JP2015046330A - Battery separator - Google Patents

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JP2015046330A
JP2015046330A JP2013177443A JP2013177443A JP2015046330A JP 2015046330 A JP2015046330 A JP 2015046330A JP 2013177443 A JP2013177443 A JP 2013177443A JP 2013177443 A JP2013177443 A JP 2013177443A JP 2015046330 A JP2015046330 A JP 2015046330A
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高岡 和千代
Kazuchiyo Takaoka
和千代 高岡
中島 敏充
Toshimitsu Nakajima
敏充 中島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an excellent battery separator suppressed in characteristic deterioration in prolonged heating.SOLUTION: In a battery separator, a support and a porous ceramic layer containing ceramic fine particles are combined. The ceramic fine particles are amphoteric ceramic fine particles, and have a surface coated with a basic oxide. The basic oxide is preferably a magnesium oxide.

Description

本発明は、電池用セパレータに関するものである。   The present invention relates to a battery separator.

従来、リチウム二次電池のセパレータとしては、貫通した微細孔を有するポリオレフィンの多孔フィルムが用いられてきた。これらのセパレータは、電池が異常を起こして発熱した場合に、貫通した微細孔が溶融して閉塞し、電池の内部抵抗を高めることで、発熱を抑制し、電極剤であるコバルト酸リチウムの熱暴走による電池の爆発を抑制する仕組みを担ってきた。   Conventionally, as a separator of a lithium secondary battery, a polyolefin porous film having fine pores that have penetrated has been used. These separators suppress heat generation by increasing the internal resistance of the battery when the battery malfunctions and generate heat, and the through-holes are melted and closed. It has been responsible for suppressing battery explosion due to runaway.

しかし、ハイブリッド自動車用電池や無停電電源など、大電流による充放電が必要な用途では、電極剤組成の研究によって、熱暴走爆発の抑制が可能となったことや、逆に、急激な電池内温度の上昇によって、セパレータの熱収縮による電極接触を避けるために、耐熱性の高い、かつ内部抵抗の小さなセパレータの要望が高まっている。   However, in applications that require charging and discharging with a large current, such as batteries for hybrid vehicles and uninterruptible power supplies, research on electrode composition has made it possible to suppress thermal runaway explosions, and conversely, rapid battery internals Due to the increase in temperature, in order to avoid electrode contact due to thermal contraction of the separator, there is an increasing demand for a separator having high heat resistance and low internal resistance.

この要望に、特許文献1には、不織布などの孔の開いた支持体と多孔質のセラミック微粒子を含有してなる多孔質セラミック層を複合させて、耐熱性を付与して、電池が熱暴走を起こした場合でも、セパレータの熱収縮が引き起こさずに、電極接触を抑制することができる方法が提案されている。この方法は、多孔質セラミック層がセパレータの表面及び内部に浸透することが可能で、高い電解液の保持性や耐熱性を付与することが可能であり、優れた方法である。   In response to this demand, Patent Document 1 discloses that the battery is thermally runaway by combining a porous ceramic layer containing porous ceramic fine particles with a porous support such as a nonwoven fabric. There has been proposed a method capable of suppressing electrode contact without causing thermal contraction of the separator even in the case of occurrence of heat. This method is an excellent method because the porous ceramic layer can permeate the surface and the inside of the separator and can impart high electrolyte retention and heat resistance.

一方、特許文献2及び3には、多孔フィルムの片面にセラミック微粒子を含有してなる多孔質セラミック層を設けて、耐熱性を付与する方法が提案されている。特に、特許文献2では、多孔質セラミック層にアルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの酸化チタン及びその複合酸化物が有効であると記載されている。   On the other hand, Patent Documents 2 and 3 propose a method of providing heat resistance by providing a porous ceramic layer containing ceramic fine particles on one side of a porous film. In particular, Patent Document 2 describes that titanium oxides such as alumina, zirconia, silica, titania, barium titanate, lead titanate, strontium titanate, and composite oxides thereof are effective for the porous ceramic layer.

特に高い絶縁性を有するシリカや特異な凝集構造をつくるアルミナなどは非常に有望な材料であるが(例えば、特許文献4参照)、このような材料を用いた電池では、加熱経時などで、特性の劣化が観察されるなど、問題を残していた。   In particular, silica having a high insulating property and alumina that forms a unique aggregate structure are very promising materials (see, for example, Patent Document 4). There was a problem, such as the deterioration of was observed.

特許第4594098号公報Japanese Patent No. 4594098 特表2008−503049号公報Special table 2008-503049 gazette 特許第4499851号公報Japanese Patent No. 4499851 国際公開第2008/114727号パンフレットInternational Publication No. 2008/114727 Pamphlet

本発明の課題は、加熱経時における特性劣化が抑制された優れた電池用セパレータを提供することである。   An object of the present invention is to provide an excellent battery separator in which deterioration of characteristics over time is suppressed.

