JP2016181324A - Separator for electrochemical device - Google Patents

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Masakazu Mitsunaga
雅一 満永
良幸 高森
Yoshiyuki Takamori
良幸 高森
野家 明彦
Akihiko Noie
明彦 野家
松本 修明
Nobuaki Matsumoto
修明 松本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electrochemical device superior in safety; and a separator which enables the formation of the electrochemical device.SOLUTION: A separator for an electrochemical device according to the present invention comprises: a fine porous first separator layer 10 which has a multilayer structure, and performs a shutdown at each of melting points set in multiple stages; a thermally-resistant fine porous second separator layer 20 provided on one face of the first separator layer 10; and a fine porous third separator layer 30 which is provided on the other face of the first separator layer 10, or one face of the second separator layer 20, and performs a shutdown at lower temperatures than the temperatures when the first separator layer 10 does so.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気化学素子用セパレータに関するものである。   The present invention relates to a separator for an electrochemical element.

特許文献1には、融点が80〜130℃である樹脂を主体として含む第1セパレータ層と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む第2セパレータ層とを有するセパレータが提案されている。特許文献1に記載のセパレータでは、第1セパレータ層によってシャットダウン機能が確保されると共に、第2セパレータ層によってセパレータの熱収縮や破膜に対する耐性が確保される。よって、特許文献1に記載のセパレータを用いることで、リチウムイオン二次電池の安全性を高めることが可能である。   Patent Document 1 proposes a separator having a first separator layer mainly including a resin having a melting point of 80 to 130 ° C. and a second separator layer mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. . In the separator described in Patent Document 1, a shutdown function is secured by the first separator layer, and resistance to thermal contraction and film breakage of the separator is secured by the second separator layer. Therefore, by using the separator described in Patent Document 1, it is possible to improve the safety of the lithium ion secondary battery.

特許文献2には、融点が80〜170℃の熱可塑性樹脂を主体とする層と、より低融点の熱可塑性樹脂を主体とする塗布層の二層の多孔質層を有するセパレータや、さらに耐熱温度150℃以上のフィラーを混合した層を形成した三層の多孔質層を有するセパレータが提案されている。   Patent Document 2 discloses a separator having two porous layers, a layer mainly composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 to 170 ° C. and a coating layer mainly composed of a thermoplastic resin having a lower melting point. A separator having a three-layered porous layer in which a layer in which a filler having a temperature of 150 ° C. or higher is mixed is proposed.

特開2007−157723号公報JP 2007-157723 A 特開2012−204243号公報JP 2012-204243 A

従来のリチウムイオン二次電池では、セパレータに限らず前記主要部材に熱暴走への対策が講じられていたり、熱暴走を防止するための保護回路が備えられていたりする。しかしながら、こうした安全対策が講じられているリチウムイオン二次電池内においても、なんらかの反応が起こることで熱暴走が発生する場合もあり、例えば、過充電による発熱が挙げられる。このような点において、未だ改善の余地がある。   In a conventional lithium ion secondary battery, not only the separator but also the main member is provided with measures against thermal runaway, or a protection circuit for preventing thermal runaway is provided. However, even in a lithium ion secondary battery in which such safety measures are taken, a thermal runaway may occur due to some reaction, for example, heat generation due to overcharging. In this respect, there is still room for improvement.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気化学素子の安全性をさらに高めることが可能な電気化学素子用セパレータを提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the separator for electrochemical elements which can further improve the safety | security of an electrochemical element.

前記目的を達成し得た本発明の電気化学素子用セパレータは、多段階に設定された融点でそれぞれシャットダウンを行う多層構造を有する微多孔性の第1セパレータ層と、第1セパレータ層の一方面に設けられた耐熱性でかつ微多孔性の第2セパレータ層と、第1セパレータ層の他方面、もしくは、第2セパレータ層の一方面に設けられて第1セパレータ層よりも低温でシャットダウンを行う微多孔性の第3セパレータ層とを有することを特徴としている。特に、第1セパレータ層が3層以上の樹脂層よりなるものが好ましい。   The separator for an electrochemical element of the present invention that can achieve the above object is a microporous first separator layer having a multi-layered structure in which shutdown is performed at melting points set in multiple stages, and one surface of the first separator layer. The heat-resistant and microporous second separator layer provided on the first separator layer and the other side of the first separator layer or one side of the second separator layer are shut down at a lower temperature than the first separator layer. And a microporous third separator layer. In particular, the first separator layer is preferably composed of three or more resin layers.

本発明によれば、電気化学素子の安全性をさらに高めることが可能な電気化学素子用セパレータを得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the separator for electrochemical elements which can further improve the safety | security of an electrochemical element can be obtained. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本実施の形態におけるセパレータの代表的な構成の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the typical structure of the separator in this Embodiment. 本実施の形態におけるセパレータの代表的な構成の他の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows another example of the typical structure of the separator in this Embodiment. 実施例1で得られた、セパレータの温度に対する抵抗値のプロットPlot of resistance value versus separator temperature obtained in Example 1 比較例1で得られた、セパレータの温度に対する抵抗値のプロットPlot of resistance value versus separator temperature obtained in Comparative Example 1

リチウムイオン二次電池などの電気化学素子は、携帯電話、ノートパソコン、電気自動車、電源用大型蓄電池などの種々の用途で利用されているが、電源供給時間の長時間化や出力増大の必要から、その高容量化、高エネルギー密度化、高電圧化などが要請されている。また、リチウムイオン二次電池では、高エネルギー密度化などに伴って、異常発熱などの熱暴走の危険性が高まることから、安全対策も強く求められている。   Electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries are used in various applications such as mobile phones, notebook computers, electric vehicles, large storage batteries for power supplies, etc., due to the need for longer power supply time and increased output. There are demands for higher capacity, higher energy density, higher voltage, and the like. In addition, with lithium ion secondary batteries, the risk of thermal runaway, such as abnormal heat generation, increases with increasing energy density, and thus safety measures are also strongly required.

例えば、リチウムイオン二次電池では、主要部材として正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、セパレータは、絶縁性の多孔質膜からなり、正極と負極との間に配置され、これらを隔てることで電池の内部短絡を防止しつつ、その貫通孔を通じて非水電解液中のイオンを透過させるといった役割を担っている。   For example, a lithium ion secondary battery has a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte as main members, the separator is made of an insulating porous film, and is disposed between the positive electrode and the negative electrode. By separating them, the battery plays a role of allowing ions in the non-aqueous electrolyte to permeate through the through-hole while preventing an internal short circuit of the battery.

リチウムイオン二次電池の熱暴走の殆どは、電池の内部短絡をトリガーとして発生していることから、セパレータへの機能付与がリチウムイオン二次電池の安全対策において重要な位置を占めているといえる。リチウムイオン二次電池の安全性を考慮したセパレータへの機能付与としては、これまで、電池が発熱した際に、セパレータが、その素材であるポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂の融点以上の温度で融解して貫通孔を閉じ、電流を遮断することにより、電池の更なる発熱を抑制するといったシャットダウン機能の付与が一般的であった。   Since most of the thermal runaway of lithium ion secondary batteries is triggered by internal short circuit of the battery, it can be said that the functioning to the separator occupies an important position in the safety measures of the lithium ion secondary battery. . In order to give a separator a function that takes into account the safety of lithium ion secondary batteries, when a battery generates heat until now, the separator melts at a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin such as polyolefin. It is common to provide a shutdown function that suppresses further heat generation of the battery by closing the through hole and cutting off the current.

ところが、リチウムイオン二次電池に使用されているポリオレフィン製のセパレータは、温度の上昇によって収縮して破膜してしまい、正極と負極の接触による内部短絡を引き起こしやすいといった問題があった。   However, the polyolefin separator used in the lithium ion secondary battery has a problem that it shrinks and breaks when the temperature rises, and an internal short circuit easily occurs due to contact between the positive electrode and the negative electrode.

本発明の電気化学素子用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という)は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数のシャットダウン温度でのシャットダウン機能と共に、熱収縮や素材の融解による破膜に対する耐性を付与したものである。   The separator for an electrochemical element of the present invention (hereinafter simply referred to as “separator”) has been made in view of such a problem, and has a shutdown function at a plurality of shutdown temperatures, as well as breakage due to heat shrinkage or melting of a material. The film is given resistance to the film.

本実施の形態におけるセパレータは、多段階に設定された融点でそれぞれシャットダウンを行う多層構造を有する微多孔性の第1セパレータ層と、第1セパレータ層の一方面に設けられた耐熱性でかつ微多孔性の第2セパレータ層と、第1セパレータ層の他方面、もしくは、第2セパレータ層の一方面に設けられて第1セパレータ層よりも低温でシャットダウンを行う微多孔性の第3セパレータ層とを有している。例えば、第1セパレータ層、第3セパレータ層とも複数の素材よりなるものとしてもよいが、第1セパレータ層に含まれるうち最も低融点の素材と比べ、第3セパレータ層は、さらに融点の低い成分を含むようにするとよい。   The separator in the present embodiment includes a microporous first separator layer having a multi-layer structure that performs shutdown at melting points set in multiple stages, and a heat-resistant and microscopic material provided on one surface of the first separator layer. A porous second separator layer, and a microporous third separator layer that is provided on the other surface of the first separator layer or on one surface of the second separator layer and shuts down at a lower temperature than the first separator layer; have. For example, both the first separator layer and the third separator layer may be made of a plurality of materials, but the third separator layer is a component having a lower melting point than the material having the lowest melting point included in the first separator layer. Should be included.

<第1セパレータ層>
第1セパレータ層は、セパレータの基材となるものであり、主に第1セパレータ層によって、電気化学素子の有する正極と負極とが隔離されるとともに、多段階に設定された融点でそれぞれシャットダウンを行う。第1セパレータは、一方面側と他方面側を連通する複数の空孔を有しており、セパレータを用いた電気化学素子の内部温度が、第1セパレータ層を構成する熱可塑性樹脂の融点以上になった際には、前記熱可塑性樹脂が溶融して第1セパレータ層の空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。このシャットダウン層を2次シャットダウン層(1次シャットダウン層(もしくは低温シャットダウン層)については後述する)とする。
<First separator layer>
The first separator layer serves as a base material for the separator. The positive electrode and the negative electrode of the electrochemical element are mainly separated by the first separator layer, and each of them is shut down at a melting point set in multiple stages. Do. The first separator has a plurality of pores communicating with one side and the other side, and the internal temperature of the electrochemical element using the separator is equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the first separator layer. When this happens, the thermoplastic resin melts and closes the pores of the first separator layer, causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction. This shutdown layer is a secondary shutdown layer (a primary shutdown layer (or a low temperature shutdown layer) will be described later).

