JP2016081621A - Separator and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents

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Tomoaki Satomi
倫明 里見
孝将 南
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孝将 南
文吾 桜井
Bungo Sakurai
文吾 桜井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery separator improved in permeability of an electrolyte in a separator.SOLUTION: In a separator used as a battery separator, a fibril branch end is formed on the surface thereof. Even if the separator is folded to be used when being stored in a lithium ion secondary battery including a positive electrode 1, a negative electrode 2, a separator 3 and a nonaqueous electrolyte, the fibril branch end on the surface has a larger free space than ordinary fibrils, so that a pore route can be secured largely on a film surface, and therefor soaking properties of an electrolyte is improved and the interface resistance of a cell can be also reduced.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度であるメリットを活かして、主にVTRカメラやノート型パソコン、携帯電話などのポータブル機器に使用されている。近年では、電気自動車用や電力貯蔵用を目的とする大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。特に、自動車産業界においては環境問題に対応すべく、動力源としてモータを用いる方式の電気自動車や、内燃機関とモータの両方を用いるハイブリッド方式の電気自動車の開発が進められており、その一部はすでに実用化されている。 Lithium ion secondary batteries are mainly used in portable devices such as VTR cameras, notebook computers and mobile phones, taking advantage of the high energy density. In recent years, research and development of large-sized lithium ion secondary batteries for the purpose of electric vehicles and power storage have been actively conducted. In particular, in the automobile industry, in order to cope with environmental problems, development of electric vehicles using a motor as a power source and hybrid electric vehicles using both an internal combustion engine and a motor are underway. Has already been put to practical use.

また、リチウムイオン二次電池はその形状で円筒形と角型とに分類されるが、電気自動車用電源としては現時点で円筒形のものが多く用いられている。一般的な円筒型リチウムイオン二次電池の内部は、正極板及び負極板が共に活物質を金属箔の両面に塗着した帯状とされ、これら両電極が直接接触しないようにセパレータを挟んだ構造とされている。 In addition, lithium ion secondary batteries are classified into cylindrical shapes and rectangular shapes according to their shapes, but at present, cylindrical batteries are often used as power sources for electric vehicles. The inside of a typical cylindrical lithium ion secondary battery has a structure in which both the positive electrode plate and the negative electrode plate are coated with an active material on both sides of a metal foil, and a separator is sandwiched between these two electrodes so that they are not in direct contact with each other. It is said that.

電気自動車の動力源に使用されるリチウムイオン二次電池には、高容量、高出力が強く要求されると共に、電気自動車の長期の使用に適合する長寿命特性も望まれている。ところが、電気自動車用の大型電池では、大電流の充放電に伴う急激な電子の流れにリチウムイオンの移動が追従しないので、セパレータや電極内に電解液中のリチウムイオンの濃度勾配が生じて極端に出力が低下してしまうことがある。これを解決するために、正負極を離隔するセパレータの空隙率を正極合剤及び負極合剤の空隙率より大きいか同じとする技術が開示されている(特許文献1)。また、リチウムイオン二次電池内の空間体積に対する遊離電解液体積の割合を適正範囲とすることで、電池特性の低下を抑制する技術も開示されている(特許文献2)。 A lithium ion secondary battery used for a power source of an electric vehicle is strongly required to have a high capacity and a high output, and a long life characteristic suitable for long-term use of the electric vehicle is also desired. However, in large batteries for electric vehicles, the movement of lithium ions does not follow the rapid flow of electrons that accompanies charging / discharging of a large current, resulting in a concentration gradient of lithium ions in the electrolyte in the separator or electrode. In some cases, the output may decrease. In order to solve this, a technique is disclosed in which the porosity of the separator separating the positive and negative electrodes is greater than or equal to the porosity of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture (Patent Document 1). Moreover, the technique which suppresses the fall of a battery characteristic by making the ratio of the free electrolyte volume with respect to the space volume in a lithium ion secondary battery into an appropriate range is also disclosed (patent document 2).

特に、円筒型電池や角型電池ではセパレータは密閉容器内に収納される際に、必ず屈曲される。本発明者らの検討によれば、これら屈曲部ではフィルム多孔内に存在するフィブリルは伸長され、開孔率が小さくなり、内部抵抗が高くなっていることがわかっている。ここでフィブリルとは配向(引き伸ばされた)した高分子鎖の束のことである。以上のように、セパレータの屈曲により、生じるミクロ構造の変化は電池の出力低下の原因となっているが、この点においてさらなる改善が必要と考えられる。   In particular, in the case of a cylindrical battery or a square battery, the separator is always bent when stored in a sealed container. According to the study by the present inventors, it is known that the fibrils present in the film pores are elongated at these bent portions, the porosity is decreased, and the internal resistance is increased. Here, the fibril is a bundle of polymer chains that are oriented (stretched). As described above, the change in the microstructure caused by the bending of the separator causes a decrease in the output of the battery. However, further improvement is considered necessary in this respect.

特開2001−223029号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-223029 特開2001−185223号公報JP 2001-185223 A

本発明は、上記に鑑み、簡便にリチウムイオン二次電池内の電極間に生じる濃度勾配を低減し、電池の出力特性向上を図ろうとするものである。   In view of the above, the present invention is intended to easily reduce the concentration gradient generated between the electrodes in the lithium ion secondary battery and improve the output characteristics of the battery.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に係るセパレータにおいて樹脂シート膜表面上にフィブリル自由端を突出させることが有効であることを見いだした。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that it is effective to project the fibril free end on the surface of the resin sheet film in the separator according to the present invention.

本発明にかかるセパレータは、フィブリル構造を有する多孔膜からなるセパレータにおいて、前記多孔膜の膜表面上にフィブリル自由端が突出していることを特徴としている。 The separator according to the present invention is a separator composed of a porous film having a fibril structure, and is characterized in that a fibril free end protrudes on the film surface of the porous film.

フィブリル端を表面に突出させれば、表面における自由空間が増大し、屈曲させた場合にもセパレータ面にフィブリル自由端が突出していることにより隣接するセパレータとの距離を一定以上に保つことができ、それによる自由空間が電解液中の拡散経路を確保し、リチウムイオンの濃度勾配が生じない。それにより電池の出力特性向上が図れる。   Protruding the fibril end to the surface increases the free space on the surface, and even when bent, the fibril free end protrudes from the separator surface, allowing the distance between adjacent separators to be kept above a certain level. The free space thereby secures a diffusion path in the electrolyte, and no lithium ion concentration gradient occurs. Thereby, the output characteristics of the battery can be improved.

本発明にかかる多孔質フィルムは、フィブリル自由端が分岐部を有することが好ましい。 As for the porous film concerning this invention, it is preferable that a fibril free end has a branch part.

