JP2015191871A - Membrane electrode composite and method for manufacturing the same, and electrochemical element - Google Patents

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豊寿 毛利
聡 根本
Satoshi Nemoto
聡 根本
孝之 西村
Takayuki Nishimura
孝之 西村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane electrode composite including a fine porous membrane that can be reduced in thickness and has a high porosity.SOLUTION: A membrane electrode composite includes an electrode and a fine porous membrane including fibers, at least a part of the fine porous membrane adhering to the electrode. A method for manufacturing a membrane electrode composite includes: a dispersion step of dispersing fibers on an electrode; a membrane formation step of binding the fibers to one another to form a fine porous membrane; and an integration step of integrating the fine porous membrane and the electrode.

Description

本発明は、特に、二次電池又はキャパシタに好適な膜電極複合体及びその製造方法、並びに、電気化学素子に関する。   The present invention particularly relates to a membrane electrode composite suitable for a secondary battery or a capacitor, a method for producing the same, and an electrochemical device.

近年、化石資源の枯渇やCO削減といった環境問題に対応するためにエネルギー源としての電気の利用が高まりつつある。そこで、自動車業界では二次電池を利用した電気自動車の開発が盛んに行われている。また、太陽光、風力等の自然エネルギーの有効利用の観点からも二次電池は注目を浴びている。 In recent years, the use of electricity as an energy source is increasing in order to cope with environmental problems such as depletion of fossil resources and CO 2 reduction. Therefore, the development of electric vehicles using secondary batteries is actively performed in the automobile industry. Secondary batteries are also attracting attention from the viewpoint of effective use of natural energy such as sunlight and wind power.

電気自動車の駆動用の二次電池としては、一般に、出力とエネルギー密度の関係から現時点ではリチウムイオン二次電池が採用されている。一方で、より高いエネルギー密度、出力、安全性等の観点から次世代電池の開発に各社力を注いでおり、大きな市場が期待される分野である。   As a secondary battery for driving an electric vehicle, in general, a lithium ion secondary battery is currently employed from the relationship between output and energy density. On the other hand, each company is devoted to the development of next-generation batteries from the viewpoint of higher energy density, power output, safety, etc., and this is a field where a large market is expected.

一方、リチウムイオン二次電池に限らず、一次電池やコンデンサには紙、不織布、微多孔フィルム等のセパレータが使用されている。一般的にセパレータに要求される性能は、正負極間の短絡防止、電解液に対する化学的安定性、低い内部抵抗等である。これらの要求性能はデバイス間によって求められる程度には差があるが、種類によらずセパレータに共通して求められる特性でもある。   On the other hand, not only lithium ion secondary batteries, but separators such as paper, non-woven fabric, and microporous film are used for primary batteries and capacitors. In general, the performance required for the separator is prevention of short circuit between the positive and negative electrodes, chemical stability against the electrolyte, low internal resistance, and the like. Although these required performances vary depending on the degree required between devices, they are characteristics commonly required for separators regardless of the type.

そして、ほとんどのリチウムイオン二次電池のセパレータには、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンで作られた微多孔膜が採用されている。これらの微多孔膜は、リチウムイオン二次電池に適した幾つかの特徴を有する。例えば、
1)電解液に対して化学的に安定であり、セパレータにより致命的な欠陥を起こさない。
2)セパレータの厚みを自由に設計することができるため、様々な要求に対応したセパレータの提供が可能である。
3)細孔径のサイズを小さく設計することができるため、リチウム遮断特性が優れ、リチウムデンドライトによる短絡が発生し難い。
4)リチウムイオン二次電池が熱暴走を起こした際に、ポリオレフィンが溶融閉塞し、初期の熱暴走を抑制することが可能である。
といった点である。
And the separator of most lithium ion secondary batteries employs a microporous membrane made of polyolefin such as polypropylene or polyethylene. These microporous membranes have several characteristics suitable for lithium ion secondary batteries. For example,
1) It is chemically stable to the electrolyte and does not cause a fatal defect due to the separator.
2) Since the thickness of the separator can be designed freely, it is possible to provide a separator that meets various requirements.
3) Since the pore size can be designed to be small, the lithium barrier property is excellent, and a short circuit due to lithium dendrite hardly occurs.
4) When a lithium ion secondary battery undergoes thermal runaway, the polyolefin melts and closes, and initial thermal runaway can be suppressed.
It is such a point.

ポリオレフィンを材料としたセパレータは、上述の通り、電池が高温になった際に溶融閉塞して電池内の反応を停止し、電池温度のさらなる上昇を抑制する機構を保持している。しかしながら、稀にセパレータが溶融閉塞した後にも電池の温度が上昇することがある。この場合、セパレータが更に溶融して大きな穴が開くメルトダウンが発生し、電極が短絡する恐れがある。このようなメルトダウンの発生が、電池の熱暴走の一因であるとされている。   As described above, the separator made of polyolefin has a mechanism that melts and closes when the battery becomes high temperature, stops the reaction in the battery, and suppresses further increase in the battery temperature. However, the battery temperature may rise even after the separator has melted and closed. In this case, the separator is further melted to cause a meltdown in which a large hole is opened, and the electrodes may be short-circuited. The occurrence of such meltdown is considered to be a cause of battery thermal runaway.

メルトダウンを防ぐための手法として、ポリオレフィン製の微多孔膜の表面に、無機酸化物の微粒子及びバインダーの混合物からなる耐熱層を設ける技術(特許文献1)が知られている。しかしながら、このような積層構造のセパレータを用いる場合は、セパレータの厚みが大きくなり、同一体積の電池に収容可能な単位電池層数が低下し、また、セパレータの電気抵抗値が増大するために、電池の小型化及び高性能化が困難となるおそれがある。   As a technique for preventing meltdown, a technique (Patent Document 1) is known in which a heat resistant layer made of a mixture of fine particles of inorganic oxide and a binder is provided on the surface of a microporous membrane made of polyolefin. However, when using a separator having such a laminated structure, the thickness of the separator increases, the number of unit battery layers that can be accommodated in a battery of the same volume decreases, and the electrical resistance value of the separator increases. There is a possibility that it is difficult to reduce the size and performance of the battery.

一方、無機酸化物の微粒子及びバインダーの混合物からなる単層の微多孔膜をセパレータとして電極間に設けることが提案されている(特許文献2、特許文献3)。この場合、ポリオレフィン製の微多孔膜が不要となるので、微多孔膜の薄膜化が可能である。   On the other hand, it has been proposed to provide a single-layer microporous film made of a mixture of inorganic oxide fine particles and a binder between electrodes as a separator (Patent Documents 2 and 3). In this case, since the polyolefin microporous film is not required, the microporous film can be thinned.

特開2006−318892号公報JP 2006-318892 A 特開平10−241656号公報JP-A-10-241656 特開2005−294216号公報JP-A-2005-294216

しかし、微粒子の集積物によって形成される微多孔膜では空孔率を高めることが困難である。したがって、そのような微多孔膜からなるセパレータは電解液を保持しにくく、電極間のイオン伝導性を確保することが困難となるおそれがある。   However, it is difficult to increase the porosity in a microporous film formed by an accumulation of fine particles. Therefore, a separator made of such a microporous membrane is difficult to hold an electrolyte solution, and it may be difficult to ensure ion conductivity between electrodes.

本発明は上記の状況に鑑みて為されたものであり、薄膜化が可能であり、且つ、高い空孔率を有する微多孔膜を備えた膜電極複合体を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a membrane electrode assembly including a microporous membrane that can be thinned and has a high porosity.

鋭意検討の結果、本発明者は、繊維製の微多孔膜をセパレータとして使用することで、薄膜化が可能であり、且つ、高い空孔率を実現可能であることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies, the present inventor has found that the use of a microporous membrane made of fiber as a separator makes it possible to reduce the thickness and achieve a high porosity, thereby completing the present invention. I let you.

すなわち、本発明は、電極及び繊維を含む微多孔膜を備え、前記微多孔膜の少なくとも一部が前記電極に固着している膜電極複合体に関する。   That is, the present invention relates to a membrane electrode assembly including a microporous membrane including an electrode and a fiber, and at least a part of the microporous membrane is fixed to the electrode.

前記微多孔膜は繊維集積体の形態であることが好ましい。   The microporous membrane is preferably in the form of a fiber assembly.

前記前記繊維の平均繊維径は0.5μm以下であることが好ましい。   The average fiber diameter of the fibers is preferably 0.5 μm or less.

前記微多孔膜の厚さは30μm以下であることが好ましい。   The thickness of the microporous membrane is preferably 30 μm or less.

前記繊維はセルロース繊維であることが好ましい。   The fibers are preferably cellulose fibers.

前記微多孔膜はバインダーを含んでもよい。   The microporous film may contain a binder.

前記バインダーは少なくともカルボキシ基及び/又は水酸基を有することが好ましい。   The binder preferably has at least a carboxy group and / or a hydroxyl group.

前記微多孔膜の空孔率は30%以上であることが好ましい。   The porosity of the microporous membrane is preferably 30% or more.

本発明は、
繊維を電極上に分散させる分散工程、
前記繊維同士を結合して微多孔膜を形成する膜形成工程、及び、
前記微多孔膜及び前記電極を一体化する一体化工程
を含む、膜電極複合体の製造方法にも関する。
The present invention
A dispersion step of dispersing the fiber on the electrode;
A film forming step of bonding the fibers to form a microporous film; and
The present invention also relates to a method for producing a membrane electrode assembly including an integration step of integrating the microporous membrane and the electrode.

前記膜形成工程及び前記一体化工程を一工程で行うことが好ましく、また、前記分散工程、前記膜形成工程及び前記一体化工程の全てを一工程で行うことが好ましい。   The film formation step and the integration step are preferably performed in one step, and all of the dispersion step, the film formation step and the integration step are preferably performed in one step.

本発明は、膜電極複合体を備える電気化学素子にも関する。   The present invention also relates to an electrochemical device comprising a membrane electrode assembly.

前記電気化学素子は電池又はキャパシタであることが好ましい。前記電池は二次電池であることが好ましく、リチウムイオン二次電池であることがより好ましい。   The electrochemical element is preferably a battery or a capacitor. The battery is preferably a secondary battery, and more preferably a lithium ion secondary battery.

本発明の膜電極複合体における微多孔膜は薄膜化が可能であり、且つ、高い空孔率を有することができる。   The microporous membrane in the membrane electrode assembly of the present invention can be thinned and can have a high porosity.

本発明の膜電極複合体は、セパレータとしての微多孔膜の薄膜化により、全体の厚みを抑制することができるので、同一体積の電池に収容可能な単位電池層数が増大し、電池容量が向上する。また、前記微多孔膜の薄膜化によりその電気抵抗値を低減することが可能であり、更に、コスト低減を図ることもできる。   Since the membrane electrode assembly of the present invention can suppress the overall thickness by thinning the microporous membrane as a separator, the number of unit battery layers that can be accommodated in a battery of the same volume is increased, and the battery capacity is increased. improves. Further, the electrical resistance value can be reduced by reducing the thickness of the microporous film, and the cost can be further reduced.

そして、本発明の膜電極複合体は、セパレータとしての微多孔膜が高い空孔率を有するので、当該空孔に電解液を容易に保持することが可能である。したがって、本発明の膜電極複合体は電極間のイオン伝導性を良好に確保することができる。   In the membrane electrode assembly of the present invention, since the microporous membrane as the separator has a high porosity, it is possible to easily hold the electrolytic solution in the pores. Therefore, the membrane electrode assembly of the present invention can ensure good ion conductivity between the electrodes.

これにより、本発明の膜電極複合体を備える電気化学素子は小型化及び高性能化が容易である。   Thereby, an electrochemical element provided with the membrane electrode assembly of the present invention can be easily reduced in size and performance.

本発明の膜電極複合体における微多孔膜は繊維製であるので、繊維の絡み合いにより、高い強度を発揮することができる。したがって、微粒子の集積物によって形成される微多孔膜に比べて、優れた強度を発揮することができる。   Since the microporous membrane in the membrane electrode assembly of the present invention is made of fiber, high strength can be exhibited by the entanglement of the fibers. Therefore, superior strength can be exhibited as compared with a microporous film formed by an accumulation of fine particles.

特に、微多孔膜を構成する繊維としてセルロース繊維を使用する場合は、ポリオレフィンに比較してセルロースが高い耐熱性を備えるために、微多孔膜は耐熱性に優れており、また、当該微多孔膜を備える本発明の膜電極複合体も優れた耐熱性を備えることができる。   In particular, when cellulose fibers are used as the fibers constituting the microporous membrane, since the cellulose has higher heat resistance than polyolefin, the microporous membrane is excellent in heat resistance. The membrane electrode assembly of the present invention comprising can also have excellent heat resistance.

また、本発明の膜電極複合体の製造方法では、微多孔膜を電極に固着することが容易であり、本発明の膜電極複合体を容易に製造することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the membrane electrode composite of this invention, it is easy to adhere a microporous film to an electrode, and the membrane electrode composite of this invention can be manufactured easily.

本発明の膜電極複合体は、電極及び繊維を含む微多孔膜を備えており、微多孔膜の少なくとも一部が電極に固着している。前記微多孔膜の表面の50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上、更により好ましくは全てが前記電極に固着していることが好ましい。   The membrane electrode assembly of the present invention includes a microporous membrane containing electrodes and fibers, and at least a part of the microporous membrane is fixed to the electrode. It is preferable that 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably all of the surface of the microporous membrane is fixed to the electrode.