本発明者らは、鋭意検討をした結果、下記に示す本発明により上記課題を解決できることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by the present invention described below.

[1]セラミック微粒子を含有してなる多孔質セラミック層と支持体を複合した電池用セパレータにおいて、セラミック微粒子が両性セラミック微粒子であり、セラミック微粒子表面が塩基性酸化物で被覆されていることを特徴とする電池用セパレータ。
[2]塩基性酸化物が酸化マグネシウムであることを特徴とする[1]記載の電池用セパレータ。
[1] A battery separator in which a porous ceramic layer containing ceramic fine particles and a support are combined, wherein the ceramic fine particles are amphoteric ceramic fine particles, and the surface of the ceramic fine particles is coated with a basic oxide. Battery separator.
[2] The battery separator according to [1], wherein the basic oxide is magnesium oxide.

本発明では、加熱経時における特性劣化が抑制された優れた電池用セパレータを得ることができる。   In the present invention, it is possible to obtain an excellent battery separator in which deterioration of characteristics over time is suppressed.

本発明の電池用セパレータは、セラミック微粒子を含有してなる多孔質セラミック層と支持体を複合した電池用セパレータにおいて、セラミック微粒子が両性セラミック微粒子であり、セラミック微粒子表面が塩基性酸化物で被覆されていることを特徴とする。   The battery separator of the present invention is a battery separator in which a porous ceramic layer containing ceramic fine particles and a support are combined. The ceramic fine particles are amphoteric ceramic fine particles, and the surface of the ceramic fine particles is coated with a basic oxide. It is characterized by.

本発明におけるセラミック微粒子は両性セラミック微粒子である。両性セラミック微粒子としては、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナ、酸化ベリリウムなどが挙げられる。両性セラミック微粒子は、表面水酸基の解離状態によって、プロトンを吸着する場合(水酸基を放出する場合)と放出する場合の双方の性質を有する酸化物である。電池中では、酸化物の表面吸着水を充分に除いてから使用されるが、微量の水が残存し、セラミック微粒子の表面水酸基を完全に除くことはできない。この状態で電解液に晒されると、表面水酸基がプロトンを放出してリチウムイオンを吸着する。リチウムイオンの吸着によって発生するプロトンは、電解質のカウンターイオンであるPF などのアニオンと反応して、この場合はHF(フッ化水素)とPFを生成する。さらに、フッ化水素は電極剤を攻撃して電池特性を劣化させる。特に、電池が加熱される環境ではこの反応は促進され、発生するフッ化水素は両性セラミック微粒子に吸着されるが、フッ素イオンは金属と酸素との結合を切って直接結合するために、新たに水を発生し、反応は連鎖してしまい、セパレータ自体も劣化してしまうことになる。 The ceramic fine particles in the present invention are amphoteric ceramic fine particles. Examples of amphoteric ceramic fine particles include zinc oxide, titanium oxide, alumina, and beryllium oxide. Amphoteric ceramic fine particles are oxides having both properties of adsorbing protons (releasing hydroxyl groups) and releasing, depending on the dissociation state of the surface hydroxyl groups. In the battery, it is used after sufficiently removing the water adsorbed on the surface of the oxide, but a trace amount of water remains, and the surface hydroxyl groups of the ceramic fine particles cannot be completely removed. When exposed to the electrolyte in this state, surface hydroxyl groups release protons and adsorb lithium ions. Protons generated by the adsorption of lithium ions react with anions such as PF 6 which are electrolyte counter ions, and in this case, HF (hydrogen fluoride) and PF 5 are generated. Further, hydrogen fluoride attacks the electrode agent and degrades battery characteristics. In particular, in the environment where the battery is heated, this reaction is promoted, and the generated hydrogen fluoride is adsorbed by the amphoteric ceramic fine particles. Water is generated, the reaction is chained, and the separator itself is deteriorated.

本発明における塩基性酸化物としては、酸化カリウム、酸化リチウム、酸化セシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどが挙げられる。水系での取り扱いが可能な塩基性酸化物として、水酸化物での溶解度の小さな酸化ストロンチウム、酸化カルシウムと酸化マグネシウムが好ましい材料であり、特に、溶解度の小さな酸化マグネシウムは最も好ましい材料である。酸化マグネシウムは、微量の水によって表面水酸基を有したとしてもプロトンは遊離しないので、リチウムイオンは置換できずに表面に吸着するのみであり、電池の化学構造変化を生ずるフッ化水素の発生を抑制できる。   Examples of the basic oxide in the present invention include potassium oxide, lithium oxide, cesium oxide, barium oxide, strontium oxide, calcium oxide, and magnesium oxide. As basic oxides that can be handled in an aqueous system, strontium oxide, calcium oxide, and magnesium oxide having low solubility in hydroxides are preferable materials, and in particular, magnesium oxide having low solubility is the most preferable material. Magnesium oxide does not liberate protons even if it has a surface hydroxyl group due to a small amount of water, so lithium ions cannot be substituted and only adsorbed on the surface, suppressing the generation of hydrogen fluoride that causes changes in the chemical structure of the battery. it can.

