, and the second nonwoven fabric layer is sandwiched between two or more first nonwoven fabric layers. The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3. 前記熱可塑性樹脂繊維は、熱可塑性合成長繊維を含む、請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the thermoplastic resin fiber includes a thermoplastic synthetic long fiber. 前記セパレータは、10〜60μmの厚さを有する、請求項1〜5のいずれかに1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the separator has a thickness of 10 to 60 μm. 前記第1の不織布層は、メルトブロウン法により形成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the first nonwoven fabric layer is formed by a melt blown method. 前記セパレータが有する不織布層は、カレンダ加工されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the nonwoven fabric layer included in the separator is calendered. 前記炭素−炭素二重結合を有する炭酸エステルは、ビニレンカーボネートを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the carbonic acid ester having a carbon-carbon double bond includes vinylene carbonate. 前記フッ素原子を有する環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートを含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the cyclic carbonate having a fluorine atom includes monofluoroethylene carbonate. 前記セパレータは、ポリエステル系樹脂を含む不織布を含有する不織布層を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The said separator is a lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-10 containing the nonwoven fabric layer containing the nonwoven fabric containing a polyester-type resin. 前記ポリエステル系樹脂は、ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項11に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 11, wherein the polyester resin includes polyethylene terephthalate. 前記セパレータの総目付は、30g/m2以下である、請求項1〜12のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a total basis weight of the separator is 30 g / m 2 or less. 前記第1の不織布層の目付は、15g/m2以下である、請求項1〜13のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 14. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the basis weight of the first nonwoven fabric layer is 15 g / m 2 or less. 前記第1の不織布層に含まれる前記繊維は、繊維径が0.1〜1μmである、請求項1〜14のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 14, wherein the fiber included in the first nonwoven fabric layer has a fiber diameter of 0.1 to 1 µm.
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