フィブリル自由端が分岐することで、更に多くの自由端を増やすことができる。自由端は連続的につながったフィブリルよりも多くの自由空間を有し、したがって、これら分岐部周囲では通常のフィブリルよりも自由空間が多くなり、屈曲したときに生じるフィブリルの重なりが少なくなり、リチウムイオンの移動が容易になる。   More free ends can be increased by branching the fibril free end. The free end has more free space than continuously connected fibrils, so there is more free space around these branches than normal fibrils, resulting in less fibril overlap when bent, and lithium Ion movement is facilitated.

前記フィブリル自由端は、少なくともその表面において、カルボニル構造を持つ樹脂からなることが好ましい。 The fibril free end is preferably made of a resin having a carbonyl structure at least on the surface thereof.

膜表面にカルボニル構造を有することで、電解液中でフィブリル自由端同士が静電反発し、自由端同士の接触を低減できる。   By having a carbonyl structure on the film surface, fibril free ends repel each other in the electrolyte solution, and contact between the free ends can be reduced.

正極、負極、及びこれら正負極間に配置された上記セパレータと、前記セパレータに含浸された非水電解液とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池において、膜表面に分岐した多数のフィブリル自由端を有することで、電池製造時に生じる屈曲部でのフィブリル同士の重なりが抑えられ、電解液の拡散経路を確保できる。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and the separator disposed between the positive and negative electrodes, and a non-aqueous electrolyte impregnated in the separator. By having a free end, the overlap of the fibrils at the bent portion that occurs during battery manufacture is suppressed, and a diffusion path for the electrolyte can be secured.

電池内の屈曲部に生じるリチウムイオンの濃度勾配を低減し、出力特性を向上した二次電池が提供される。   There is provided a secondary battery in which a concentration gradient of lithium ions generated in a bent portion in the battery is reduced and output characteristics are improved.

電池屈曲部におけるセパレータの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the separator in a battery bending part. リチウムイオン二次電池に収納される倦回された蓄電要素の模式図である。It is a schematic diagram of the wound electrical storage element accommodated in a lithium ion secondary battery. 蓄電要素の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of an electrical storage element. 実施例1のセパレータ表面の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the separator surface of Example 1. FIG.

以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、本実施の形態)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as the present embodiment) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.

図1には電池屈曲部におけるセパレータの断面模式図を示す。本実施形態として示すセパレータは、正極1と負極2との間に挟まれた位置に有し、フィブリル構造を有する多孔膜3bからなるセパレータ18において、前記多孔膜3bの膜表面上にフィブリル自由端3aが突出していることを特徴としている。図1上ではフィブリル自由端を図示していないがフィブリル自由端が存在する階層を3aとして示している。   FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the separator at the battery bent portion. The separator shown as the present embodiment is located at a position sandwiched between the positive electrode 1 and the negative electrode 2, and in the separator 18 composed of the porous film 3b having a fibril structure, the fibril free end is formed on the film surface of the porous film 3b. 3a protrudes. In FIG. 1, the fibril free end is not shown, but the layer where the fibril free end exists is shown as 3 a.

(セパレータ)
本実施形態に示すセパレータを作製するための多孔質膜に用いる素材は、特に限定されるわけではないが、熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。更に重量平均分子量が5×10以上の超高分子量ポリオレフィン樹脂か、又はこの超高分子量ポリオレフィン樹脂を少なくとも15重量%と重量平均分子量が5×10 未満のポリオレフィン樹脂とからなる超高分子量ポリオレフィン樹脂組成物であることが好ましい。
(Separator)
The material used for the porous film for producing the separator shown in the present embodiment is not particularly limited, but a thermoplastic resin is preferably used. Further, an ultrahigh molecular weight polyolefin resin having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 or more, or an ultrahigh molecular weight polyolefin comprising at least 15% by weight of this ultra high molecular weight polyolefin resin and a polyolefin resin having a weight average molecular weight of less than 5 × 10 5 A resin composition is preferred.

以下、本明細書において、簡単のため、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂とこれを含む組成物を超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と総称することとする。   Hereinafter, in the present specification, for the sake of simplicity, the above ultrahigh molecular weight polyolefin resin and a composition containing the same are collectively referred to as an ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition).

超高分子量ポリオレフィン樹脂は、重量平均分子量が5×10 〜60×10の範囲にあり、好ましくは、1×10 〜15×10の範囲にある。このような超高分子量ポリオレフィン樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等の単独重合体、共重合体又はこれらの混合物を挙げることができる。しかし、なかでも、超高分子量ポリエチレン樹脂が好ましく用いられる。 The ultrahigh molecular weight polyolefin resin has a weight average molecular weight in the range of 5 × 10 5 to 60 × 10 6 , and preferably in the range of 1 × 10 6 to 15 × 10 6 . Examples of such ultrahigh molecular weight polyolefin resins include homopolymers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene, copolymers, and mixtures thereof. . However, among these, ultra high molecular weight polyethylene resin is preferably used.

上記超高分子量ポリオレフィン樹脂組成物は、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂と共に、それ以外のポリオレフィン樹脂を含んでいてもよい。この超高分子量ポリオレフィン樹脂以外のポリオレフィン樹脂は、超高分子量ポリオレフィン樹脂と同様、重量平均分子量が1×10以上、5×10 未満の範囲にあり、好ましくは、1×10〜3×10の範囲にある。 The ultra high molecular weight polyolefin resin composition may contain other polyolefin resins together with the ultra high molecular weight polyolefin resin. The polyolefin resin other than the ultrahigh molecular weight polyolefin resin has a weight average molecular weight in the range of 1 × 10 4 or more and less than 5 × 10 5 , preferably 1 × 10 4 to 3 ×, like the ultra high molecular weight polyolefin resin. It is in the range of 10 5 .

本実施形態のセパレータの製造には、先ず、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)5〜30重量%、好ましくは、8〜20重量%と、凝固点が−10℃以下である溶媒95〜70重量%、好ましくは、92〜80重量%とを均一なスラリー状に混合し、これを加熱攪拌して、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)を上記溶媒中に溶解させ、得られた溶液状混合物を115〜185℃の範囲の温度に混練りして、混練り物を調製する。   In the production of the separator of this embodiment, first, the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) is 5 to 30% by weight, preferably 8 to 20% by weight, and the solvent 95 to 70 having a freezing point of −10 ° C. or lower. % By weight, preferably 92 to 80% by weight, mixed in a uniform slurry, heated and stirred to dissolve the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) in the solvent, and the resulting solution The kneaded mixture is kneaded at a temperature in the range of 115 to 185 ° C. to prepare a kneaded product.