本発明では、両性セラミック微粒子表面が塩基性酸化物で被覆される必要がある。表面被覆方法について、塩基性酸化物が酸化マグネシウムの場合で説明する。酢酸マグネシウムなどの水に可溶なマグネシウム塩を、両性セラミック微粒子と共存させ、中和して水酸化マグネシウムを析出させ、加熱後、水中から取り出して焼結し、酸化マグネシウムとする表面被覆方法、水中で共存させた後、そのまま水中から取り出して、そのまま焼結し、マグネシウムイオンを酸化マグネシウムとする表面被覆方法などがある。後者では、マグネシウムイオンが吸着した状態だけで表面処理を行うために、加熱処理等で、両性セラミック微粒子の体積変化や構造変化が引き起こされる場合があるので、塩基性酸化物によって両性セラミック微粒子表面がより多く被覆でき、体積変化や構造変化が引き起こされる可能性も低い前者が好ましい方法である。   In the present invention, the surface of the amphoteric ceramic fine particles needs to be coated with a basic oxide. The surface coating method will be described in the case where the basic oxide is magnesium oxide. Surface coating method in which magnesium salt soluble in water such as magnesium acetate coexists with amphoteric ceramic fine particles, neutralized to precipitate magnesium hydroxide, heated, taken out of water and sintered to make magnesium oxide, There is a surface coating method in which, after coexisting in water, it is taken out from water as it is, sintered as it is, and magnesium ions are converted into magnesium oxide. In the latter, since the surface treatment is performed only in a state where magnesium ions are adsorbed, the volume or structure of the amphoteric ceramic fine particles may be caused by heat treatment, etc. The former method is preferable because it can cover more and is less likely to cause volume change or structural change.

両性セラミック微粒子表面が塩基性酸化物で被覆されることによって、両性セラミック微粒子の表面水酸基がブロックされる必要があるので、両性セラミック微粒子表面全体が均一に被覆されることが好ましい。被覆量は、両性セラミック微粒子の0.5質量%〜100質量%であることが好ましく、2.0質量%〜60質量%であることがより好ましく、5.0質量%〜40質量%であることがさらに好ましい。   Since the surface of the amphoteric ceramic fine particles is coated with a basic oxide so that the surface hydroxyl groups of the amphoteric ceramic fine particles need to be blocked, the entire surface of the amphoteric ceramic fine particles is preferably uniformly coated. The coating amount is preferably 0.5% by mass to 100% by mass of the amphoteric ceramic fine particles, more preferably 2.0% by mass to 60% by mass, and 5.0% by mass to 40% by mass. More preferably.

塩基性酸化物で被覆された両性セラミック微粒子の粒子径は多孔質セラミック層の内部空隙に深く係わるので重要であり、好ましくは0.3μm以上5.0μm以下であり、さらに好ましくは0.5μm以上3.0μm以下である。粒子径は、セラミック微粒子を水で充分に希釈し、これをレーザー散乱タイプの粒度測定機(マイクロトラック社製、商品名:3300EX2)によって測定し、得られた中心粒子径(D50、体積平均)である。   The particle size of the amphoteric ceramic fine particles coated with the basic oxide is important because it is deeply related to the internal voids of the porous ceramic layer, preferably 0.3 μm or more and 5.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or more. 3.0 μm or less. The particle size is determined by sufficiently diluting the ceramic fine particles with water, and measuring this with a laser scattering type particle size measuring device (trade name: 3300EX2 manufactured by Microtrac Co., Ltd.). The resulting center particle size (D50, volume average) It is.

本発明において、多孔質セラミック層は水溶性セルロース誘導体を含有することができる。セラミック微粒子は、水中で分散されて多孔質セラミック層を形成する塗液となる。この際に水溶性セルロース誘導体が含有されていると、水溶性セルロース誘導体が水中で分散性助剤となるほか、塗液を増粘させて、支持体上への塗液のセット性を向上させることができる。分散時に分散剤として、ノニオン性、アニオン性、カチオン性などの各種界面活性剤や、セラミック微粒子への荷電付与のための塩類などを併用することもできる。   In the present invention, the porous ceramic layer can contain a water-soluble cellulose derivative. The ceramic fine particles are dispersed in water to form a coating liquid that forms a porous ceramic layer. In this case, if a water-soluble cellulose derivative is contained, the water-soluble cellulose derivative becomes a dispersibility aid in water, and the coating liquid is thickened to improve the setting property of the coating liquid on the support. be able to. As the dispersing agent at the time of dispersion, various surfactants such as nonionic, anionic, and cationic, and salts for imparting electric charge to the ceramic fine particles can be used in combination.