ここで、「固着」とは、微多孔膜が電極の表面に(1)直接接触し、且つ、固定されていること、(2)中間層を介して間接的に固定されていること、のいずれかの態様を意味する。したがって、本発明の膜電極複合体においては、電極及び微多孔膜は一体化されている。本発明の膜電極複合体に含まれる微多孔膜の数に制限はないが、小型化のためには、1つの膜電極複合体につき1つの微多孔膜を含むことが好ましい。なお、微多孔膜の薄膜化の観点からは微多孔膜が電極の表面に直接接触している(1)の態様が好ましい。前記(2)の中間層は特に限定されるものではないが、例えば、微多孔膜が固着する電極が正極の場合は、正極側の微多孔膜の表面が酸化劣化するのを防ぐ目的で耐酸化層を中間層として設けることが好ましい。また、中間層の別の例として、耐熱性を向上させる目的でアルミナ、シリカ、セラミック等の無機粒子及びバインダーを含む耐熱層を設けてもよい。   Here, “adhesion” means that the microporous membrane is (1) directly in contact with and fixed to the surface of the electrode, and (2) is indirectly fixed via an intermediate layer. Mean any embodiment. Therefore, in the membrane electrode assembly of the present invention, the electrode and the microporous membrane are integrated. The number of microporous membranes included in the membrane electrode assembly of the present invention is not limited, but it is preferable to include one microporous membrane per membrane electrode assembly for miniaturization. From the viewpoint of reducing the thickness of the microporous film, the mode (1) in which the microporous film is in direct contact with the surface of the electrode is preferable. The intermediate layer of (2) is not particularly limited. For example, when the electrode to which the microporous film is fixed is a positive electrode, it is acid resistant for the purpose of preventing the surface of the microporous film on the positive electrode side from being deteriorated by oxidation. It is preferable to provide a chemical layer as an intermediate layer. As another example of the intermediate layer, a heat-resistant layer containing inorganic particles such as alumina, silica, and ceramic and a binder may be provided for the purpose of improving heat resistance.

[微多孔膜]
本発明の膜電極複合体における微多孔膜は、それ自体で膜としての形状を維持できる自立性(self-standing)であってもよく、また、それ自体では膜としての形状を維持できない非自立性(non-self-standing)であってもよいが、薄膜化の観点からは、非自立性であることが好ましい。なお、微多孔膜が自立性の場合は、微多孔膜を電極から剥離することが可能である。
[Microporous membrane]
The microporous membrane in the membrane electrode assembly of the present invention may be self-standing capable of maintaining its shape as a membrane itself, or non-self-supporting as it cannot maintain its shape as a membrane by itself. Although it may be non-self-standing, it is preferably non-self-standing from the viewpoint of thinning. When the microporous film is self-supporting, it is possible to peel the microporous film from the electrode.

本発明の膜電極複合体における微多孔膜は少なくとも1種の繊維を含む。無機酸化物等の微粒子の集積体から構成される微多孔膜に比べて、本発明では、繊維の集積体から微多孔膜が構成されているので、微多孔膜の空孔率を高めることができる。   The microporous membrane in the membrane electrode assembly of the present invention contains at least one type of fiber. Compared to a microporous membrane composed of an aggregate of fine particles of inorganic oxide or the like, in the present invention, the microporous membrane is composed of an aggregate of fibers, so that the porosity of the microporous membrane can be increased. it can.

ここで「繊維」とは、一般に、太さに比して十分な長さ(例えば、アスペクト比が300以上、500以上、800以上又は1000以上)を有する、細くて柔軟性を有するものであり、典型的には、長い連続状の繊維が長繊維(フィラメント)とされ、短い繊維が短繊維(ステープル)とされる。本発明における「繊維」には、アスペクト比が比較的小さい粒子、例えば、アスペクト比が100未満、50未満、30未満又は10未満の粒子は含まれない。   Here, the “fiber” is generally thin and flexible having a sufficient length (for example, an aspect ratio of 300 or more, 500 or more, 800 or more, or 1000 or more) as compared with the thickness. Typically, long continuous fibers are long fibers (filaments), and short fibers are short fibers (staples). The “fiber” in the present invention does not include particles having a relatively small aspect ratio, for example, particles having an aspect ratio of less than 100, less than 50, less than 30, or less than 10.

本発明の微多孔膜は、薄膜化の観点からは、繊維が膜の中で均一に分布していることが好ましい。均一でない箇所が生じると、薄膜化が困難なだけでなく、微多孔膜の厚みが比較的大きくても、絶縁性が保てず電極間の短絡を引き起こすおそれが増大したり、機械的強度が極度に下がるおそれがある。そこで繊維を均一に分布させるために、繊維の大きさ、形状をなるべく一定範囲に揃えるとともに、電極上へ分散させる際の繊維の分散性を適宜調整することが好ましい。   In the microporous membrane of the present invention, it is preferable that the fibers are uniformly distributed in the membrane from the viewpoint of thinning. When non-uniform portions occur, not only thinning is difficult, but even if the thickness of the microporous film is relatively large, there is an increased possibility that the insulation cannot be maintained and a short circuit between the electrodes is caused, and the mechanical strength is increased. There is a risk of going down extremely. Therefore, in order to uniformly distribute the fibers, it is preferable to adjust the size and shape of the fibers within a certain range as much as possible, and appropriately adjust the dispersibility of the fibers when dispersed on the electrode.

本発明で使用される繊維は細繊維であることが好ましく、極細繊維であることがより好ましい。具体的には、繊維の平均繊維径は、0.5μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましい。平均繊維径とは、繊維断面の面積を真円の同じ面積の直径に換算した値を指す。平均繊維径が0.5μmより大きい場合、微多孔膜の薄膜化が困難となるおそれがある。また、前記のとおり、微多孔膜中の繊維を均一に分布させる観点からは、繊維径のばらつきをできるだけ抑えることが好ましい。   The fibers used in the present invention are preferably fine fibers, and more preferably ultrafine fibers. Specifically, the average fiber diameter of the fibers is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.3 μm or less. An average fiber diameter refers to the value which converted the area of the fiber cross section into the diameter of the same area of a perfect circle. When the average fiber diameter is larger than 0.5 μm, it may be difficult to reduce the thickness of the microporous film. Further, as described above, it is preferable to suppress variation in fiber diameter as much as possible from the viewpoint of uniformly distributing the fibers in the microporous membrane.

繊維の平均繊維長は、数平均繊維長で0.2〜2.0mmが好ましく、0.2〜1.7mmがより好ましく、0.5〜1.5mmが更により好ましい。繊維長が0.2mm未満の場合、微多孔膜の強度が不十分となるおそれがあり、2.0mmより長いと繊維同士が縺れて不具合が生じたり、前述した微多孔膜中の繊維の均一な分布が実現できないおそれがある。また、微多孔膜中の繊維を均一に分布させる観点からは、繊維長のばらつきをできるだけ抑えることが好ましい。   The average fiber length of the fibers is preferably a number average fiber length of 0.2 to 2.0 mm, more preferably 0.2 to 1.7 mm, and even more preferably 0.5 to 1.5 mm. If the fiber length is less than 0.2 mm, the strength of the microporous membrane may be insufficient. If the length is longer than 2.0 mm, the fibers may be twisted to cause defects, or the fibers in the microporous membrane may be uniform. Distribution may not be realized. Further, from the viewpoint of uniformly distributing the fibers in the microporous membrane, it is preferable to suppress variations in fiber length as much as possible.

本発明では、微多孔膜を構成する繊維の全重量(質量)に対して1μm以上、好ましくは2μm以上、より好ましくは3μm以上の平均繊維径を有する繊維が1重量(質量)%以上含まれていることが好ましく、3重量%以上含まれていることがより好ましく、5重量%以上含まれていることがより好ましい。1μm以上の平均繊維径を有する繊維が1重量%以上存在することで得られる微多孔膜の引裂強度等の強度を向上させることができる。なお、1μm以上の平均繊維径を有する繊維以外の繊維については、数〜数十nm程度の非常に細いナノファイバーを使用することも可能である。また、後述するキャスト法を採用する場合は、スラリーの粘度が極端に高くなるような繊維径が1μm未満の細い繊維のみを用いてスラリーを調製して使用することが困難であり、これを塗布可能とするためにはスラリーの低濃度化が必要となり、微多孔膜を形成するための乾燥コストが増え経済的ではない。   In the present invention, 1% by weight (mass)% or more of fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more, preferably 2 μm or more, and more preferably 3 μm or more with respect to the total weight (mass) of the fibers constituting the microporous membrane. It is preferable that it is contained in an amount of 3% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. Strength such as tear strength of the microporous membrane obtained by the presence of 1% by weight or more of fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more can be improved. For fibers other than fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more, it is possible to use very thin nanofibers of about several to several tens of nanometers. In addition, when adopting the cast method described later, it is difficult to prepare and use a slurry using only thin fibers having a fiber diameter of less than 1 μm so that the viscosity of the slurry becomes extremely high. In order to make this possible, it is necessary to reduce the concentration of the slurry, and the drying cost for forming the microporous membrane increases, which is not economical.

微多孔膜を構成する繊維に占める1μm以上の平均繊維径を有する繊維量の上限は特に限定されるものではないが、例えば、40重量%以下とすることができ、30重量%以下が好ましく、20重量%以下がより好ましい。   The upper limit of the amount of fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more in the fibers constituting the microporous membrane is not particularly limited, but can be, for example, 40% by weight or less, preferably 30% by weight or less, 20% by weight or less is more preferable.

繊維の材質は特には限定されるものではなく、天然繊維、再生繊維、合成繊維、無機繊維等を使用することができる。天然繊維としては、木材由来のセルロース繊維、麻、綿、サトウキビ等の非木材由来のセルロース繊維、バイオセルロース繊維、羊毛、絹等が挙げられる。再生繊維としては、溶剤紡糸セルロース繊維、キュプラ繊維等が挙げられる。合成繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリエステル、ポリエステル誘導体、アクリル系重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリテトラフルオロエチレン、これらの誘導体からなる単繊維又はこれらの樹脂を2種類以上複合してなる複合繊維が挙げられる。無機繊維としては、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、マイクロガラス繊維、ジルコニア繊維、窒化珪素繊維、炭化珪素繊維等が挙げられる。なお、複合繊維としては、芯鞘型、偏芯型、海島型、分割型等が挙げられる。分割型複合繊維としては、異なる成分からなる樹脂が相互に隣接してなる繊維が挙げられる。   The material of the fiber is not particularly limited, and natural fiber, regenerated fiber, synthetic fiber, inorganic fiber, and the like can be used. Examples of natural fibers include cellulose fibers derived from wood, cellulose fibers derived from non-wood such as hemp, cotton, and sugarcane, biocellulose fibers, wool, and silk. Examples of regenerated fibers include solvent-spun cellulose fibers and cupra fibers. Synthetic fibers include polypropylene, polyethylene, polymethylpentene, polyester, polyester derivatives, acrylic polymers, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymers, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl ether, polyvinyl ketone, poly Ether, polyvinyl alcohol, aliphatic polyamide, aromatic polyamide, wholly aromatic polyamide, wholly aromatic polyester, polyamideimide, polyimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polybenzimidazole, poly-p-phenylenebenzobisthiazole, poly -P-phenylene benzobisoxazole, polytetrafluoroethylene, single fiber consisting of these derivatives, or composite fiber formed by combining two or more of these resins. Examples of the inorganic fibers include silica / alumina fibers, alumina fibers, glass fibers, micro glass fibers, zirconia fibers, silicon nitride fibers, silicon carbide fibers, and the like. Examples of the composite fiber include a core-sheath type, an eccentric type, a sea-island type, and a split type. Examples of the split type composite fibers include fibers in which resins composed of different components are adjacent to each other.

微多孔膜に含まれる繊維はセルロース繊維であることが好ましい。ポリオレフィンに比べてセルロースは耐熱性が高いので、セルロース繊維を使用することにより、微多孔膜の耐熱性が向上する。   The fibers contained in the microporous membrane are preferably cellulose fibers. Since cellulose has higher heat resistance than polyolefin, the use of cellulose fibers improves the heat resistance of the microporous membrane.

本発明において使用可能なセルロース繊維は、特にセルロースI型、セルロースII型等のセルロースの型は限定されないが、コットン、コットンリンター、木材パルプに代表されるような、セルロースI型の天然繊維が好ましい。再生セルロースに代表されるセルロースII型の繊維はセルロースI型の繊維に比べ結晶化度が低くフィブリル化処理を行う際に、短繊維化しやすい傾向があるので好ましくない。   Cellulose fibers usable in the present invention are not particularly limited to cellulose types such as cellulose type I and cellulose type II, but cellulose type I natural fibers such as cotton, cotton linter and wood pulp are preferred. . Cellulose II type fibers typified by regenerated cellulose are not preferred because they have a lower crystallinity than cellulose I type fibers and tend to be shortened during fibrillation treatment.