上記溶媒としては、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)をよく溶解すると共に、凝固点が−10℃以下のものであればよい。そのような溶媒の好ましい具体例として、例えば、デカン、デカリン、流動パラフィン等の脂肪族又は環式炭化水素を挙げることができる。   As said solvent, while melt | dissolving the said ultra high molecular weight polyolefin resin (composition) well, a freezing point should just be -10 degrees C or less. Preferable specific examples of such a solvent include aliphatic or cyclic hydrocarbons such as decane, decalin, and liquid paraffin.

次いで、このようにして得られた超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒との溶液状の混練り物を用いた溶媒の凝固点以下の温度、好ましくは、25℃から−45℃の範囲の温度、好ましくは、20℃〜−20℃の範囲の温度に冷却しながら、ゲル状シートに成形して、超高分子量ポリオレフィン樹脂(と高密度ポリエチレン樹脂)を結晶化させる。ゲル状シートの厚みは、通常、0.1〜5.0mmの範囲が適当である。   Next, the temperature below the freezing point of the solvent using the solution-like kneaded product of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) thus obtained and the solvent, preferably a temperature in the range of 25 ° C to -45 ° C. Preferably, the gel is formed into a gel sheet while cooling to a temperature in the range of 20 ° C. to −20 ° C., and the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (and high density polyethylene resin) is crystallized. The range of 0.1 to 5.0 mm is usually appropriate for the thickness of the gel sheet.

このように、超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒との溶液状の混練り物を用いた溶媒の凝固点以下の温度に冷却するには、特に、限定されるものではないが、例えば、予め2枚の金属板をドライアイスにて冷却しておき、これら金属板の間に上記混練り物を挟み、混練り物を加圧して、シートとして成形すればよい。   Thus, the cooling to a temperature below the freezing point of the solvent using a solution-like kneaded product of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) and the solvent is not particularly limited. Two metal plates may be cooled with dry ice, the kneaded material may be sandwiched between these metal plates, and the kneaded material may be pressed to form a sheet.

次いで、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂の融点をMとするとき、上記ゲル状シートを(M+5)℃から(M−30)℃の範囲の温度、好ましくは、M℃から(M−25)℃の範囲の温度にて、二軸延伸する。この二軸延伸は、逐次又は同時二軸延伸のいずれによってもよいが、好ましくは、同時二軸延伸する。本発明において、ゲル状シートの延伸倍率は、一方向に3〜32倍であり、面積延伸倍率は9〜1024倍の範囲が適当であり、好ましくは、一方向に3〜20倍であり、面積延伸倍率は9〜400倍の範囲である。   Next, when the melting point of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin is M, the gel-like sheet has a temperature in the range of (M + 5) ° C. to (M−30) ° C., preferably M ° C. to (M−25) ° C. Biaxial stretching at a temperature in the range. This biaxial stretching may be either sequential or simultaneous biaxial stretching, but preferably simultaneous biaxial stretching. In the present invention, the stretch ratio of the gel sheet is 3 to 32 times in one direction, the area stretch ratio is suitably in the range of 9 to 1024 times, preferably 3 to 20 times in one direction, The area stretch ratio is in the range of 9 to 400 times.

更に、このように得られた二軸延伸フィルムを適宜の溶剤で洗浄して、シート中に残留する溶媒を除去し、セパレータを得る、好ましくは、この後、このフィルムの熱収縮を防止するために、加熱して、ヒートセット(熱固定)する。上記脱溶媒処理に用いる溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類等の易揮発性のものが好ましく用いられる。これらの溶剤は、超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)の溶液の調製に用いた溶媒に応じて適宜に選ばれる。セパレータ中に残留する溶媒を除去するには、例えば、セパレータを溶剤に浸漬すればよい。   Furthermore, the biaxially stretched film thus obtained is washed with an appropriate solvent to remove the solvent remaining in the sheet to obtain a separator, preferably after this, to prevent thermal shrinkage of this film Next, heat and heat set (heat setting). Examples of the solvent used for the desolvation treatment include volatile solvents such as hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride, and ethers such as diethyl ether and dioxane. Is preferably used. These solvents are appropriately selected depending on the solvent used for preparing the solution of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition). In order to remove the solvent remaining in the separator, for example, the separator may be immersed in the solvent.

このようにして得られたセパレータを水中に浸漬し、活性酸素種と接触させて膜表面をエッチングする。用いる活性酸素種としては、スーパーオキシド、ヒドロキシラジカルがあるが、これらは例えばオゾンに接触させながら紫外線照射するか、あるいは超音波処理や電磁波処理することによって発生することができる。   The separator thus obtained is immersed in water and brought into contact with active oxygen species to etch the film surface. Examples of the active oxygen species to be used include superoxide and hydroxy radical. These can be generated by, for example, irradiating with ultraviolet rays while being in contact with ozone, or by ultrasonic treatment or electromagnetic wave treatment.

この際のオゾンとしては、常法に従い、乾燥空気又は酸素中で無声放電するか又は185nmの波長の紫外線を照射するか、低温で希硫酸を電解するか、液体酸素を加熱することにより生成させることができる。このオゾン濃度としては、100〜500ppmの範囲が選ばれるが、濃度を高くするほどエッチング速度が大きくなる。   In this case, ozone is generated by silent discharge in dry air or oxygen, irradiation with ultraviolet rays having a wavelength of 185 nm, electrolysis of dilute sulfuric acid at a low temperature, or heating of liquid oxygen according to a conventional method. be able to. As the ozone concentration, a range of 100 to 500 ppm is selected, but the etching rate increases as the concentration increases.

また、この際照射する紫外線の線源としては、通常紫外線の線源として常用されているものの中から任意に選ぶことができ、特に制限はない。このような線源としては、例えば低圧水銀灯、石英水銀灯、水素放電管、キセノン放電管、ライマン放電管などがある。   In addition, the ultraviolet ray source irradiated at this time can be arbitrarily selected from those commonly used as an ultraviolet ray source, and is not particularly limited. Examples of such a radiation source include a low-pressure mercury lamp, a quartz mercury lamp, a hydrogen discharge tube, a xenon discharge tube, and a Lyman discharge tube.

次に、ヒドロキシラジカルは、水中での超音波処理の際にも発生する。この場合の超音波は、例えば水晶振動子、チタン酸バリウム系セラミックス振動子、金属磁歪振動子、フェライト振動子などの振動子を用いて発振させることができる。   Next, hydroxy radicals are also generated during ultrasonic treatment in water. In this case, the ultrasonic wave can be oscillated using a vibrator such as a quartz vibrator, a barium titanate ceramic vibrator, a metal magnetostrictive vibrator, or a ferrite vibrator.

