JP2018142444A - Separator for electrochemical element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for prolonging the lifetime of an electrochemical element compatibly with reduction of internal resistance.SOLUTION: The present invention relates to a separator for electrochemical element containing organic polymers and an inorganic compound. The separator for electrochemical element is characterized in that the inorganic compound contains an oxide and/or a hydroxide having any other metal element than Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In and Bi of which the solubility in water at 20°C is equal to or less than 2×10g/100 g. A content of the organic polymers is equal to or more than 15 mass% in 100 mass% of the separator.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電気化学素子用セパレータに関する。より詳しくは、充放電に伴って形態変化が起こる電極を有する二次電池等に好適に用いられるセパレータに関する。 The present invention relates to a separator for an electrochemical element. More specifically, the present invention relates to a separator suitably used for a secondary battery or the like having an electrode that undergoes a shape change with charge / discharge.

近年、小型携帯機器から自動車等大型用途まで多くの産業において、電池の重要性が急速に高まっており、主にその容量、エネルギー密度や二次電池化の面において優位性を持つ新たな電池系が種々開発・改良されている。例えば、亜鉛種を負極活物質とする亜鉛負極が、電池の普及とともに古くから研究されてきており、特に、空気・亜鉛一次電池、マンガン・亜鉛一次電池、銀・亜鉛一次電池は実用化され、広く世界で使用されている。
しかしながら、蓄電池に亜鉛負極等の充放電に伴って形態変化が起こる電極を用いると、電極表面で形成されるデンドライトによって正極と負極とが短絡し、電池が充放電できなくなるという課題があった。
In recent years, the importance of batteries has increased rapidly in many industries, from small portable devices to large-scale applications such as automobiles. New battery systems that have advantages mainly in terms of capacity, energy density, and secondary battery use. Have been developed and improved. For example, zinc negative electrodes using zinc species as negative electrode active materials have been studied for a long time with the spread of batteries, and in particular, air / zinc primary batteries, manganese / zinc primary batteries, silver / zinc primary batteries have been put into practical use, Widely used in the world.
However, when an electrode that undergoes a change in shape with charge / discharge of a zinc negative electrode or the like is used for the storage battery, there is a problem that the positive electrode and the negative electrode are short-circuited by dendrite formed on the electrode surface, and the battery cannot be charged / discharged.

このような課題に対し、多くの技術開発がなされており、例えば、酸化マグネシウムの多孔層を亜鉛負極表面に形成して得られる亜鉛アルカリ二次電池が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 Many technical developments have been made for such problems. For example, a zinc-alkali secondary battery obtained by forming a magnesium oxide porous layer on the surface of a zinc negative electrode has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). .)

ところで、正極側でのセパレータの耐酸化性を向上し、セパレータの親水基の正極側における劣化を防止し、更に、負極側での酸素ガス吸収反応を良くすることでサイクル寿命特性の良いアルカリ二次電池とすることを目的とした、セパレータの正極側又は正極に無機物が存在するアルカリ二次電池が開示されている(特許文献2参照。)。また、製造安定性に優れ、ピンホールが少なく、内部抵抗の低い電気化学素子用セパレータとすることを目的として、特定の平均繊維径をもつ合成繊維を主体としてなる不織布基材と、特定の平均粒子径の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層の積層体とを備えてなる電気化学素子用セパレータが開示されている(特許文献3参照。)。 By the way, it is possible to improve the oxidation resistance of the separator on the positive electrode side, to prevent deterioration of the hydrophilic group of the separator on the positive electrode side, and to improve the oxygen gas absorption reaction on the negative electrode side, thereby improving the alkali life. An alkaline secondary battery is disclosed in which an inorganic substance is present on the positive electrode side of the separator or on the positive electrode for the purpose of forming a secondary battery (see Patent Document 2). In addition, for the purpose of producing a separator for an electrochemical device having excellent manufacturing stability, few pinholes, and low internal resistance, a nonwoven fabric substrate mainly composed of synthetic fibers having a specific average fiber diameter, and a specific average A separator for an electrochemical device comprising an inorganic particle layer laminate containing magnesium hydroxide having a particle size is disclosed (see Patent Document 3).

特開昭57−163963号公報JP-A-57-163963 特開2001−250529号公報JP 2001-250529 A 特許第6033933号Japanese Patent No. 6033933

上記のとおり、亜鉛負極等の充放電に伴って形態変化が起こる電極を有する電池のデンドライトの成長を抑止して電池を長寿命化するための種々の方法が開発されているが、一方、電池内部における、電池反応に関与する水酸化物イオン等のイオンの伝導性(以下、単にイオン伝導性とも言う。)は充分に高いものとし、内部抵抗の低い電池を実現することも求められている。また、上記電池以外の電気化学素子においても、長寿命化するとともに、イオン伝導性は充分に高いものとすることが望まれている。 As described above, various methods have been developed to extend the life of the battery by suppressing dendrite growth of the battery having an electrode that undergoes a change in shape with charge and discharge of a zinc negative electrode or the like. There is also a demand for realizing a battery having low internal resistance, with sufficiently high conductivity of ions such as hydroxide ions involved in the battery reaction (hereinafter also simply referred to as ion conductivity). . Moreover, it is desired that the electrochemical element other than the battery has a long life and sufficiently high ion conductivity.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、電気化学素子の長寿命化と、低内部抵抗とを両立する方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said present condition, and aims at providing the method of coexisting with the lifetime improvement of an electrochemical element, and low internal resistance.

本発明者らは、電気化学素子の長寿命化を可能とする材料について種々検討し、一定割合以上の有機ポリマーと、酸化物及び/又は水酸化物とを含む電気化学素子用セパレータを形成した。このような電気化学素子用セパレータは、一定割合以上の有機ポリマーによってセパレータ中の空隙が充分に少なくなり、充放電に伴って形態変化が起こる電極を有する電池におけるデンドライト成長を抑止して正極と負極との短絡を抑制できるものである。また、このような電気化学素子用セパレータは、水電解用セパレータ等のその他の電気化学素子用途に使用しても、耐久性に優れるものである。本発明者らは、このような電気化学素子用セパレータにおいて、無機粒子として両性水酸化物や両性酸化物ではなく、かつ水への溶解度が小さな酸化物や水酸化物を用いると、デンドライト成長抑止性能や耐久性を経時的に発揮しながら、セパレータのイオン伝導性が充分に高くなってその抵抗が充分に低くなり、内部抵抗の低い電気化学素子を形成するために好適なものとなることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventors of the present invention have studied various materials that can extend the lifetime of an electrochemical element, and formed a separator for an electrochemical element containing an organic polymer and an oxide and / or hydroxide at a certain ratio or more. . Such a separator for an electrochemical element has a positive electrode and a negative electrode that suppress dendrite growth in a battery having an electrode in which the gap in the separator is sufficiently reduced by an organic polymer of a certain ratio or more, and the shape changes with charge / discharge. It is possible to suppress a short circuit. Such a separator for electrochemical elements is excellent in durability even when used for other electrochemical element applications such as a separator for water electrolysis. In the separator for an electrochemical element, when the present invention uses an oxide or hydroxide that is not amphoteric hydroxide or amphoteric oxide and has low solubility in water as inorganic particles, dendrite growth inhibition is achieved. While exhibiting performance and durability over time, the ionic conductivity of the separator is sufficiently high and its resistance is sufficiently low, making it suitable for forming electrochemical devices with low internal resistance. The present inventors have arrived at the present invention by conceiving that the above-mentioned problems can be solved brilliantly.

すなわち本発明は、有機ポリマー及び無機化合物を含む電気化学素子用セパレータであって、該無機化合物は、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を有する酸化物及び/又は水酸化物を含み、該有機ポリマーの含有量は、セパレータの質量100質量%中、15質量%以上である電気化学素子用セパレータである。 That is, the present invention is a separator for an electrochemical device containing an organic polymer and an inorganic compound, and the inorganic compound has a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less, Al, Zn, Electrochemical which includes oxides and / or hydroxides having metal elements other than Pb, Sn, Ga, In and Bi, and the content of the organic polymer is 15% by mass or more in 100% by mass of the separator It is a separator for elements.