本発明における水溶性セルロース誘導体とは、グリコシド結合によって直鎖に結合したβ−グルコース分子の水酸基の一部を変性し、水溶化が可能として合成されたセルロース誘導体であって、水酸基の一部が、カルボキシメトキシ基、メトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、ヒドロキシプロキシ基に変性されている化合物を示す。カルボキシメトキシ基で置換された誘導体はカルボキシメチルセルロース(CMC)と呼ばれ、ナトリウム塩やアンモニウム塩等にして水溶性化できる。メトキシ基のみを含有するメチルセルロースは、低温水にのみ溶解し、温度が上昇すると、水溶液をゲル化する熱ゲル性を有する。また、起泡性・発泡性に優れており、ノニオン性の高分子界面活性剤的な挙動が得られる。一般的にメトキシ基に、ヒドロキシエトキシ基やヒドロキシプロポキシ基を組み合わせることによって、溶解性や熱ゲル性をコントロールすることができる。その他水溶性カチオン化セルロースも用いることができる。しかし、酢酸セルロース、エチルセルロースなどのセルロース誘導体は、水には溶解しない非水溶性セルロース誘導体であるので、用いることができない。水溶性セルロース誘導体は、セラミック微粒子と併用されて多孔質セラミック層を形成し、内部抵抗を低減化させることができる。水溶性セルロース誘導体の含有量は、多すぎると乾燥工程で空隙の周囲で成膜化して、独立した空隙を形成してしまうので、多孔質セラミック層の5質量%以下が好ましく、より好ましくは3質量%以下である。   The water-soluble cellulose derivative in the present invention is a cellulose derivative synthesized by modifying a part of hydroxyl groups of β-glucose molecules bonded linearly by glycosidic bonds so as to be water-soluble. , A compound modified with a carboxymethoxy group, a methoxy group, a hydroxyethoxy group, or a hydroxyproxy group. A derivative substituted with a carboxymethoxy group is called carboxymethylcellulose (CMC), and can be water-solubilized with sodium salt or ammonium salt. Methylcellulose containing only methoxy groups dissolves only in low-temperature water and has a thermal gel property that gels an aqueous solution when the temperature rises. Moreover, it is excellent in foaming property and foaming property, and can behave like a nonionic polymer surfactant. In general, solubility and thermal gel properties can be controlled by combining a hydroxyethoxy group or a hydroxypropoxy group with a methoxy group. In addition, water-soluble cationized cellulose can also be used. However, cellulose derivatives such as cellulose acetate and ethyl cellulose cannot be used because they are water-insoluble cellulose derivatives that do not dissolve in water. The water-soluble cellulose derivative can be used in combination with ceramic fine particles to form a porous ceramic layer and reduce internal resistance. If the content of the water-soluble cellulose derivative is too large, a film is formed around the voids in the drying step and independent voids are formed. Therefore, the content is preferably 5% by mass or less of the porous ceramic layer, more preferably 3 It is below mass%.

セラミック微粒子間の接着性や、支持体とセラミック微粒子との接着性を改善させるために、各種高分子結着剤を併用することができる。特に接着が難しいポリエステルやポリプロピレンが支持体に用いられている場合は、高分子結着剤としてラテックス系の高分子結着剤を使用することが好ましい。高分子結着剤としては、ポリオレフィン系、スチレン−ブタジエン系、アクリル系などを用いることができる。高分子結着剤の含有量は、多孔質セラミック層の0.5〜20質量%が好ましく、より好ましくは1〜8質量%である。   Various polymer binders can be used in combination in order to improve the adhesion between the ceramic particles and the adhesion between the support and the ceramic particles. In particular, when polyester or polypropylene, which is difficult to bond, is used for the support, it is preferable to use a latex polymer binder as the polymer binder. As the polymer binder, polyolefin, styrene-butadiene, acrylic, or the like can be used. The content of the polymer binder is preferably 0.5 to 20% by mass of the porous ceramic layer, and more preferably 1 to 8% by mass.