本エッチング方法においては、セパレータに対し、上記の活性酸素種を接触させることにより、フィブリルの切断によるフィブリル分岐端を形成することができるとともに、その表面は親水性に改質する。これは本エッチング処理により、フィブリル自身が切断され、その表面にカルボニル基が生成する。これらの親水性基の生成は、ATR−IRスペクトルにおいて、カルボニル基由来の1700cm−1付近の吸収ピークの出現によって確認することができる。 In the present etching method, by bringing the active oxygen species into contact with the separator, a fibril branch end by fibril cutting can be formed, and the surface thereof is modified to be hydrophilic. In this etching process, the fibril itself is cut, and a carbonyl group is generated on the surface. The generation of these hydrophilic groups can be confirmed by the appearance of an absorption peak near 1700 cm −1 derived from a carbonyl group in the ATR-IR spectrum.

また、フィブリル自由端は表面にカルボニル基を持っていることが好ましいが、そのカルボニル基の存在有無と量は、X線光電子分光法(XPS)によるO(酸素)/C(炭素)の元素濃度比率で確認することができ、このときO/Cが0.1〜0.7 であることが好ましい。   The fibril free end preferably has a carbonyl group on the surface, and the presence / absence and amount of the carbonyl group is determined by the element concentration of O (oxygen) / C (carbon) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It can confirm by a ratio, and it is preferable that O / C is 0.1-0.7 at this time.

また、アニオン性の官能基が付加した場合、ゼータ電位は減少するが、活性酸素種との接触によりセパレータの表面のゼータ電位は低下するので、これによってもカルボニル基の生成を確認することができる。他方、セパレータの表面が改質されたことは、その表面の水に対する接触角が小さくなることによっても確かめられる。   In addition, when an anionic functional group is added, the zeta potential decreases, but the zeta potential on the surface of the separator decreases due to contact with the active oxygen species, which also confirms the formation of a carbonyl group. . On the other hand, the fact that the surface of the separator has been modified can also be confirmed by reducing the contact angle of the surface with water.

このようにして得られるセパレータは、厚みが1〜60μm、好ましくは、5〜45μmの範囲にあり、空孔率が35〜75%、好ましくは、50〜70%、通気度が100〜800秒/100cc、好ましくは、100〜500秒/100ccである。なお、空孔率は、水銀ポロシメータにより、通気度は、JIS P8117に準拠するガーレー法により測定すればよい。   The separator thus obtained has a thickness in the range of 1 to 60 μm, preferably 5 to 45 μm, a porosity of 35 to 75%, preferably 50 to 70%, and an air permeability of 100 to 800 seconds. / 100 cc, preferably 100 to 500 seconds / 100 cc. The porosity may be measured by a mercury porosimeter, and the air permeability may be measured by a Gurley method in accordance with JIS P8117.

このようなセパレータは、フィブリル端が表面で多数存在するために膜表面での自由体積が大きくなるので、例えば、密閉缶内に封入する際に生じるフィブリル屈曲部で生じる電気抵抗を低減し、出力特性に優れた二次電池を提供できる。   Since such a separator has a large number of fibril ends on the surface, the free volume on the surface of the membrane increases, so that, for example, the electrical resistance generated at the fibril bent portion generated when encapsulating in a sealed can is reduced, and the output A secondary battery having excellent characteristics can be provided.

続いて、上述のセパレータを用いた二次電池に関して、特にリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
(リチウムイオン二次電池)
本実施形態にかかる電極、及びリチウムイオン二次電池について図2を参照して簡単に説明する。
Subsequently, the secondary battery using the above-described separator will be described by taking a lithium ion secondary battery as an example.
(Lithium ion secondary battery)
An electrode and a lithium ion secondary battery according to this embodiment will be briefly described with reference to FIG.

リチウムイオン二次電池は、主として、蓄電要素30、蓄電要素30を密閉した状態で収容するケース(図示していない。)、及び蓄電要素30に接続された一対のリード60、62を備えている。   The lithium ion secondary battery mainly includes a power storage element 30, a case (not shown) for housing the power storage element 30 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the power storage element 30. .

蓄電要素30は、図3に示す通り一対の電極10、20がセパレータ18を挟んで対向配置されたものを倦回した倦回体である。正極10は、正極集電体12上に正極活物質層14が設けられ、負極20は、負極集電体22上に負極活物質層24が設けられている。正極活物質層14及び負極活物質層24がセパレータ18の両側にそれぞれ接触している。正極活物質層14、負極活物質層24、及び、セパレータ18の内部に非水電解液が含有されている。正極集電体12及び負極集電体22の端部には、それぞれアルミニウムからなるリード60、62が接続されており、リード60、62の端部はケースの外部にまで延びている。 As shown in FIG. 3, the electricity storage element 30 is a wound body obtained by winding a pair of electrodes 10 and 20 that are arranged to face each other with the separator 18 interposed therebetween. In the positive electrode 10, a positive electrode active material layer 14 is provided on the positive electrode current collector 12, and in the negative electrode 20, a negative electrode active material layer 24 is provided on the negative electrode current collector 22. The positive electrode active material layer 14 and the negative electrode active material layer 24 are in contact with both sides of the separator 18. A non-aqueous electrolyte is contained inside the positive electrode active material layer 14, the negative electrode active material layer 24, and the separator 18. Leads 60 and 62 made of aluminum are connected to the ends of the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 22, respectively, and the ends of the leads 60 and 62 extend to the outside of the case.

(正極集電体)
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 12 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) such as aluminum, an alloy thereof, or stainless steel can be used.

(正極活物質層)
正極活物質層14は、正極活物質、バインダー、及び、必要に応じた量の導電助剤から主に構成されるものである。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 14 is mainly composed of a positive electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent in an amount as necessary.

(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF )とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMnMaO(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV、LiVOPO)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1),Li過剰系等の複合金属酸化物が挙げられる。特に、熱安定性に優れたLiVOPO、LiFePOがより好ましい。
(Positive electrode active material)
Examples of the positive electrode active material include occlusion and release of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and counter anions (for example, PF 6 ) of the lithium ions. The electrode is not particularly limited as long as it can be reversibly advanced, and a known electrode active material can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and the general formula: LiNi x Co y Mn z MaO 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, and M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr) Oxide, lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 , LiVOPO 4 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is one or more selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr) shows the element or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) , LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1), Li excess based It includes complex metal oxides. In particular, LiVOPO 4 and LiFePO 4 excellent in thermal stability are more preferable.

(正極バインダー)
バインダーは、正極活物質同士を結合すると共に、正極活物質と正極集電体12とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂が挙げられる。更に、上記の他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電助剤粒子の機能も発揮するので導電助剤を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、リチウムイオン等のイオンの伝導性を有するものを使用することができ、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。
(Positive electrode binder)
The binder binds the positive electrode active materials and the positive electrode current collector 12 together with the positive electrode active materials. The binder is not particularly limited as long as the above-described bonding is possible, and examples thereof include fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). In addition to the above, for example, cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide resin, polyamideimide resin, or the like may be used as the binder. Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene. In this case, since the binder also exhibits the function of the conductive assistant particles, it is not necessary to add the conductive assistant. As the ion-conductive conductive polymer, for example, those having ion conductivity such as lithium ion can be used. For example, polymer compounds (polyether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide) , Polyphosphazene, etc.) and a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , or an alkali metal salt mainly composed of lithium, and the like. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.