本発明の電気化学素子用セパレータは、上述の構成よりなり、水酸化物イオンの選択的な透過性を充分に有し、かつ、デンドライト抑止性能又は耐久性を経時的に発揮できるため、電気化学素子、中でも、亜鉛負極等の充放電に伴って形態変化が起こる電極を含んで構成される電池のセパレータ等に好適に用いることができ、電気化学素子を長寿命化するとともに、その内部抵抗を低いものとすることができる。 The separator for an electrochemical element of the present invention has the above-described configuration, has sufficient permeability for hydroxide ions, and can exhibit dendrite suppression performance or durability over time. It can be suitably used for an element, especially a battery separator configured to include an electrode that undergoes a change in shape with charge / discharge of a zinc negative electrode, etc., while extending the life of an electrochemical element and reducing its internal resistance. Can be low.

以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention is described in detail below.
A combination of two or more preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

<電気化学素子用セパレータ>
本発明の電気化学素子用セパレータは、有機ポリマー及び無機化合物を含み、該無機化合物は、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を有する酸化物及び/又は水酸化物を含み、該有機ポリマーの含有量は、セパレータの質量100質量%中、15質量%以上である。
このように有機ポリマーの含有量を15質量%以上とすることにより、上述したように有機ポリマーによってセパレータ中の無機粒子間の空隙が充分に少なくなり、デンドライトの成長を充分に抑止することで正極と負極との短絡を抑制したり、耐久性を優れるものとしたりできるため、電気化学素子を長寿命とすることができる。
<Electrochemical element separator>
The separator for an electrochemical element of the present invention contains an organic polymer and an inorganic compound, and the inorganic compound has a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less, Al, Zn, Pb, Sn , Oxides and / or hydroxides having metal elements other than Ga, In and Bi, and the content of the organic polymer is 15% by mass or more in 100% by mass of the separator.
Thus, by setting the content of the organic polymer to 15% by mass or more, as described above, the gap between the inorganic particles in the separator is sufficiently reduced by the organic polymer, and the growth of dendrite is sufficiently suppressed to sufficiently prevent the positive electrode. Therefore, the electrochemical device can have a long life.

本発明の電気化学素子用セパレータにおける上記有機ポリマーの含有量は、セパレータの質量100質量%中、デンドライト成長の抑止及びセパレータの機械的強度の観点から、16質量%以上であることが好ましく、17質量%以上であることがより好ましく、18質量%以上であることが更に好ましい。なお、有機ポリマーを多く含有し、充分な機械的強度が得られることにより、加工性や生産性も高めることができる。
また、上記含有量は、イオン伝導性の観点から、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。
The content of the organic polymer in the separator for electrochemical devices of the present invention is preferably 16% by mass or more from the viewpoint of suppression of dendrite growth and the mechanical strength of the separator in 100% by mass of the separator. More preferably, the content is at least 18% by mass, and even more preferably at least 18% by mass. In addition, workability and productivity can also be improved by containing many organic polymers and obtaining sufficient mechanical strength.
The content is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less from the viewpoint of ion conductivity.

上述したように本発明のセパレータ中の空隙は充分に少ないため、無機化合物と有機ポリマーとの界面である、無機化合物粒子表面上の部分が水酸化物イオンの通り道となり、水酸化物イオンを選択的に透過する。ここで、無機化合物を、両性元素を用いて構成されるものや水への溶解度が大きなものとすると、両性元素を用いて構成されるもの、例えばAlを用いて構成されるハイドロタルサイト等の層状複水酸化物は、特にアルカリ電解液中で、イオン伝導種である水酸化物イオンが両性元素に配位する構造をとり、水への溶解度が大きなものも、水酸化物イオンの一部をトラップするため、イオンの移動度が低下し、セパレータの膜抵抗が高くなる傾向がある。本発明のように、無機化合物として両性水酸化物や両性酸化物ではない、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である水酸化物や酸化物を用いると、これらが電解液中に溶解することを充分に防止してデンドライト成長を経時的に抑止しながら、無機化合物粒子表面上の部分での水酸化物イオンのトラップを充分に抑制することができ、膜抵抗を充分に低くすることができる。
上記溶解度は、その下限値は特に限定されず、0g/100gであってもよいが、通常1×10−15g/100g以上である。
As described above, since the voids in the separator of the present invention are sufficiently small, the portion on the surface of the inorganic compound particles, which is the interface between the inorganic compound and the organic polymer, becomes a path for hydroxide ions, and the hydroxide ions are selected. Transparent. Here, when the inorganic compound is composed of amphoteric elements or has a high solubility in water, it is composed of amphoteric elements, such as hydrotalcite composed of Al. Layered double hydroxides have a structure in which hydroxide ions, which are ion-conducting species, are coordinated to amphoteric elements, especially in alkaline electrolytes, and some of the hydroxide ions are highly soluble in water. Trapping tends to decrease the mobility of ions and increase the membrane resistance of the separator. When a hydroxide or oxide having a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less is used as an inorganic compound, not an amphoteric hydroxide or an amphoteric oxide, as in the present invention, It is possible to sufficiently suppress the trapping of hydroxide ions at the portion on the surface of the inorganic compound particles while sufficiently preventing the dendritic solution from dissolving in the electrolyte and inhibiting the dendrite growth over time. Can be made sufficiently low.
The lower limit of the solubility is not particularly limited, and may be 0 g / 100 g, but is usually 1 × 10 −15 g / 100 g or more.

上記酸化物としては、例えば酸化パラジウム、酸化白金、酸化セリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化ハフニウム、酸化ルテチウム、酸化エルビウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化ホルミウム、酸化カドミウム、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化アクチニウム、及び、酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物を含むものが好ましい。より好ましくは、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムである。また、酸化セリウムは、例えば、酸化サマリウム、酸化ガドリニウム、酸化ビスマス等の金属酸化物がドープされたものや、酸化ジルコニウム等の金属酸化物との固溶体であってもよい。更に、上記酸化物は、複合酸化物であってもよい。上記酸化物は、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を用いて構成される限り、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、及び、Biからなる群より選択される少なくとも1種の元素を微量(例えば、質量割合で1%以下)有していてもよいが、これら元素を有さないことが好ましい。そして、上記酸化物は、酸素欠陥を持つものであってもよい。 Examples of the oxide include palladium oxide, platinum oxide, cerium oxide, iron oxide, copper oxide, hafnium oxide, lutetium oxide, erbium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, holmium oxide, cadmium oxide, manganese oxide, magnesium oxide, and oxide. Those containing at least one compound selected from the group consisting of actinium and zirconium oxide are preferred. More preferred are cerium oxide, magnesium oxide, and zirconium oxide. In addition, the cerium oxide may be, for example, a material doped with a metal oxide such as samarium oxide, gadolinium oxide, or bismuth oxide, or a solid solution with a metal oxide such as zirconium oxide. Furthermore, the oxide may be a complex oxide. The oxide is selected from the group consisting of Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi as long as it is configured using a metal element other than Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi. Although it may have a trace amount (for example, 1% or less by mass ratio), it is preferable not to have these elements. The oxide may have an oxygen defect.

上記水酸化物としては、例えば、水酸化パラジウム、水酸化白金、水酸化セリウム、水酸化鉄、水酸化銅、水酸化ハフニウム、水酸化ルテチウム、水酸化エルビウム、水酸化ユーロピウム、水酸化ガドリニウム、水酸化ホルミウム、水酸化カドミウム、水酸化マンガン、水酸化マグネシウム、水酸化アクチニウム、及び、水酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物を含むものが好ましい。より好ましくは、水酸化セリウム、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウムである。上記水酸化物は、複合水酸化物であってもよい。上記水酸化物は、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を用いて構成される限り、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、及び、Biからなる群より選択される少なくとも1種の元素を微量(例えば、質量割合で1%以下)有していてもよいが、これら元素を有さないことが好ましい。 Examples of the hydroxide include palladium hydroxide, platinum hydroxide, cerium hydroxide, iron hydroxide, copper hydroxide, hafnium hydroxide, lutetium hydroxide, erbium hydroxide, europium hydroxide, gadolinium hydroxide, water Those containing at least one compound selected from the group consisting of holmium oxide, cadmium hydroxide, manganese hydroxide, magnesium hydroxide, actinium hydroxide, and zirconium hydroxide are preferred. More preferred are cerium hydroxide, magnesium hydroxide, and zirconium hydroxide. The hydroxide may be a composite hydroxide. As long as the hydroxide is composed of metal elements other than Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi, the hydroxide is selected from the group consisting of Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi. Although it may have a trace amount (for example, 1% or less by mass ratio) of at least one element selected, it is preferable not to have these elements.

上記無機化合物は、中でも、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウムであることが更に好ましく、水酸化マグネシウムが特に好ましい。 Among these, the inorganic compound is more preferably magnesium hydroxide, zirconium hydroxide, or zirconium oxide, and magnesium hydroxide is particularly preferable.