本発明においては、セルロース繊維をミクロフィブリル化してもよい。セルロース繊維をミクロフィブリル化処理する装置は特に限定されるものではないが、例えば、高圧ホモジナイザー処理(マントン・ゴーリン型分散機による高圧分散処理)、ラニエタイプ圧力式ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー処理(アルテマイザーTM(スギノマシーン株式会社製))、ビーズミルや流星ミル等の分散装置、粒度16〜120番の砥粒を備える砥粒板を複数枚擦合せ配置した砥粒板擦合装置(マスコロイダー、増幸産業株式会社製)等のホモジナイザー等が挙げられる。また、ミクロフィブリル化処理する前にダブルディスクリファイナー、ビーター等製紙用で使用している叩解機を前処理に使用することも可能である。また、添加量は限られてくるが、TEMPO酸化触媒によってナノファイバー化されたセルロースナノファイバーを用いることも可能である。特に、本発明においてセルロース繊維を使用する場合は、当該セルロース繊維が、粒度16〜120番の砥粒を備える砥粒板を複数枚擦合せ配置した砥粒板擦合装置の擦合せ部に予め叩解処理したパルプスラリーを通過させる微細化処理、又は予め叩解処理したパルプスラリーを高圧ホモジナイザー処理する微細化処理を受けていることが好ましい。   In the present invention, cellulose fibers may be microfibrillated. The apparatus for microfibrillation treatment of cellulose fibers is not particularly limited. For example, high-pressure homogenizer treatment (high-pressure dispersion treatment using a Manton-Gorin type disperser), Lanier-type pressure homogenizer, ultra-high pressure homogenizer treatment (artemizer) TM (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.)), dispersing devices such as bead mills and meteor mills, and abrasive plate rubbing devices (mass colloider, MASUKO SANGYO) that rubbed and arranged a plurality of abrasive plates equipped with abrasive grains of size 16 to 120 And the like. It is also possible to use a beating machine used for papermaking such as a double disc refiner and a beater before the microfibrillation treatment. Moreover, although the addition amount is limited, it is also possible to use cellulose nanofibers that have been made into nanofibers with a TEMPO oxidation catalyst. In particular, when cellulose fibers are used in the present invention, the cellulose fibers are beaten in advance to the rubbing portion of an abrasive plate rubbing apparatus in which a plurality of abrasive plates having abrasive grains with a particle size of 16 to 120 are disposed. It is preferable that the refined process which passes the processed pulp slurry or the refined process which carries out the high pressure homogenizer process for the pulp slurry which carried out the beating process previously is preferable.

本発明における微多孔膜は、繊維間を繋ぐための接着剤として、バインダーを更に含んでもよい。バインダーを使用することにより、微多孔膜の強度を増大させることができ、例えば、微多孔膜を自立性とすることができる。   The microporous membrane in the present invention may further contain a binder as an adhesive for connecting the fibers. By using a binder, the strength of the microporous membrane can be increased. For example, the microporous membrane can be made self-supporting.

バインダーの材質は特に限定されるものではなく、例えば、各種の天然又は合成の高分子を1種又は2種以上組み合わせて使用することができる。高分子バインダーとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド−トリクロロエチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリエチレンオキシド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体、ポリイミド又はこれらの混合物等が挙げられる。   The material of the binder is not particularly limited, and for example, various kinds of natural or synthetic polymers can be used alone or in combination of two or more. Examples of the polymer binder include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene copolymer, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl acetate, ethylene vinyl acetate copolymer, Examples include polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, pullulan, carboxymethyl cellulose, acrylonitrile styrene butadiene copolymer, polyimide or a mixture thereof. It is done.

特に、本発明で使用される繊維がセルロース繊維の場合、バインダーとしては親水性バインダーが好ましい。そして、親水性バインダーはカルボキシ基及び/又は水酸基を有することが好ましい。親水性バインダー、好ましくはカルボキシ基及び/又は水酸基を含有する親水性バインダー、より好ましくはカルボキシ基及び/又は水酸基を含有する親水性高分子バインダーは、樹脂の形態であっても、エマルジョンの形態であってもよい。具体的には、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース等のセルロース誘導体、アルギン酸、両性澱粉、カルボキシル変性澱粉、リン酸エステル化デンプン、コーンスターチ等の多糖類の誘導体、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、カルボキシ基変性ポリビニルアルコール等が利用可能であるが、これらに限定されるものではない。中でも、カルボキシメチルセルロースが好ましく利用可能である。これは、カルボキシメチルセルロースが、セルロースと同じくグルコース残基がβ‐1,4グリコシド結合にて繋がった骨格を持っているため、両者を混合した際に両者の親和性が高いためであると考えられる。   In particular, when the fiber used in the present invention is a cellulose fiber, a hydrophilic binder is preferable as the binder. And it is preferable that a hydrophilic binder has a carboxy group and / or a hydroxyl group. The hydrophilic binder, preferably a hydrophilic binder containing a carboxy group and / or a hydroxyl group, more preferably a hydrophilic polymer binder containing a carboxy group and / or a hydroxyl group is in the form of an emulsion, even in the form of a resin. There may be. Specifically, cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyalkylcellulose, alginic acid, amphoteric starch, carboxyl modified starch, phosphate esterified starch, corn starch and other polysaccharide derivatives, Polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, carboxy group-modified polyvinyl alcohol, and the like can be used, but are not limited thereto. Of these, carboxymethylcellulose is preferably used. This is thought to be because carboxymethylcellulose has a skeleton in which glucose residues are linked by β-1,4 glycosidic bonds, as in cellulose, and therefore, when both are mixed, the affinity between the two is high. .

前記バインダーは架橋されていてもよい。前記架橋は、バインダーが自己架橋することによって形成されてもよいし、架橋剤を別途添加することにより形成されてもよい。微多孔膜中で架橋を形成することで、熱による分子の移動が制限されるため、熱に対する安定性を高めることができる。   The binder may be cross-linked. The crosslinking may be formed by self-crosslinking of the binder, or may be formed by adding a crosslinking agent separately. By forming a crosslink in the microporous membrane, the movement of molecules by heat is limited, so that the stability to heat can be increased.

また、バインダーの架橋により、バインダーに存在する活性な官能基を架橋によって封鎖することが可能となる。前記官能基としては、水酸基、カルボキシ基、アミノ基、等が挙げられる。高分子の熱分解反応は、ラジカルの発生と連鎖による酸化反応であると言われている。高分子中の活性な官能基を架橋によって封鎖することで、熱によるラジカルの発生を抑制することができるとともに、発生したラジカルによる攻撃を受けにくくなることから、分子の熱分解を抑制することができ、結果的に微多孔膜全体の熱に対する安定性を高めることができる。   Moreover, it becomes possible to block the active functional group which exists in a binder by bridge | crosslinking by bridge | crosslinking of a binder by bridge | crosslinking. Examples of the functional group include a hydroxyl group, a carboxy group, and an amino group. It is said that the thermal decomposition reaction of a polymer is an oxidation reaction by generation of a radical and a chain. By blocking active functional groups in the polymer by cross-linking, it is possible to suppress the generation of radicals due to heat, and it is difficult to be attacked by the generated radicals, thus suppressing the thermal decomposition of molecules. As a result, the heat stability of the entire microporous membrane can be enhanced.

前記架橋は、バインダーの分子間のみで形成されていてもよいし、バインダーと繊維を構成する分子の間に形成されていてもよい。とりわけ、本発明で使用される繊維がセルロース繊維の場合、バインダーとセルロースの間に架橋構造が形成されるとセルロース同士の相互作用を強化することに繋がり、セルロース製微多孔膜の強度を底上げする効果があるため好ましい。但し、必要に応じてバインダーのみが架橋していてもよい。   The cross-linking may be formed only between the binder molecules or between the binder and the molecules constituting the fiber. In particular, when the fiber used in the present invention is a cellulose fiber, if a crosslinked structure is formed between the binder and the cellulose, the interaction between the celluloses is strengthened, and the strength of the microporous membrane made of cellulose is raised. It is preferable because of its effect. However, only the binder may be crosslinked as necessary.

バインダー間、及び、場合によってはバインダーと繊維を構成する分子間を架橋する架橋剤の種類は特に限定されるものではないが、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、カルボジイミド基含有化合物、オキサゾリン基含有化合物、グリオキザール基含有化合物、イソシアネート基含有化合物等が架橋剤として利用可能である。中でも、架橋剤が架橋点を複数持つ高分子化合物であると、より多くの分子、繊維を含んだ架橋構造を形成することが可能であるため好ましい。   The type of the crosslinking agent that crosslinks between binders and, in some cases, between the molecules constituting the binder and the fiber is not particularly limited, but urea formaldehyde resin, melamine formaldehyde resin, carbodiimide group-containing compound, oxazoline group-containing compound Glyoxal group-containing compounds, isocyanate group-containing compounds, and the like can be used as the crosslinking agent. Among these, it is preferable that the cross-linking agent is a polymer compound having a plurality of cross-linking points because a cross-linked structure including more molecules and fibers can be formed.

前記バインダーの架橋により、本発明における微多孔膜の耐熱性をより向上させることができる。具体的には、微多孔膜の170℃における長手方向と幅方向の熱収縮率をそれぞれ2%未満とすることができる。170℃における熱収縮率が2%以上であると、電池の異常による温度上昇時の際に微多孔膜の変形、損傷により電池が短絡したり発火する等の危険性がある。170℃における長手方向と幅方向の熱収縮率は、1.8%未満が好ましく、1.5%未満がより好ましく、1.2%未満が更により好ましい。   By the crosslinking of the binder, the heat resistance of the microporous membrane in the present invention can be further improved. Specifically, the heat shrinkage rate in the longitudinal direction and the width direction at 170 ° C. of the microporous film can be less than 2%, respectively. When the heat shrinkage rate at 170 ° C. is 2% or more, there is a risk that the battery may be short-circuited or ignited due to deformation or damage of the microporous film when the temperature rises due to battery abnormality. The heat shrinkage in the longitudinal direction and the width direction at 170 ° C. is preferably less than 1.8%, more preferably less than 1.5%, and even more preferably less than 1.2%.

前記バインダーを使用する場合のその使用量は特に限定されるものではないが、例えば、繊維100重量部に対して3〜80重量部が好ましく、5〜50重量部がより好ましく、10〜40重量部が更により好ましい。バインダーの添加量が3重量部未満となると、微多孔膜の強度が低下するおそれがあり、また、後述するキャスト法による製造方法においてスラリー中の繊維の分散性が悪化するため、均一な細孔を得ることが困難となるおそれがある。一方、80重量部よりも多い場合には、バインダーが細孔を埋めてしまう形となり、微多孔膜の体積抵抗率が高くなるため好ましくない。   The amount of the binder used is not particularly limited, but is preferably 3 to 80 parts by weight, more preferably 5 to 50 parts by weight, and more preferably 10 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the fiber. Part is even more preferred. When the added amount of the binder is less than 3 parts by weight, the strength of the microporous membrane may be lowered, and the dispersibility of the fibers in the slurry deteriorates in the production method by the casting method described later, so that uniform pores May be difficult to obtain. On the other hand, when the amount is more than 80 parts by weight, it is not preferable because the binder fills the pores and the volume resistivity of the microporous film is increased.

一方、繊維の種類によってはバインダーを使用しなくともよい。例えば、本発明における微多孔膜が非自立性の場合はバインダーを使用しなくともよい。   On the other hand, a binder may not be used depending on the type of fiber. For example, when the microporous membrane in the present invention is non-self-supporting, it is not necessary to use a binder.

本発明における微多孔膜は、繊維集積体であることが好ましい。本発明における「繊維集積体」とは、機械的、化学的及び/又は熱的処理によって繊維を固着、絡合、融着、積層、編組等して得られるシート状の構成物を意味し、自立性であっても非自立性であってもよい。繊維集積体は、この定義に従えば特に限定されるものではなく、例えば、織布又は不織布のいずれの形態であってもよいが、不織布の形態であることが好ましい。不織布の形態の場合、織布の形態に比べて微多孔膜の空孔率を更に高めることができるので好ましく、微多孔膜の電気的抵抗をより低減することができる。   The microporous membrane in the present invention is preferably a fiber assembly. The “fiber assembly” in the present invention means a sheet-like composition obtained by fixing, entanglement, fusion, lamination, braiding and the like of fibers by mechanical, chemical and / or thermal treatment, It may be self-supporting or non-self-supporting. The fiber aggregate is not particularly limited according to this definition. For example, the fiber aggregate may be in the form of a woven fabric or a nonwoven fabric, but is preferably in the form of a nonwoven fabric. In the case of a non-woven fabric, the porosity of the microporous membrane can be further increased as compared to the woven fabric, and the electrical resistance of the microporous membrane can be further reduced.

本発明における微多孔膜の厚みは、30μm以下が好ましく、25μm以下がより好ましく、20μm以下がより好ましい。一方、本発明における微多孔膜の厚みは、2μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましい。したがって、本発明における微多孔膜の厚みは、例えば、2〜30μmとすることが可能であり、2〜25μmがより好ましく、3〜20μmが更により好ましい。なお、微多孔膜の形状は電極表面の形状に左右されるので、その表面に微小な凹凸が形成される場合があるが、その場合の微多孔膜の厚みとは、最も厚みの薄い部分を指す。微多孔膜が厚すぎると膜電極複合体の小型化が困難となるだけでなく、同一体積の電池に収容可能な単位電池層数が低下し、また、セパレータの電気抵抗値が増大するために、電池の小型化及び高性能化が困難となるおそれがある。一方、微多孔膜が薄すぎると、電極間の短絡のおそれが増大する。   The thickness of the microporous membrane in the present invention is preferably 30 μm or less, more preferably 25 μm or less, and more preferably 20 μm or less. On the other hand, the thickness of the microporous membrane in the present invention is preferably 2 μm or more, and more preferably 3 μm or more. Therefore, the thickness of the microporous membrane in the present invention can be, for example, 2 to 30 μm, more preferably 2 to 25 μm, and still more preferably 3 to 20 μm. In addition, since the shape of the microporous film depends on the shape of the electrode surface, fine irregularities may be formed on the surface. In this case, the thickness of the microporous film refers to the thinnest part. Point to. If the microporous membrane is too thick, not only will it be difficult to reduce the size of the membrane electrode assembly, but the number of unit battery layers that can be accommodated in the same volume of battery will decrease, and the electrical resistance value of the separator will increase. There is a risk that it will be difficult to reduce the size and performance of the battery. On the other hand, if the microporous membrane is too thin, the risk of a short circuit between the electrodes increases.