第1セパレータ層を構成する熱可塑性樹脂としては、電気絶縁性を有し、電気化学素子内に保持される非水電解液に対して安定であり、更に電気化学素子の作動電圧範囲において酸化還元され難く、電気化学的に安定な材料が好ましい。このような熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、変性ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)、パラフィン、蝋、共重合ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂など)などのポリオレフィン;ポリイミド;アラミドなどが挙げられる。また、前記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン−ビニルモノマー共重合体(EVA)、より具体的には、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体などが挙げられる。第1セパレータ層には、前記例示の各熱可塑性樹脂のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The thermoplastic resin constituting the first separator layer is electrically insulating, stable against non-aqueous electrolyte held in the electrochemical element, and redox within the operating voltage range of the electrochemical element. An electrochemically stable material is preferred. Specific examples of such thermoplastic resins include, for example, low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), modified polyethylene, polypropylene (PP), paraffin, wax, copolymer polyolefin, polyolefin derivative (chlorinated polyethylene). Polyolefins such as fluororesins, polyimides, aramids, and the like. Examples of the copolymer polyolefin include ethylene-vinyl monomer copolymer (EVA), more specifically, ethylene-propylene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene. -Acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, etc. are mentioned. For the first separator layer, only one of the above-exemplified thermoplastic resins may be used, or two or more of them may be used in combination.

前記例示の各熱可塑性樹脂の中でも、融点、すなわち、JISK 7121の規定に準じて示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度(本明細書でいう各樹脂の融点について、以下同じ)が、80℃以上150℃以下のものを使用することが好ましい。この場合には、セパレータにおけるシャットダウンが、より好ましい条件で発現するようになる。   Among the thermoplastic resins exemplified above, the melting point, that is, the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of JISK 7121 (the same applies to the melting point of each resin as used herein). ) Is preferably 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. In this case, the shutdown in the separator appears under more preferable conditions.

また、第1セパレータ層には、融点が80℃以上150℃以下の熱可塑性樹脂〔以下、「樹脂(A)」という〕と共に、樹脂(A)よりも融点が高い熱可塑性樹脂〔以下、「樹脂(B)」という〕とを併用することが好ましい。樹脂(A)と樹脂(B)とを含有する第1セパレータ層の場合には、樹脂(A)の溶融によってシャットダウンが生じた後、樹脂(B)の融点に至るまでの間、第1セパレータ層の形状(セパレータの形状)を保ち得るようにできる。したがって、シャットダウンの発現後に素子温度の上昇が継続していた場合でも、正極と負極とを隔離した状態を維持することができ、電気化学素子の安全性をより高めることができる。また、電気化学素子内の温度が樹脂(B)の融点を上回った場合には、樹脂(B)も溶融し、溶融後の樹脂(A)と樹脂(B)とで形成される厚い層が形成されることで、シャットダウン機能が増強される。さらに、単層構造とした場合に比して、高温状態でセパレータの形状が安定する効果を奏する。   The first separator layer includes a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower (hereinafter referred to as “resin (A)”) and a thermoplastic resin having a melting point higher than that of the resin (A) (hereinafter referred to as “ Resin (B) ”] is preferably used in combination. In the case of the first separator layer containing the resin (A) and the resin (B), after the shutdown occurs due to the melting of the resin (A), the first separator layer is reached until the melting point of the resin (B) is reached. The layer shape (separator shape) can be maintained. Therefore, even when the device temperature continues to rise after the occurrence of shutdown, the state where the positive electrode and the negative electrode are isolated can be maintained, and the safety of the electrochemical device can be further improved. Further, when the temperature in the electrochemical element exceeds the melting point of the resin (B), the resin (B) is also melted, and a thick layer formed of the resin (A) and the resin (B) after melting is formed. By being formed, the shutdown function is enhanced. Furthermore, the separator has a stable shape at a high temperature as compared with a single layer structure.

第1セパレータ層において、樹脂(A)と樹脂(B)とを併用する場合には、例えば、樹脂(A)で構成された層と樹脂(B)で構成された層との2層構造や、樹脂(A)で構成された層の両面に樹脂(B)で構成された層を有していたり、樹脂(B)で構成された層の両面に樹脂(A)で構成された層を有していたりする3層構造などの多層構造とすることが考えられる。第1セパレータ層は、外層を構成する樹脂及び内層を構成する樹脂の二種の樹脂よりなる三層構造とすることが好ましい。二種の樹脂を張り合わせた二層構造の場合、それぞれの樹脂の物性の違いによりセパレータ層が湾曲するなど、電池製造上の課題が生じる場合があるが、三層構造であれば取扱いが容易となるためである。この場合には、樹脂(A)と樹脂(B)とを併用することによる前記の効果を、より良好に確保することができる。   In the first separator layer, when the resin (A) and the resin (B) are used in combination, for example, a two-layer structure of a layer composed of the resin (A) and a layer composed of the resin (B) A layer made of resin (B) on both sides of a layer made of resin (A), or a layer made of resin (A) on both sides of a layer made of resin (B) A multi-layer structure such as a three-layer structure may be considered. It is preferable that the first separator layer has a three-layer structure including two kinds of resins, that is, a resin constituting the outer layer and a resin constituting the inner layer. In the case of a two-layer structure in which two types of resins are laminated, the separator layer may be curved due to the difference in the physical properties of each resin. It is to become. In this case, the above-mentioned effect by using the resin (A) and the resin (B) in combination can be ensured more favorably.

樹脂(B)の融点は、樹脂(A)の融点よりも高ければよいが、例えば、樹脂(A)の融点よりも10℃以上高いことが好ましい。更に、樹脂(B)の具体的な融点は、130℃以上であることが好ましく、また、200℃以下であることが好ましい。   The melting point of the resin (B) may be higher than the melting point of the resin (A). For example, it is preferably higher by 10 ° C. than the melting point of the resin (A). Furthermore, the specific melting point of the resin (B) is preferably 130 ° C. or higher, and preferably 200 ° C. or lower.

第1セパレータ層における熱可塑性樹脂の含有率〔前記の樹脂(A)と樹脂(B)とを併用する場合には、それらの合計含有率〕は、第1セパレータ層の構成成分の全体積(空孔部分を除く全体積)中、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、100体積%、すなわち、熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよい。   The content of the thermoplastic resin in the first separator layer [in the case of using the resin (A) and the resin (B) in combination, the total content thereof) is the total volume of components of the first separator layer ( The total volume excluding the void portion) is 50% by volume or more, preferably 70% by volume or more, and may be 100% by volume, that is, only thermoplastic resin.

第1セパレータ層には、通常のリチウムイオン二次電池などの電気化学素子でセパレータとして使用されている熱可塑性樹脂製の微多孔膜(ポリオレフィン製微多孔膜など)を用いることができる。より具体的には、前記のような熱可塑性樹脂で構成され、例えば延伸法、すなわち、無機フィラーなどを混合した熱可塑性樹脂を用いて形成したフィルムやシートに、一軸または二軸延伸を施して微細な空孔を形成した後、必要に応じて無機フィラーを除去することで製造されるものなどを用いることができる。また、溶媒による空孔形成法、すなわち、前記例示の熱可塑性樹脂と、他の樹脂やパラフィンとを混合してフィルムやシートとし、その後、前記他の樹脂やパラフィンのみを溶解する溶媒中に、これらのフィルムやシートを浸漬して、前記他の樹脂やパラフィンのみを溶解させて空孔を形成して製造されるものを、第1セパレータ層として用いることもできる。更に、前記の延伸法と、前記の溶媒による空孔形成法とを組み合わせた方法によって製造された熱可塑性樹脂製の微多孔膜を用いることもできる。   For the first separator layer, a microporous film made of a thermoplastic resin (such as a microporous film made of polyolefin) that is used as a separator in an electrochemical element such as a normal lithium ion secondary battery can be used. More specifically, a film or sheet formed of a thermoplastic resin as described above, for example, using a stretching method, that is, a thermoplastic resin mixed with an inorganic filler, is subjected to uniaxial or biaxial stretching. After forming fine voids, those produced by removing the inorganic filler as required can be used. In addition, a hole forming method using a solvent, that is, the above-described thermoplastic resin and other resin or paraffin are mixed to form a film or sheet, and then, in a solvent that dissolves only the other resin or paraffin, What is manufactured by immersing these films or sheets and dissolving only the other resin or paraffin to form pores can be used as the first separator layer. Furthermore, a microporous film made of a thermoplastic resin manufactured by a method combining the stretching method and the pore formation method using the solvent can also be used.

このような熱可塑性樹脂製の微多孔膜のうち、樹脂(A)と樹脂(B)とを併用したものの具体例としては、例えば、PEを含有する層の両面にPPを含有する層を有する3層構造の微多孔膜などが挙げられる。特に、最外層を構成する樹脂の融点が、内層を構成する樹脂の融点よりも高いことが好ましい。   Among such microporous membranes made of thermoplastic resin, specific examples of those in which the resin (A) and the resin (B) are used in combination include, for example, a layer containing PP on both sides of a layer containing PE. Examples thereof include a microporous membrane having a three-layer structure. In particular, the melting point of the resin constituting the outermost layer is preferably higher than the melting point of the resin constituting the inner layer.

<第2セパレータ層>
第2セパレータ層は、耐熱性材料の無機フィラーのみで構成されていてもよく、また、無機フィラーと有機バインダーとを含み、無機フィラー同士が有機バインダーで結着された構造を有していてもよい。
<Second separator layer>
The second separator layer may be composed only of an inorganic filler of a heat resistant material, or may include an inorganic filler and an organic binder, and the inorganic filler may have a structure bound with an organic binder. Good.

第2セパレータ層が耐熱性の高い無機フィラーを含有している場合には、電気化学素子内が、第1セパレータ層が収縮するような温度になっても、無機フィラーの作用によって第1セパレータ層の収縮や破膜を抑制することができる。また、第1セパレータ層の破膜が生じても、無機フィラーを含有する第2セパレータ層が正極と負極とを仕切るスペーサーとして作用するため、電気化学素子の内部短絡を抑制する効果が期待できる。そのため、無機フィラーも含有している第2セパレータ層を有するセパレータの場合には、電気化学素子の安全性をより一層高めることができる。   When the second separator layer contains an inorganic filler having high heat resistance, the first separator layer is activated by the action of the inorganic filler even when the temperature in the electrochemical element is such that the first separator layer contracts. Shrinkage and rupture can be suppressed. Even if the first separator layer breaks, the second separator layer containing the inorganic filler acts as a spacer for partitioning the positive electrode and the negative electrode, so that an effect of suppressing an internal short circuit of the electrochemical element can be expected. Therefore, in the case of a separator having a second separator layer that also contains an inorganic filler, the safety of the electrochemical element can be further enhanced.

無機フィラーとしては、耐熱温度が150℃以上のものが好ましい。本明細書でいう無機フィラーおよび後述する繊維状物における「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において変形などの形状変化が目視で確認されないことを意味している。   As the inorganic filler, those having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more are preferable. The “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” in the inorganic filler and the fibrous material described later in this specification means that shape change such as deformation is not visually confirmed at least at 150 ° C.