上記無機化合物は粒子状であることが好ましく、その形状としては、微粉状、粉状、粒状、顆粒状、鱗片状、平板状、多面体状、ロッド状、曲面含有状等が挙げられる。 The inorganic compound is preferably in the form of particles, and examples of the shape include fine powder, powder, granule, granule, scale, flat plate, polyhedron, rod, and curved surface.

本発明の電気化学素子用セパレータにおける上記無機化合物は、平均粒子径が0.3μm以上、2μm以下であることが好ましい。平均粒子径を0.3μm以上とすることで、セパレータの空隙をより少なくしてデンドライト成長による正極と負極との短絡を抑制し、また、セパレータの強度をより優れたものとすることができる。また、平均粒子径を2μm以下とすることで、塗布による成形時には無機化合物の沈降を防止して分散性をより優れたものとし、また、イオンの通り道を増やしてイオン伝導性をより高めることができる。平均粒子径は、0.4μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることが更に好ましい。また、平均粒子径は、1.5μm以下であることがより好ましく、1.2μm以下であることが更に好ましく、1μm以下であることが特に好ましい。
平均粒子径が上記のような範囲の粒子は、例えば、粒子をボールミル等により粉砕し、得られた粗粒子を分散剤に分散させて所望の粒子径にした後に乾固する方法や、該粗粒子をふるい等にかけて粒子径を選別する方法のほか、粒子を製造する段階で調製条件を最適化し、所望の粒子径の粒子を得る方法等により製造することが可能である。
上記平均粒子径は、実施例の方法により測定することができる。
The inorganic compound in the separator for electrochemical devices of the present invention preferably has an average particle size of 0.3 μm or more and 2 μm or less. By setting the average particle size to 0.3 μm or more, it is possible to reduce the separator voids and suppress short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to dendrite growth and to further improve the strength of the separator. In addition, by setting the average particle size to 2 μm or less, it is possible to prevent sedimentation of the inorganic compound during molding by coating to improve dispersibility, and to increase ion passage by increasing the number of ion passages. it can. The average particle diameter is more preferably 0.4 μm or more, and further preferably 0.5 μm or more. The average particle size is more preferably 1.5 μm or less, further preferably 1.2 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less.
The particles having an average particle size in the above range may be obtained by, for example, pulverizing the particles with a ball mill or the like, dispersing the obtained coarse particles in a dispersant to obtain a desired particle size, and drying the particles. In addition to the method of screening the particle diameter by sieving the particles, etc., it is possible to produce the particles by a method of optimizing the preparation conditions at the stage of producing the particles and obtaining particles having a desired particle diameter.
The said average particle diameter can be measured by the method of an Example.

本発明の電気化学素子用セパレータにおける、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を有する酸化物及び/又は水酸化物の含有割合は、セパレータの質量100質量%中、セパレータのイオン伝導度の改善の観点から、50質量%以上であることが好ましい。該含有割合は、より好ましくは60質量%以上であり、更に好ましくは65質量%以上である。また、該含有割合は、セパレータの機械的強度の観点から、84質量%以下であることが好ましく、83質量%以下であることがより好ましく、82質量%以下であることが更に好ましい。 Oxidation having metal elements other than Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi, having a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less in the separator for electrochemical devices of the present invention. The content of the product and / or hydroxide is preferably 50% by mass or more from the viewpoint of improving the ionic conductivity of the separator in the mass of 100% by mass of the separator. The content is more preferably 60% by mass or more, and still more preferably 65% by mass or more. In addition, the content is preferably 84% by mass or less, more preferably 83% by mass or less, and still more preferably 82% by mass or less from the viewpoint of the mechanical strength of the separator.

本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、上記有機ポリマーとしては、特に限定されず、共役ジエン系ポリマー、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリスチレン等のアリール基含有ポリマー;ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリアルキレングリコール;ポリビニルアルコールやポリ(α−ヒドロキシメチルアクリル酸塩)等の水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ナイロン、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンやN−置換ポリアクリルアミド等のアミド基含有ポリマー;ポリマレイミド、ポリイミド等のイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリメチレングルタル酸等のカルボキシ基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリマレイン酸塩、ポリイタコン酸塩、ポリメチレングルタル酸塩等のカルボン酸塩含有ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン原子含有ポリマー;エポキシ樹脂等のエポキシ基含有化合物の重縮合体;スルホン酸基含有ポリマー;スルホン酸塩含有ポリマー;四級アンモニウム塩基含有ポリマー;四級ホスホニウム塩基含有ポリマー;酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシプロピルセルロース)、カルボキシメチルセルロース、キチン、キトサン、アルギン酸(塩)等の糖類;ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー;カルバメート基含有ポリマー;カルバミド基含有ポリマー;複素環及び/又はイオン化した複素環置換基含有ポリマー等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらのポリマーは、公知の有機架橋剤化合物及び/又は無機架橋剤化合物により架橋されていてもよい。 In the separator for an electrochemical device of the present invention, the organic polymer is not particularly limited, and is a conjugated diene polymer, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, an aryl group-containing polymer such as a modified polyolefin or polystyrene; a polyethylene oxide, a polypropylene oxide, or the like. Polyalkylene glycols; hydroxyl group-containing polymers such as polyvinyl alcohol and poly (α-hydroxymethyl acrylate); amide group-containing polymers such as polyamide, nylon, polyacrylamide, polyvinyl pyrrolidone and N-substituted polyacrylamide; polymaleimide and polyimide Imido group-containing polymers such as poly (meth) acrylic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polymethylene glutaric acid and other carboxy group-containing polymers; poly (meth) Carboxylate-containing polymers such as chlorate, polymaleate, polyitaconate, and polymethylene glutarate; halogen atom-containing polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; epoxy groups such as epoxy resins Polycondensates of containing compounds; sulfonic acid group-containing polymers; sulfonate-containing polymers; quaternary ammonium base-containing polymers; quaternary phosphonium base-containing polymers; cellulose acetate, hydroxyalkylcellulose (eg, hydroxypropylcellulose), carboxymethylcellulose, Sugars such as chitin, chitosan, alginic acid (salt); amino group-containing polymers such as polyethyleneimine; carbamate group-containing polymers; carbamide group-containing polymers; heterocyclic rings and / or ionized heterocyclic substituent-containing polymers Limer etc. are mentioned, These 1 type (s) or 2 or more types can be used. These polymers may be crosslinked by a known organic crosslinking agent compound and / or inorganic crosslinking agent compound.

中でも、上記有機ポリマーは、共役ジエン系ポリマー及び/又は変性ポリオレフィンを含むことが好ましい。これにより、本発明の電気化学素子用セパレータは、特にアルカリ電解液を含んで構成される電気化学素子に用いられる場合に、経時的に充分な強度を発現でき、デンドライト成長も抑止できる。
上記共役ジエン系ポリマーは、共役ジエン系モノマー由来の構成単位を有するものであればよいが、後述するように、芳香族ビニルモノマー由来の構成単位を更に有することが好ましい。
Among these, the organic polymer preferably contains a conjugated diene polymer and / or a modified polyolefin. Thereby, especially the separator for electrochemical elements of this invention can express sufficient intensity | strength with time, especially when used for the electrochemical element comprised including an alkaline electrolyte, and can also suppress dendrite growth.
Although the said conjugated diene polymer should just have a structural unit derived from a conjugated diene monomer, it is preferable to further have a structural unit derived from an aromatic vinyl monomer so that it may mention later.

上記共役ジエン系モノマーは、脂肪族共役ジエン系モノマーであることが好ましい。脂肪族共役ジエン系モノマーとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、クロロプレンなどが挙げられ、これらを単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよいが、中でも1,3−ブタジエンが好ましい。言い換えれば、本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、共役ジエン系モノマー由来の構成単位は、1,3−ブタジエン由来の構成単位であることが好ましい。 The conjugated diene monomer is preferably an aliphatic conjugated diene monomer. Examples of the aliphatic conjugated diene monomer include 1,3-butadiene, isoprene, 2-chloro-1,3-butadiene, chloroprene and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, 1,3-butadiene is preferred. In other words, in the electrochemical device separator of the present invention, the structural unit derived from a conjugated diene monomer is preferably a structural unit derived from 1,3-butadiene.