本発明では、電池用セパレータとしての強度を向上させるために、多孔質セラミック層が支持体と複合される。支持体としては、多孔フィルム、織布、不織布、編物等が挙げられる。支持体の材質としては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、アラミド、セルロース等を挙げることができる。支持体としては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、アラミド、セルロース等の繊維を用いた不織布であって、特に耐熱性に優れ、微細繊維の入手が容易な、ポリエステルやポリオレフィンの繊維を用いた不織布を用いるのが好ましい。不織布は、湿式法、乾式法、静電紡糸法等の各種方法で製造することができる。支持体としては、厚み10〜25μmであることが好ましく、空隙率は30〜80%であることが好ましい。より好ましくは、厚み12〜18μmであり、空隙率40〜70%である。   In the present invention, a porous ceramic layer is combined with a support in order to improve the strength as a battery separator. Examples of the support include a porous film, a woven fabric, a nonwoven fabric, and a knitted fabric. Examples of the material for the support include polyester, polyolefin, polyamide, aramid, and cellulose. The support is a non-woven fabric using fibers such as polyester, polyolefin, polyamide, aramid, cellulose, etc., and is particularly excellent in heat resistance and easy to obtain fine fibers, using non-woven fabric using polyester or polyolefin fibers. Is preferred. The nonwoven fabric can be produced by various methods such as a wet method, a dry method, and an electrostatic spinning method. As a support body, it is preferable that it is 10-25 micrometers in thickness, and it is preferable that a porosity is 30-80%. More preferably, the thickness is 12 to 18 μm and the porosity is 40 to 70%.

多孔質セラミック層は、支持体に、セラミック微粒子を含有する塗液を塗布または流延し、場合によってはゲル化させた後、乾燥させて得ることができる。塗布または流延の方法としては、エアドクターコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、ロッドコーター、スクイズコーター、含浸コーター、グラビアコーター、キスロールコーター、ダイコーター、リバースロールコーター、トランスファーロールコーター、スプレーコーター等を用いた方法を使用することができる。多孔質セラミック層の塗工量は、乾燥質量で0.5〜50g/mであることが好ましく、より好ましくは1〜30g/mである。乾燥後、別に熱カレンダー処理を施して、得られた電池用セパレータの厚みを調整することも可能である。支持体を有する電池用セパレータの好ましい厚みは、10〜30μmであり、より好ましくは12〜25μmである。 The porous ceramic layer can be obtained by applying or casting a coating liquid containing ceramic fine particles on a support, gelling in some cases, and then drying. As an application or casting method, an air doctor coater, blade coater, knife coater, rod coater, squeeze coater, impregnation coater, gravure coater, kiss roll coater, die coater, reverse roll coater, transfer roll coater, spray coater, etc. The method used can be used. The coating amount of the porous ceramic layer is preferably 0.5 to 50 g / m 2 by dry weight, more preferably from 1 to 30 g / m 2. It is also possible to adjust the thickness of the obtained battery separator by performing another heat calendering process after drying. The preferable thickness of the battery separator having a support is 10 to 30 μm, more preferably 12 to 25 μm.

得られた電池用セパレータは、裁断されてリチウム二次電池用の電極材料間に挟み込まれて、電解液を注入し、電池を封止して、リチウム二次電池となる。正極を構成する材料は主に、活物質とカーボンブラック等の導電剤、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブタジエンゴム等のバインダーであって、活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(NMC)やアルミニウムマンガン酸リチウム(AMO)などのリチウムマンガン複合酸化物、鉄リン酸リチウムなどが用いられる。これらは混合されて、集電体であるアルミニウム箔上に塗布されて正極となる。   The obtained battery separator is cut and sandwiched between electrode materials for a lithium secondary battery, an electrolyte is injected, the battery is sealed, and a lithium secondary battery is obtained. The material constituting the positive electrode is mainly an active material and a conductive agent such as carbon black, a binder such as polyvinylidene fluoride and styrene butadiene rubber, and as the active material, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, A lithium manganese composite oxide such as lithium nickel manganese cobaltate (NMC) or lithium aluminum manganate (AMO), lithium iron phosphate, or the like is used. These are mixed and applied onto an aluminum foil as a current collector to form a positive electrode.