前記の耐熱温度を有する無機フィラーの構成材料の具体例としては、例えば、酸化鉄、酸化マグネシウム、SiO(シリカ)、Al(アルミナ)、TiO、BaTiO、ZrOなどの無機酸化物;Al(OH)(水酸化アルミニウム)、水酸化マグネシウムなどの無機水酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;モンモリロナイトなどの粘土などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物でなどであってもよい。また、金属;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料;などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料、例えば、前記の無機酸化物などで被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。無機フィラーには、前記例示の材料で構成された微粒子のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Specific examples of the constituent material of the inorganic filler having the heat-resistant temperature include inorganic materials such as iron oxide, magnesium oxide, SiO 2 (silica), Al 2 O 3 (alumina), TiO 2 , BaTiO 2 , and ZrO 2. Oxides; inorganic hydroxides such as Al (OH) 3 (aluminum hydroxide) and magnesium hydroxide; inorganic nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; poorly soluble substances such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate Examples include ionic crystals; covalent bonds such as silicon and diamond; and clays such as montmorillonite. Here, the inorganic oxide may be a material derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or these artificial products. In addition, the surface of a conductive material exemplified by a metal; a conductive oxide such as SnO 2 or tin-indium oxide (ITO); a carbonaceous material such as carbon black or graphite; For example, the particles may be particles that have been electrically insulated by coating with the above-described inorganic oxide or the like. As the inorganic filler, only one kind of fine particles composed of the above exemplified materials may be used, or two or more kinds may be used in combination.

前記例示の材料で構成された無機フィラーの中でも、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、ベーマイトがより好ましく、ベーマイトが更に好ましく、粒径や形状を制御しやすく、電気化学素子の特性に悪影響を与えるイオン性の不純物を低減できる合成ベーマイトが特に好ましい。無機フィラーの形状については特に制限はなく、略球状(真球状を含む)や楕円体状、板状など、いずれの形状であってもよい。無機フィラーの粒径は、後述する方法で測定される平均粒径で、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   Among the inorganic fillers composed of the above exemplified materials, alumina, silica, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, magnesium oxide, boehmite are more preferable, boehmite is more preferable, particle size and shape can be easily controlled, and an electrochemical element Synthetic boehmite that can reduce ionic impurities that adversely affect the characteristics is particularly preferred. There is no restriction | limiting in particular about the shape of an inorganic filler, Any shapes, such as substantially spherical shape (a spherical shape is included), an ellipsoid shape, and plate shape, may be sufficient. The particle size of the inorganic filler is an average particle size measured by a method described later, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and preferably 20 μm or less, More preferably, it is 5 μm or less.

有機バインダーの具体例としては、例えば、EVA(酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリ−N−ビニルアセトアミド(PNVA)、ブチルアクリレート−アクリル酸共重合体、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダーが好ましく用いられる。有機バインダーは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of the organic binder include, for example, EVA (ethylene acetate-derived structural unit of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymer (EEA) and other ethylene-acrylic acid copolymers, and fluorine-based ones. Rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyethylene oxide (PEO), poly-N-vinyl Acetamide (PNVA), butyl acrylate-acrylic acid copolymer, cross-linked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin and the like can be mentioned. In particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the organic binder, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

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

前記の有機バインダーを使用する場合には、後述する第2セパレータ層形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの状態で用いればよい。   When the organic binder is used, it may be used in the state of an emulsion dissolved or dispersed in a solvent of a composition for forming a second separator layer described later.

第2セパレータ層には、セパレータの形状安定性や柔軟性を確保するために繊維状物を含有させてもよい。繊維状物は、耐熱温度が150℃以上であることが好ましい。   The second separator layer may contain a fibrous material in order to ensure the shape stability and flexibility of the separator. The fibrous material preferably has a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher.

繊維状物としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、電気化学素子の有する非水電解液や、セパレータ製造の際に使用する溶媒に安定であり、好ましくは前記の耐熱温度を有していれば、特に材質に制限はない。   As the fibrous material, it has electrical insulation, is electrochemically stable, is stable to the non-aqueous electrolyte solution of the electrochemical element, and the solvent used in the production of the separator, preferably the above-mentioned The material is not particularly limited as long as it has a heat resistant temperature.

繊維状物の具体的な構成材料としては、例えば、セルロースおよびその変成体〔カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)など〕、ポリオレフィン(PP、プロピレンの共重合体など)、ポリエステル〔ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)など〕、ポリアクリロニトリル(PAN)、アラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの無機酸化物;などを挙げることができ、これらの構成材料を2種以上併用して繊維状物を構成してもよい。また、繊維状物は、必要に応じて、各種添加剤、例えば、繊維状物が樹脂である場合には酸化防止剤などを含有していても構わない。   Specific constituent materials of the fibrous material include, for example, cellulose and its modified products (carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl cellulose (HPC), etc.), polyolefin (PP, propylene copolymer, etc.), polyester [polyethylene, etc. Resins such as terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polyacrylonitrile (PAN), aramid, polyamideimide, polyimide; inorganic oxides such as glass, alumina, zirconia, silica; A fibrous material may be formed by using two or more of these constituent materials in combination. Further, the fibrous material may contain various additives, for example, an antioxidant when the fibrous material is a resin, as necessary.

繊維状物の形状としては、例えば、平均径が0.01〜20μmであることが好ましく、平均長が0.1〜50000μmであることが好ましい。   As the shape of the fibrous material, for example, the average diameter is preferably 0.01 to 20 μm, and the average length is preferably 0.1 to 50000 μm.

本明細書でいう微粒子(無機フィラーおよび後述する低融点材)の平均粒径は、例えば、微粒子の水分散体を用意し、大塚電子社製の濃厚系粒径アナライザー「FPAR−1000」を使用して、動的光散乱により測定されるD50(体積累積頻度が50%なる粒径)として規定することができる。 The average particle size of the fine particles (inorganic filler and low melting point material described later) referred to in the present specification is, for example, using an aqueous dispersion of fine particles and using a concentrated particle size analyzer “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. Then, it can be defined as D 50 (particle diameter with a volume cumulative frequency of 50%) measured by dynamic light scattering.

第2セパレータ層に有機バインダーを含有させる場合には、有機バインダーによる効果をより良好に確保する観点から、その含有率は、第2セパレータ層の構成成分の全体積中、0.2体積%以上であることが好ましく、0.5体積%以上であることがより好ましい。ただし、第2セパレータ層における有機バインダーの量が多すぎると、他の成分の量が少なくなりすぎて、それらによる効果が十分に確保し得ない虞があることから、第2セパレータ層における有機バインダーの含有率は、第2セパレータ層の構成成分の全体積中、20体積%以下であることが好ましく、10体積%以下であることがより好ましい。   In the case where an organic binder is contained in the second separator layer, the content is 0.2% by volume or more in the total volume of the constituent components of the second separator layer, from the viewpoint of ensuring better effects of the organic binder. It is preferable that it is 0.5 volume% or more. However, if the amount of the organic binder in the second separator layer is too large, the amount of other components becomes too small, and there is a possibility that the effect of them cannot be sufficiently secured. The content of is preferably 20% by volume or less, and more preferably 10% by volume or less, in the total volume of the constituent components of the second separator layer.

第2セパレータ層に無機フィラーを含有させる場合には、無機フィラーによる前記の効果をより良好に確保する観点から、その含有率は、第2セパレータ層の構成成分の全体積中、10体積%以上であることが好ましく、40体積%以上であることがより好ましい。ただし、第2セパレータ層における無機フィラーの量が多すぎると、他の成分の量が少なくなりすぎて、それらによる効果が十分に確保し得ない虞があることから、第2セパレータ層における無機フィラーの含有率は、第2セパレータ層の構成成分の全体積中、99体積%以下であることが好ましく、95体積%以下であることがより好ましい。   In the case where an inorganic filler is contained in the second separator layer, the content is 10% by volume or more in the total volume of the constituent components of the second separator layer, from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect by the inorganic filler more favorably. It is preferable that it is 40 volume% or more. However, if the amount of the inorganic filler in the second separator layer is too large, the amount of the other components becomes too small, and there is a possibility that the effect by them cannot be sufficiently secured. Therefore, the inorganic filler in the second separator layer The content of is preferably 99% by volume or less and more preferably 95% by volume or less in the total volume of the constituent components of the second separator layer.

第2セパレータ層に繊維状物を含有させる場合には、繊維状物による前記の効果をより良好に確保する観点から、その含有率は、第2セパレータ層の構成成分の全体積中、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましい。ただし、第2セパレータ層における繊維状物の量が多すぎると、他の成分の量が少なくなりすぎて、それらによる効果が十分に確保し得ない虞があることから、第2セパレータ層における繊維状物の含有率は、第2セパレータ層の構成成分の全体積中、90体積%以下であることが好ましく、60体積%以下であることがより好ましい。   When the fibrous material is contained in the second separator layer, the content is 5 volumes in the total volume of the constituent components of the second separator layer, from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect by the fibrous material more favorably. % Or more, preferably 10% by volume or more. However, if the amount of the fibrous material in the second separator layer is too large, the amount of other components becomes too small, and there is a possibility that the effect by them cannot be sufficiently secured. The content of the shaped material is preferably 90% by volume or less, and more preferably 60% by volume or less, in the total volume of the constituent components of the second separator layer.

なお、前記の無機フィラー、有機バインダーおよび繊維状物を、第1セパレータ層が含有していてもよい。   The first separator layer may contain the inorganic filler, the organic binder, and the fibrous material.

<第3セパレータ層>
第3セパレータ層を構成する熱可塑性樹脂は、第1セパレータ層を構成する熱可塑性樹脂でシャットダウンを起こす樹脂層(2次シャットダウン層、例えば「樹脂(A)」)の融点よりも低い融点を有する材料〔以下、「低融点材」という〕である。第3セパレータ層を1次シャットダウン層(もしくは低温シャットダウン層)とし、電気絶縁性を有し、電気化学素子内に保持される非水電解液に対して安定であり、更に電気化学素子の作動電圧範囲において酸化還元され難く、電気化学的に安定な材料が好ましい。
<Third separator layer>
The thermoplastic resin constituting the third separator layer has a melting point lower than the melting point of the resin layer (secondary shutdown layer, for example, “resin (A)”) that causes shutdown by the thermoplastic resin constituting the first separator layer. It is a material (hereinafter referred to as “low melting point material”). The third separator layer is a primary shutdown layer (or a low-temperature shutdown layer), has electrical insulation, is stable with respect to the non-aqueous electrolyte held in the electrochemical element, and further has an operating voltage for the electrochemical element. An electrochemically stable material that is hardly oxidized and reduced in the range is preferable.

このような熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、変性ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)、パラフィン、蝋、共重合ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂など)などのポリオレフィン;ポリイミド;アラミドなどが挙げられる。また、前記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン−ビニルモノマー共重合体(EVA)、より具体的には、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体などが挙げられる。第3セパレータ層には、前記例示の各熱可塑性樹脂のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of such thermoplastic resins include, for example, low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), modified polyethylene, polypropylene (PP), paraffin, wax, copolymer polyolefin, polyolefin derivative (chlorinated polyethylene). Polyolefins such as fluororesins, polyimides, aramids, and the like. Examples of the copolymer polyolefin include ethylene-vinyl monomer copolymer (EVA), more specifically, ethylene-propylene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene. -Acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, etc. are mentioned. In the third separator layer, only one kind of the above-exemplified thermoplastic resins may be used, or two or more kinds may be used in combination.