上記共役ジエン系ポリマーは、芳香族ビニルモノマー由来の構成単位を更に有するコポリマーであることが好ましい。このような共役ジエン系ポリマーを用いることで、デンドライトの成長による正極と負極との短絡をより抑制することができる。芳香族ビニルモノマーとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、o−エチルスチレン、m−エチルスチレン、p−エチルスチレン、o−メトキシスチレン、m−メトキシスチレン、p−メトキシスチレン、o−エトキシスチレン、m−エトキシスチレン、p−エトキシスチレン、o−フルオロスチレン、m−フルオロスチレン、p−フルオロスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン、p−クロロスチレン、o−ブロモスチレン、m−ブロモスチレン、p−ブロモスチレン、o−アセトキシスチレン、m−アセトキシスチレン、p−アセトキシスチレン、o−tert−ブトキシスチレン、m−tert−ブトキシスチレン、p−tert−ブトキシスチレン、o−tert−ブチルスチレン、m−tert−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、ビニルトルエンなどが挙げられ、これらを単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよいが、電気化学素子用セパレータの耐熱性や機械的強度が高くできる点でスチレン、α−メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。言い換えれば、本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、芳香族ビニルモノマー由来の構成単位は、スチレン由来の構成単位であることが好ましい。
例えば、上記共役ジエン系ポリマーが、ブタジエン由来の構成単位及びスチレン由来の構成単位を含むこと、言い換えれば、スチレン−ブタジエン系ポリマーであることが特に好ましい。
The conjugated diene polymer is preferably a copolymer further having a structural unit derived from an aromatic vinyl monomer. By using such a conjugated diene polymer, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to dendrite growth can be further suppressed. Examples of the aromatic vinyl monomer include styrene, α-methyl styrene, o-methyl styrene, m-methyl styrene, p-methyl styrene, o-ethyl styrene, m-ethyl styrene, p-ethyl styrene, o-methoxy styrene. , M-methoxystyrene, p-methoxystyrene, o-ethoxystyrene, m-ethoxystyrene, p-ethoxystyrene, o-fluorostyrene, m-fluorostyrene, p-fluorostyrene, o-chlorostyrene, m-chlorostyrene P-chlorostyrene, o-bromostyrene, m-bromostyrene, p-bromostyrene, o-acetoxystyrene, m-acetoxystyrene, p-acetoxystyrene, o-tert-butoxystyrene, m-tert-butoxystyrene, p-tert-butoxys Ren, o-tert-butylstyrene, m-tert-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, vinyltoluene and the like may be used, and these may be used alone or in combination of two or more. Styrene and α-methylstyrene are preferable, and styrene is more preferable in that the heat resistance and mechanical strength of the separator for electrochemical devices can be increased. In other words, in the separator for an electrochemical element of the present invention, the structural unit derived from the aromatic vinyl monomer is preferably a structural unit derived from styrene.
For example, it is particularly preferable that the conjugated diene polymer includes a butadiene-derived structural unit and a styrene-derived structural unit, in other words, a styrene-butadiene-based polymer.

上記共役ジエン系ポリマーは、共役ジエン系モノマー由来の構成単位及び芳香族ビニルモノマー由来の構成単位の合計100質量%中、芳香族ビニルモノマー由来の構成単位の質量割合が、例えば10質量%以上、90質量%以下であることが好ましく、15質量%以上、80質量%以下であることがより好ましく、20質量%以上、75質量%以下であることが更に好ましく、25質量%以上、70質量%以下であることが特に好ましい。 In the conjugated diene polymer, the total proportion of the structural unit derived from the conjugated diene monomer and the structural unit derived from the aromatic vinyl monomer is 100% by mass. It is preferably 90% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 80% by mass or less, further preferably 20% by mass or more and 75% by mass or less, and 25% by mass or more and 70% by mass. It is particularly preferred that

上記共役ジエン系ポリマーは、脂肪族共役ジエン系モノマー由来の構成単位、芳香族ビニルモノマー由来の構成単位以外の、酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位、(メタ)アクリル酸エステルモノマー由来の構成単位、その他の不飽和モノマー由来の構成単位を有していてもよい。 The conjugated diene polymer is a structural unit derived from an aliphatic conjugated diene monomer, a structural unit derived from an acid group-containing vinyl monomer other than a structural unit derived from an aromatic vinyl monomer, or a structural unit derived from a (meth) acrylate monomer. In addition, it may have structural units derived from other unsaturated monomers.

上記共役ジエン系ポリマーは、例えば、上記酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位を有することが好ましい。特に共役ジエン系ポリマーを公知の界面活性剤を用い、乳化重合法により水分散体として調製する場合、ポリマーが酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位を含むことで、疎水性の高いポリマーの水への分散がより安定化し、これに伴って、セパレータ中の結着材部分への水の浸透を促す作用がある界面活性剤の使用量を少なくすることができ、結果的にセパレータ中の結着材部分への水の浸透をより低く抑えることが可能となり、結着材部分への水や亜鉛酸イオン等のイオンの浸透がより少なくなり、結着材部分でのデンドライト成長を抑止できる。酸基含有ビニルモノマーとしては、例えば、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸塩などが挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよいが、中でも、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸が好ましく、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸がより好ましい。 The conjugated diene polymer preferably has a structural unit derived from the acid group-containing vinyl monomer, for example. In particular, when a conjugated diene polymer is prepared as a water dispersion by an emulsion polymerization method using a known surfactant, the polymer contains a structural unit derived from an acid group-containing vinyl monomer, so that the polymer with high hydrophobicity can be converted into water. As a result, the amount of the surfactant used to promote water penetration into the binding material portion in the separator can be reduced, and as a result, the binding in the separator can be reduced. The penetration of water into the material portion can be suppressed to a lower level, the penetration of water and ions such as zincate ions into the binding material portion is further reduced, and dendrite growth in the binding material portion can be suppressed. Examples of the acid group-containing vinyl monomer include itaconic acid, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, maleic acid, acrylamidomethylpropane sulfonic acid, and styrene sulfonate. These may be used alone. More than one kind may be used in combination, but itaconic acid, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid and maleic acid are preferred, and itaconic acid, acrylic acid, methacrylic acid and fumaric acid are more preferred.

上記共役ジエン系ポリマーを構成する全構成単位100質量%中、酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位の質量割合は、0.1質量%以上であることが好ましく、特に共役ジエン系ポリマーを水分散体として調製する場合に本発明のセパレータ中の結着材部分への水やイオンの浸透を促す界面活性剤の使用量を少なくする観点からは、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることが更に好ましく、2質量%以上であることが特に好ましい。該質量割合は、共役ジエン系ポリマーの親水性を低くしてセパレータ中の結着材部分への水やイオンの浸透を更に少なくする観点からは、10質量%以下であることが好ましく、7質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、4質量%以下であることが特に好ましい。 In 100% by mass of all the structural units constituting the conjugated diene polymer, the mass ratio of the structural unit derived from the acid group-containing vinyl monomer is preferably 0.1% by mass or more, and the conjugated diene polymer is particularly dispersed in water. From the viewpoint of reducing the amount of the surfactant used to promote the penetration of water and ions into the binder part in the separator of the present invention when it is prepared as a body, it is more preferably 0.5% by mass or more. The content is more preferably 1% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. The mass ratio is preferably 10% by mass or less from the viewpoint of lowering the hydrophilicity of the conjugated diene polymer and further reducing the penetration of water and ions into the binder part in the separator. % Or less is more preferable, 5% by mass or less is further preferable, and 4% by mass or less is particularly preferable.

上記共役ジエン系ポリマーは、酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位を有しないこともまた本発明のセパレータにおける好ましい形態の1つである。これにより、共役ジエン系ポリマーの親水性を低くしてセパレータ中の結着材部分への水やイオンの浸透を少なくすることができる。共役ジエン系ポリマーを溶剤に溶解した溶液として調製する等、ポリマー調製の際に界面活性剤を用いない場合は、ポリマーに酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位を導入して界面活性剤の使用量を少なくする必要もない。 It is also one of the preferable forms in the separator of the present invention that the conjugated diene polymer does not have a structural unit derived from an acid group-containing vinyl monomer. As a result, the hydrophilicity of the conjugated diene polymer can be lowered, and the penetration of water and ions into the binder portion in the separator can be reduced. When a surfactant is not used during polymer preparation, such as when preparing a solution of a conjugated diene polymer in a solvent, the amount of surfactant used by introducing a structural unit derived from an acid group-containing vinyl monomer into the polymer There is no need to reduce the amount.