正極活物質層14中のバインダーの含有量は特に限定されないが、正極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、1〜10質量%であることが好ましい。正極活物質とバインダーの含有量を上記範囲とすることにより、得られた正極活物質層14において、バインダーの量が少なすぎて強固な正極活物質層を形成できなくなる傾向を抑制できる。また、電気容量に寄与しないバインダーの量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向も抑制できる。 Although content of the binder in the positive electrode active material layer 14 is not specifically limited, It is preferable that it is 1-10 mass% on the basis of the sum of the mass of a positive electrode active material, a conductive support agent, and a binder. By making content of a positive electrode active material and a binder into the said range, in the obtained positive electrode active material layer 14, the amount of binders is too small and the tendency which cannot form a strong positive electrode active material layer can be suppressed. In addition, the amount of the binder that does not contribute to the electric capacity increases, and the tendency that it is difficult to obtain a sufficient volume energy density can be suppressed.

(正極導電助剤)
導電助剤も、正極活物質層14の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素系材料や、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
(Positive electrode conductive aid)
The conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it improves the conductivity of the positive electrode active material layer 14, and a known conductive auxiliary agent can be used. Examples thereof include carbon-based materials such as graphite and carbon black, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel, and iron, a mixture of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides such as ITO.

正極活物質層14中の導電助剤の含有量も特に限定されないが、添加する場合には正極活物質の質量に対して0.5〜5質量%であることが好ましい。 The content of the conductive additive in the positive electrode active material layer 14 is not particularly limited, but when added, it is preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the mass of the positive electrode active material.

(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、銅、ニッケル、ステンレス又はそれらの合金の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 22 may be any conductive plate material, and for example, a metal thin plate (metal foil) of copper, nickel, stainless steel, or an alloy thereof can be used.

(負極活物質層)
負極活物質層24は、負極活物質、バインダー、及び、必要に応じた量の導電助剤から主に構成されるものである。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 24 is mainly composed of a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent in an amount as required.

(負極活物質)
負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知の電池用の負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、二酸化シリコン、二酸化スズ、酸化鉄等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)等を含む粒子が挙げられる。単位重量質量あたりの容量の高く、比較的安定な黒鉛や、シリコンを用いることが好ましい。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material may be any compound that can occlude and release lithium ions, and known negative electrode active materials for batteries can be used. Examples of the negative electrode active material include carbon materials that can occlude and release lithium ions (natural graphite, artificial graphite), carbon nanotubes, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, and the like, aluminum, silicon Particles containing metals that can be combined with lithium, such as tin, amorphous compounds mainly composed of oxides such as silicon dioxide, tin dioxide, iron oxide, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), etc. Is mentioned. It is preferable to use graphite or silicon having a high capacity per unit mass and relatively stable.

(負極導電助剤)
導電助剤は特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラックのような熱分解炭素、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成材料、炭素繊維、あるいは活性炭などの炭素材が挙げられる。また、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、黒鉛などの負極活物質材料を、形状を変えて添加してもよい。
(Negative conductive auxiliary)
The conductive auxiliary agent is not particularly limited, and a known conductive auxiliary agent can be used. Examples thereof include carbon materials such as pyrolytic carbon such as carbon black, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired materials, carbon fibers, and activated carbon. Moreover, you may add negative electrode active material materials, such as non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and graphite, changing a shape.

カーボンブラックとしては、特に、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が好ましく、ケッチェンブラックが特に好ましい。電子伝導性の多孔体を含有させることにより負極活物質材料の粒子とバインダーの界面に空孔を形成でき、その空孔により負極活物質層24への非水電解液の染み込みを容易にするので好ましい。 As carbon black, acetylene black, ketjen black and the like are particularly preferable, and ketjen black is particularly preferable. By including an electron conductive porous body, pores can be formed at the interface between the particles of the negative electrode active material and the binder, and the penetration of the non-aqueous electrolyte into the negative electrode active material layer 24 is facilitated by the pores. preferable.

(負極バインダー)
バインダー及び導電助剤には、上述した正極10に用いる材料に加え、PAA等のアクリル系樹脂も用いることができる。また、バインダー及び導電助剤の含有量も、負極活物質の体積変化の大きさや箔との密着性を加味しなければならない場合は適宜調整し、上述した正極10における含有量と同様の含有量を採用すればよい。添加する場合にはバインダーの添加量は、負極活物質の質量に対して2〜20質量%であることが好ましい。導電助剤の添加量は、負極活物質の質量に対して0.5〜5質量%であることが好ましい。
(Negative electrode binder)
In addition to the material used for the positive electrode 10 described above, an acrylic resin such as PAA can also be used for the binder and the conductive assistant. In addition, the content of the binder and the conductive auxiliary agent is also adjusted as appropriate when the volume change of the negative electrode active material and the adhesion to the foil must be taken into account, and the same content as the content in the positive electrode 10 described above. Should be adopted. When adding, it is preferable that the addition amount of a binder is 2-20 mass% with respect to the mass of a negative electrode active material. It is preferable that the addition amount of a conductive support agent is 0.5-5 mass% with respect to the mass of a negative electrode active material.

上述した構成要素により、電極10、20は、通常用いられる方法により作製できる。例えば、活物質(正極活物質または負極活物質)、バインダー(正極バインダーまたは負極バインダー)、溶媒、及び、導電助剤(正極導電助剤または負極導電助剤)を含む塗料を集電体上に塗布し、集電体上に塗布された塗料中の溶媒を除去することにより製造することができる。 With the components described above, the electrodes 10 and 20 can be produced by a commonly used method. For example, a paint containing an active material (a positive electrode active material or a negative electrode active material), a binder (a positive electrode binder or a negative electrode binder), a solvent, and a conductive additive (a positive electrode conductive additive or a negative electrode conductive aid) is placed on the current collector. It can manufacture by apply | coating and removing the solvent in the coating material apply | coated on the electrical power collector.

溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、水等を用いることができる。   As the solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, water and the like can be used.

塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method.

集電体12、22上に塗布された塗料中の溶媒を除去する方法は特に限定されず、塗料が塗布された集電体12、22を、例えば80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。 The method for removing the solvent in the paint applied on the current collectors 12 and 22 is not particularly limited, and the current collectors 12 and 22 applied with the paint are dried, for example, in an atmosphere of 80 ° C. to 150 ° C. Just do it.