前記例示の各熱可塑性樹脂の中でも、融点、すなわち、JISK 7121の規定に準じて示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度(本明細書でいう各樹脂の融点について、以下同じ)が、80〜150℃、特に125℃以下のものを使用することが好ましい。この場合には、セパレータにおけるシャットダウンが、より好ましい条件で発現するようになる。さらに言えば、第3次、第4次シャットダウン層のように異なる融点を有するシャットダウン層を増加させることについては特に制限はない。   Among the thermoplastic resins exemplified above, the melting point, that is, the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of JISK 7121 (the same applies to the melting point of each resin as used herein). ) Is preferably 80 to 150 ° C., particularly preferably 125 ° C. or less. In this case, the shutdown in the separator appears under more preferable conditions. Furthermore, there is no particular limitation on increasing the number of shutdown layers having different melting points such as the third and fourth shutdown layers.

第3セパレータ層における熱可塑性樹脂の含有率は、第3セパレータ層の構成成分の全体積(空孔部分を除く全体積)中、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、100体積%、すなわち、熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよい。   The content of the thermoplastic resin in the third separator layer is 50% by volume or more and preferably 70% by volume or more in the total volume (total volume excluding the voids) of the constituent components of the third separator layer. 100 volume%, that is, it may be composed of only a thermoplastic resin.

第3セパレータ層は、低融点材のみで構成されていてもよく、また、低融点材と有機バインダーとを含み、低融点材同士が有機バインダーで結着された構造を有していてもよい。   The third separator layer may be composed of only a low melting point material, or may include a low melting point material and an organic binder, and the low melting point material may be bonded to each other with an organic binder. .

第3セパレータ層に用いる有機バインダーは、第2セパレータ層に用いられる有機バインダーとして挙げられた有機バインダーの中から、適宜、用いられる。第3セパレータ層に有機バインダーを使用する場合には、後述する第3セパレータ層形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの状態で用いればよい。第3セパレータ層にも、第2セパレータ層と同様に繊維状物を含有させてもよい。   The organic binder used for a 3rd separator layer is suitably used from the organic binders mentioned as an organic binder used for a 2nd separator layer. When an organic binder is used for the third separator layer, it may be used in the state of an emulsion dissolved or dispersed in a solvent for a composition for forming a third separator layer described later. The third separator layer may contain a fibrous material as in the second separator layer.

第3セパレータ層に有機バインダーを含有させる場合には、有機バインダーによる効果をより良好に確保する観点から、その含有率は、第3セパレータ層の構成成分の全体積中、0.2体積%以上であることが好ましく、0.5体積%以上であることがより好ましい。ただし、第3セパレータ層における有機バインダーの量が多すぎると、他の成分の量が少なくなりすぎて、それらによる効果が十分に確保し得ない虞があることから、第3セパレータ層における有機バインダーの含有率は、第3セパレータ層の構成成分の全体積中、20体積%以下であることが好ましく、10体積%以下であることがより好ましい。   In the case where an organic binder is contained in the third separator layer, the content is 0.2% by volume or more in the total volume of the constituent components of the third separator layer, from the viewpoint of ensuring a better effect of the organic binder. It is preferable that it is 0.5 volume% or more. However, if the amount of the organic binder in the third separator layer is too large, the amount of other components becomes too small, and there is a possibility that the effects of them cannot be sufficiently ensured. The content of is preferably 20% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, in the total volume of the constituent components of the third separator layer.

<セパレータ>
電気化学素子における短絡防止効果をより高め、セパレータの強度を確保して取り扱い性を良好にする観点から、本発明のセパレータの厚みは、3μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましい。他方、電気化学素子のエネルギー密度をより高める観点からは、本発明のセパレータの厚みは、45μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。
<Separator>
From the viewpoint of further improving the short-circuit preventing effect in the electrochemical element, ensuring the strength of the separator and improving the handleability, the thickness of the separator of the present invention is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more. preferable. On the other hand, from the viewpoint of further increasing the energy density of the electrochemical element, the thickness of the separator of the present invention is preferably 45 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

また、第1セパレータ層の厚みは、2μm以上であることが好ましく、4μm以上であって、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下である。第2セパレータ層の厚みは、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下である。第3セパレータ層の厚みは、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下である。   The thickness of the first separator layer is preferably 2 μm or more, preferably 4 μm or more, preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less. The thickness of the second separator layer is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less. The thickness of the third separator layer is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less.

また、本発明のセパレータの透気抵抗度測定は、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、100mLの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜500secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。これまで説明してきた構成のセパレータとすることで、このような透気度を確保することができる。   Further, the air resistance of the separator of the present invention is measured by a method according to JIS P 8117, and the Gurley value indicated by the number of seconds that 100 mL of air passes through the membrane is desirably 10 to 500 sec. . If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. By using the separator having the configuration described so far, such air permeability can be ensured.

更に、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。例えば、無機フィラーも含有する第2セパレータ層を有するセパレータとすることで、このような強度を確保することができる。   Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated. For example, such a strength can be ensured by using a separator having a second separator layer that also contains an inorganic filler.

セパレータは、正極と負極の少なくともいずれか一方に固定されて一体化された構成を有していてもよい。   The separator may have a configuration in which it is fixed and integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode.

<セパレータの製造方法>
セパレータは、例えば、第1セパレータ層を構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜などに、第2セパレータ層形成用組成物(スラリー、ペーストなど)及び第3セパレータ層形成用組成物(スラリー、ペーストなど)を塗布し、所定の温度で乾燥して第2セパレータ層及び第3セパレータ層を形成することにより製造することができる。必要に応じて塗料に界面活性剤を用いるか、または、第1セパレータ層に表面処理(コロナ処理、オゾン処理、電子線処理、プライマー処理等)を施した後、塗布しても構わない。
<Manufacturing method of separator>
The separator is, for example, a second separator layer forming composition (slurry, paste, etc.) and a third separator layer forming composition (slurry, paste) on a microporous film made of a thermoplastic resin constituting the first separator layer. Etc.) and dried at a predetermined temperature to form the second separator layer and the third separator layer. If necessary, a surfactant may be used in the paint, or the first separator layer may be applied after surface treatment (corona treatment, ozone treatment, electron beam treatment, primer treatment, etc.).

第2セパレータ層形成用組成物は、無機フィラー、繊維状物などを溶媒に分散させ、また必要に応じて使用される有機バインダーを前記溶媒に分散または溶解させて調製される。   The composition for forming the second separator layer is prepared by dispersing an inorganic filler, a fibrous material or the like in a solvent, and dispersing or dissolving an organic binder used as necessary in the solvent.

第3セパレータ層形成用組成物は、低融点材、繊維状物などを溶媒に分散または溶解させ、また必要に応じて使用される有機バインダーを前記溶媒に分散または溶解させて調製される。第3セパレータ層形成用組成物の形態が分散体またはエマルジョンの場合、その微粒子の形状については特に制限はなく、略球状(真球状を含む)や楕円体状、板状など、いずれの形状であってもよい。第3セパレータ層形成用組成物の粒径は、前記の方法で測定される平均粒径で、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   The composition for forming the third separator layer is prepared by dispersing or dissolving a low-melting-point material, a fibrous material or the like in a solvent, and dispersing or dissolving an organic binder used as necessary in the solvent. When the composition of the third separator layer forming composition is a dispersion or an emulsion, the shape of the fine particles is not particularly limited, and may be any shape such as a substantially spherical shape (including a true spherical shape), an elliptical shape, or a plate shape. There may be. The particle size of the third separator layer forming composition is an average particle size measured by the above method, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and 20 μm or less. Preferably, it is 5 μm or less.

第2セパレータ層形成用組成物及び第3セパレータ層形成用組成物に用いられる溶媒は、無機フィラー、低融点材および繊維状物などを均一に分散でき、かつ有機バインダーを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般に有機溶媒が好適に用いられる。これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダーが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The solvent used in the composition for forming the second separator layer and the composition for forming the third separator layer can uniformly disperse the inorganic filler, the low melting point material, the fibrous material, and the like, and can dissolve or disperse the organic binder uniformly. However, organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are generally preferably used. For the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.

第2セパレータ層形成用組成物及び第3セパレータ層形成用組成物における固形分含量(溶媒を除く全成分の合計含量)は、例えば、10〜40質量%とすることが好ましい。   The solid content (total content of all components excluding the solvent) in the second separator layer forming composition and the third separator layer forming composition is preferably 10 to 40% by mass, for example.

<セパレータの構成例>
図1は、本実施の形態におけるセパレータの代表的な構成の一例を示す断面図である。
セパレータ1は、第1セパレータ層10の一方面に第2セパレータ層20が設けられ、第1セパレータ層10の他方面に第3セパレータ層30が設けられている。第1セパレータ層10は、樹脂(A)で構成されたA層11の両面に、樹脂(B)で構成されたB層12、12を有する3層構造を有している。A層11は、樹脂(A)として例えば融点が137℃のPEを用いており、素子温度がかかる融点以上となり、2次シャットダウン温度に到達したときに溶融して微多孔を閉塞するシャットダウンを行う。B層12は、樹脂(B)として例えば融点が170℃のPPを用いており、素子温度の上昇時に、A層のシャットダウン後も構造を維持し、耐熱温度以上で溶融して微多孔を閉塞するシャットダウンを行う。第1セパレータ層が3層以上の融点の異なる樹脂を用いる場合、高温時の形状安定機能を維持するため、最外層を構成する樹脂の融点が、内層を構成する樹脂の融点よりも高いことが好ましい。
<Example of separator configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a typical configuration of a separator in the present embodiment.
In the separator 1, the second separator layer 20 is provided on one surface of the first separator layer 10, and the third separator layer 30 is provided on the other surface of the first separator layer 10. The first separator layer 10 has a three-layer structure having B layers 12 and 12 made of a resin (B) on both surfaces of an A layer 11 made of a resin (A). The A layer 11 uses, for example, PE having a melting point of 137 ° C. as the resin (A), the element temperature becomes equal to or higher than the melting point, and when it reaches the secondary shutdown temperature, it is shut down to close the micropores. . The B layer 12 uses, for example, PP having a melting point of 170 ° C. as the resin (B), and maintains the structure even after the shutdown of the A layer when the element temperature rises. Shut down. When the first separator layer uses a resin having three or more melting points, the melting point of the resin constituting the outermost layer is higher than the melting point of the resin constituting the inner layer in order to maintain the shape stabilizing function at high temperatures. preferable.