上記(メタ)アクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 Examples of the (meth) acrylate monomer include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, T-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, heptyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, (meth) acrylic Examples include acid nonyl, decyl (meth) acrylate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

特に本発明の電気化学素子用セパレータをアルカリ電解液を含んで構成される電気化学素子に用いる場合、(メタ)アクリル酸エステルモノマーは加水分解により浸透性を抑制できない構成単位へと変質するおそれがあるので、経時での安定性を更に向上する観点から、(メタ)アクリル酸エステルモノマー由来の構成単位の質量割合は、上記共役ジエン系ポリマーを構成する全構成単位100質量%中、19質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましく、5質量%以下であることが特に好ましく、0質量%であることが最も好ましい。 In particular, when the electrochemical device separator of the present invention is used for an electrochemical device comprising an alkaline electrolyte, the (meth) acrylic acid ester monomer may be transformed into a structural unit that cannot suppress permeability by hydrolysis. Therefore, from the viewpoint of further improving the stability over time, the mass proportion of the structural unit derived from the (meth) acrylic acid ester monomer is 19% by mass in 100% by mass of all the structural units constituting the conjugated diene polymer. The content is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5% by mass or less, and most preferably 0% by mass.

上記その他の不飽和モノマーとしては、例えば、ビニルアルコール等の水酸基含有ビニルモノマー;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル基含有ビニルモノマー;(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−エチロール(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド系モノマー;塩化ビニル等のハロゲン原子含有ビニルモノマー等を挙げることができ、これらを単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 Examples of the other unsaturated monomers include hydroxyl group-containing vinyl monomers such as vinyl alcohol; nitrile group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylonitrile; (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, N-ethylol (meta ) Acrylamide, dimethyl (meth) acrylamide, (meth) acrylamide monomers such as diethyl (meth) acrylamide; halogen atom-containing vinyl monomers such as vinyl chloride, and the like. You may use the above together.

本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、セパレータ中の結着材部分への水やイオンの浸透を抑制する観点からは、上記共役ジエン系ポリマーを構成する全構成単位100質量%中、その他の不飽和モノマー由来の構成単位の質量割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが更に好ましく、1質量%以下であることが特に好ましく、0質量%であることが最も好ましい。 In the separator for an electrochemical element of the present invention, from the viewpoint of suppressing the penetration of water and ions into the binder portion in the separator, the other constituents in 100% by mass of all the structural units constituting the conjugated diene polymer are not suitable. The mass ratio of the structural unit derived from the saturated monomer is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less, and 1% by mass or less. Is particularly preferable, and is most preferably 0% by mass.

上記変性ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが変性したものであり、例えばカルボキシ基が付加されたカルボキシ変性ポリオレフィンであることが好ましい。
カルボキシ変性ポリオレフィンは、後述するように原料のモノマー成分の一部としてカルボキシ基含有ビニルモノマーを用いて重合して得たものであってもよく、ポリオレフィンに対して酸基を付加したものであってもよいが、原料のモノマー成分の一部として酸基含有ビニルモノマーを用いて重合して得たものであることが好ましい。
カルボキシ変性ポリオレフィンを構成する全構成単位100質量%中、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位の好ましい質量割合は、上述した共役ジエン系ポリマー中の酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位の好ましい質量割合と同様である。
The modified polyolefin is a modified polyolefin such as polyethylene or polypropylene, and is preferably a carboxy-modified polyolefin to which a carboxy group is added, for example.
The carboxy-modified polyolefin may be obtained by polymerization using a carboxy group-containing vinyl monomer as a part of the monomer component of the raw material, as described later, and is obtained by adding an acid group to the polyolefin. However, it is preferably obtained by polymerization using an acid group-containing vinyl monomer as a part of the monomer component of the raw material.
In 100% by mass of all the structural units constituting the carboxy-modified polyolefin, a preferable mass ratio of the structural unit derived from the carboxy group-containing vinyl monomer is a preferable mass ratio of the structural unit derived from the acid group-containing vinyl monomer in the conjugated diene polymer described above. It is the same.

中でも、上記有機ポリマーは、共役ジエン系ポリマーを含むことが特に好ましい。
なお、上記有機ポリマーが、共役ジエン系ポリマーや変性ポリオレフィンを含む場合、上記有機ポリマーは、共役ジエン系ポリマー、変性ポリオレフィン以外のポリマーを含んでいてもよいが、その含有量は、材料の均一性やセパレータの成形性の観点からは、本発明の電気化学素子用セパレータの質量100質量%中、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
共役ジエン系ポリマー、変性ポリオレフィン以外のポリマーを2種類以上含む場合、上記含有量は共役ジエン系ポリマー、変性ポリオレフィン以外のポリマーの合計量である。
Among these, the organic polymer particularly preferably contains a conjugated diene polymer.
In addition, when the organic polymer contains a conjugated diene polymer or a modified polyolefin, the organic polymer may contain a polymer other than the conjugated diene polymer or the modified polyolefin, but the content is uniform in material. From the viewpoint of the moldability of the separator, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, out of 100% by mass of the electrochemical element separator of the present invention.
When two or more kinds of polymers other than the conjugated diene polymer and the modified polyolefin are contained, the content is the total amount of the polymers other than the conjugated diene polymer and the modified polyolefin.

上記有機ポリマーは、重量平均分子量が1万以上、100万以下であることが好ましい。これにより、電気化学素子用セパレータのイオン伝導性、可とう性等を好適に調節することができる。該重量平均分子量は、より好ましくは、2万以上、80万以下であり、更に好ましくは、10万以上、50万以下である。
上記重量平均分子量は、以下の条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算された重量平均分子量として測定することができる。
装置:東ソー株式会社製 HCL−8220GPC
カラム:TSKgel Super AWM−H
溶離液(LiBr・HO、リン酸入りNMP):0.01mol/L
The organic polymer preferably has a weight average molecular weight of 10,000 or more and 1,000,000 or less. Thereby, the ion conductivity, flexibility, etc. of the separator for electrochemical devices can be suitably adjusted. The weight average molecular weight is more preferably 20,000 or more and 800,000 or less, and still more preferably 100,000 or more and 500,000 or less.
The said weight average molecular weight can be measured as a weight average molecular weight converted into polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
Device: HCL-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSKgel Super AWM-H
Eluent (LiBr · H 2 O, phosphoric acid-containing NMP): 0.01 mol / L

上記有機ポリマーは、ガラス転移温度(Tg)が−40℃以上、50℃以下であることが好ましい。Tgが−40℃未満の場合には、セパレータの機械的強度が低下し、デンドライト成長の抑制効果が低くなるおそれがある。Tgが50℃を超える場合には、セパレータが硬脆くなり、電気化学素子を形成する際に、セパレータにクラック等が入りやすくなり、電気化学素子の寿命性能を低下させるおそれがある。有機ポリマーのTgは、より好ましくは、−35℃以上、30℃以下であり、更に好ましくは、−30℃以上、15℃以下である。
有機ポリマーのTgは、示差走査熱量計により測定することができる。
The organic polymer preferably has a glass transition temperature (Tg) of −40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. When Tg is less than −40 ° C., the mechanical strength of the separator is lowered, and the effect of suppressing dendrite growth may be reduced. When Tg exceeds 50 ° C., the separator becomes hard and brittle, and when the electrochemical element is formed, the separator is liable to be cracked and the like, which may reduce the life performance of the electrochemical element. The Tg of the organic polymer is more preferably −35 ° C. or higher and 30 ° C. or lower, and further preferably −30 ° C. or higher and 15 ° C. or lower.
The Tg of the organic polymer can be measured with a differential scanning calorimeter.