本発明における微多孔膜の空孔率は30%以上であることが好ましく、40%以上がより好ましく、50%以上が更により好ましい。空孔率が30%未満の場合、抵抗値が高いため出力が下がり電気化学素子としての性能が十分ではないおそれがある。また、空孔率の上限は70%以下であることが好ましい。空孔率が70%を超える場合は、短絡が発生するリスクが高くなり、安全上好ましくない。本発明における空孔率は、微多孔膜の断面を電子顕微鏡写真にて撮影し画像解析により計算することができる。   The porosity of the microporous membrane in the present invention is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more. When the porosity is less than 30%, the resistance value is high, so the output is lowered and the performance as an electrochemical device may not be sufficient. The upper limit of the porosity is preferably 70% or less. When the porosity exceeds 70%, the risk of occurrence of a short circuit increases, which is not preferable for safety. The porosity in the present invention can be calculated by analyzing the image of a cross section of the microporous film taken with an electron micrograph.

本発明における微多孔膜は優れた強度特性を有することができる。具体的には、本発明における微多孔膜は、その坪量当たりの引張強度を50N・m/g以上とし、及び/又は、引裂強度を0.40kN/m以上とすることができる。引張強度はJIS C2151に従って測定することができる。一方、引裂強度はJIS K7128−1に従うトラウザー引裂法によって測定することができる。坪量当たりの引張強度は55N・m/g以上が好ましく、60N・m/g以上がより好ましい。引裂強度は0.5kN/m以上が好ましく、0.55kN/g以上がより好ましく、0.6kN/m以上が更により好ましい。なお、通常、引張強度及び引裂強度を共に優れたものとすることは困難であるが、本発明では、微多孔膜を構成する繊維に1μm以上の平均繊維径の繊維が繊維の全重量を基準として1重量%以上含まれているために、引張強度及び引裂強度を共に優れたものとすることができる。   The microporous membrane in the present invention can have excellent strength characteristics. Specifically, the microporous membrane in the present invention can have a tensile strength per basis weight of 50 N · m / g or more and / or a tear strength of 0.40 kN / m or more. The tensile strength can be measured according to JIS C2151. On the other hand, the tear strength can be measured by the trouser tear method according to JIS K7128-1. The tensile strength per basis weight is preferably 55 N · m / g or more, and more preferably 60 N · m / g or more. The tear strength is preferably 0.5 kN / m or more, more preferably 0.55 kN / g or more, and even more preferably 0.6 kN / m or more. Normally, it is difficult to make both the tensile strength and the tear strength excellent. However, in the present invention, fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more are based on the total weight of the fibers in the fibers constituting the microporous membrane. Therefore, both the tensile strength and tear strength can be improved.

本発明における微多孔膜は高温条件下でも優れた強度特性を維持することができる。具体的には、本発明における微多孔膜は、150℃で10時間、ゲージ圧が−0.08Mpa以下の条件で減圧乾燥した後の引張強度の減少率を20%以下、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下とすることができる。引張強度の減少率が20%以上であると、電池やキャパシタ等の蓄電デバイスを組み立てる際にシートにかかる応力によりシートが破断しやすく、デバイスの製造効率を低下させるため好ましくない。   The microporous membrane in the present invention can maintain excellent strength characteristics even under high temperature conditions. Specifically, the microporous membrane according to the present invention has a tensile strength reduction rate of 20% or less, preferably 15% or less after drying under reduced pressure at 150 ° C. for 10 hours and a gauge pressure of −0.08 Mpa or less. More preferably, it can be 10% or less. When the reduction rate of the tensile strength is 20% or more, the sheet easily breaks due to the stress applied to the sheet when assembling an electricity storage device such as a battery or a capacitor, and this is not preferable.

また、本発明における微多孔膜は、150℃で10時間、ゲージ圧が−0.08Mpa以下の条件で減圧乾燥した後の突刺強度の減少率を30%以下、好ましくは25%以下、より好ましくは20%以下とすることができる。突刺強度の減少率が30%以上であると、リチウムデンドライトが発生した際にシートが破断して短絡する恐れが高まるため好ましくない。   The microporous membrane in the present invention has a puncture strength reduction rate of 30% or less, preferably 25% or less after drying at 150 ° C. for 10 hours under a condition where the gauge pressure is −0.08 Mpa or less. May be 20% or less. When the reduction rate of the puncture strength is 30% or more, there is an increased possibility that the sheet breaks and short-circuits when lithium dendrite is generated, which is not preferable.

更に、本発明における微多孔膜は高温条件下でも優れた柔軟性を維持することができる。具体的には、本発明における微多孔膜は、150℃で10時間、ゲージ圧が−0.08Mpa以下の条件で減圧乾燥した後の引張伸びを0.5%以上、好ましくは0.7%以上、更により好ましくは0.9%以上とすることができる。引張伸びが0.5%以下であるようなシートは、急激な応力による変形に弱いため、電池やキャパシタ等の蓄電デバイスを組み立てる際に破断しやすくなるため好ましくない。   Furthermore, the microporous membrane in the present invention can maintain excellent flexibility even under high temperature conditions. Specifically, the microporous membrane in the present invention has a tensile elongation of 0.5% or more, preferably 0.7% after being dried under reduced pressure at 150 ° C. for 10 hours under a condition where the gauge pressure is −0.08 Mpa or less. As mentioned above, it is still more preferably 0.9% or more. A sheet having a tensile elongation of 0.5% or less is not preferable because it is vulnerable to deformation due to abrupt stress, and is easily broken when an electric storage device such as a battery or a capacitor is assembled.

本発明における微多孔膜は、膜厚10μm当たりの透気抵抗度が20〜600秒(/100cc)であることが好ましく、20〜450秒がより好ましく、30〜250秒が更により好ましい。前記透気抵抗度はJIS P8117に基づいて測定することができる。前記透気抵抗度が20秒未満の場合、リチウムイオン二次電池用途ではリチウム遮断特性が低下し、リチウムデンドライトによる短絡が発生するリスクが高くなるため、安全上好ましくない。600秒超の場合は、特に体積抵抗率が大きくなり電気化学素子の出力特性を落とすことになるため好ましくない。   In the microporous membrane of the present invention, the air resistance per 10 μm thickness is preferably 20 to 600 seconds (/ 100 cc), more preferably 20 to 450 seconds, and even more preferably 30 to 250 seconds. The air resistance can be measured based on JIS P8117. When the air resistance is less than 20 seconds, the lithium barrier property is lowered in lithium ion secondary battery applications, and the risk of short-circuiting due to lithium dendrite increases, which is not preferable for safety. If it exceeds 600 seconds, the volume resistivity is particularly large, and the output characteristics of the electrochemical device are deteriorated.

本発明における微多孔膜は、水銀圧入法で測定した細孔分布のモード径(最大頻度)が細孔径0.3μm未満であり、0.25μm以下が好ましく、0.2μm以下がより好ましい。前記モード径が0.3μm以上の場合には、リチウムイオン二次電池用途ではリチウム遮断特性が低下し、リチウムデンドライトによる短絡が発生するリスクが高くなるため、安全上好ましくない。   The microporous membrane in the present invention has a pore distribution mode diameter (maximum frequency) measured by mercury porosimetry of less than 0.3 μm, preferably 0.25 μm or less, and more preferably 0.2 μm or less. When the mode diameter is 0.3 μm or more, in lithium ion secondary battery applications, the lithium barrier property is lowered, and the risk of short circuiting due to lithium dendrite is increased, which is not preferable for safety.

本発明における微多孔膜の細孔径は、水銀圧入法で測定される細孔径の最大値が1.5μm以下であることが好ましい。リチウムイオン電池等の電気化学素子で使用される電極活物質の粒子径は様々な大きさがあるため、必ずしも細孔径が小さくなければならない訳ではない。およその基準としては、使用される活物質の粒子径の1/4の細孔径であれば短絡は起きない。一方で粒子径の小さい活物質を使用する電気化学素子に用いる場合には最大値が1.5μmよりも小さくする必要がある場合もありうる。   As for the pore diameter of the microporous membrane in the present invention, the maximum value of the pore diameter measured by mercury porosimetry is preferably 1.5 μm or less. Since the particle diameter of the electrode active material used in an electrochemical element such as a lithium ion battery has various sizes, the pore diameter does not necessarily have to be small. As a rough standard, a short circuit does not occur if the pore diameter is 1/4 of the particle diameter of the active material used. On the other hand, when used for an electrochemical device using an active material having a small particle size, the maximum value may need to be smaller than 1.5 μm.

本発明における微多孔膜は、1mol/Lの濃度のLiPFのプロピレンカーボネート溶液を含浸させた状態において20kHzの交流電流を用いて測定される体積抵抗率が1500Ω・cm以下であることが好ましい。体積抵抗率は、前述の透気抵抗度及び空孔率と相関があり、基本的には、透気抵抗度が低く、空孔率が高くなると体積抵抗率が下がる傾向にあるが、体積抵抗率には空孔のサイズ及び膜中の空孔の分布状態も影響するため、透気抵抗度が低く、空孔率が高いものが必ずしも低い体積抵抗率を示すとは限らない。ここで、周波数が20kHzの交流を利用するのは、電極界面の反応等の電気化学的な要素を体積抵抗率の測定値から除くことが目的である。これにより、測定装置の抵抗とセルロース微多孔膜のイオン電導性の合計のみが測定値に寄与するため、当該測定値がセルロース微多孔膜細孔分布及び細孔径を反映することができる。本発明における微多孔膜は、この体積抵抗率が1500Ω・cm以下であることが好ましく、1000Ω・cm以下がより好ましい。1500Ω・cmを超えるとサイクル特性が悪くなるおそれがある。1500Ω・cm以下では良好なサイクル特性を発現し電気化学素子用セパレータとして好適に使用可能である。 The microporous membrane in the present invention preferably has a volume resistivity measured by using an alternating current of 20 kHz in a state impregnated with a propylene carbonate solution of LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L is 1500 Ω · cm or less. Volume resistivity correlates with the above-mentioned air permeability resistance and porosity. Basically, the air resistance is low, and the volume resistivity tends to decrease as the porosity increases. The rate is also affected by the size of the pores and the distribution of the pores in the membrane, so that a low air permeability resistance and a high porosity do not necessarily indicate a low volume resistivity. Here, the purpose of using an alternating current with a frequency of 20 kHz is to remove electrochemical elements such as reaction at the electrode interface from the measured value of volume resistivity. Thereby, since only the sum of the resistance of the measuring device and the ionic conductivity of the cellulose microporous membrane contributes to the measured value, the measured value can reflect the pore distribution and pore diameter of the cellulose microporous membrane. The volume resistivity of the microporous membrane in the present invention is preferably 1500 Ω · cm or less, and more preferably 1000 Ω · cm or less. If it exceeds 1500 Ω · cm, the cycle characteristics may be deteriorated. When it is 1500 Ω · cm or less, good cycle characteristics are exhibited and it can be suitably used as a separator for electrochemical devices.

本発明における20kHzの交流を用いた体積抵抗率の測定は、以下の手順で行うことができる。まず、直径20mmのサイズに打ち抜いた微多孔膜を150℃の条件で24時間以上乾燥させる。次に、乾燥した微多孔膜を、例えば、SH2−Z型固体用サンプルホルダ(東陽テクニカ製)に5枚重ねて入れ、1mol/Lの濃度のLiPF/プロピレンカーボネートの電解液に十分に浸す。そして、好ましくは、0.8MPaまで減圧して微多孔膜間に残る空気を脱気した後、対向する2枚の金電極の間に挟み、ポテンショ/ガルバノスタッドを組み合わせた周波数応答アナライザVSP(Bio−Logic製)を用いて掃引周波数100m〜1MHz、振幅10mVの条件で交流インピーダンス値(Ω)を測定する。この値と微多孔膜の厚みから単位体積当たりの抵抗率(体積抵抗率)に換算する。なお、測定装置が持つ抵抗成分のみを測定しておくか、測定結果に反映されないようキャンセルしておくことが望ましい。 The volume resistivity measurement using an alternating current of 20 kHz in the present invention can be performed by the following procedure. First, a microporous membrane punched out to a size of 20 mm in diameter is dried at 150 ° C. for 24 hours or more. Next, for example, five dried microporous membranes are put on a sample holder for SH2-Z type solid (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) and sufficiently immersed in an electrolyte solution of LiPF 6 / propylene carbonate having a concentration of 1 mol / L. . Preferably, after reducing the pressure to 0.8 MPa and degassing the air remaining between the microporous membranes, it is sandwiched between two opposing gold electrodes, and a frequency response analyzer VSP (Bio AC impedance value (Ω) is measured under the conditions of a sweep frequency of 100 m to 1 MHz and an amplitude of 10 mV. This value and the thickness of the microporous membrane are converted into a resistivity per unit volume (volume resistivity). Note that it is desirable to measure only the resistance component of the measuring device or cancel it so that it is not reflected in the measurement result.