第1セパレータ層10は、複数種類の樹脂(樹脂A〜C)を用いてA/B/Cや、B/A/Bの層構造とすることが好ましい。A/B/Cの多層構造としては、低密度ポリエチレン/高密度ポリエチレン/ポリプロピレンの構造が例示され、それぞれの融点を80℃〜125℃、125℃〜140℃、160℃〜170℃のように調整する。B/A/Bの多層構造としては、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンの組み合わせが例示され、高密度ポリエチレンであれば125℃〜140℃、ポリプロピレンの場合160℃〜170℃とすることが好ましい。なお、第1セパレータ層は高温時の形状安定機能を維持する機能を備えることが好ましい。従って、少なくとも1層は融点が140℃以上の材料を採用することが好ましく、いずれかの層にポリプロピレンを用いることが好適である。   The first separator layer 10 preferably has a layer structure of A / B / C or B / A / B using a plurality of types of resins (resins A to C). As a multilayer structure of A / B / C, a structure of low density polyethylene / high density polyethylene / polypropylene is exemplified, and each melting point is set to 80 ° C. to 125 ° C., 125 ° C. to 140 ° C., 160 ° C. to 170 ° C. adjust. Examples of the B / A / B multilayer structure include a combination of high-density polyethylene and polypropylene. In the case of high-density polyethylene, the temperature is preferably 125 ° C to 140 ° C, and in the case of polypropylene, the temperature is preferably 160 ° C to 170 ° C. In addition, it is preferable that a 1st separator layer is provided with the function which maintains the shape stabilization function at the time of high temperature. Therefore, it is preferable to use a material having a melting point of 140 ° C. or higher for at least one layer, and it is preferable to use polypropylene for any of the layers.

第2セパレータ層20は、例えば耐熱性材料である無機フィラー21を有しており、耐熱温度が150℃以上に設定されている。第3セパレータ層30は、第1セパレータ層10の樹脂(A)の融点よりも低い融点を有する低融点材を含み、例えば融点が100℃〜110℃のPEを用いている。   The second separator layer 20 includes, for example, an inorganic filler 21 that is a heat resistant material, and the heat resistant temperature is set to 150 ° C. or higher. The third separator layer 30 includes a low melting point material having a melting point lower than the melting point of the resin (A) of the first separator layer 10, and for example, PE having a melting point of 100 ° C. to 110 ° C. is used.

第3セパレータ層30は、1次シャットダウン層(低温シャットダウン層)であり、第1セパレータ層10である2次シャットダウン層のシャットダウン温度よりも低温でシャットダウンを行う。素子温度が低融点材の融点を超え、1次シャットダウン温度に到達した際に低融点材が溶融して微多孔を閉塞するシャットダウンを行う。したがって、第1セパレータのシャットダウンより早い段階でシャットダウンを行うことができ、熱暴走へと至る発熱を抑制できる。   The third separator layer 30 is a primary shutdown layer (low temperature shutdown layer), and performs shutdown at a temperature lower than the shutdown temperature of the secondary shutdown layer that is the first separator layer 10. When the element temperature exceeds the melting point of the low-melting-point material and reaches the primary shutdown temperature, the low-melting-point material melts to shut down the micropores. Therefore, the shutdown can be performed at an earlier stage than the shutdown of the first separator, and the heat generation leading to the thermal runaway can be suppressed.

その後、内部短絡等、何らかの要因で発熱が起こった場合には、第1セパレータ層10の2次シャットダウン層がシャットダウンし、2段階で発熱抑制が可能となる。1段階目のシャットダウンが起こった後に、さらなる発熱が起こった場合には、低融点材が溶解後、さらに温度上昇により、より低粘度化する。この際、低融点材のセパレータ層からの流出が起こり、シャットダウンの持続効果が消失する可能性がある。したがって、第1セパレータ層10内の2次シャットダウン層を持たない場合、さらなる発熱の可能性が高まる。セパレータ1は、第1セパレータ層10内の2次シャットダウン層を有するので、1次シャットダウン層のシャットダウンの持続効果が消失しても、第1セパレータ層10内の2次シャットダウン層の溶解温度に達した際に、再度、シャットダウンが可能となる。このように、異なるシャットダウン温度を有するシャットダウン層が複数存在することにより、より、広い温度範囲で発熱を抑制でき、安全性の向上に寄与する。   Thereafter, when heat is generated for some reason such as an internal short circuit, the secondary shutdown layer of the first separator layer 10 is shut down, and heat generation can be suppressed in two stages. If further heat generation occurs after the first-stage shutdown, the low-melting-point material is dissolved, and the viscosity is further lowered due to the temperature rise. At this time, the low melting point material may flow out of the separator layer, and the sustained shutdown effect may be lost. Therefore, when there is no secondary shutdown layer in the first separator layer 10, the possibility of further heat generation is increased. Since the separator 1 has the secondary shutdown layer in the first separator layer 10, the melting temperature of the secondary shutdown layer in the first separator layer 10 is reached even if the sustained shutdown effect of the primary shutdown layer disappears. In this case, the shutdown can be performed again. Thus, the presence of a plurality of shutdown layers having different shutdown temperatures makes it possible to suppress heat generation in a wider temperature range, thereby contributing to an improvement in safety.

また、第2セパレータ層20は、耐熱性材料を有し、熱収縮を抑える機能を有する。熱収縮を抑えることにより、セパレータの破膜による内部短絡を抑制できる。よって、本発明のセパレータ1は、異なる融点を有する複数の熱可塑性樹脂層による多段階のシャットダウンと耐熱材料による破膜防止の機能を兼ね備えた構造となっている。   The second separator layer 20 includes a heat resistant material and has a function of suppressing thermal shrinkage. By suppressing the heat shrinkage, an internal short circuit due to the film breakage of the separator can be suppressed. Therefore, the separator 1 of the present invention has a structure that combines a multi-stage shutdown by a plurality of thermoplastic resin layers having different melting points and a function of preventing film breakage by a heat-resistant material.

上記構造のセパレータは、各セパレータ層をそれぞれ成膜し貼り合せて製造することも可能であるが、第2、第3セパレータ層が塗布により設けられるものであることが好ましい。スラリー、ペースト状の組成物が、微多孔膜である第1セパレータと密着性高く結着するため、界面剥離等の欠陥が生じにくい。また、第3セパレータが開孔近傍に入り込むため、シャットダウン時には、溶融した第3セパレータ層の低融点材が第1、第2セパレータの開口部を閉塞しやすく、シャットダウン性能の向上が見込める。   The separator having the above structure can be manufactured by forming and bonding the separator layers, but it is preferable that the second and third separator layers are provided by coating. Since the slurry or paste-like composition binds to the first separator, which is a microporous film, with high adhesion, defects such as interfacial peeling are unlikely to occur. Further, since the third separator enters the vicinity of the opening, at the time of shutdown, the low melting point material of the melted third separator layer easily closes the opening portions of the first and second separators, and the shutdown performance can be expected to improve.

セパレータ1は、第3セパレータ層30が負極に対向し、第2セパレータ層20が正極に対向して配置されることが好ましく、そのような配置にすることによって、電気化学素子の安全性をより高めることができる。電気化学素子は、長期間の使用によりデンドライトが析出し、負極から正極に向かって成長するが、仮に、負極側に第2セパレータ層20が配置されていた場合、デンドライトが成長して第2セパレータ層20を貫通し、先端が第2セパレータ層20から正極側に突出した状態となる可能性がある。かかる状態で、発熱により第1セパレータ層10及び第3セパレータ層30が溶融して流出すると、デンドライトの先端が正極に到達して短絡を発生させるおそれがある。   In the separator 1, it is preferable that the third separator layer 30 is opposed to the negative electrode and the second separator layer 20 is opposed to the positive electrode. By such an arrangement, the safety of the electrochemical device is further improved. Can be increased. In the electrochemical device, dendrite is precipitated by long-term use and grows from the negative electrode toward the positive electrode. However, if the second separator layer 20 is disposed on the negative electrode side, the dendrite grows and the second separator is grown. There is a possibility of penetrating the layer 20 and having a tip protruding from the second separator layer 20 to the positive electrode side. In this state, if the first separator layer 10 and the third separator layer 30 melt and flow out due to heat generation, the tip of the dendrite may reach the positive electrode and cause a short circuit.

これに対して、本実施の形態におけるセパレータ1は、第3セパレータ層30が負極に対向し、第2セパレータ層20が正極に対向して配置されているので、第2セパレータ層20と負極との間に第1セパレータ層10と第3セパレータ層30が介在されている。したがって、デンドライトが成長しても、第1セパレータ層10と第3セパレータ層30で吸収することができ、第2セパレータ層20を貫通するまでには至らず、素子温度の高騰により第1セパレータ層10及び第3セパレータ層30が溶融して流出したとしても、第2セパレータ層20がデンドライトの正極側への侵入を阻止して、短絡の発生を未然に防ぐことができる。   On the other hand, in the separator 1 according to the present embodiment, the third separator layer 30 faces the negative electrode, and the second separator layer 20 faces the positive electrode. The first separator layer 10 and the third separator layer 30 are interposed therebetween. Therefore, even if the dendrite grows, it can be absorbed by the first separator layer 10 and the third separator layer 30 and does not penetrate through the second separator layer 20, but the first separator layer is increased due to the rise in element temperature. Even if 10 and the third separator layer 30 melt and flow out, the second separator layer 20 can prevent the dendrite from entering the positive electrode side, thereby preventing the occurrence of a short circuit.

図2は、本実施の形態におけるセパレータの代表的な構成の他の一例を示す断面図である。セパレータ1は、第1のセパレータ層10の一方面に第2セパレータ層20が設けられ、第2のセパレータ層20の一方面に重ねて第3セパレータ層30が設けられている。そして、第3セパレータ層30が負極に対向し、第1セパレータ層10が正極に対向して配置される。この構成においても、図1に示すセパレータ1と同様の作用効果を奏することができる。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a typical configuration of the separator in the present embodiment. In the separator 1, the second separator layer 20 is provided on one surface of the first separator layer 10, and the third separator layer 30 is provided on one surface of the second separator layer 20. The third separator layer 30 is disposed to face the negative electrode, and the first separator layer 10 is disposed to face the positive electrode. Even in this configuration, the same effects as the separator 1 shown in FIG. 1 can be obtained.

本発明の電気化学素子は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、かつセパレータが本発明のセパレータであればよく、その他の構成および構造については特に制限はなく、従来から知られている電気化学素子で採用されている各種構成および構造を適用することができる。本発明のセパレータを適用できる電気化学素子は、非水電解液を用いるものであれば特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池の他、リチウムイオン一次電池やスーパーキャパシタなど、高温での安全性が要求される用途であれば好ましく適用できる。すなわち、本発明の電気化学素子は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、かつセパレータが本発明のセパレータであればよく、その他の構成および構造については特に制限はなく、従来の非水電解液を有する各種電気化学素子(リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、スーパーキャパシタなど)が備えている各種構成および構造を採用することができる。   The electrochemical device of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the separator only needs to be the separator of the present invention. Other configurations and structures are not particularly limited. Various configurations and structures employed in known electrochemical elements can be applied. The electrochemical device to which the separator of the present invention can be applied is not particularly limited as long as it uses a non-aqueous electrolyte. In addition to a lithium ion secondary battery, a lithium ion primary battery, a super capacitor, etc. Any application that requires safety can be preferably applied. That is, the electrochemical device of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte, and the separator may be the separator of the present invention, and there is no particular limitation on the other configuration and structure, Various configurations and structures provided in various electrochemical elements (lithium ion secondary battery, lithium ion primary battery, supercapacitor, etc.) having a conventional non-aqueous electrolyte can be employed.