負極を構成する材料は主に、活物質と導電剤、バインダーであって、活物質としては、黒鉛、非晶質炭素材料、ケイ素、リチウム、リチウム合金などが用いられる。これらは混合されて、集電体である銅箔上に塗布されて負極となる。リチウム二次電池は、正極、負極間にセパレータを挟み込み、ここに電解液を含浸させて、イオン伝導性を持たせて導通させる。リチウム二次電池では非水系電解液が用いられるが、一般的に、これは溶媒と支持電解質で構成させる。溶媒として用いられるのは、例えばエチレンカーボネイト(EC)、プロピレンカーボネイト(PC)、ジエチルカーボネイト(DEC)、ジメチルカーボネイト(DMC)、エチルメチルカーボネイト(EMC)及び添加剤的な働きを有するビニレンカーボネイト、ビニルエチレンカーボネイト等のカーボネイト系である。ジメトキシエタン(DME)を用いることもできる。支持電解質としては、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウムのほかに、LiN(SOCFなどの有機リチウム塩なども用いられる。イオン液体も利用できる。また、ポリエチレングリコールやその誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリシロキサンやその誘導体、ポリフッ化ビニリデンなどのゲル状ポリマーにリチウム塩を溶解させたゲル状の電解質を使用することもできる。 The material constituting the negative electrode is mainly an active material, a conductive agent, and a binder. As the active material, graphite, amorphous carbon material, silicon, lithium, lithium alloy and the like are used. These are mixed and applied onto a copper foil as a current collector to form a negative electrode. In a lithium secondary battery, a separator is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode, and an electrolytic solution is impregnated therein to provide ionic conductivity and conduct. In the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte solution is used. Generally, this is composed of a solvent and a supporting electrolyte. As the solvent, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and vinylene carbonate having an additive function, vinyl Carbonate type such as ethylene carbonate. Dimethoxyethane (DME) can also be used. As the supporting electrolyte, in addition to lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate, an organic lithium salt such as LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is also used. Ionic liquids can also be used. Further, a gel electrolyte in which a lithium salt is dissolved in a gel polymer such as polyethylene glycol or a derivative thereof, polymethacrylic acid derivative, polysiloxane or a derivative thereof, or polyvinylidene fluoride can also be used.

外装体としては、アルミニウムやステンレススチール等の金属円筒缶や角形缶、アルミニウム箔をポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等でラミ加工したラミネートフィルムを用いたシート型の外装体が利用できる。また、積層化してスタッキングして用いることや、円柱状に回旋して用いることもできる。   As the exterior body, a metal cylindrical can such as aluminum or stainless steel, a rectangular can, a sheet-type exterior body using a laminate film obtained by laminating aluminum foil with polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, or the like can be used. Further, it can be used by stacking and stacking, or it can be used by rotating in a cylindrical shape.

次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these at all.

(実施例1)
アルミナ(大明化学製、粒状ベーマイト、商品名:C06)40質量部を、80℃に加熱した濃度2質量%酢酸マグネシウム水溶液200質量部に分散させた。次に、水酸化ナトリウムをゆっくりと添加して、pH8として、そのまま12時間加熱を続けた。これを1000質量部の水中に希釈して、濾過、洗浄を繰り返して、酢酸ナトリウムを除去した。さらに、120℃で乾燥させて、水酸化マグネシウム被覆アルミナを得た。さらに、この材料を350℃で12時間加熱して、酸化マグネシウム被覆アルミナとした。
(Example 1)
40 parts by mass of alumina (manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., granular boehmite, trade name: C06) was dispersed in 200 parts by mass of a 2% by mass magnesium acetate aqueous solution heated to 80 ° C. Next, sodium hydroxide was slowly added to adjust the pH to 8, and heating was continued for 12 hours. This was diluted in 1000 parts by mass of water, filtered and washed repeatedly to remove sodium acetate. Furthermore, it was dried at 120 ° C. to obtain magnesium hydroxide-coated alumina. Further, this material was heated at 350 ° C. for 12 hours to obtain magnesium oxide-coated alumina.

次に、下記の材料をホモジナイザー(プライミクス製、商品名:T.K.HOMODISPER Model 2.5、回転数2500rpm)で3時間撹拌して、分散液(1)を作製した。   Next, the following material was stirred for 3 hours with a homogenizer (manufactured by Primex, trade name: TK HODISPER Model 2.5, rotation speed 2500 rpm) to prepare dispersion (1).

水酸化マグネシウム被覆アルミナ 40質量部
ラウリン酸ナトリウム 0.01質量部
特殊カルボン酸型高分子活性剤(花王製、商品名:ポアズ520) 0.5質量部
蒸留水 100質量部
Magnesium hydroxide-coated alumina 40 parts by weight Sodium laurate 0.01 parts by weight Special carboxylic acid type polymer activator (trade name: Poaz 520 manufactured by Kao) 0.5 parts by weight distilled water 100 parts by weight

得られた分散液(1)100質量部に、濃度0.6質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液(日本製紙製、商品名:MAC500LC)100質量部とアクリル樹脂(JSR製、商品名:TRD−202A、濃度40.2質量%)を4.0質量部添加して、塗液(1)を作製した。   To 100 parts by mass of the obtained dispersion (1), a sodium carboxymethylcellulose aqueous solution having a concentration of 0.6% by mass (made by Nippon Paper Industries Co., Ltd., trade name: MAC500LC) and an acrylic resin (manufactured by JSR, trade name: TRD-202A) 4.0 parts by mass of 40.2% by mass) was added to prepare a coating liquid (1).