本発明における微多孔膜の表面粗さは、表裏ともにRa値1.5以下が好ましい。表面粗さは、電気化学素子を作製した際の正極とセパレータの接触抵抗として交流インピーダンスに影響を与えることが知られている。この接触抵抗は、ラミネートセルやコイン電池等の電気化学素子で測定した周波数が0.1Hzの値と20000Hzの交流インピーダンス値の差から算出することができる。表面粗さRa値が大きくなるに従い0.1Hzの値と20000Hzの値の差が大きくなる。交流インピーダンスの値はオームの法則に従い対向面積に反比例するが、対向面積を大きくすると測定値自体が小さくなるため測定誤差の影響を受けやすいことや、周波数が低くなるに従い、正極、負極の抵抗成分も交流インピーダンスの値に含まれるため、セパレータの違いだけで値を指定できるものではない。但し、同じ電極、同じ電解液、同じサイズの電池であれば、セパレータの表面性の影響の違いを見ることができる。例えばCoLiO系正極、グラファイト系負極を用い、電解液にはLiPFといった一般的なリチウムイオン二次電池で用いる材料で作成した対向面積15cmのラミネートセルのこの値は、Ra値1.5でおよそ1Ω程度となる。電池の接触抵抗は出来るだけ低い方が好ましいことからRaができるだけ小さくなる条件が好ましい。なお電池を組んで交流インピーダンスを測定する際には、事前に3から5サイクルほど低いレートで充放電を行ったのち、一定の電圧まで充電後にインピーダンスを測定するのが望ましい。 The surface roughness of the microporous membrane in the present invention is preferably an Ra value of 1.5 or less on both the front and back sides. It is known that the surface roughness affects the AC impedance as the contact resistance between the positive electrode and the separator when the electrochemical device is manufactured. This contact resistance can be calculated from the difference between a value of 0.1 Hz and an AC impedance value of 20000 Hz measured with an electrochemical element such as a laminate cell or coin battery. As the surface roughness Ra value increases, the difference between the value of 0.1 Hz and the value of 20000 Hz increases. The value of AC impedance is inversely proportional to the facing area according to Ohm's law. However, if the facing area is increased, the measured value itself becomes smaller, so it is more susceptible to measurement errors, and as the frequency decreases, the resistance components of the positive and negative electrodes Is also included in the value of AC impedance, it is not possible to specify a value only by the difference in separators. However, if the batteries have the same electrode, the same electrolyte, and the same size, the difference in the surface property of the separator can be seen. For example, this value of a laminated cell having a facing area of 15 cm 2 made of a material used in a general lithium ion secondary battery such as LiPF 6 as a electrolyte using a CoLiO 2 positive electrode and a graphite negative electrode has an Ra value of 1.5. Is about 1Ω. Since the contact resistance of the battery is preferably as low as possible, the condition where Ra is as small as possible is preferable. When measuring the AC impedance by assembling the batteries, it is desirable to charge and discharge at a low rate of about 3 to 5 cycles in advance and then measure the impedance after charging to a certain voltage.

[電極]
本発明の膜電極複合体は電極を含む。本発明の膜電極複合体に含まれる電極は微多孔膜と少なくとも一部が固着している限り、その個数、形状等に制限はないが、1つ又は2つが好ましく、2つの場合、2つの電極の間に微多孔膜が挟まれている形態が好ましい。
[electrode]
The membrane electrode assembly of the present invention includes an electrode. As long as at least a part of the electrode included in the membrane electrode composite of the present invention is fixed to the microporous membrane, the number, shape and the like are not limited, but one or two is preferable, and in the case of two, two A form in which a microporous membrane is sandwiched between electrodes is preferable.

前記電極は正極又は負極であることが好ましい。特に、2つの電極の間に微多孔膜が挟まれている場合、各電極はそれぞれ正極及び負極であることが好ましい。   The electrode is preferably a positive electrode or a negative electrode. In particular, when a microporous membrane is sandwiched between two electrodes, each electrode is preferably a positive electrode and a negative electrode, respectively.

上記正極及び負極は電極活物質を含むことが好ましい。正極活物質としては従来公知のものを用いることができ、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMn等のリチウム遷移金属酸化物や、LiFePO等のリチウム金属リン酸塩等が挙げられる。負極活物質としては従来公知のものを用いることができ、例えば、グラファイト等の炭素材料やリチウム合金等が挙げられる。また、電極には必要に応じて、従来公知の導電助材や結着剤が添加される。 The positive electrode and the negative electrode preferably contain an electrode active material. As the positive electrode active material, conventionally known materials can be used, and examples thereof include lithium transition metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 , lithium metal phosphates such as LiFePO 4, and the like. A conventionally well-known thing can be used as a negative electrode active material, For example, carbon materials, such as a graphite, lithium alloys, etc. are mentioned. Moreover, a conventionally well-known conductive support material and a binder are added to an electrode as needed.

正極及び負極の各電極は、例えば、活性炭粉末と従来公知の導電助材、結着剤等とを含有してなる電極合剤を従来公知の集電体に塗布し、乾燥させ、加圧成形することにより得ることができる。集電体としては、例えば、正極にはアルミニウム等、負極には銅、ニッケル等を用いることができる。なお、前記の加圧成形は、電極活物質の密度を高めるための工程であるが、この工程は電極に微多孔膜を固着した後に行ってもよい。電極に微多孔膜を固着させた後に加圧成形を行うことで、製造工程を減らすことが可能となり、さらには、電極と微多孔膜との固着を更に強めることができるので好ましい。なお、加圧成形を微多孔膜の固着後に行う場合、微多孔膜には繊維径の大きい繊維を使用することが好ましく、例えば繊維径1μm以上の太さの繊維が繊維全体の重量を基準として1重量%以上、より好ましくは3重量%以上含まれていてもよい。   For each of the positive electrode and the negative electrode, for example, an electrode mixture containing activated carbon powder and a conventionally known conductive additive, binder, etc. is applied to a conventionally known current collector, dried, and pressure molded. Can be obtained. As the current collector, for example, aluminum or the like can be used for the positive electrode, and copper or nickel can be used for the negative electrode. In addition, although the said pressure forming is a process for raising the density of an electrode active material, you may perform this process, after adhering a microporous film to an electrode. It is preferable to perform pressure molding after fixing the microporous film to the electrode, because it is possible to reduce the number of manufacturing steps and to further increase the adhesion between the electrode and the microporous film. When the pressure molding is performed after the microporous membrane is fixed, it is preferable to use a fiber having a large fiber diameter for the microporous membrane. For example, fibers having a fiber diameter of 1 μm or more are based on the weight of the whole fiber. It may be contained in an amount of 1% by weight or more, more preferably 3% by weight or more.

[製造方法]
本発明の膜電極複合体は、上記の微多孔膜の少なくとも一部を上記の電極に固着することによって製造することができる。
[Production method]
The membrane electrode assembly of the present invention can be produced by fixing at least a part of the microporous membrane to the electrode.

ある態様では、別途製造された微多孔膜を、例えば、1つの電極上に接着し、又は、2つの電極間に挟むことにより、微多孔膜と電極を一体化して本発明の膜電極複合体を製造することができる。微多孔膜が自立性の場合にはこの態様によって本発明の膜電極複合体を製造することが好ましい。   In one embodiment, the microporous membrane manufactured separately is bonded to one electrode or sandwiched between two electrodes, for example, so that the microporous membrane and the electrode are integrated to form the membrane electrode composite of the present invention. Can be manufactured. When the microporous membrane is self-supporting, it is preferable to produce the membrane electrode assembly of the present invention according to this embodiment.

この態様における微多孔膜は不織布の形態であることが好ましい。不織布の製造方法は特に限定されるものではなく、繊維の材質に応じて適宜選択することができる。例えば、繊維が熱可塑性物質製の場合は、湿式法又は乾式法により当該繊維からなるシートを形成し、当該シートを加熱して繊維同士を一部融着させて不織布を得ることができる。具体例としては、繊維として熱可塑性樹脂製繊維を使用し、エアレイド法等によって当該繊維をシート化し、且つ、サーマルボンド法によって繊維同士を一部融着させて不織布化する方法が挙げられる。一方、繊維が非熱可塑性物質製の場合は、湿式法又は乾式法により当該繊維からなるシートを形成し、更に、ニードルパンチ、高圧水流等の機械力によってシート中の繊維同士を絡合させて不織布を構成することができる。   The microporous membrane in this embodiment is preferably in the form of a nonwoven fabric. The manufacturing method of a nonwoven fabric is not specifically limited, According to the material of a fiber, it can select suitably. For example, when the fibers are made of a thermoplastic material, a nonwoven fabric can be obtained by forming a sheet made of the fibers by a wet method or a dry method, and heating the sheet to partially fuse the fibers. Specific examples include a method of using a thermoplastic resin fiber as a fiber, forming the fiber into a sheet by an airlaid method or the like, and partially fusing the fibers together by a thermal bond method to form a nonwoven fabric. On the other hand, when the fiber is made of a non-thermoplastic material, a sheet made of the fiber is formed by a wet method or a dry method, and the fibers in the sheet are entangled with each other by a mechanical force such as a needle punch or a high-pressure water stream. A nonwoven fabric can be comprised.

この態様では、接着剤を用いて微多孔膜を電極に接着してもよいが、当該接着剤によって微多孔膜の物理的特性が変動したり、微多孔膜の細孔が接着剤で塞がれたりする恐れがあるので、別個の接着剤を使用することなく繊維自体の接着性によって微多孔膜を電極に固着することが好ましい。例えば、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布を電極上に載置し、当該繊維の一部を加熱溶融させて電極と接着させることにより、接着剤を使用することなく、微多孔膜を電極と固着することができる。   In this embodiment, the microporous membrane may be adhered to the electrode using an adhesive, but the physical properties of the microporous membrane are changed by the adhesive, or the pores of the microporous membrane are blocked with the adhesive. Therefore, it is preferable to fix the microporous film to the electrode by the adhesiveness of the fiber itself without using a separate adhesive. For example, a non-woven fabric made of thermoplastic resin fibers is placed on an electrode, and a part of the fiber is heated and melted to adhere to the electrode, thereby fixing the microporous film to the electrode without using an adhesive. can do.

一方、別途製造された微多孔膜を電極と一体化するのではなく、電極上で微多孔膜を直接形成して両者を一体化することも可能である。例えば、微多孔膜が非自立性の場合にはこの態様によって本発明の膜電極複合体を製造することが好ましい。この態様の場合、電極の表面形状に沿って繊維を集積させることが可能であり、該表面形状に起因する微多孔膜と電極との間の隙間が生じないので好ましい。   On the other hand, instead of integrating the separately manufactured microporous membrane with the electrode, it is also possible to directly form the microporous membrane on the electrode and integrate the two. For example, when the microporous membrane is not self-supporting, it is preferable to produce the membrane electrode assembly of the present invention according to this embodiment. In the case of this embodiment, it is possible to accumulate fibers along the surface shape of the electrode, and it is preferable because there is no gap between the microporous film and the electrode due to the surface shape.

本発明の製造方法であるこの態様では、例えば、
繊維を電極上に分散させる分散工程、
前記繊維同士を結合して微多孔膜を形成する膜形成工程、及び、
前記微多孔膜及び前記電極を一体化する一体化工程
を経て本発明の膜電極複合体を製造することができる。
In this embodiment, which is the production method of the present invention, for example,
A dispersion step of dispersing the fiber on the electrode;
A film forming step of bonding the fibers to form a microporous film; and
The membrane electrode assembly of the present invention can be manufactured through an integration step of integrating the microporous membrane and the electrode.

前記分散工程は、電極表面上に繊維を分散可能であれば分散手段は限定されない。例えば、空気流を利用してランダムに繊維を電極上から散布して繊維からなる薄いシートを電極上に形成することができる。   In the dispersing step, the dispersing means is not limited as long as the fibers can be dispersed on the electrode surface. For example, the thin sheet | seat which consists of a fiber can be formed on an electrode by spraying a fiber on an electrode at random using an air flow.

前記膜形成工程も、電極上の繊維を結合して微多孔膜を形成可能であれば、手段は限定されない。例えば、繊維が熱溶融性の場合、上記のようにして得られた薄い繊維シートの表面に高温の空気を短時間吹き付けて繊維の一部を溶融させて繊維同士を結合して微多孔膜を形成することができる。   The means for forming the membrane is not limited as long as the microporous membrane can be formed by bonding fibers on the electrode. For example, when the fiber is heat-meltable, high-temperature air is blown onto the surface of the thin fiber sheet obtained as described above for a short time to melt part of the fiber and bond the fibers together to form a microporous membrane. Can be formed.

前記一体化工程も、前記微多孔膜を電極に一体化可能であれば、手段は限定されない。例えば、繊維が熱溶融性の場合、電極を加熱することによって、微多孔膜中の繊維の一部を溶融させて、微多孔膜を電極に接着させて、微多孔膜を電極に固着することができる。   In the integration step, the means is not limited as long as the microporous membrane can be integrated with the electrode. For example, when the fiber is heat-meltable, heating the electrode melts a part of the fiber in the microporous membrane, adheres the microporous membrane to the electrode, and fixes the microporous membrane to the electrode Can do.

上記の例では、繊維シート表面への高温の空気の吹き付けと同時に電極を加熱することによって、膜形成工程及び一体化工程を一工程で行うことができる。これにより、製造プロセス全体を簡略化し、また、製造時間を短縮することができる。   In the above example, the film formation step and the integration step can be performed in one step by heating the electrode simultaneously with the blowing of high-temperature air onto the fiber sheet surface. As a result, the entire manufacturing process can be simplified and the manufacturing time can be shortened.