上記有機ポリマーは、例えば上述したポリマーが含む構成単位を形成するモノマー成分を重合することにより製造することができる。なお、上記有機ポリマーとして市販品を用いてもよい。
上記有機ポリマーを、モノマー成分を重合することにより製造する場合、重合方法としては特に限定されず、例えば、溶液重合法、水溶液重合法、乳化重合法、逆相懸濁重合法、懸濁重合法、塊状重合法等の方法を挙げることができる。これらの方法の中でも、簡便に製造できる観点から、乳化重合法を用いることが好ましい。
上記モノマー成分の重合方法として乳化重合法を用いる場合には、モノマー成分、界面活性剤、及び、水を主成分とする分散媒を混合した後に乳化重合を行なってもよく、モノマー成分、界面活性剤、及び、水性媒体を撹拌することによって乳化させ、プレエマルションを調製した後に乳化重合を行なってもよく、あるいはモノマー成分、界面活性剤、及び、媒体のうちの少なくとも1種類とその残部のプレエマルションとを混合して乳化重合を行なってもよい。モノマー成分、界面活性剤、及び、媒体は、それぞれ一括添加してもよく、分割添加してもよく、あるいは連続滴下してもよい。
The said organic polymer can be manufactured by polymerizing the monomer component which forms the structural unit which the polymer mentioned above contains, for example. In addition, you may use a commercial item as said organic polymer.
When the organic polymer is produced by polymerizing monomer components, the polymerization method is not particularly limited. For example, solution polymerization method, aqueous solution polymerization method, emulsion polymerization method, reverse phase suspension polymerization method, suspension polymerization method Examples thereof include a bulk polymerization method. Among these methods, the emulsion polymerization method is preferably used from the viewpoint of easy production.
When the emulsion polymerization method is used as the polymerization method of the monomer component, emulsion polymerization may be performed after mixing the monomer component, the surfactant, and the dispersion medium mainly composed of water. The emulsion and the aqueous medium may be emulsified by stirring to prepare a pre-emulsion, and then emulsion polymerization may be performed. Alternatively, at least one of the monomer component, the surfactant, and the medium and the remaining part of the pre-emulsion may be used. Emulsion polymerization may be performed by mixing with an emulsion. The monomer component, surfactant, and medium may be added all at once, may be added in portions, or may be added dropwise continuously.

上記界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。
アニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アンモニウムドデシルサルフェート、ナトリウムドデシルサルフェート等のアルキルサルフェート塩;アンモニウムドデシルスルホネート、ナトリウムドデシルスルホネート、ナトリウムアルキルジフェニルエーテルジスルホネート等のアルキルスルホネート塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム等のアルキルアリールスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩;ポリオキシエチレンアルキルスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルサルフェート塩;ポリオキシエチレンアルキルアリールサルフェート塩;ジアルキルスルホコハク酸塩;アリールスルホン酸−ホルマリン縮合物;アンモニウムラウリレート、ナトリウムステアリレート等の脂肪酸塩;ビス(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル)メタクリレートスルホネート塩、プロペニル−アルキルスルホコハク酸エステル塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンスルホネート塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンホスフォネート塩、アリルオキシメチルアルキルオキシポリオキシエチレンのスルホネート塩等のアリル基を有する硫酸エステル又はその塩;アリルオキシメチルアルコキシエチルポリオキシエチレンの硫酸エステル塩等が挙げられる。
Examples of the surfactant include anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants, and one or more of these can be used.
Examples of the anionic surfactant include, but are not limited to, alkyl sulfate salts such as ammonium dodecyl sulfate and sodium dodecyl sulfate; alkyl sulfonate salts such as ammonium dodecyl sulfonate, sodium dodecyl sulfonate and sodium alkyl diphenyl ether disulfonate; dodecyl benzene sulfone. Alkyl aryl sulfonate salts such as sodium acid, ammonium dodecylbenzene sulfonate, sodium dodecyl naphthalene sulfonate, etc .; polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate salts; polyoxyethylene alkyl sulfonate salts; polyoxyethylene alkyl sulfate salts; polyoxyethylene alkylaryl salts Sulfate salts; dialkyl sulfosuccinates; Reel sulfonic acid-formalin condensate; fatty acid salt such as ammonium laurate, sodium stearate; bis (polyoxyethylene polycyclic phenyl ether) methacrylate sulfonate salt, propenyl-alkylsulfosuccinate ester salt, polyoxyethylene (meth) acrylate Sulfonates having an allyl group such as sulfonate salts, (meth) acrylic acid polyoxyethylene phosphonate salts, sulfonate salts of allyloxymethylalkyloxypolyoxyethylene or salts thereof; sulfates of allyloxymethylalkoxyethyl polyoxyethylene Examples include salts.

ノニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの縮合物、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、エチレンオキサイドと脂肪族アミンとの縮合体、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル等が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ドデシルアンモニウムクロライド等のアルキルアンモニウム塩等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ベタインエステル型界面活性剤等が挙げられる。
The nonionic surfactant is not particularly limited. For example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl aryl ether, condensate of polyethylene glycol and polypropylene glycol, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, fatty acid. Examples thereof include monoglycerides, condensates of ethylene oxide and aliphatic amines, allyloxymethylalkoxyethylhydroxypolyoxyethylene, and polyoxyalkylene alkenyl ether.
Although it does not specifically limit as a cationic surfactant, For example, alkyl ammonium salts, such as dodecyl ammonium chloride, etc. are mentioned.
Although it does not specifically limit as an amphoteric surfactant, For example, a betaine ester type surfactant etc. are mentioned.

上記乳化重合法における界面活性剤の使用量は、本発明の電気化学素子用セパレータ中の有機ポリマー部分への水の浸透を少なくする観点から、有機ポリマーの原料として用いられた全モノマー成分100質量%に対して、7質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、3質量%以下とすることが更に好ましく、重合を安定化させる観点から、0.1質量%以上とすることが好ましく、0.2質量%以上とすることがより好ましく、0.5質量%以上とすることが更に好ましい。界面活性剤の量は、プレエマルションを調製する際とその後の乳化重合のそれぞれに界面活性剤を用いる場合は、その合計量であり、これが通常は本発明のセパレータ中に含まれる界面活性剤の量である。なお、有機ポリマーが酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位を含むことで、界面活性剤の使用量を少なくしても得られる有機ポリマーを安定な水分散体とすることができる。したがって、有機ポリマーを水分散体として調製する場合、上述した酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位の好ましい質量割合と、上述した界面活性剤の好ましい量とを組み合わせることにより、有機ポリマーを安定な水分散体とし、かつセパレータ中の結着材部分への水やイオンの浸透を充分に抑制することができる。例えば、上記有機ポリマーを構成する全構成単位100質量%中、酸基含有ビニルモノマー由来の構成単位の質量割合が0.5質量%以上であり、有機ポリマーの原料として用いられた全モノマー成分100質量%に対して、界面活性剤の量が5質量%以下であることが好ましい。 The amount of the surfactant used in the emulsion polymerization method is 100% by mass of all monomer components used as raw materials for the organic polymer from the viewpoint of reducing water penetration into the organic polymer portion in the separator for electrochemical devices of the present invention. %, Preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and 0.1% by mass from the viewpoint of stabilizing the polymerization. Preferably, the content is 0.2% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. The amount of the surfactant is the total amount when the surfactant is used for preparing the pre-emulsion and the subsequent emulsion polymerization, and this is the total amount of the surfactant usually contained in the separator of the present invention. Amount. In addition, the organic polymer obtained even if it reduces the usage-amount of surfactant can be made into a stable aqueous dispersion because an organic polymer contains the structural unit derived from an acid group containing vinyl monomer. Therefore, when the organic polymer is prepared as an aqueous dispersion, the organic polymer is stabilized with stable water by combining the above-described preferred mass ratio of the structural unit derived from the acid group-containing vinyl monomer and the above-mentioned preferred amount of the surfactant. The dispersion and the penetration of water and ions into the binder part in the separator can be sufficiently suppressed. For example, in 100% by mass of all the structural units constituting the organic polymer, the mass ratio of the structural unit derived from the acid group-containing vinyl monomer is 0.5% by mass or more, and the total monomer component 100 used as a raw material for the organic polymer The amount of the surfactant is preferably 5% by mass or less with respect to mass%.

上記各モノマー成分の重合には、重合開始剤を用いることができる。重合開始剤としては通常用いられているものを使用することができ、特に制限されず、熱によってラジカル分子を発生させるものであればよい。重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類;2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)等の水溶性アゾ化合物;過酸化水素等の熱分解系開始剤;過酸化水素とアスコルビン酸、t−ブチルヒドロパーオキサイドとロンガリット、過硫酸カリウムと金属塩、過硫酸アンモニウムと亜硫酸水素ナトリウム等のレドックス系開始剤等を挙げることができ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。 A polymerization initiator can be used for the polymerization of each monomer component. As the polymerization initiator, those usually used can be used, and are not particularly limited as long as they generate radical molecules by heat. Examples of the polymerization initiator include persulfates such as potassium persulfate, ammonium persulfate, and sodium persulfate; 2,2′-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine], 2,2 Water-soluble azo compounds such as' -azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 4,4'-azobis (4-cyanopentanoic acid); thermal decomposition initiators such as hydrogen peroxide; hydrogen peroxide and ascorbic acid , T-butyl hydroperoxide and Rongalite, potassium persulfate and metal salts, redox initiators such as ammonium persulfate and sodium bisulfite, and the like, and one or more of these can be used. .