次に、延伸レギュラーポリエチレンテレフタレート(PET)繊維(0.1dtex、長さ3mm)75質量部、未延伸PET繊維(0.2dtex、長さ4mm)25質量部の構成で、湿式法により目付量9g/mのウェッブを作製した。この時の乾燥温度は130℃であった。次に、220℃で熱カレンダー処理をウェッブに施し、厚み15μmの不織布である支持体(1)を作製した。得られた塗液(1)を支持体(1)に含浸させて、100℃で乾燥させて、厚み25μmのセパレータ(1)を作製した。 Next, 75 g of stretched regular polyethylene terephthalate (PET) fiber (0.1 dtex, length 3 mm) and 25 parts by weight of unstretched PET fiber (0.2 dtex, length 4 mm), and a basis weight of 9 g by a wet method. A web of / m 2 was produced. The drying temperature at this time was 130 ° C. Next, a thermal calendar process was performed on the web at 220 ° C. to prepare a support (1) which was a nonwoven fabric having a thickness of 15 μm. The obtained coating liquid (1) was impregnated into the support (1) and dried at 100 ° C. to produce a separator (1) having a thickness of 25 μm.

(実施例2)
実施例1における水酸化マグネシウム被覆アルミナを酸化マグネシウム被覆アルミナとした以外は、同様にして厚み25μmのセパレータ(2)を作製した。
(Example 2)
A separator (2) having a thickness of 25 μm was prepared in the same manner except that the magnesium hydroxide-coated alumina in Example 1 was changed to magnesium oxide-coated alumina.

(比較例1)
実施例1において、酸化マグネシウム被覆アルミナの代わりに、アルミナ(大明化学製粒状ベーマイト、商品名:C06)を、そのまま用いて、比較セパレータ(1)とした。
(Comparative Example 1)
In Example 1, instead of magnesium oxide-coated alumina, alumina (granular boehmite manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., trade name: C06) was used as it was to obtain a comparative separator (1).

(比較例2)
下記の材料をホモジナイザー(プライミクス製、商品名:T.K.HOMODISPER Model 2.5、回転数2500rpm)で3時間撹拌して、比較分散液を作製した。
(Comparative Example 2)
The following materials were stirred for 3 hours with a homogenizer (manufactured by PRIMIX, trade name: TK HODISPER Model 2.5, rotation speed 2500 rpm) to prepare a comparative dispersion.

アルミナ(大明化学工業製、商品名:C06) 36質量部
水酸化マグネシウム(協和化学工業製、商品名:キスマ(登録商標)5P) 4質量部
特殊カルボン酸型高分子活性剤(花王製、商品名:ポアズ520) 0.5質量部
蒸留水 120質量部
Alumina (manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., trade name: C06) 36 parts by mass magnesium hydroxide (manufactured by Kyowa Chemical Industry, trade name: Kisuma (registered trademark) 5P) Name: Poise 520) 0.5 parts by weight distilled water 120 parts by weight

得られた比較分散液100質量部に、濃度0.6質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液(日本製紙製、商品名:MAC500LC)100質量部とアクリル樹脂(JSR製、商品名:TRD−202A、濃度40.2質量%)を4.0質量部添加して、比較塗液を作製した。次に、比較塗液を支持体(1)に含浸させて、100℃で乾燥させて、厚み25μmの比較セパレータ(2)を作製した。   To 100 parts by mass of the obtained comparative dispersion, 100 parts by mass of 0.6 mass% sodium carboxymethylcellulose aqueous solution (manufactured by Nippon Paper Industries, trade name: MAC500LC) and acrylic resin (manufactured by JSR, trade name: TRD-202A, concentration 40). .2 mass%) was added to 4.0 parts by mass to prepare a comparative coating solution. Next, the support (1) was impregnated with the comparative coating liquid and dried at 100 ° C. to prepare a comparative separator (2) having a thickness of 25 μm.

(比較例3)
実施例1において、水酸化マグネシウム被覆アルミナの代わりに、水酸化マグネシウム(協和化学工業製、商品名:キスマ(登録商標)5P)を、そのまま用いて、比較セパレータ(3)とした。
(Comparative Example 3)
In Example 1, instead of magnesium hydroxide-coated alumina, magnesium hydroxide (manufactured by Kyowa Chemical Industry, trade name: Kisuma (registered trademark) 5P) was used as it was to obtain a comparative separator (3).

[電池特性の評価]
アルミニウム箔上に、マンガン酸リチウム、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを100/5/3の質量比で200g/m塗工し、溶剤を乾燥して、さらにプレスをかけて正極を作製した。一方、銅箔上に、球状人造黒鉛、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを85/15/5の質量比で100g/m塗工し、乾燥後プレスをかけて負極を作製した。
[Evaluation of battery characteristics]
On the aluminum foil, 200 g / m 2 of lithium manganate, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were applied at a mass ratio of 100/5/3, the solvent was dried, and further pressed to produce a positive electrode. On the other hand, spherical artificial graphite, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were coated at a mass ratio of 85/15/5 on a copper foil at a rate of 100 g / m 2 , dried and pressed to prepare a negative electrode.