電極上で微多孔膜を直接形成する別の例は、繊維のスラリーを用いたキャスト法である。キャスト法はセルロース繊維等の非熱溶融性繊維を使用する場合に好適である。   Another example of directly forming a microporous membrane on an electrode is a casting method using a fiber slurry. The casting method is suitable when non-heat-meltable fibers such as cellulose fibers are used.

キャスト法では、例えば、
セルロース繊維を少なくとも含むスラリーを電極に塗布する塗布工程、及び、
前記スラリーを乾燥させて前記電極上に微多孔膜を形成する乾燥工程
を少なくとも含む製造方法により膜電極複合体を得ることができる。
In the casting method, for example,
An application step of applying a slurry containing at least cellulose fiber to the electrode; and
A membrane electrode assembly can be obtained by a production method including at least a drying step of drying the slurry to form a microporous film on the electrode.

上記のキャスト法による製造方法中の塗布工程が前記分散工程に相当し、また、乾燥工程が前記膜形成工程及び前記一体化工程に相当する。このように、キャスト法によっても、膜形成工程及び一体化工程を一工程で行うことができるので、製造プロセス全体を簡略化し、また、製造時間を短縮することができる。   The coating process in the manufacturing method by the casting method corresponds to the dispersion process, and the drying process corresponds to the film forming process and the integration process. Thus, since the film forming step and the integration step can be performed in one step even by the casting method, the entire manufacturing process can be simplified and the manufacturing time can be shortened.

前記セルロース繊維としては既述したものを使用することができるが、平均繊維径が1μm未満の細いセルロース繊維のみを用いてスラリーを調製するとスラリーの粘度が高くなるので、当該スラリーに溶媒等を添加して低粘度化することが必要となるが、その後の溶媒等の乾燥コストが増えるため好ましくない。また、一般的手法でセルロース繊維にせん断力を与えて繊維径の細いセルロース繊維を製造すると繊維長もあわせて短くなる傾向があり、作成したシートの引裂強度等の強度が低下する傾向がある。そのため、1μm以上の平均繊維径を有する繊維が1重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上存在することで得られるシートの強度を向上させることができる。但し、1μm以上の平均繊維径を有する繊維が所定量を超えて存在すると、セルロース繊維同士が水素結合によって接触する接点の数が減少するため、得られるシートの強度が低下するおそれがある。   As the cellulose fibers, those described above can be used, but when a slurry is prepared using only thin cellulose fibers having an average fiber diameter of less than 1 μm, the viscosity of the slurry increases, so a solvent or the like is added to the slurry. However, it is necessary to lower the viscosity, but this is not preferable because the subsequent drying cost of the solvent and the like increases. In addition, when cellulose fibers having a small fiber diameter are produced by applying shearing force to cellulose fibers by a general method, the fiber length tends to be shortened, and the strength such as tear strength of the prepared sheet tends to decrease. Therefore, the strength of the obtained sheet can be improved by the presence of fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more in an amount of 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more. However, if fibers having an average fiber diameter of 1 μm or more are present in excess of a predetermined amount, the number of contacts at which the cellulose fibers are brought into contact with each other by hydrogen bonding decreases, so that the strength of the obtained sheet may be reduced.

セルロース繊維はセルロース分子の持つ水酸基により、水に均一に分散することが可能であるが、そのスラリーの粘度は、セルロース繊維の繊維長と表面積に依存する。セルロース繊維が細くなることは、それだけセルロースの表面積が増えるため、スラリーの粘度も必然的に上昇することになる。またその繊維長が長くなるほど繊維間の相互作用が増えることによってこれも粘度上昇に繋がる要因として考えられる。これらの相互作用による粘度上昇は、高濃度におけるシート化を阻害する要因となっており、ナノセルロースを取り扱うには濃度を下げる手段が一般的にとられている。   Cellulose fibers can be uniformly dispersed in water due to the hydroxyl groups of cellulose molecules, but the viscosity of the slurry depends on the fiber length and surface area of the cellulose fibers. As the cellulose fibers become thinner, the surface area of the cellulose increases accordingly, and the viscosity of the slurry inevitably increases. Further, as the fiber length becomes longer, the interaction between fibers increases, which is also considered as a factor that leads to an increase in viscosity. The increase in viscosity due to these interactions is a factor that hinders the formation of a sheet at a high concentration, and means for decreasing the concentration is generally taken to handle nanocellulose.

更に、セルロース繊維はその水酸基により、脱水工程において繊維同士が水素結合を行う性質を持っており、再生セルロース以外の合成繊維で作った不織布にはない特徴が見られる。この水素結合形成の工程において強度が発現する一方で、繊維間の相互作用により乾燥工程における収縮が合成繊維を使った不織布よりも大きいことも特徴として挙げられる。特に繊維径が細くなるに従い繊維の剛度が下がるため、この収縮が顕著に見られる。また極度にフィブリル化が進んだ繊維を用いて作成したシートは繊維間が完全に密着するために透明化することが知られている。つまり、繊維径を細くすることのみでは孔径をコントロールするどころか、多孔質化シートを作ることが困難である。このため、多孔質化されたシートを製造するには乾燥時の収縮を抑えることと繊維間の水素結合を阻害させることが必要となる。これまでに提案されている具体的な手法は、抄紙法やキャスト法でシート化した原料をアセトンのような親水性の溶媒に置換した後、更にトルエンとアセトンの混合溶媒といったより疎水性の高い溶媒に置換して乾燥させる等の方法である。しかしながらこの手法は2つの問題点がある。まず一つは分散溶媒の水からアセトンに溶媒置換する作業である。セルロース繊維は、繊維径が細くなるに従い保水性が高くなるため、水から溶媒への置換は非常に時間のかかる作業となっており実生産の面で生産性を下げる要因となっている。更に、細孔径は繊維の太さに依存されるため、細孔径はあくまで繊維の太さによってコントロールされることになり、均一化された繊維を利用しなければ目的の細孔径を得ることが出来ず、セルロース繊維の処理工程にも時間とコストが必要となっている。   Furthermore, the cellulose fiber has a property of hydrogen bonding between the fibers in the dehydration process due to its hydroxyl group, and there is a characteristic not found in nonwoven fabrics made of synthetic fibers other than regenerated cellulose. While the strength is developed in the hydrogen bond formation process, the shrinkage in the drying process is larger than that of the nonwoven fabric using synthetic fibers due to the interaction between the fibers. In particular, as the fiber diameter becomes thinner, the stiffness of the fiber decreases, and this contraction is noticeable. In addition, it is known that a sheet prepared using extremely fibrillated fibers is transparent because the fibers are completely in close contact with each other. That is, it is difficult to make a porous sheet rather than controlling the pore diameter only by reducing the fiber diameter. For this reason, in order to produce a porous sheet, it is necessary to suppress shrinkage during drying and inhibit hydrogen bonding between fibers. The specific method that has been proposed so far is that the raw material sheeted by the papermaking or casting method is replaced with a hydrophilic solvent such as acetone, and then a more hydrophobic solvent such as a mixed solvent of toluene and acetone. It is a method such as substitution with a solvent and drying. However, this method has two problems. The first is the operation of replacing the dispersion solvent water with acetone. Cellulose fibers have a higher water retention capacity as the fiber diameter becomes smaller, so replacement of water with a solvent is a very time-consuming operation, which is a factor of reducing productivity in terms of actual production. Furthermore, since the pore diameter depends on the fiber thickness, the pore diameter is only controlled by the fiber thickness. If a uniform fiber is not used, the target pore diameter can be obtained. In addition, time and cost are required for the cellulose fiber treatment process.

セルロース繊維のスラリーを用いたキャスト法による本発明の製造方法では、スラリーに開孔剤を使用することが好ましく、沸点が180℃以上の親水性開孔剤がより好ましい。セルロース繊維からなるシートの多孔質化の手段として沸点が180℃以上の親水性開孔剤を含むスラリーを剥離基材上に塗布し乾燥することで、生産効率を大幅に改善することができる。更に、本発明では、親水性開孔剤の水への溶解度を調整することによってシートの孔のサイズを制御することができる。また、本発明では、親水性開孔剤の添加量の調整により空孔率を自由に制御することができる。例えば、本発明では、セルロース繊維100重量(質量)部に対して親水性開孔剤を好ましくは50〜600重量部、より好ましくは80〜400重量部、更により好ましくは100〜300重量部の割合で使用することができる。   In the production method of the present invention by a cast method using a slurry of cellulose fibers, a pore-opening agent is preferably used for the slurry, and a hydrophilic pore-opening agent having a boiling point of 180 ° C. or higher is more preferable. Production efficiency can be greatly improved by applying a slurry containing a hydrophilic pore-opening agent having a boiling point of 180 ° C. or higher on a release substrate and drying as a means for making a sheet of cellulose fiber porous. Furthermore, in the present invention, the pore size of the sheet can be controlled by adjusting the solubility of the hydrophilic pore-opening agent in water. In the present invention, the porosity can be freely controlled by adjusting the amount of the hydrophilic pore-opening agent added. For example, in the present invention, the hydrophilic pore-opening agent is preferably 50 to 600 parts by weight, more preferably 80 to 400 parts by weight, and still more preferably 100 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight (mass) of cellulose fibers. Can be used in proportions.

親水性開孔剤は、セルロース繊維からなるシートに微細な孔を形成可能な親水性物質であれば特に限定されるものではないが、親水性開孔剤の沸点は、180℃以上であることが好ましい。繊維間の水素結合は、乾燥時のシート水分が10〜20重量%の間で形成されることが知られている。この水素結合が形成される際に開孔剤がシート中に存在し、かつ繊維間の水素結合を阻害することにより多孔化が可能となる。沸点が180℃未満の開孔剤を用いた場合は、添加量を多くしても乾燥工程において開孔剤が揮発してしまい、十分に多孔化することができないおそれがある。そのため沸点が180℃以上の開孔剤が好ましいが、より好ましくは200℃以上である。例えばヘキサノールよりも少ない分子量の一級アルコール等は、水溶性と疎水性をあわせ持つ材料であるが、乾燥工程において水よりも揮発しやすいため十分に水素結合を阻害することができないため本発明においては用いることはできない。但し開孔剤の蒸気で満たした空気を用いて乾燥したり、水よりも蒸気圧の低い溶媒を用いて多段乾燥を用いたりする等の通常の乾燥条件とは異なる乾燥方法を用いた場合は必ずしも沸点が180℃以上である必要はない。   The hydrophilic pore-opening agent is not particularly limited as long as it is a hydrophilic substance capable of forming fine pores in a sheet made of cellulose fibers, but the boiling point of the hydrophilic pore-opening agent is 180 ° C. or higher. Is preferred. It is known that hydrogen bonds between fibers are formed when the sheet moisture during drying is between 10 and 20% by weight. When this hydrogen bond is formed, a pore-opening agent is present in the sheet, and pore formation is possible by inhibiting the hydrogen bond between the fibers. When a pore-opening agent having a boiling point of less than 180 ° C. is used, the pore-opening agent volatilizes in the drying step even if the amount added is increased, and there is a possibility that the pores cannot be made sufficiently porous. Therefore, a pore opening agent having a boiling point of 180 ° C. or higher is preferable, but 200 ° C. or higher is more preferable. For example, a primary alcohol having a molecular weight lower than that of hexanol is a material having both water-solubility and hydrophobicity. However, in the present invention, hydrogen bonds cannot be sufficiently inhibited because it is more volatile than water in the drying process. Cannot be used. However, when using a drying method that is different from normal drying conditions, such as drying with air filled with a pore-forming agent, or using multistage drying with a solvent having a lower vapor pressure than water. The boiling point is not necessarily 180 ° C or higher.

親水性開孔剤は、水への溶解度が10重量%以上のものが好ましく、20重量%以上のものがより好ましく、30重量%以上のものが更により好ましい。水への溶解度が10重量%未満の開孔剤を用いた場合には、開孔剤の添加量が限られるため、目的とする空孔率を開孔剤の添加量のみでコントロールすることが困難となりうる。また乾燥が進むに従い溶媒量が減少することで溶解できない開孔剤が分離するため、シートの面方向、厚み方向に均一に多孔化することが困難となりうる。なお、このような疎水性の開孔剤は乳化剤等によりエマルジョン化することで、ある程度均一に多孔化することが可能であるが、孔径の制御は困難である。一方、水への溶解度が10重量%以上の開孔剤を用いた場合には、スラリーに均一に分散可能であり、また、水への溶解性が高いので乾燥工程で分離しないため、乾燥工程において均一に水素結合を阻害することで細孔を均一に作ることができる。   The hydrophilic pore-opening agent preferably has a water solubility of 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, and still more preferably 30% by weight or more. When a pore-opening agent having a solubility in water of less than 10% by weight is used, the amount of pore-opening agent added is limited, so that the target porosity can be controlled only by the amount of pore-opening agent added. It can be difficult. Moreover, since the pore-opening agent which cannot be melt | dissolved isolate | separates because the amount of solvent decreases as drying progresses, it may become difficult to make it porous uniformly in the surface direction and thickness direction of the sheet. Such a hydrophobic pore-opening agent can be made evenly porous to some extent by emulsifying with an emulsifier or the like, but it is difficult to control the pore size. On the other hand, when a pore-opening agent having a solubility in water of 10% by weight or more is used, it can be uniformly dispersed in the slurry, and since it is highly soluble in water, it does not separate in the drying step. In this case, the pores can be made uniform by uniformly inhibiting hydrogen bonding.