<電気化学素子の構成例>
以下、本発明の電気化学素子の一例として、リチウムイオン二次電池への適用について詳述する。リチウムイオン二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。
<Configuration example of electrochemical element>
Hereinafter, as an example of the electrochemical element of the present invention, application to a lithium ion secondary battery will be described in detail. Examples of the form of the lithium ion secondary battery include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

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

正極活物質としては、従来のリチウムイオン二次電池に用いられている活物質、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質であれば特に制限はない。具体的には、例えば、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などを用いることが可能である。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやLiNi1−xCox−yAl(0.1≦x≦0.3、0.01≦y≦0.2)などのほか、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiMn3/5Ni1/5Co1/5など)などを例示することができる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is an active material used in a conventional lithium ion secondary battery, that is, an active material capable of occluding and releasing Li ions. Specifically, for example, a lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.), It is possible to use LiMn 2 O 4 , a spinel-structure lithium manganese oxide obtained by substituting some of its elements with other elements, or an olivine type compound represented by LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.). Is possible. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0.01 ≦ y ≦ 0. 2) and other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiMn 3 / 5 Ni 1/5 Co 1/5 O 2 etc.).

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

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

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

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

負極としては、従来のリチウムイオン二次電池に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、負極活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、またはリチウム含有酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助材(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどのバインダーなどを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたもの、または前記各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に積層したものなどが負極として用いられる。   The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventional lithium ion secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, as a negative electrode active material, lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers, can be occluded and released. One type or a mixture of two or more types of carbon-based materials are used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and alloys thereof, lithium-containing nitrides, compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal such as lithium-containing oxides, or lithium metal or lithium / An aluminum alloy can also be used as the negative electrode active material. A negative electrode mixture in which a conductive auxiliary material (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF is appropriately added to these negative electrode active materials is finished into a molded body (negative electrode mixture layer) using the current collector as a core material. As the negative electrode, a single layer or a laminate of the above-mentioned various alloys and lithium metal foils alone or laminated on a current collector is used.

負極合剤層を有する負極の場合、例えば、負極活物質およびバインダー、更には必要に応じて導電助剤などを含む負極合剤を、NMPや水などの溶剤に分散させて負極合剤含有組成物(スラリー、ペーストなど)を調製し、これを集電体に塗布し乾燥し、更に必要に応じてカレンダー処理などのプレス処理を施す工程を経て製造することができる。ただし、負極合剤層を有する負極の製造方法は、前記の方法に限定される訳ではなく、他の方法で製造してもよい。   In the case of a negative electrode having a negative electrode mixture layer, for example, a negative electrode mixture-containing composition obtained by dispersing a negative electrode active material and a binder, and further a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent if necessary in a solvent such as NMP or water. An article (slurry, paste, etc.) is prepared, applied to a current collector, dried, and further subjected to a press treatment such as a calendar treatment as necessary. However, the manufacturing method of the negative electrode having the negative electrode mixture layer is not limited to the above method, and may be manufactured by other methods.

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

前記の正極と前記の負極とは、本発明のセパレータを介して積層した積層体や、更にこれを巻回した巻回体などの電極体の形態で用いることができる。   The positive electrode and the negative electrode can be used in the form of an electrode body such as a laminated body laminated via the separator of the present invention or a wound body obtained by winding the laminated body.

なお、前記の電極体においては、セパレータは、正極および負極のうちの少なくとも一方と一体化されていてもよい。セパレータを正極と一体化するには、例えば、前記の正極合剤含有組成物を集電体に塗布して塗膜を形成し、乾燥する前のこの塗膜上にセパレータを重ねる方法などが採用できる。また、セパレータを負極と一体化する場合にも、例えば、前記の負極合剤含有組成物を集電体に塗布して塗膜を形成し、乾燥する前のこの塗膜上にセパレータを重ねる方法などが採用できる。   In the electrode body, the separator may be integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode. In order to integrate the separator with the positive electrode, for example, a method of applying the positive electrode mixture-containing composition to a current collector to form a coating film, and stacking the separator on this coating film before drying is adopted. it can. Also, when the separator is integrated with the negative electrode, for example, a method of applying the negative electrode mixture-containing composition to a current collector to form a coating film, and stacking the separator on this coating film before drying Etc. can be adopted.

非水電解液としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(2≦n≦5)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩などを用いることができる。 As the non-aqueous electrolyte, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes side reactions such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (2 ≦ n ≦ 5), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] or the like is used. Can do.

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

また、これらの非水電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。   In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, and fluorobenzene are used for the purpose of improving safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these non-aqueous electrolytes. An additive such as t-butylbenzene may be added as appropriate.

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

本発明の電気化学素子は、従来から知られている電気化学素子と同様の用途に適用することができる。   The electrochemical device of the present invention can be applied to the same applications as conventionally known electrochemical devices.

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

(負極の作製)製造例1
負極活物質である黒鉛:95質量部と、バインダーであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、集電体となる厚さ10μmの銅箔の両面に、塗布長が630mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が131μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅56mmになるように切断して、長さ650mm、幅56mmの負極を作製した。更に、この負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
(Preparation of negative electrode) Production Example 1
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 95 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied on both sides of a 10 μm thick copper foil serving as a current collector to a coating length of 630 mm, dried, and calendered to a total thickness of 131 μm. The thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted so that the width was 56 mm, and a negative electrode having a length of 650 mm and a width of 56 mm was produced. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion.

(正極の作製)製造例2
正極活物質であるLiCoO:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダーであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が125μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅54mmになるように切断して、長さ610mm、幅54mmの正極を作製した。更に、この正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
(Preparation of positive electrode) Production Example 2
The positive electrode active material LiCoO 2 : 85 parts by mass, the conductive auxiliary agent acetylene black: 10 parts by mass, and the binder PVDF: 5 parts by mass are mixed uniformly using NMP as a solvent. An agent-containing paste was prepared. This paste was applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil serving as a current collector, dried, and then subjected to calendering to adjust the thickness of the positive electrode mixture layer so that the total thickness was 125 μm. A positive electrode having a length of 610 mm and a width of 54 mm was produced by cutting to 54 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.

(実施例1)
ベーマイト微粒子:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体(モノマー成分としてブチルアクリレートを主成分とする市販のアクリレート共重合体)3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第2セパレータ層形成用スラリーを調製した。
Example 1
Boehmite fine particles: 97 parts by mass, 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder (a commercially available acrylate copolymer having butyl acrylate as a main component as a monomer component), water as a solvent is added and dispersed to obtain a solid content. A slurry for forming a second separator layer having a content of 30% by mass was prepared.

このスラリーを、両面にコロナ放電処理をしたPP/高密度PE/PPの3層構造の微多孔膜(厚み16μm)の片面に塗布し乾燥して、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータrを得た。   This slurry is applied to one side of a microporous membrane (thickness 16 μm) of PP / high density PE / PP having a corona discharge treatment on both sides and dried, and the first separator layer has a thickness of 5 μm on one side. A separator r having a second separator layer was obtained.

変性ポリエチレン:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第3セパレータ層形成用スラリーを調製した。   Modified polyethylene: 97 parts by mass, and 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder were added and dispersed in water as a solvent to prepare a third separator layer forming slurry having a solid content of 30% by mass.

このスラリーを、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータrの第2セパレータ層の反対側の面に厚みが5μmの第3セパレータ層を塗布し乾燥して、第1セパレータ層の両面にそれぞれ、第2、第3セパレータ層を有するセパレータPを得た。セパレータ構成の概略図は図1と同様である。なお、PP/高密度PE/PPの各層の融点は170℃/128℃/170℃、変性ポリエチレン-アクリレート層の融点は110℃であった。   The slurry was applied to a third separator layer having a thickness of 5 μm on the surface opposite to the second separator layer of the separator r having a second separator layer having a thickness of 5 μm on one side of the first separator layer, and dried. A separator P having second and third separator layers on both surfaces of one separator layer was obtained. The schematic diagram of the separator configuration is the same as in FIG. The melting point of each layer of PP / high density PE / PP was 170 ° C./128° C./170° C., and the melting point of the modified polyethylene-acrylate layer was 110 ° C.

(実施例2)
ベーマイト微粒子:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体(モノマー成分としてブチルアクリレートを主成分とする市販のアクリレート共重合体)3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第2セパレータ層形成用スラリーを調製した。
(Example 2)
Boehmite fine particles: 97 parts by mass, 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder (a commercially available acrylate copolymer having butyl acrylate as a main component as a monomer component), water as a solvent is added and dispersed to obtain a solid content. A slurry for forming a second separator layer having a content of 30% by mass was prepared.

このスラリーを、片面にコロナ放電処理をしたPP/高密度PE/PPの3層構造の微多孔膜(厚み16μm)の片面(コロナ放電処理面)に塗布し乾燥して、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータsを得た。   This slurry was applied to one side (corona discharge treatment surface) of a microporous film (thickness 16 μm) of PP / high density PE / PP having a corona discharge treatment on one side and dried, and the first separator layer A separator s having a second separator layer with a thickness of 5 μm on one side was obtained.

変性ポリエチレン:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第3セパレータ層形成用スラリーを調製した。   Modified polyethylene: 97 parts by mass, and 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder were added and dispersed in water as a solvent to prepare a third separator layer forming slurry having a solid content of 30% by mass.

このスラリーを、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータsの第2セパレータ層の上面に厚みが5μmの第3セパレータ層を重ねて塗布し乾燥して、第1セパレータ層の片面に第2セパレータ層、第3セパレータ層を順に重ね塗りしたセパレータ層を有するセパレータQを得た。セパレータQの構成の概略は図2と同様である。   The slurry was applied to the upper surface of the second separator layer of the separator s having the second separator layer having a thickness of 5 μm on one side of the first separator layer, dried and applied to the first separator layer. A separator Q having a separator layer in which a second separator layer and a third separator layer were sequentially applied on one side of the separator layer was obtained. The outline of the configuration of the separator Q is the same as that in FIG.

(比較例1)
PP/高密度PE/PPの3層構造の微多孔膜(厚み16μm)から成る第1セパレータ層のみのセパレータRを種々の実験に用いた。
(Comparative Example 1)
A separator R having only a first separator layer made of a microporous film (thickness: 16 μm) having a three-layer structure of PP / high density PE / PP was used in various experiments.

(比較例2)
高密度PEの単層の微多孔膜(厚み16μm)から成る第1セパレータ層のみのセパレータをセパレータLとし、種々の実験に用いた。なお、高密度PE層の融点は135℃である。
(Comparative Example 2)
A separator having only a first separator layer made of a single-layer microporous film (thickness: 16 μm) of high-density PE was used as a separator L and used in various experiments. The melting point of the high density PE layer is 135 ° C.