得られた両電極間にセパレータを挟み込み、95℃、0.01MPa以下の減圧化で12時間加熱した後、宇部興産製のリチウム二次電池用電解液(商品名:ピュアライト、溶媒:EC/DEC/DME=1/1/1(体積比)、支持電解質:六フッ化リン酸リチウム1mol/l)を滴下し、減圧化でアルミニウム箔ラミネートフィルム中に封止して、リチウム二次電池を作製した。次に、作製したリチウム二次電池を0.2Cで4.2Vまで充電し、その後0.2Cで放電を行った。この時、最初に0.2Cの条件で行った放電容量の充電容量に対する比率を測定した。また、0.2C(300分の放電時間)の条件での放電開始から30分後の電圧時を電圧降下値として内部抵抗を測定した。結果を表1に与えた。次に、電池を90℃で24時間加熱放置した後、同様に0.2Cの条件で充放電を行い、放電容量と充電容量の比率を測定した。   A separator was sandwiched between the obtained electrodes and heated at 95 ° C. under reduced pressure of 0.01 MPa or less for 12 hours, and then an electrolyte for a lithium secondary battery manufactured by Ube Industries (trade name: Purelite, solvent: EC / DEC / DME = 1/1/1 (volume ratio), supporting electrolyte: lithium hexafluorophosphate 1 mol / l) was dropped, and sealed in an aluminum foil laminate film by reducing the pressure, and the lithium secondary battery was Produced. Next, the produced lithium secondary battery was charged to 4.2 V at 0.2 C, and then discharged at 0.2 C. At this time, the ratio of the discharge capacity initially performed under the condition of 0.2 C to the charge capacity was measured. Further, the internal resistance was measured with the voltage drop value taken as the voltage 30 minutes after the start of discharge under the condition of 0.2 C (discharge time of 300 minutes). The results are given in Table 1. Next, the battery was left to stand at 90 ° C. for 24 hours, and then charged and discharged under the same conditions of 0.2 C, and the ratio between the discharge capacity and the charge capacity was measured.

Figure 2015046330
Figure 2015046330

実施例1〜2と比較例1との比較から、塩基性酸化物で被覆された両性セラミック微粒子を用いると、初期電池特性の性能を落とさずに、加熱経時に耐える電池が得られることがわかる。比較例2は、単にアルミナと水酸化マグネシウムを併用した系であるが、これでは両性セラミック微粒子であるアルミナの表面が残っており、加熱経時の性能が劣化した。さらに、比較例3では、水酸化マグネシウムのみをセラミック微粒子として使用しているが、内部抵抗が増大して好ましくない結果となった。以上より、良好な初期特性が得られて、かつ加熱経時による容量低下を抑制できるのは、実施例により作製された電池であった。また、実施例1と実施例2を比較すると、塩基性酸化物が酸化マグネシウムである場合、加熱経時による容量低下をより抑制できることがわかる。   From comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it is understood that when amphoteric ceramic fine particles coated with a basic oxide are used, a battery that can withstand heating with time is obtained without degrading the performance of the initial battery characteristics. . Comparative Example 2 is a system in which alumina and magnesium hydroxide are used in combination, but with this, the surface of alumina which is amphoteric ceramic fine particles remains, and the performance with heating deteriorates. Furthermore, in Comparative Example 3, only magnesium hydroxide was used as the ceramic fine particles, but the internal resistance increased, resulting in an undesirable result. From the above, it was the battery produced according to the example that good initial characteristics were obtained and that the capacity decrease with time of heating could be suppressed. Moreover, when Example 1 and Example 2 are compared, when a basic oxide is magnesium oxide, it turns out that the capacity | capacitance fall by heating aging can be suppressed more.

本発明の電池用セパレータは、リチウム二次電池用セパレータのほか、キャパシター用セパレータとして利用できる。   The battery separator of the present invention can be used as a capacitor separator in addition to a lithium secondary battery separator.

Claims (2)

セラミック微粒子を含有してなる多孔質セラミック層と支持体を複合した電池用セパレータにおいて、セラミック微粒子が両性セラミック微粒子であり、セラミック微粒子表面が塩基性酸化物で被覆されていることを特徴とする電池用セパレータ。   A battery separator comprising a composite of a porous ceramic layer containing ceramic fine particles and a support, wherein the ceramic fine particles are amphoteric ceramic fine particles, and the surface of the ceramic fine particles is coated with a basic oxide. Separator for use. 塩基性酸化物が酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項1記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to claim 1, wherein the basic oxide is magnesium oxide.
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