親水性開孔剤は、25℃における蒸気圧が0.1kPa未満のものが好ましく、0.09kPa未満のものがより好ましく、0.08kPa未満のものが更により好ましい。蒸気圧が0.1kPa以上の親水性開孔剤は揮発性が高いのでセルロース膜の多孔化の寄与する前に揮発する傾向が高く、結果として、微多孔質のセルロース膜を得ることが困難となるおそれがある。   The hydrophilic pore opening agent preferably has a vapor pressure at 25 ° C. of less than 0.1 kPa, more preferably less than 0.09 kPa, and even more preferably less than 0.08 kPa. Since the hydrophilic pore-opening agent having a vapor pressure of 0.1 kPa or more has high volatility, it tends to volatilize before contributing to the porosity of the cellulose membrane, and as a result, it is difficult to obtain a microporous cellulose membrane. There is a risk.

親水性開孔剤は、水/オクタノールの分配係数(Log Pow)が−1.2〜0.8の範囲のものが好ましく、−1.1〜0.8の範囲のものがより好ましく、−0.7〜0.4の範囲のものが更により好ましい。前記オクタノールとしてはn−オクタノールが好ましい。前記分配係数が−1.2未満の親水性開孔剤を使用すると、得られるセルロース微多孔膜のインピーダンス値が高まるおそれがある。   The hydrophilic pore-opening agent preferably has a water / octanol distribution coefficient (Log Pow) in the range of -1.2 to 0.8, more preferably in the range of -1.1 to 0.8,- Even more preferred is a range of 0.7 to 0.4. As the octanol, n-octanol is preferable. If a hydrophilic pore-opening agent having a partition coefficient of less than -1.2 is used, the impedance value of the resulting cellulose microporous membrane may be increased.

親水性開孔剤としては具体的には次のようなものがある。例えば1、5−ペンタンジオール、1-メチルアミノ-2,3-プロパンジオール等の高級アルコール類、イプロシンカプロラクトン、α−アセチル−γ−ブチルラクトン等のラクトン類、ジエチレングリコール、1,3-ブチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類、更にその他にグリセリン、炭酸プロピレン、N-メチルピロリドン等が挙げられるがその限りではない。これらの中でもグリコールエーテル類は蒸気圧が低く、本発明の製造方法において最も適している。   Specific examples of the hydrophilic pore-opening agent include the following. For example, higher alcohols such as 1,5-pentanediol, 1-methylamino-2,3-propanediol, lactones such as iprosin caprolactone, α-acetyl-γ-butyllactone, diethylene glycol, 1,3-butylene glycol , Glycols such as propylene glycol, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether , Triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl Ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, glycol ethers such as tripropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, and others, glycerin, propylene carbonate N-methylpyrrolidone and the like are not limited thereto. Among these, glycol ethers have a low vapor pressure and are most suitable for the production method of the present invention.

上記スラリーは、セルロース繊維と親水性開孔剤以外に繊維間を繋ぐための接着剤としてバインダーを含むことが好ましい。既述のとおり、バインダーとしては高分子バインダーが好ましく、親水性高分子バインダーがより好ましい。バインダーは、接着剤としての機能以外に、セルロースの分散性を向上させる機能を発揮することができる。均一な細孔分布を得るためには、スラリー中に繊維が均一に分散する必要があるが、バインダー、好ましくは高分子バインダー、より好ましくは親水性高分子バインダーはセルロース繊維の表面に定着することで保護コロイドに似た役割を果たすため分散性が向上する。バインダーの配合量は、前記セルロース繊維100重量部に対して3〜80重量部が好ましく、5〜50重量部がより好ましい。バインダーの添加量が3重量部未満となると、出来上がったシートの強度が低下するおそれがあり、また、セルロース繊維の分散性が悪化するため、均一な細孔を得ることが困難となる。一方、80重量部よりも多い場合には、バインダーが細孔を埋めてしまう形となり、セルロース微多孔膜の体積抵抗率が高くなるため好ましくない。   The slurry preferably contains a binder as an adhesive for connecting the fibers in addition to the cellulose fibers and the hydrophilic pore-opening agent. As described above, the binder is preferably a polymer binder, and more preferably a hydrophilic polymer binder. The binder can exhibit a function of improving the dispersibility of cellulose in addition to the function as an adhesive. In order to obtain a uniform pore distribution, the fibers need to be uniformly dispersed in the slurry, but the binder, preferably a polymer binder, more preferably a hydrophilic polymer binder, should be fixed on the surface of the cellulose fiber. Dispersibility is improved because it plays a role similar to protective colloid. The blending amount of the binder is preferably 3 to 80 parts by weight and more preferably 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cellulose fiber. If the added amount of the binder is less than 3 parts by weight, the strength of the finished sheet may be reduced, and the dispersibility of the cellulose fibers is deteriorated, so that it is difficult to obtain uniform pores. On the other hand, when the amount is more than 80 parts by weight, it is not preferable because the binder fills the pores and the volume resistivity of the cellulose microporous film is increased.

スラリーに添加するバインダーとしては、既述したものが使用できるが、カルボキシメチルセルロースを含むことが好ましい。カルボキシメチルセルロースは、前述したとおりセルロースとの親和性が高く、かつカルボキシ基の働きにより親水性が高いことから、セルロース繊維を分散する性能が良い。また、セルロース表面に存在する官能基と共通であるカルボキシ基と水酸基の両方を持つため、バインダーとセルロースの間の架橋を形成しやすいため好ましい。   As the binder to be added to the slurry, those already described can be used, but it is preferable to include carboxymethyl cellulose. As described above, carboxymethylcellulose has high affinity with cellulose and high hydrophilicity due to the action of the carboxy group, and therefore has good performance for dispersing cellulose fibers. Moreover, since it has both the carboxy group and hydroxyl group which are common with the functional group which exists in the cellulose surface, since it is easy to form the bridge | crosslinking between a binder and a cellulose, it is preferable.

また、そのほかの高分子バインダーとして、既述したように、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース等のセルロース誘導体、リン酸エステル化デンプン、コーンスターチ、アルギン酸又はその塩等の多糖類の誘導体、電極用のバインダーとして知られているスチレンブタジエン共重合体エマルジョン、ポリフッ化ビニリデン等のバインダーを単独又は複合して使用することも可能である。   As other polymer binders, as described above, cellulose derivatives such as methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyalkylcellulose, phosphate esterified starch, corn starch, alginic acid or a salt thereof, etc. Polysaccharide derivatives, styrene butadiene copolymer emulsions known as binders for electrodes, and binders such as polyvinylidene fluoride can be used alone or in combination.

上記スラリーは更に架橋剤を含むことが好ましい。架橋剤としては既述したものを使用することができる。架橋剤をスラリーの段階で添加することで、架橋剤をセルロース繊維又はセルロース繊維及びバインダーと均一に混合することができ、微多孔膜中により均一な架橋構造を形成することが可能である。また、後工程で架橋剤を付与する手法と比較して製造が一工程で可能であるため、製造コストを抑制することが可能である。架橋剤の配合量は、特に限定されるものではないが、セルロース繊維100重量部に対して1〜30重量部が好ましく、2〜20重量部がより好ましく、3〜10重量部が更により好ましい。   The slurry preferably further contains a crosslinking agent. As the crosslinking agent, those described above can be used. By adding the crosslinking agent at the slurry stage, the crosslinking agent can be uniformly mixed with the cellulose fibers or the cellulose fibers and the binder, and a more uniform crosslinked structure can be formed in the microporous film. Further, since the production can be performed in one step as compared with the method of applying the cross-linking agent in the subsequent step, the production cost can be suppressed. Although the compounding quantity of a crosslinking agent is not specifically limited, 1-30 weight part is preferable with respect to 100 weight part of cellulose fibers, 2-20 weight part is more preferable, 3-10 weight part is still more preferable. .

上記塗布工程において、セルロース繊維及び親水性開孔剤(更に、必要に応じて高分子バインダー及び架橋剤)を含むスラリーを電極上に塗布する手法は、塗布層の膜厚が一定の範囲内となるように均一塗布できる塗工方法であればいかなる手段でも使うことができる。例えば、スロットダイコーター、カーテンコーター等の前計量タイプのコーターや、MBコーター、MBリバースコーター、コンマコーター、ディッピング装置、スプレーコーター等の後計量タイプでも塗工が可能である。また、各種含浸装置を用いてもよい。   In the above application step, the method of applying a slurry containing cellulose fibers and a hydrophilic pore-opening agent (further, a polymer binder and a cross-linking agent as necessary) on the electrode, the film thickness of the application layer is within a certain range. Any coating method can be used as long as it can be uniformly applied. For example, coating can be performed by a pre-weighing type coater such as a slot die coater or a curtain coater, or a post-weighing type such as an MB coater, MB reverse coater, comma coater, dipping device, or spray coater. Various impregnation apparatuses may be used.

上記塗布工程において、電極上にスラリー中の繊維が均一になるように塗布されることが好ましい。特に、微多孔膜の薄膜化の観点からは、膜形成後の繊維が均一でない箇所が生じると薄膜化が困難なだけでなく、微多孔膜の厚みが比較的大きくても、絶縁性が保てず電極間の短絡を引き起こすおそれが増大したり、機械的強度が極度に下がるおそれがある。繊維を均一に分布させるために、繊維の大きさ、形状をなるべく一定範囲に揃えるとともに、電極上へ分散させる際の繊維の分散性を適宜調整することが好ましい。そのため、スラリーの分散性を向上させる分散剤を電気化学素子性能に影響を与えない程度であれば使用可能である。   In the application step, it is preferable that the fibers in the slurry are applied uniformly on the electrode. In particular, from the viewpoint of reducing the thickness of the microporous membrane, not only is it difficult to reduce the thickness of the fiber after the formation of the membrane, but also insulation is maintained even if the thickness of the microporous membrane is relatively large. This may increase the possibility of causing a short circuit between the electrodes or extremely reduce the mechanical strength. In order to uniformly distribute the fibers, it is preferable to adjust the size and shape of the fibers within a certain range as much as possible and appropriately adjust the dispersibility of the fibers when dispersed on the electrode. Therefore, a dispersant that improves the dispersibility of the slurry can be used as long as it does not affect the performance of the electrochemical device.

本発明において、必要な場合には、添加剤として界面活性剤をスラリーに添加することができる。消泡剤やレベリング剤としてアセチレングリコール等に代表されるノニオン性の界面活性剤を電気化学素子性能に影響を与えない程度であれば使用可能である。イオン性の界面活性剤は、電気化学素子性能に影響を与える可能性があるので使わない方が好ましい。   In the present invention, if necessary, a surfactant can be added to the slurry as an additive. A nonionic surfactant represented by acetylene glycol or the like as an antifoaming agent or a leveling agent can be used as long as it does not affect the performance of the electrochemical device. It is preferable not to use an ionic surfactant because it may affect electrochemical device performance.

この他に、上記スラリーは填料を含むことが可能である。填料としては、例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子といった無機填料、シリコーンパウダー等の有機填料等を使用することが可能である。これらの粒子は、セパレータの細孔に影響を与えない程度に添加可能であるが、できるだけ平均粒子径が2μm未満のものを使用する方が好ましい。平均粒子径が2μm以上になると、粒子間の隙間により細孔径の大きな孔が開いてしまうため好ましくない。なお、これらの填料はスラリーの粘度を下げる効果があるために塗料濃度を上げることが可能となり生産効率を上げるのに好適である。一方、添加量が多すぎると強度が低下するため、セルロース繊維100重量部に対して100重量部よりも多い添加量は好ましくない。   In addition, the slurry can include a filler. As the filler, for example, inorganic fillers such as silica particles and alumina particles, organic fillers such as silicone powder, and the like can be used. These particles can be added to the extent that they do not affect the pores of the separator, but it is preferable to use particles having an average particle size of less than 2 μm as much as possible. An average particle size of 2 μm or more is not preferable because a pore having a large pore size is opened by a gap between particles. Since these fillers have the effect of lowering the viscosity of the slurry, it is possible to increase the paint concentration and is suitable for increasing the production efficiency. On the other hand, since an intensity | strength will fall when there is too much addition amount, the addition amount larger than 100 weight part with respect to 100 weight part of cellulose fibers is unpreferable.

上記スラリーの溶媒は基本的に水を使用する必要があるが、乾燥効率を向上させることを目的としてメタノールやエタノール、t−ブチルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル等のエーテル類等の水よりも蒸気圧の高い溶媒を溶媒全体量の50重量%まで添加することが可能である。これらの溶媒を50重量%以上添加するとセルロース繊維の分散性が悪くなり細孔分布の均一性が悪くなるため好ましくない。   The solvent of the slurry basically needs to use water, but for the purpose of improving the drying efficiency, alcohols such as methanol, ethanol and t-butyl alcohol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, diethyl ether, It is possible to add a solvent having a higher vapor pressure than water such as ethers such as ethyl methyl ether to 50% by weight of the total amount of the solvent. When these solvents are added in an amount of 50% by weight or more, the dispersibility of the cellulose fibers is deteriorated and the uniformity of the pore distribution is deteriorated, which is not preferable.