(比較例3)
ベーマイト微粒子:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体(モノマー成分としてブチルアクリレートを主成分とする市販のアクリレート共重合体)3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第2セパレータ層形成用スラリーを調製した。
(Comparative Example 3)
Boehmite fine particles: 97 parts by mass, 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder (a commercially available acrylate copolymer having butyl acrylate as a main component as a monomer component), water as a solvent is added and dispersed to obtain a solid content. A slurry for forming a second separator layer having a content of 30% by mass was prepared.

このスラリーを、片面にコロナ放電処理をしたPP/高密度PE/PPの3層構造の微多孔膜(厚み16μm)の片面(コロナ放電処理面)に塗布し乾燥して、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータSを得た。   This slurry was applied to one side (corona discharge treatment surface) of a microporous film (thickness 16 μm) of PP / high density PE / PP having a corona discharge treatment on one side and dried, and the first separator layer A separator S having a second separator layer having a thickness of 5 μm on one side was obtained.

(比較例4)
ベーマイト微粒子:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体(モノマー成分としてブチルアクリレートを主成分とする市販のアクリレート共重合体)3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第2セパレータ層形成用スラリーを調製した。
(Comparative Example 4)
Boehmite fine particles: 97 parts by mass, 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder (a commercially available acrylate copolymer having butyl acrylate as a main component as a monomer component), water as a solvent is added and dispersed to obtain a solid content. A slurry for forming a second separator layer having a content of 30% by mass was prepared.

このスラリーを、両面にコロナ放電処理をした高密度PEの単層の微多孔膜(厚み16μm)の片面に塗布し乾燥して、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータTを得た。   This slurry is applied to one side of a single-layer microporous membrane (thickness 16 μm) of high-density PE that has been subjected to corona discharge treatment on both sides and dried to form a second separator layer having a thickness of 5 μm on one side of the first separator layer. The separator T which has was obtained.

変性ポリエチレン:97質量部、バインダーであるアクリレート共重合体3質量部に、溶媒である水を加えて分散させて、固形分含量が30質量%の第3セパレータ層形成用スラリーを調製した。   Modified polyethylene: 97 parts by mass, and 3 parts by mass of an acrylate copolymer as a binder were added and dispersed in water as a solvent to prepare a third separator layer forming slurry having a solid content of 30% by mass.

このスラリーを、第1セパレータ層の片面に厚みが5μmの第2セパレータ層を有するセパレータTの第2セパレータ層の反対側の面に厚みが5μmの第3セパレータ層を塗布し乾燥して、第1セパレータ層の両面にそれぞれ、第2、第3セパレータ層を有するセパレータKを得た。なお、高密度PE層の融点は135℃、変性ポリエチレン-アクリレート層の融点は110℃である。   The slurry was applied to a third separator layer having a thickness of 5 μm on the surface opposite to the second separator layer of the separator T having a second separator layer having a thickness of 5 μm on one side of the first separator layer, and dried. A separator K having second and third separator layers on both surfaces of one separator layer was obtained. The melting point of the high-density PE layer is 135 ° C., and the melting point of the modified polyethylene-acrylate layer is 110 ° C.

上記実施例1、2と比較例1〜4のセパレータを用いて測定及び試験を行った。具体的には、(1)実施例1、2および比較例1〜4について、下記の熱収縮率測定を行った。(2)実施例1および比較例1〜4について、透気抵抗度測定を行った。(3)実施例1、比較例1を用い、電極で挟んだセパレータの電解液中での加熱による抵抗変化の測定を行った。(4)また、実施例1と比較例3、4のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池について、下記のリチウムイオン二次電池の過充電試験を行った。   Measurements and tests were performed using the separators of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4. Specifically, (1) Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 were subjected to the following thermal shrinkage measurement. (2) About Example 1 and Comparative Examples 1-4, the air permeability resistance measurement was performed. (3) Using Example 1 and Comparative Example 1, the resistance change due to heating in the electrolytic solution of the separator sandwiched between the electrodes was measured. (4) Moreover, the overcharge test of the following lithium ion secondary battery was done about the lithium ion secondary battery using the separator of Example 1 and Comparative Examples 3 and 4. FIG.

(1)<セパレータの熱収縮率測定>
実施例1、2および比較例1、2、3、4に係る各セパレータを、10cm×5cmのサイズに切り出して試験片を作製した。なお、前記の試験片では、10cmとする方向(長手方向)を、セパレータに係る3層構造の微多孔膜の長手方向(前記微多孔膜の製造時の延伸方向)と平行にした。前記の各試験片を150℃に調整した恒温槽内に入れ、30分後に取り出して熱収縮の度合いを測定した。
結果を表1に示す。表1は、実施例1、2および比較例1、2、3、4の熱収縮率測定結果を示す。
(1) <Measurement of heat shrinkage rate of separator>
Each separator according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4 was cut into a size of 10 cm × 5 cm to prepare a test piece. In the test piece, the direction (longitudinal direction) of 10 cm was made parallel to the longitudinal direction of the three-layer microporous film (the stretching direction during the production of the microporous film) according to the separator. Each said test piece was put in the thermostat adjusted to 150 degreeC, and it took out after 30 minutes, and measured the degree of heat shrink.
The results are shown in Table 1. Table 1 shows the thermal shrinkage measurement results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4.

Figure 2016181324
Figure 2016181324

上記表1に示すように、3層構造の微多孔膜である比較例1のセパレータRは長手方向に40%収縮、単層構造の比較例2のセパレータLは長手方向に50%収縮したのに対し、実施例1のセパレータPは3%以内、実施例2のセパレータQは25%、比較例3のセパレータS、比較例4のセパレータKは3%以内だった。第1、第2、第3セパレータ層を有するセパレータPおよびKは耐熱性材料層と低融点材料層を有し第2セパレータ層に係る無機フィラーの作用によって良好な耐熱収縮性を確保できている。また、セパレータQはセパレータR、Lに比べて一定の耐熱収縮性を確保できていると言える。第1、第2、第3セパレータ層を有するセパレータを用いることで、リチウムイオン二次電池などの電気化学素子では、内部短絡の発生を抑制できる。   As shown in Table 1, the separator R of Comparative Example 1 which is a microporous film having a three-layer structure contracted 40% in the longitudinal direction, and the separator L of Comparative Example 2 having a single-layer structure contracted 50% in the longitudinal direction. On the other hand, the separator P of Example 1 was within 3%, the separator Q of Example 2 was 25%, the separator S of Comparative Example 3 and the separator K of Comparative Example 4 were within 3%. The separators P and K having the first, second, and third separator layers have a heat-resistant material layer and a low-melting-point material layer, and can ensure good heat shrinkage due to the action of the inorganic filler related to the second separator layer. . In addition, it can be said that the separator Q can secure a certain heat shrinkability compared to the separators R and L. By using the separator having the first, second, and third separator layers, the occurrence of an internal short circuit can be suppressed in an electrochemical element such as a lithium ion secondary battery.

(2)<セパレータの透気抵抗度測定>
実施例1および比較例1、2、3、4のセパレータの単体について、室温に保持したまま、非加熱での透気抵抗度と110℃で30分加熱した後の室温での透気抵抗度を測定した。結果を表2に示す。表2は、実施例1および比較例1、2、3、4の透気抵抗度測定結果を示す。
(2) <Measurement of air resistance of separator>
About the separator of Example 1 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4, the air resistance at non-heating and the air resistance at room temperature after heating at 110 ° C. for 30 minutes while being kept at room temperature Was measured. The results are shown in Table 2. Table 2 shows the air resistance measurement results of Example 1 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4.

Figure 2016181324
Figure 2016181324

上記表2に示すように、実施例1において、110℃30分で加熱において測定不能となり、セパレータが閉塞(シャットダウン)したことが示された。測定不能とは、セパレータを装置にセットし、測定を開始しても、内筒がほとんど動かず、計測が開始されなかったことを示す。これは、セパレータ膜の閉塞を意味する。これに対して、比較例1、2、3ではそれぞれ、315.2、325.2、342.8となり、110℃ではセパレータが閉塞していないことがわかった。   As shown in Table 2 above, in Example 1, it became impossible to measure in heating at 110 ° C. for 30 minutes, indicating that the separator was blocked (shut down). “Unmeasurable” means that even when the separator was set in the apparatus and measurement was started, the inner cylinder hardly moved and measurement was not started. This means that the separator membrane is blocked. On the other hand, in Comparative Examples 1, 2, and 3, it became 315.2, 325.2, and 342.8, respectively, and it turned out that the separator is not obstruct | occluded at 110 degreeC.

また、比較例4のセパレータKは、実施例1と同様に収縮は生じないものの、高温とするとセパレータの形状が安定しない場合があった。従って、第1セパレータ層は複数の層構造を備えたものとすることが好ましい。   Further, the separator K of Comparative Example 4 did not shrink as in Example 1, but sometimes the separator shape was not stable at high temperatures. Therefore, the first separator layer preferably has a plurality of layer structures.

(3)<電極で挟んだセパレータの電解液中での加熱による抵抗変化の測定>
(セパレータを用いた試験セル)
実施例1で作製したセパレータPの両側に電極としてアルミ箔と銅箔で挟み、耐圧容器(10気圧)の中に入れ、セパレータ部分に非水電解液(エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートを体積比2:4:4で混合した溶媒にLiPFを1.2mol/Lの濃度で溶解させた溶液)を加え、密閉した。耐圧容器の外側から内部の電極に接続する端子を設け、内部の電極と接触し、電極間の抵抗を測定できる構造とし、同時にセパレータ部位に熱電対の先端が配置されるように温度計を接続した。耐圧容器を恒温槽の中に入れ、1時間当たり約100℃の温度上昇速度で、電極に挟まれた、セパレータPの抵抗と温度をモニタリングした。
比較例1で記載したセパレータRを用い、上記セパレータPと同様に抵抗と温度をモニタリングした。
(3) <Measurement of resistance change due to heating in the electrolyte of the separator sandwiched between electrodes>
(Test cell using separator)
The separator P produced in Example 1 was sandwiched between aluminum foil and copper foil as electrodes on both sides, placed in a pressure vessel (10 atm), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate) was put on the separator portion. A solution prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.2 mol / L in a solvent mixed at a volume ratio of 2: 4: 4 was added and sealed. A terminal that connects to the internal electrode from the outside of the pressure vessel is provided, and it is configured to be able to measure the resistance between the electrodes, and at the same time, a thermometer is connected so that the tip of the thermocouple is placed at the separator did. The pressure vessel was placed in a thermostatic chamber, and the resistance and temperature of the separator P sandwiched between the electrodes were monitored at a rate of temperature increase of about 100 ° C. per hour.
Using the separator R described in Comparative Example 1, resistance and temperature were monitored in the same manner as the separator P.