そして、このようにして活物質層14、24が形成された電極を、その後、必要に応じて例えば、ロールプレス装置等によりプレス処理すればよい。−   Then, the electrodes on which the active material layers 14 and 24 are formed in this way may then be pressed by a roll press device or the like as necessary. −

(電解質)
電解質は、正極活物質層14、負極活物質層24、及び、セパレータ18の内部に含有させるものである。電解質としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、リチウム塩を含む電解液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解液(非水電解質溶液)であることが好ましい。電解液としては、リチウム塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解したものが好適に使用される。リチウム塩としては特に限定されず、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるリチウム塩を用いることができる。例えば、リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiFSI、LiBOB、Li1212等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、(CFSONLi等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
(Electrolytes)
The electrolyte is contained in the positive electrode active material layer 14, the negative electrode active material layer 24, and the separator 18. The electrolyte is not particularly limited, and for example, in the present embodiment, an electrolytic solution containing a lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, the electrolyte aqueous solution is preferably an electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution) using an organic solvent because the electrochemical decomposition voltage is low, so that the withstand voltage during charging is limited to a low level. As the electrolytic solution, a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) is preferably used. It does not specifically limit as lithium salt, The lithium salt used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery can be used. For example, examples of the lithium salt include inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiFSI, LiBOB, and Li 2 B 12 F 12 , and organic compounds such as LiCF 3 SO 3 and (CF 3 SO 2 ) 2 NLi. An acid anion salt or the like can be used.

また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、等の非プロトン性高誘電率溶媒や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、等の酢酸エステル類あるいはプロピオン酸エステル類等の非プロトン性低粘度溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性高誘電率溶媒と非プロトン性低粘度溶媒を適当な混合比で併用することが望ましい。更には、イミダゾリウム、アンモニウム、及びピリジニウム型のカチオンを用いたイオン性液体を使用することができる。対アニオンは特に限定されるものではないが、BF 、PF 、(CFSO等が挙げられる。イオン性液体は前述の有機溶媒と混合して使用することが可能である。
電解液のリチウム塩の濃度は、電気伝導性の点から、0.5〜2.0Mが好ましい。なお、この電解質の温度25℃における導電率は0.01S/m以上であることが好ましく、電解質塩の種類あるいはその濃度により調整される。
Moreover, as the organic solvent, for example, aprotic high dielectric constant solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, aprotic low viscosity such as acetic acid esters and propionic acid esters such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, etc. A solvent is mentioned. It is desirable to use these aprotic high dielectric constant solvents and aprotic low viscosity solvents in combination at an appropriate mixing ratio. Furthermore, ionic liquids using imidazolium, ammonium, and pyridinium type cations can be used. The counter anion is not particularly limited, and examples thereof include BF 4 , PF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like. The ionic liquid can be used by mixing with the organic solvent described above.
The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 2.0 M from the viewpoint of electrical conductivity. The conductivity of the electrolyte at 25 ° C. is preferably 0.01 S / m or more, and is adjusted by the type of electrolyte salt or its concentration.

電解質を固体電解質やゲル電解質とする場合には、ポリ(ビニリデンフルオライド)等を高分子材料として含有することが可能である。
更に、本実施形態の電解液中には、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。添加剤としては、例えば、サイクル寿命向上を目的としたビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート等や、過充電防止を目的としたビフェニル、アルキルビフェニル等や、脱酸や脱水を目的とした各種カーボネート化合物、各種カルボン酸無水物、各種含窒素及び含硫黄化合物が挙げられる。
When the electrolyte is a solid electrolyte or gel electrolyte, poly (vinylidene fluoride) or the like can be contained as a polymer material.
Furthermore, you may add various additives in the electrolyte solution of this embodiment as needed. Examples of additives include vinylene carbonate and methyl vinylene carbonate for the purpose of improving cycle life, biphenyl and alkyl biphenyl for the purpose of preventing overcharge, various carbonate compounds for the purpose of deoxidation and dehydration, Carboxylic anhydride, various nitrogen-containing and sulfur-containing compounds can be mentioned.

上述のようにして作製した正極と、負極との間に、上述した本実施形態に係るセパレータを間に挟んで、重ね合わせた後、倦回のための軸芯を使い、巻き取り機を用いて捲回したものを作製した。その倦回体30を電解質とともにケースに封入すればリチウムイオン二次電池が完成する。   Between the positive electrode and the negative electrode produced as described above, the separator according to this embodiment described above is sandwiched between them, and after superposition, a winding core is used using a winding core. A wound product was produced. When the wound body 30 is enclosed in a case together with an electrolyte, a lithium ion secondary battery is completed.

以上、本実施形態のセパレータ、その製造方法、セパレータを用いたリチウムイオン二次電池の一例を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明のセパレータ等は、用途等に応じて適宜設定することができる。   As mentioned above, although the example of the separator of this embodiment, its manufacturing method, and the lithium ion secondary battery using a separator was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment. The separator etc. of this invention can be suitably set according to a use etc.

例えば、本実施形態のセパレータは、リチウムイオン二次電池以外の電気化学素子にも用いることができる。電気化学素子としては、金属リチウム二次電池(カソードとして本発明の活物質を用い、アノードに金属リチウムを用いたもの)等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、リチウムキャパシタ等の電気化学キャパシタ等が挙げられる。これらの電気化学素子は、自走式のマイクロマシン、ICカードなどの電源や、プリント基板上又はプリント基板内に配置される分散電源の用途に使用することが可能である。   For example, the separator of the present embodiment can be used for electrochemical elements other than lithium ion secondary batteries. Electrochemical elements include secondary batteries other than lithium ion secondary batteries such as metal lithium secondary batteries (those using the active material of the present invention as the cathode and metal lithium as the anode), and electric batteries such as lithium capacitors. Examples include chemical capacitors. These electrochemical elements can be used for power sources such as self-propelled micromachines and IC cards, and distributed power sources arranged on or in a printed circuit board.

(実施例1)
(セパレータの作製)
重量平均分子量100万の超高分子量ポリエチレン樹脂(融点134℃)15重量%と流動パラフィン85重量%とをスラリー状に均一に混合し、これを小型ニーダに仕込み、160℃の温度で約50分間、加熱し、溶解させ、混練りして、超高分子量ポリエチレン樹脂と溶媒との混練り物を得た。この後、この混練り物を15℃まで急冷しながら、厚み0.5mmのシートに成形して、超高分子量ポリエチレン樹脂を結晶化させた。
Example 1
(Preparation of separator)
A 15% by weight ultra-high molecular weight polyethylene resin (melting point: 134 ° C.) having a weight average molecular weight of 1 million and 85% by weight of liquid paraffin are uniformly mixed in a slurry, charged in a small kneader, and heated at a temperature of 160 ° C. for about 50 minutes. Then, the mixture was heated, dissolved, and kneaded to obtain a kneaded product of an ultrahigh molecular weight polyethylene resin and a solvent. Thereafter, the kneaded product was molded into a sheet having a thickness of 0.5 mm while rapidly cooling to 15 ° C. to crystallize the ultrahigh molecular weight polyethylene resin.