上記重合開始剤の使用量としては、有機ポリマーの原料として用いられた全モノマー成分100質量%に対して、0.02質量%以上、2質量%以下が好ましい。より好ましくは、0.05質量%以上、1質量%以下である。 The amount of the polymerization initiator used is preferably 0.02% by mass or more and 2% by mass or less with respect to 100% by mass of all monomer components used as raw materials for the organic polymer. More preferably, they are 0.05 mass% or more and 1 mass% or less.

上記各モノマー成分の重合には、重量平均分子量を調整する目的で、連鎖移動剤を用いることもできる。連鎖移動剤としては、特に制限されず、例えば、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、tert−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、2−メルカプトエタノール、α−メチルスチレンダイマーなどが挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。 For the polymerization of each monomer component, a chain transfer agent may be used for the purpose of adjusting the weight average molecular weight. The chain transfer agent is not particularly limited, and examples thereof include 2-ethylhexyl thioglycolate, tert-dodecyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, mercaptoacetic acid, mercaptopropionic acid, 2-mercaptoethanol, α-methyl. A styrene dimer etc. are mentioned, These 1 type (s) or 2 or more types can be used.

連鎖移動剤を使用する場合、その使用量は、使用するモノマーの種類や量、重合温度や濃度等の重合反応条件、目標とする有機ポリマーの分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、有機ポリマーの原料として用いられた全モノマー成分100質量%に対して、10質量%以下とすることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましく、3質量%以下とすることが更に好ましい。重量平均分子量を調整する観点から、0.01質量%以上とすることが好ましく、0.02質量%以上とすることがより好ましく、0.05質量%以上とすることが更に好ましい。連鎖移動剤の使用量は、プレエマルションを調製する際とその後の乳化重合のそれぞれに連鎖移動剤を用いる場合は、その合計量である。 When a chain transfer agent is used, the amount used may be appropriately set according to the type and amount of the monomer used, the polymerization reaction conditions such as the polymerization temperature and concentration, the molecular weight of the target organic polymer, and the like. However, for example, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and more preferably 3% by mass or less, with respect to 100% by mass of all monomer components used as raw materials for the organic polymer. More preferably. From the viewpoint of adjusting the weight average molecular weight, it is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more, and further preferably 0.05% by mass or more. The amount of the chain transfer agent used is the total amount when the chain transfer agent is used for preparing the pre-emulsion and for the subsequent emulsion polymerization.

上記有機ポリマーを製造する重合反応の温度は、重合反応が進行する限り特に制限されないが、20℃以上、100℃以下で行うことが好ましい。より好ましくは、40℃以上、90℃以下である。
また、重合反応の時間も特に制限されないが、生産性を考慮すると、1時間以上、10時間以下が好ましい。より好ましくは、1時間以上、5時間以下である。
The temperature of the polymerization reaction for producing the organic polymer is not particularly limited as long as the polymerization reaction proceeds, but it is preferably performed at 20 ° C. or more and 100 ° C. or less. More preferably, it is 40 degreeC or more and 90 degrees C or less.
The time for the polymerization reaction is not particularly limited, but is preferably 1 hour or more and 10 hours or less in consideration of productivity. More preferably, it is 1 hour or more and 5 hours or less.

上記モノマー成分の重合方法として水を媒体とした乳化重合法を用いた場合、ラテックス粒子として得られた上記有機ポリマーの水分散液中における平均粒子径は、均一な状態のセパレータを形成する観点から、好ましくは20nm以上、より好ましくは50nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、セパレータ中の結着材部分への水やイオンの浸透を抑制する観点から、好ましくは5000nm以下、より好ましくは1000nm以下、さらに好ましくは500nm以下である。
上記平均粒子径は、実施例に記載の方法に従い、測定することができる。
When an emulsion polymerization method using water as a medium is used as the polymerization method of the monomer component, the average particle size in the aqueous dispersion of the organic polymer obtained as latex particles is from the viewpoint of forming a uniform separator. The thickness is preferably 20 nm or more, more preferably 50 nm or more, and still more preferably 80 nm or more. From the viewpoint of suppressing the penetration of water and ions into the binder part in the separator, preferably 5000 nm or less, more preferably 1000 nm or less. More preferably, it is 500 nm or less.
The average particle diameter can be measured according to the method described in Examples.

本発明の電気化学素子用セパレータは、有機ポリマーと、上述した酸化物及び/又は水酸化物とを含む限り、その他の成分を含んでいてもよい。上記その他の成分としては、例えば、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、及び、Biからなる群より選択される少なくとも1種の元素の単体又は化合物や、導電性セラミックス等のその他の無機成分が挙げられる。
本発明の電気化学素子用セパレータにおけるその他の成分の含有割合は、本発明の効果を充分に発揮する観点やセパレータの強度の観点から、10000ppm以下であることが好ましく、1000ppm以下であることがより好ましく、500ppm以下であることが更に好ましく、100ppm以下であることが特に好ましい。
The separator for electrochemical devices of the present invention may contain other components as long as it contains an organic polymer and the above-described oxide and / or hydroxide. Examples of the other components include at least one element or a compound selected from the group consisting of Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi, and other inorganic materials such as conductive ceramics. Ingredients.
The content of other components in the separator for electrochemical devices of the present invention is preferably 10000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less from the viewpoint of sufficiently exerting the effects of the present invention and the strength of the separator. Preferably, it is 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less.

本発明の電気化学素子用セパレータは、有機ポリマーを一定量以上含むことにより空隙が充分に少ないものであるが、空隙が存在していても良く、例えばセパレータの断面全体に対する空隙の面積の割合が0.1〜10%であることが好ましく、1〜5%であることがより好ましい。
上記空隙の面積の割合は、垂直に切断して得られたセパレータ断面について、走査型電子顕微鏡を用いて任意の5カ所の1万倍拡大写真を撮影し、イメージ解析ソフトを用いて、画像に占める空隙部分の割合を求めることで算出される。
The separator for an electrochemical element of the present invention has a sufficient amount of voids by containing a certain amount or more of an organic polymer, but voids may exist, for example, the ratio of the void area to the entire cross section of the separator is It is preferable that it is 0.1 to 10%, and it is more preferable that it is 1 to 5%.
The ratio of the area of the gap is as follows: For the separator cross section obtained by cutting vertically, take a 10,000 times magnified photograph of any five locations using a scanning electron microscope, and use image analysis software to It is calculated by calculating the ratio of the occupied void portion.

本発明の電気化学素子用セパレータの膜厚は10〜1000μmであることが好ましい。10μmより薄いと成膜時の破損が多く発生するおそれがある。また、1000μmより厚くなるとコスト面から不利となる上、水酸化物イオンの透過の能力も小さくなるおそれがある。該膜厚は、15μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることが更に好ましく、25μm以上であることが特に好ましい。また、該膜厚は、800μm以下であることがより好ましく、500μm以下であることが更に好ましく、300μm以下であることが特に好ましい。
電気化学素子用セパレータの膜厚は、実施例に記載の方法に従い、測定することができる。
The thickness of the electrochemical device separator of the present invention is preferably 10 to 1000 μm. If it is thinner than 10 μm, there is a risk that many damages will occur during film formation. On the other hand, if it is thicker than 1000 μm, it is disadvantageous in terms of cost and there is a possibility that the ability of permeating hydroxide ions may be reduced. The film thickness is more preferably 15 μm or more, further preferably 20 μm or more, and particularly preferably 25 μm or more. The film thickness is more preferably 800 μm or less, further preferably 500 μm or less, and particularly preferably 300 μm or less.
The film thickness of the separator for electrochemical devices can be measured according to the method described in Examples.

本発明の電気化学素子用セパレータの抵抗値は、3Ω・cm以下であることが好ましく、2Ω・cm以下であることがより好ましく、1.5Ω・cm以下であることが更に好ましい。
上記抵抗値は、その下限値は特に限定されないが、通常は0.3Ω・cm以上である。
電気化学素子用セパレータの抵抗値は、実施例に記載の方法に従い、測定することができる。
Resistance of the separator for an electrochemical element of the present invention is preferably 3 [Omega] · cm 2 or less, more preferably 2 [Omega · cm 2 or less, still more preferably 1.5 [Omega · cm 2 or less.
The lower limit of the resistance value is not particularly limited, but is usually 0.3 Ω · cm 2 or more.
The resistance value of the separator for electrochemical devices can be measured according to the method described in Examples.