(モニタリング結果)
実施例1および比較例1を用いた試験セルの抵抗変化の測定結果をそれぞれ、図3、図4に示す。実施例1のセパレータPではシャットダウンに相当する抵抗値の上昇が100℃付近で開始し、110℃付近で飽和に達している、これに対して、比較例1のセパレータRでは抵抗の飽和値を示す温度が128℃付近となり、セパレータPのシャットダウン温度を上回っている。第1、第2、第3セパレータ層を有するセパレータPは第3セパレータ層を形成する低融点材である変性ポリエチレンにより110℃付近でシャットダウンを起こす。一方、第1セパレータ層のみから形成されるセパレータRは高密度ポリエチレンの融解により高温でのシャットダウンとなる。セパレータPは、セパレータRに比べて、低温でシャットダウンが可能で、より安全性が高い電池用セパレータであると考えられる。
(Monitoring results)
The measurement results of the resistance change of the test cells using Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. In the separator P of Example 1, the increase in the resistance value corresponding to the shutdown starts near 100 ° C. and reaches saturation near 110 ° C. In contrast, in the separator R of Comparative Example 1, the resistance saturation value is increased. The temperature shown is around 128 ° C., which is above the shutdown temperature of the separator P. The separator P having the first, second and third separator layers is shut down at around 110 ° C. by the modified polyethylene which is a low melting point material forming the third separator layer. On the other hand, the separator R formed only from the first separator layer is shut down at a high temperature due to melting of the high-density polyethylene. The separator P is considered to be a battery separator that can be shut down at a lower temperature than the separator R and has higher safety.

(4)<二次電池による過充電試験>
(実施例1のセパレータを用いた二次電池)
製造例1で作製した負極と、製造例2で作製した正極とを、実施例1で作製したセパレータPを介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。なお、この巻回電極体では、セパレータの第2セパレータ層が正極と対向するようにした。前記の巻回電極体を18650仕様の電池容器内に装填した。また、非水電解液(エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートを体積比3:7で混合した溶媒にLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させた溶液)を前記電池容器内に注入した後、封止を行って、リチウムイオン二次電池pを得た。
(4) <Overcharge test with secondary battery>
(Secondary battery using the separator of Example 1)
The negative electrode produced in Production Example 1 and the positive electrode produced in Production Example 2 were overlapped with the separator P produced in Example 1 interposed, and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body. In this wound electrode body, the second separator layer of the separator was made to face the positive electrode. The wound electrode body was loaded into a battery container of 18650 specifications. Further, after injecting a non-aqueous electrolyte (a solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate and propylene carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7) into the battery container, sealing was performed. As a result, a lithium ion secondary battery p was obtained.

(比較例のセパレータを用いた二次電池)
比較例3で作製したセパレータS、比較例4で作製したセパレータKを用い、上記リチウムイオン二次電池pと同様に、リチウムイオン二次電池s、リチウムイオン二次電池kを得た。
(Secondary battery using separator of comparative example)
Using the separator S produced in Comparative Example 3 and the separator K produced in Comparative Example 4, a lithium ion secondary battery s and a lithium ion secondary battery k were obtained in the same manner as the lithium ion secondary battery p.

実施例、比較例のセパレータを用いて作製したリチウムイオン二次電池p、s、kの過充電試験を行った。それぞれのリチウムイオン二次電池を満充電し、さらに充電レート2Cで過充電を行った。過充電試験結果を表3に示す。   An overcharge test of lithium ion secondary batteries p, s, and k produced using the separators of Examples and Comparative Examples was performed. Each lithium ion secondary battery was fully charged and further overcharged at a charge rate of 2C. Table 3 shows the overcharge test results.

Figure 2016181324
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過充電を行うことにより、徐々に温度上昇が起こり、実施例1のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池pおよび、比較例4のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池kでは、110℃付近でシャットダウンし、ピーク温度は140℃でさらなる発熱を抑制した。比較例3のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池sでは、135℃付近でシャットダウンし、ピーク温度は160℃でさらなる発熱を抑制した。セパレータPおよびKはセパレータSに比べて、より低温でリチウムイオン二次電池のシャットダウンを可能とする。このことにより、第1、第2、第3セパレータ層を有するセパレータPを部材とするリチウムイオン二次電池pおよびセパレータKを部材とするリチウムイオン二次電池kは、セパレータSを部材とするリチウムイオン二次電池sより低温でシャットダウンすることにより、より安全性が高いリチウムイオン二次電池であると言える。   By overcharging, the temperature rises gradually. In the lithium ion secondary battery p using the separator of Example 1 and the lithium ion secondary battery k using the separator of Comparative Example 4, the temperature is around 110 ° C. Shut down and peak temperature was 140 ° C. to suppress further exotherm. In the lithium ion secondary battery s using the separator of Comparative Example 3, the shutdown was performed at around 135 ° C., and the peak temperature was 160 ° C., thereby suppressing further heat generation. The separators P and K allow the lithium ion secondary battery to be shut down at a lower temperature than the separator S. Thus, the lithium ion secondary battery p having the separator P having the first, second, and third separator layers as members and the lithium ion secondary battery k having the separator K as members are lithium lithium separators having the separator S as members. By shutting down at a lower temperature than the ion secondary battery s, it can be said that the lithium ion secondary battery has higher safety.

第3セパレータ層に含まれる低融点材層は、負極に接する位置に配置することが好ましい。低温でシャットダウンが生じた際、負極側で被膜を形成し、負極の反応を防止することができる。   The low melting point material layer included in the third separator layer is preferably disposed at a position in contact with the negative electrode. When shutdown occurs at a low temperature, a coating can be formed on the negative electrode side to prevent reaction of the negative electrode.

本発明は、正極と負極、および正極と負極の電気絶縁を保つためのセパレータと非水溶性電解液を備えた携帯電話用、車載用および産業用のリチウム二次電池に適用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to lithium secondary batteries for mobile phones, in-vehicle use, and industrial use that include a positive electrode and a negative electrode, and a separator and a water-insoluble electrolyte for maintaining electrical insulation between the positive electrode and the negative electrode.

1 セパレータ
10 第1セパレータ層
11 A層
12 B層
20 第2セパレータ層
21 無機フィラー
30 第3セパレータ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 10 1st separator layer 11 A layer 12 B layer 20 2nd separator layer 21 Inorganic filler 30 3rd separator layer

Claims (12)

電気化学素子の正極と負極との間に介在される電気化学素子用セパレータであって、
多段階に設定された融点でそれぞれシャットダウンを行う複数の層構造を有する微多孔性の第1セパレータ層と、
該第1セパレータ層の一方面に設けられた耐熱性でかつ微多孔性の第2セパレータ層と、
前記第1セパレータ層の他方面、もしくは、前記第2セパレータ層の一方面に設けられ、前記第1セパレータ層よりも低温でシャットダウンを行う微多孔性の第3セパレータ層と、
を有することを特徴とする電気化学素子用セパレータ。
An electrochemical element separator interposed between a positive electrode and a negative electrode of an electrochemical element,
A microporous first separator layer having a plurality of layer structures each performing shutdown at a melting point set in multiple stages;
A heat-resistant and microporous second separator layer provided on one surface of the first separator layer;
A microporous third separator layer that is provided on the other surface of the first separator layer, or one surface of the second separator layer, and shuts down at a lower temperature than the first separator layer;
The separator for electrochemical elements characterized by having.
前記第3セパレータ層が前記負極に対向し、前記第2セパレータ層もしくは前記第1セパレータ層が前記正極に対向して配置されることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。   2. The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the third separator layer faces the negative electrode, and the second separator layer or the first separator layer faces the positive electrode. 前記第1セパレータ層は、融点が125℃以上170℃以下の範囲の熱可塑性樹脂を有し、
前記第3セパレータ層は、融点が80℃以上125℃以下の範囲の熱可塑性樹脂を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学素子用セパレータ。
The first separator layer has a thermoplastic resin having a melting point of 125 ° C. or higher and 170 ° C. or lower,
3. The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the third separator layer has a thermoplastic resin having a melting point in a range of 80 ° C. or more and 125 ° C. or less.
前記第1セパレータ層は、外層を構成する樹脂及び内層を構成する樹脂の二種の樹脂よりなる3層構造であって、少なくとも一方の樹脂の融点が140℃以上の樹脂層を有し、前記外層を構成する樹脂の融点が、内層を構成する樹脂の融点よりも高いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学素子用セパレータ。   The first separator layer has a three-layer structure composed of two types of resins, a resin constituting an outer layer and a resin constituting an inner layer, and has a resin layer having a melting point of at least 140 ° C. The separator for an electrochemical element according to claim 1 or 2, wherein the melting point of the resin constituting the outer layer is higher than the melting point of the resin constituting the inner layer. 前記第2セパレータ層及び前記第3セパレータ層は、前記第1セパレータ層に塗布されてなる塗布層であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学素子用セパレータ。   3. The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the second separator layer and the third separator layer are applied layers applied to the first separator layer. 4. 前記第2セパレータ層が無機フィラーを含有していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電気化学素子用セパレータ。   The said 2nd separator layer contains the inorganic filler, The separator for electrochemical elements as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記無機フィラーは、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、シリカ、ベーマイトおよびアルミナよりなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項6に記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to claim 6, wherein the inorganic filler is at least one selected from the group consisting of aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, magnesium oxide, silica, boehmite, and alumina. 前記第1セパレータ層の厚みは4〜20μmであり、前記第2セパレータ層の厚みは3〜10μmであり、前記第3セパレータ層の厚みは1〜10μmであることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。   2. The thickness of the first separator layer is 4 to 20 μm, the thickness of the second separator layer is 3 to 10 μm, and the thickness of the third separator layer is 1 to 10 μm. The separator for electrochemical elements as described. 前記第3セパレータ層は、熱可塑性樹脂と、有機バインダーとを含み、前記熱可塑性樹脂の含有率は第3セパレータ層の構成成分の全体積当たり70体積%以上であり、前記有機バインダーの含有率は第3セパレータ層の構成成分の全体積当たり0.5体積%以上であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。   The third separator layer includes a thermoplastic resin and an organic binder, and the content of the thermoplastic resin is 70% by volume or more per total volume of the constituent components of the third separator layer, and the content of the organic binder 2. The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the content is 0.5% by volume or more per total volume of components of the third separator layer. 前記第2セパレータ層は、無機フィラーと、有機バインダーとを含み、前記無機フィラーの含有率は第2セパレータ層の構成成分の全体積当たり40体積%以上95体積%以下であり、前記有機バインダーの含有率は第2セパレータ層の構成成分の全体積当たり0.5体積%以上10体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。   The second separator layer includes an inorganic filler and an organic binder, and the content of the inorganic filler is 40% by volume or more and 95% by volume or less based on the total volume of the constituent components of the second separator layer. 2. The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the content is 0.5 volume% or more and 10 volume% or less per total volume of the constituent components of the second separator layer. 正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有する電気化学素子であって、
前記セパレータが、請求項1〜10のいずれか一項に記載の電気化学素子用セパレータであることを特徴とする電気化学素子。
An electrochemical element having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte,
The said separator is a separator for electrochemical elements as described in any one of Claims 1-10, The electrochemical element characterized by the above-mentioned.
前記セパレータが、正極と負極の少なくともいずれか一方に固定されて一体化されていることを特徴とする請求項11に記載の電気化学素子。   The electrochemical device according to claim 11, wherein the separator is fixed and integrated with at least one of a positive electrode and a negative electrode.
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