次いで、このシートを約115℃の温度で縦横4×4倍に同時二軸延伸した後、塩化メチレンに浸漬して脱溶媒した。このようにして得られたセパレータを更に120℃で10秒間ヒートセットし、厚み25μm、空孔率40%の多孔膜を得た。この時の空孔率は、水銀ポロシメーター(オートスキャン33、ユアサアイオニクス社製)を使用し算出した。また、セパレータの厚みはセパレータの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)観察により求めた。 Next, the sheet was simultaneously biaxially stretched 4 × 4 times in length and width at a temperature of about 115 ° C. and then immersed in methylene chloride to remove the solvent. The separator thus obtained was further heat set at 120 ° C. for 10 seconds to obtain a porous film having a thickness of 25 μm and a porosity of 40%. The porosity at this time was calculated using a mercury porosimeter (Autoscan 33, manufactured by Yuasa Ionics). The thickness of the separator was determined by observing the cross section of the separator with a scanning electron microscope (SEM).

さらに、この得られたセパレータに半面だけポリフッ化エチレンでマスキングを施し、石英製試験管(内径150mm、長さ300mm)に収容し、蒸留水300mlを加え、オゾン曝気中、両側の低圧水銀灯から波長254nmの紫外線を照射した。この際の石英製試験管と低圧水銀灯との距離は3mmであった。このようにして120分間エッチング処理したのち、セパレータを取り出し、水洗後、マスキングを剥離し実施例1のセパレータを得た。 Further, only half of the obtained separator was masked with polyfluorinated ethylene, accommodated in a quartz test tube (inner diameter 150 mm, length 300 mm), 300 ml of distilled water was added, and the wavelength from the low-pressure mercury lamps on both sides during ozone aeration Irradiation with ultraviolet rays of 254 nm was performed. At this time, the distance between the quartz test tube and the low-pressure mercury lamp was 3 mm. Thus, after performing the etching process for 120 minutes, the separator was taken out, washed with water, the masking was peeled off, and the separator of Example 1 was obtained.

(リチウムイオン二次電池の作製)
(負極の作製)
負極活物質として人造黒鉛、バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースを、水を溶媒として混合し、塗料を作成した。この塗料を集電体である銅箔(厚さ15μm)にドクターブレード法で塗布し、80℃で乾燥させた後、圧延し、銅箔表面に正極活物質層を形成した。銅箔には、外部引き出し端子を接続するために、塗料を塗布しない部分を設けておいた。外部引き出し端子としては、外装体とのシール性を向上させる目的で、ニッケル箔に、無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレンを巻き付けたものを用意した。このニッケル箔と上記塗料を塗布し乾燥した後の銅箔とを超音波溶接し、負極を作製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
(Preparation of negative electrode)
Artificial graphite was used as the negative electrode active material, styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose were used as the binder, and water was used as a solvent to prepare a paint. This paint was applied to a copper foil (thickness: 15 μm) as a current collector by a doctor blade method, dried at 80 ° C., and then rolled to form a positive electrode active material layer on the surface of the copper foil. The copper foil was provided with a portion to which no paint was applied in order to connect the external lead terminal. As the external lead terminal, a nickel foil wound with polypropylene grafted with maleic anhydride was prepared for the purpose of improving the sealing performance with the exterior body. The nickel foil and the copper foil after the coating material was applied and dried were ultrasonically welded to produce a negative electrode.

(正極の作製)
正極活物質としてLiCoO、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン、導電助剤としてカーボンブラック及び黒鉛を、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒として混合し、塗料を作製した。この塗料を集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)にドクターブレード法で塗布し、100℃で乾燥させた後、圧延し、アルミニウム箔表面に正極活物質層を形成した。なお、アルミニウム箔には、外部引き出し端子を接続するために、塗料を塗布しない部分を設けておいた。外部引き出し端子としては、外装体とのシール性を向上させる目的で、アルミニウム箔に、無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレンを巻き付けたものを用意した。このアルミニウム箔と上記塗料を塗布し乾燥した後のアルミニウム箔とを超音波溶接し正極を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上述の通り準備した正極と、負極とを、それらの間に上述の通り作製したセパレータを挟んで積層し、その積層体を倦回のための軸芯を使い、巻き取り機を用いて捲回したものを作製した。その倦回体を電解液とともにアルミニウムの円筒型ケースに封入することでセパレータに電解液を含浸させ実施例1の評価用のリチウムイオン二次電池を完成させた。
電解液はエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積比3:7で混合し、支持塩としてLiPFを1.0mol/Lになるよう溶解したものを用いた。
(Preparation of positive electrode)
LiCoO 2 as a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride as a binder, carbon black and graphite as conductive aids, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent were mixed to prepare a paint. This paint was applied to an aluminum foil (thickness 20 μm) as a current collector by a doctor blade method, dried at 100 ° C., and then rolled to form a positive electrode active material layer on the surface of the aluminum foil. The aluminum foil was provided with a portion to which no paint was applied in order to connect the external lead terminal. As an external lead terminal, for the purpose of improving the sealing property with the exterior body, an aluminum foil wound with polypropylene grafted with maleic anhydride was prepared. The aluminum foil and the aluminum foil after the coating material was applied and dried were ultrasonically welded to produce a positive electrode.
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
The positive electrode prepared as described above and the negative electrode are stacked with the separator prepared as described above interposed therebetween, and the stacked body is wound using a winding machine using a winding core. What was made was produced. The wound body was sealed in an aluminum cylindrical case together with the electrolytic solution, so that the separator was impregnated with the electrolytic solution, and the lithium ion secondary battery for evaluation of Example 1 was completed.
As the electrolytic solution, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7, and LiPF 6 was dissolved as a supporting salt so as to have a concentration of 1.0 mol / L.

(実施例2)
実施例2ではエッチング処理時間を60分間とする以外は実施例1と同様にした。
(Example 2)
Example 2 was the same as Example 1 except that the etching time was 60 minutes.

(実施例3)
実施例3ではエッチング処理時間を180分間とする以外は実施例1と同様にした。
(Example 3)
Example 3 was the same as Example 1 except that the etching time was 180 minutes.

(比較例1)
比較例1ではエッチング処理を行わない以外は実施例1と同様にした。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 was the same as Example 1 except that no etching process was performed.

(比較例2)
比較例2ではエッチング処理時間を20分間とする以外は実施例1と同様にした。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 was the same as Example 1 except that the etching time was 20 minutes.