上記乾燥工程における乾燥手段は特に限定されるものではないが、具体的には、熱風乾燥及び遠赤外線乾燥の単独又は組み合わせ等の一般的に使用されている乾燥手法を使用して実施することが可能であり、例えば熱風温度は、30〜150℃、好ましくは60〜120℃とすることができるが、できるだけシート(微多孔膜)の厚み方向の構造が均一に乾燥されるように熱風温度、熱風量、遠赤外線の照射条件等を調整する必要がある。また乾燥効率の向上のために、マイクロ波加熱を使用することもできる。   The drying means in the drying step is not particularly limited. Specifically, it may be carried out using a commonly used drying method such as hot air drying and far infrared drying alone or in combination. For example, the hot air temperature can be 30 to 150 ° C., preferably 60 to 120 ° C., but the hot air temperature so that the structure in the thickness direction of the sheet (microporous film) can be dried as uniformly as possible, It is necessary to adjust the hot air volume, far-infrared irradiation conditions, and the like. Microwave heating can also be used to improve drying efficiency.

一方、上記の分散工程、膜形成工程及び一体化工程の全てを一工程で実施することも可能である。この場合、製造プロセスを更に簡易化し、また、製造時間を更に短縮化することができる。   On the other hand, it is possible to carry out all of the above-described dispersion process, film formation process and integration process in one process. In this case, the manufacturing process can be further simplified and the manufacturing time can be further shortened.

例えば、繊維の材質が熱可塑性樹脂等の溶融可能なものであれば、一般的なスパンボンド法、好ましくはメルトブロー法によって、溶融状態の繊維を電極表面に吹き付けることができる。この場合、溶融状態の繊維が電極表面に散布されると同時に、当該繊維が相互に結合して微多孔膜を形成し、且つ、当該繊維の一部が電極と固着する。これにより、微多孔膜と電極を一体化することができる。   For example, if the material of the fiber is a meltable material such as a thermoplastic resin, the melted fiber can be sprayed onto the electrode surface by a general spunbond method, preferably a melt blow method. In this case, at the same time as the molten fibers are dispersed on the electrode surface, the fibers are bonded to each other to form a microporous film, and a part of the fibers is fixed to the electrode. Thereby, a microporous film and an electrode can be integrated.

一方、繊維の材質が溶融可能なものでなければ、例えば、静電紡糸法によって繊維成分の溶液をアースと接続した電極表面に吹き付けることができる。この場合、前記溶液が電極表面に散布されると同時に、当該溶液中の溶媒が揮散して、繊維が現れて電極表面に分散され、相互に結合して微多孔膜を形成し、且つ、当該繊維の一部が電極と固着する。これにより、微多孔膜と電極を一体化することができる。   On the other hand, if the fiber material is not meltable, the fiber component solution can be sprayed onto the electrode surface connected to the ground by, for example, electrostatic spinning. In this case, at the same time as the solution is sprayed on the electrode surface, the solvent in the solution is volatilized, fibers appear and are dispersed on the electrode surface, and bonded to each other to form a microporous film, and A part of the fiber adheres to the electrode. Thereby, a microporous film and an electrode can be integrated.

本発明の製造方法では、微多孔膜を単独で製造後に電極と一体化せず、微多孔膜を電極上で直接製造するので、微多孔膜をかなり薄くすることが可能である。また、微多孔膜は電極上に固着している状態で製造されるので、一体化した膜電極複合体の製造が容易である。   In the manufacturing method of the present invention, since the microporous membrane is manufactured directly on the electrode without being integrated with the electrode after being manufactured alone, the microporous membrane can be made considerably thin. Further, since the microporous membrane is manufactured in a state of being fixed on the electrode, it is easy to manufacture an integrated membrane electrode assembly.

したがって、本発明の製造方法では、薄い微多孔膜を備える膜電極複合体を容易に製造することができる。   Therefore, in the production method of the present invention, a membrane electrode assembly including a thin microporous membrane can be easily produced.

[電気化学素子]
本発明の膜電極複合体は電気化学素子の一構成要素として使用することができる。
[Electrochemical element]
The membrane electrode assembly of the present invention can be used as a component of an electrochemical device.

本発明の膜電極複合体は、例えば、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサ(キャパシタ)、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の電池又はキャパシタに用いることができる。   The membrane electrode assembly of the present invention can be used for batteries or capacitors such as lithium ion secondary batteries, polymer lithium batteries, aluminum electrolytic capacitors (capacitors), electric double layer capacitors, and lithium ion capacitors.

本発明の膜電極複合体は、二次電池に使用することが好ましく、リチウムイオン二次電池に使用することがより好ましい。   The membrane electrode assembly of the present invention is preferably used for a secondary battery, and more preferably used for a lithium ion secondary battery.

本発明の電気化学素子としての電池の構成は、本発明の膜電極複合体を単位電池層として用いること以外は、従来の電池と全く同様の構成とすることができる。なお、電気化学素子の構造は特に限定するものではなく、積層型、円筒型、角型、コイン型等が挙げられる。   The structure of the battery as the electrochemical element of the present invention can be the same as that of a conventional battery except that the membrane electrode assembly of the present invention is used as a unit battery layer. The structure of the electrochemical element is not particularly limited, and examples thereof include a laminated type, a cylindrical type, a square type, and a coin type.

例えば、本発明の電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池は、本発明の膜電極複合体の微多孔膜に電解液が含浸された単位電池層を備えることができる。   For example, the lithium ion secondary battery as the electrochemical element of the present invention can include a unit battery layer in which a microporous film of the membrane electrode assembly of the present invention is impregnated with an electrolyte.

また、本発明の電気化学素子としてのキャパシタ、例えば電気二重層キャパシタも、本発明の膜電極複合体の微多孔膜に電解液が含浸された単位セルを備えることができる。   Further, a capacitor as an electrochemical element of the present invention, for example, an electric double layer capacitor, can also include a unit cell in which a microporous film of the membrane electrode assembly of the present invention is impregnated with an electrolytic solution.

リチウムイオン二次電池又は電気二重層キャパシタは、例えば、複数の前記単位電池層を積層又は巻回して素子を構成し、次いで、その素子を外装材に収納し、集電体を外部電極に接続して、従来公知の電解液を含浸した後、外装材を封止することによって製造することができる。   A lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor is, for example, configured by stacking or winding a plurality of unit battery layers to form an element, and then storing the element in an exterior material and connecting a current collector to an external electrode And after impregnating conventionally well-known electrolyte solution, it can manufacture by sealing an exterior material.

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely using an Example and a comparative example, the scope of the present invention is not limited to an Example.

(実施例1)
NBKPをイオン交換水中に2.5重量%濃度になるように分散させ、ダブルディスクリファイナーを用いて数平均繊維長0.4mm以下となるような条件までサイクリングにて叩解した。数平均繊維長が0.4mm以下となったセルロース繊維分散液をマスコロイダー(増幸産業株式会社製)で2回処理することにより数平均繊維長が0.3mm以下となるセルロース微細繊維1を得た。
(Example 1)
NBKP was dispersed in ion-exchanged water so as to have a concentration of 2.5% by weight, and beaten by cycling to a condition where the number average fiber length was 0.4 mm or less using a double disc refiner. Cellulose fine fibers 1 having a number average fiber length of 0.3 mm or less are obtained by treating the cellulose fiber dispersion having a number average fiber length of 0.4 mm or less with a mass colloider (manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd.) twice. It was.

セルロース微細繊維1の固形分を100重量部とし、これに対してグリコールエーテル系開孔剤(商品名:ハイソルブMTEM 東邦化学製)を220重量部、親水性高分子バインダーとして1重量%濃度でイオン交換水に溶解したカルボキシメチルセルロース(商品名:サンローズF1400MG 日本製紙ケミカル製)を10重量部添加し、最終的に固形分濃度が1.5重量%となるように水を加えた塗料をホモミキサー(株式会社アズワン製)で均一に混ざるまで分散を行った。   Cellulose fine fiber 1 has a solid content of 100 parts by weight, and glycol ether type pore-opening agent (trade name: manufactured by Hisolv MTEM Toho Chemical Co.) is 220 parts by weight. Add 10 parts by weight of carboxymethylcellulose (trade name: Sunrose F1400MG, manufactured by Nippon Paper Chemicals) dissolved in exchanged water, and add a paint to which water is added so that the final solid content concentration is 1.5% by weight. Dispersion was carried out until the mixture was evenly mixed (manufactured by ASONE Corporation).

負極活物質として人造黒鉛(平均粒子径:20μm)95質量%、導電助剤としてアセチレンブラック2%、水系バインダーとしてSBR2質量%、増粘剤としてCMC(カルボキシメチルセルロース)1質量%の配合で混練機を用いてスラリーを作成した。次に、得られたスラリーをアプリケータを用いて銅箔上に活物質密度が5mg/cmとなるように塗布、乾燥、圧延し負極を得た。 A kneading machine containing 95% by mass of artificial graphite (average particle size: 20 μm) as a negative electrode active material, 2% by weight of acetylene black as a conductive additive, 2% by mass of SBR as an aqueous binder, and 1% by mass of CMC (carboxymethylcellulose) as a thickener. A slurry was prepared using Next, the obtained slurry was applied onto a copper foil using an applicator so that the active material density was 5 mg / cm 2 , dried and rolled to obtain a negative electrode.

調合した塗料を上記3で作成した負極上にWET膜厚が100μmとなるようアプリケータを用いて塗布し、120℃の熱風及び赤外線ヒーターを用いて12分間乾燥した。このようにしてセルロース層の膜厚が3μm、空孔率40%の膜電極複合体を得た。   The prepared paint was applied on the negative electrode prepared in 3 above using an applicator so that the WET film thickness was 100 μm, and dried for 12 minutes using hot air at 120 ° C. and an infrared heater. Thus, a membrane electrode assembly having a cellulose layer thickness of 3 μm and a porosity of 40% was obtained.

(比較例1)
高純度アルミナ(商品名:AKP−50 住友化学製)94質量部、バインダーとしてアクリロニトリルブタジエンゴム(商品名:Nipol−1561 日本ゼオン製)6質量部をNMPを溶媒としてビーズミルにて攪拌し、ペーストを作成した。このペーストをコンマコーターを用いて実施例1で作成した負極上の片面に厚さ3μmの膜となるように形成して、膜電極複合体を得た。この膜の空孔率は3.5%であった。
(Comparative Example 1)
94 parts by mass of high-purity alumina (trade name: AKP-50 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 6 parts by mass of acrylonitrile butadiene rubber (trade name: Nipol-1561 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) as a binder were stirred in a bead mill using NMP as a solvent, Created. This paste was formed on one side of the negative electrode prepared in Example 1 using a comma coater so as to form a film having a thickness of 3 μm to obtain a membrane electrode composite. The porosity of this film was 3.5%.

以上のように、実施例1と比較例1の結果より、本発明の微多孔膜は膜電極複合体でありながら空孔率が高い微多孔膜を実現できることが示された。 As described above, the results of Example 1 and Comparative Example 1 showed that the microporous membrane of the present invention can realize a microporous membrane having a high porosity even though it is a membrane electrode composite.

Claims (14)

電極、及び、
繊維を含む微多孔膜
を備え、前記微多孔膜の少なくとも一部が前記電極に固着している膜電極複合体。
Electrodes, and
A membrane electrode assembly comprising a microporous membrane containing fibers, wherein at least a part of the microporous membrane is fixed to the electrode.
前記微多孔膜が繊維集積体の形態である、請求項1記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the microporous membrane is in the form of a fiber assembly. 前記繊維の平均繊維径が0.5μm以下である、請求項1又は2記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1 or 2, wherein an average fiber diameter of the fibers is 0.5 µm or less. 前記微多孔膜の厚さが30μm以下である、請求項1乃至3のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the microporous membrane has a thickness of 30 µm or less. 前記繊維がセルロース繊維である、請求項1乃至4のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein the fibers are cellulose fibers. 前記微多孔膜がバインダーを含む、請求項1乃至5のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 5, wherein the microporous membrane contains a binder. 前記バインダーが少なくともカルボキシ基及び/又は水酸基を有する、請求項6記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to claim 6, wherein the binder has at least a carboxy group and / or a hydroxyl group. 前記微多孔膜の空孔率が30%以上である、請求項1乃至7のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 7, wherein a porosity of the microporous membrane is 30% or more. 繊維を電極上に分散させる分散工程、
前記繊維同士を結合して微多孔膜を形成する膜形成工程、及び、
前記微多孔膜及び前記電極を一体化する一体化工程
を含む、膜電極複合体の製造方法。
A dispersion step of dispersing the fiber on the electrode;
A film forming step of bonding the fibers to form a microporous film; and
A method for producing a membrane electrode assembly, comprising an integration step of integrating the microporous membrane and the electrode.
前記膜形成工程及び前記一体化工程、或いは、前記分散工程、前記膜形成工程及び前記一体化工程の全てを一工程で行う、請求項9記載の膜電極複合体の製造方法。   The method for producing a membrane electrode assembly according to claim 9, wherein the film formation step and the integration step, or the dispersion step, the film formation step, and the integration step are all performed in one step. 請求項1乃至8のいずれかに記載の膜電極複合体を備える電気化学素子。   An electrochemical device comprising the membrane electrode assembly according to claim 1. 電池又はキャパシタである、請求項11記載の電気化学素子。   The electrochemical device according to claim 11, which is a battery or a capacitor. 二次電池である、請求項12記載の電気化学素子。   The electrochemical device according to claim 12, which is a secondary battery. リチウムイオン二次電池である、請求項13記載の電気化学素子。   The electrochemical device according to claim 13, which is a lithium ion secondary battery.
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