使用した材料、作製したセパレータの特性及びそれを用いた二次電池の特性については、次のようにして評価した。   The material used, the characteristics of the produced separator and the characteristics of the secondary battery using the separator were evaluated as follows.

(SEMによるフィブリル分岐端の確認)
適当な大きさに切り取ったセパレータを導電性両面テープにより試料台に固定し、厚み10nm程度のオスミウムプラズマコーティングを施して検鏡用試料とした。次に走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、セパレータの表面構造観察を行いフィブリル分岐端の確認を行った。図4として実施例1で作製したセパレータの表面写真を示した。表面写真から明らかなように、セパレータ表面にはフィブリルが切断されてできたフィブリル自由端が存在することがわかる。
(Confirmation of fibril branch end by SEM)
A separator cut to an appropriate size was fixed to a sample stage with a conductive double-sided tape, and an osmium plasma coating having a thickness of about 10 nm was applied to prepare a sample for speculum. Next, the surface structure of the separator was observed using a scanning electron microscope (SEM) to confirm the fibril branch end. The surface photograph of the separator produced in Example 1 is shown in FIG. As is apparent from the surface photograph, it can be seen that a fibril free end formed by cutting the fibril exists on the separator surface.

(水に対する接触角の測定)
セパレータの水に対する接触角の測定は、協和界面科学株式会社製自動接触角計(CA−Z型)によって測定した。
(Measurement of contact angle with water)
The contact angle of the separator with respect to water was measured with an automatic contact angle meter (CA-Z type) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.

(XPS測定)
X線光電子分光法(XPS)(PERKIN ELMER PHI社製のESCA−5500MC)を用いて、サンプルの表面元素組成分析を行い、O(酸素)/C(炭素)の元素濃度比率を算出した。測定条件としては、使用した励起源はAl−Kα線で、出力14kV、150W、モノクロメーター使用、分析面積0.8mm×3.5mm、取出角65度とした。
(XPS measurement)
Using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (ESCA-5500MC manufactured by PERKIN ELMER PHI), surface element composition analysis of the sample was performed, and an element concentration ratio of O (oxygen) / C (carbon) was calculated. As the measurement conditions, the excitation source used was Al-Kα ray, the output was 14 kV, 150 W, the monochromator was used, the analysis area was 0.8 mm × 3.5 mm, and the extraction angle was 65 degrees.

(セル初期インピーダンス)
ソーラートロン社製1260ケミカルインピーダンス・アナライザーにより、電池の初期インピーダンスを測定した。
(Cell initial impedance)
The initial impedance of the battery was measured with a Solartron 1260 chemical impedance analyzer.

(放電試験)
リチウムイオン二次電池を、最高電圧4.2V、電流密度0.068mA/cm、最終電流密度0.034mA/cmの条件で、定電流定電圧充電を行った。その後、最終電圧2.75V、電流密度を0.068、0.341、1.361mA/cmの条件でそれぞれ放電させたときの容量を、0.1C,0.5C,2.0C容量として求めた。容量は、実施例1の0.1Cの放電容量を100として相対値で記載した。また、放電レート0.5Cでの500サイクル充放電試験後の放電容量も測定した。
(電解液の浸漬時間測定)
これまで説明したセパレータの特性及びそれを用いた二次電池の特性については、全て巻回体の直径を16mmとして作製したものを用いて評価してきたが、電解液の浸漬時間測定の評価については、2種類の直径の異なる捲回体を用意した。捲回体の直径は16mmと24mmとし、軸芯の直径の大きさを変えることにより調整した。作製した捲回体の端部を電解液に浸漬し、重量変化がなくなるまでの時間を浸透時間とした。電解液には、EC(エチレンカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)=30/70(重量比)である非水溶媒へLiPFを1mol/cmの濃度となるように溶解したものを使用した。
以上説明したセパレータの特性及びそれを用いた二次電池の特性の結果を表1に示した。その結果、実施例1から3の電池は比較例に比して電池特性の明らかな向上が見られた。

Figure 2016081621
(Discharge test)
The lithium ion secondary battery was subjected to constant current and constant voltage charging under conditions of a maximum voltage of 4.2 V, a current density of 0.068 mA / cm 2 , and a final current density of 0.034 mA / cm 2 . After that, the capacity when discharged at the final voltage of 2.75 V and the current density of 0.068, 0.341, and 1.361 mA / cm 2 is 0.1 C, 0.5 C, and 2.0 C, respectively. Asked. The capacity is described as a relative value with the discharge capacity of 0.1 C of Example 1 being 100. Further, the discharge capacity after a 500 cycle charge / discharge test at a discharge rate of 0.5 C was also measured.
(Measurement of immersion time of electrolyte)
The characteristics of the separator described so far and the characteristics of the secondary battery using the separator have all been evaluated using a wound body having a diameter of 16 mm. Regarding the evaluation of the immersion time measurement of the electrolyte, Two types of wound bodies having different diameters were prepared. The diameter of the wound body was 16 mm and 24 mm, and was adjusted by changing the diameter of the shaft core. The end of the produced wound body was immersed in the electrolytic solution, and the time until the weight change disappeared was defined as the permeation time. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a nonaqueous solvent of EC (ethylene carbonate) / DEC (diethyl carbonate) = 30/70 (weight ratio) to a concentration of 1 mol / cm 3 was used.
Table 1 shows the characteristics of the separator described above and the results of the characteristics of the secondary battery using the separator. As a result, the batteries of Examples 1 to 3 were clearly improved in battery characteristics as compared with the comparative example.
Figure 2016081621

Claims (4)

フィブリル構造を有する多孔膜からなるセパレータにおいて、前記多孔膜の膜表面上にフィブリル自由端が突出していることを特徴とするセパレータ。   The separator which consists of a porous film which has a fibril structure, The fibril free end protrudes on the film | membrane surface of the said porous film, The separator characterized by the above-mentioned. 前記フィブリル自由端が分岐部を有することを特徴とする請求項1記載のセパレータ。 The separator according to claim 1, wherein the fibril free end has a branching portion. 前記フィブリル自由端は、少なくともその表面において、カルボニル構造を持つ樹脂からなることを特徴とする請求項1または2記載のセパレータ。 The separator according to claim 1 or 2, wherein the fibril free end is made of a resin having a carbonyl structure at least on the surface thereof. 正極、負極、及びこれら正負極間に配置された請求項1〜3のいずれか一項に記載のセパレータと、前記セパレータに含浸された非水電解液とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion battery comprising: a positive electrode, a negative electrode, and a separator according to any one of claims 1 to 3 disposed between the positive and negative electrodes; and a nonaqueous electrolytic solution impregnated in the separator. Next battery.
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