本発明の電気化学素子用セパレータを製造する方法としては、電気化学素子用セパレータを形成するための材料(以下、このような製膜前の材料を電気化学素子用セパレータ材料とも言う)を調製する工程、及び、得られた電気化学素子用セパレータ材料を膜状に成形する工程を含む。
なお、有機ポリマー及び無機化合物を含む電気化学素子用セパレータ材料であって、該無機化合物は、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を有する酸化物及び/又は水酸化物を含み、該有機ポリマーの含有量は、セパレータ材料の固形分質量100質量%中、15質量%以上であることを特徴とする電気化学素子用セパレータ材料もまた、本発明の1つである。
本発明における電気化学素子用セパレータ材料の調製方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。
有機ポリマー、及び、上述した酸化物及び/又は水酸化物と共に、必要に応じて、その他の成分を混合する。混合には、ミキサー、ブレンダー、ニーダー、ビーズミル、レディミル、ボールミル、ロールミル等を使用することができる。混合の際、媒体として、水や、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノール、N−メチルピロリドン等の有機溶剤、又は、水と有機溶剤との混合溶剤を加えてもよい。
As a method for producing the separator for an electrochemical element of the present invention, a material for forming the separator for an electrochemical element (hereinafter, such a material before film formation is also referred to as an electrochemical element separator material) is prepared. And a step of forming the obtained separator material for an electrochemical element into a film.
In addition, it is the separator material for electrochemical elements containing an organic polymer and an inorganic compound, and the inorganic compound has a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less, Al, Zn, Pb, It contains oxides and / or hydroxides having metal elements other than Sn, Ga, In, and Bi, and the content of the organic polymer is 15% by mass or more in 100% by mass of the solid content of the separator material. The separator material for an electrochemical element characterized by the above is also one aspect of the present invention.
Examples of the method for preparing the separator material for an electrochemical element in the present invention include the following methods.
Other components are mixed with the organic polymer and the above-described oxide and / or hydroxide as necessary. For mixing, a mixer, blender, kneader, bead mill, ready mill, ball mill, roll mill or the like can be used. In mixing, water, an organic solvent such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, hexanol, N-methylpyrrolidone, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be added as a medium.

本発明の電気化学素子用セパレータ材料における媒体の含有割合は、成形時の膜収縮を抑制する観点から電気化学素子用セパレータ材料の合計100質量%中、15質量%以上、60質量%以下であることが好ましい。該含有割合は、より好ましくは、25質量%以上、50質量%以下である。
なお、電気化学素子用セパレータ材料が含む上記ポリマーが分散体あるいは溶液の形態である場合、上記ポリマーを分散させている分散媒あるいは溶解させている溶媒も媒体に含める。
The content ratio of the medium in the separator material for electrochemical elements of the present invention is 15% by mass or more and 60% by mass or less in the total of 100% by mass of the separator material for electrochemical elements from the viewpoint of suppressing film shrinkage during molding. It is preferable. The content is more preferably 25% by mass or more and 50% by mass or less.
When the polymer contained in the electrochemical element separator material is in the form of a dispersion or a solution, a dispersion medium in which the polymer is dispersed or a solvent in which the polymer is dissolved is also included in the medium.

電気化学素子用セパレータ材料からセパレータを製造する方法は、膜状に成形される方法である限り特に制限されず、電気化学素子用セパレータ材料をロールで圧延して膜状に成形する方法、平板プレス等で圧延して膜状に成形する方法、コンマコーター、スロットダイコーター等のコーターで塗工する方法や、射出成形法、押出成形法、キャスト法等の膜状に成形する方法を用いることができる。これらの成形方法は単独で用いてもよく、2種以上の方法を組み合わせて用いてもよい。
なお、膜状に成形する際には、電気化学素子用セパレータ材料の乾燥時の量が、50〜300g/mとすることが好ましく、100〜200g/mとすることがより好ましい。
このようにしてセパレータを製造する方法、すなわち、有機ポリマーと上述した酸化物及び/又は水酸化物とを含む電気化学素子用セパレータ材料を調製する工程、並びに、得られた電気化学素子用セパレータ材料を膜状に成形する工程を含むセパレータの製造方法もまた、本発明の1つである。
The method of manufacturing the separator from the separator material for electrochemical elements is not particularly limited as long as it is a method of forming into a film shape, a method of rolling the separator material for electrochemical elements with a roll to form a film shape, a flat plate press It is possible to use a method of rolling into a film, a method of coating with a coater such as a comma coater or a slot die coater, or a method of forming into a film such as an injection molding method, an extrusion molding method, or a casting method. it can. These molding methods may be used alone, or two or more methods may be used in combination.
Incidentally, when forming into a film, the amount of the dry separator for an electrochemical element material, it is preferable that a 50 to 300 g / m 2, and more preferably set to 100 to 200 g / m 2.
Thus, a method for producing a separator, that is, a step of preparing a separator material for an electrochemical element containing the organic polymer and the above-described oxide and / or hydroxide, and the obtained separator material for an electrochemical element A separator manufacturing method including a step of forming a film into a film is also one aspect of the present invention.

上記製造方法は、電気化学素子用セパレータ材料を膜状に成形する工程の後に、膜を加熱する工程を含んでいてもよい。
膜を成形した後の加熱処理では、特に限定されず加熱温度を適宜設定すればよいが、例えば60℃以上、180℃以下とすることができる。また、加熱処理の時間は、特に限定されず、例えば0.5分以上、24時間以下とすることが好ましい。
The said manufacturing method may include the process of heating a film | membrane after the process of shape | molding the separator material for electrochemical elements in a film form.
In the heat treatment after forming the film, it is not particularly limited, and the heating temperature may be appropriately set. Moreover, the time of heat processing is not specifically limited, For example, it is preferable to set it as 0.5 minutes or more and 24 hours or less.

本発明の電気化学素子用セパレータを用いることで、電気化学素子を長寿命化させることができる。 By using the electrochemical device separator of the present invention, the lifetime of the electrochemical device can be extended.

本発明の電気化学素子では、上述した電気化学素子用セパレータをセパレータとして用いるが、更に別のセパレータを上述した電気化学素子用セパレータに積層して用いてもよい。
そのようなセパレータとしては、不織布、濾紙、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン等のフッ素原子含有樹脂、セルロース、フィブリル化セルロース、ビスコースレイヨン、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリスチレン等のアリール基含有樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリイソプレノールやポリ(メタ)アリルアルコール等の水酸基含有樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、寒天、有機無機複合樹脂、イオン交換樹脂、スルホン酸塩含有樹脂、四級アンモニウム塩含有樹脂、四級ホスホニウム塩含有樹脂、シクロオレフィンポリマー、ビニロン、セラミックス等の無機物等からなる膜、これら材料を用いて得られる多孔質膜等が挙げられる。これらのセパレータは1種又は2種以上を用いてもよい。
In the electrochemical element of the present invention, the above-described separator for electrochemical elements is used as a separator, but another separator may be laminated on the above-described separator for electrochemical elements.
Examples of such separators include nonwoven fabrics, filter paper, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, fluorine atom-containing resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, cellulose, fibrillated cellulose, viscose rayon, cellulose acetate, and hydroxyalkyl cellulose. , Aryl group-containing resins such as carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol and polystyrene, polyacrylonitrile resins, polyacrylamide resins, polyamide resins, polyimide resins, (meth) acrylic resins, hydroxyl group-containing resins such as polyisoprenol and poly (meth) allyl alcohol , Polycarbonate resin, polyester resin, polyurethane resin, agar, organic-inorganic composite resin, ion exchange resin, sulfonate-containing resin, quaternary ammonium salt Yes resins, quaternary phosphonium salts containing resin, cycloolefin polymer, vinylon, film made of an inorganic substance such as a ceramic or the like, a porous film or the like obtained by using these materials. These separators may be used alone or in combination of two or more.

例えば、本発明の電気化学素子用セパレータと不織布及び/又は多孔質膜とを含んで構成される積層体もまた、本発明の1つである。
本発明の積層体全体を、電気化学素子用セパレータとして好適に用いることができる。
For example, the laminated body comprised including the separator for electrochemical elements of this invention, a nonwoven fabric, and / or a porous membrane is also one of this invention.
The entire laminate of the present invention can be suitably used as an electrochemical element separator.

<電気化学素子>
本発明の電気化学素子用セパレータ、又は、本発明の積層体を含んで構成される電気化学素子もまた、本発明の1つである。
本発明の電気化学素子としては特に限定されず、例えば、電池、水電解装置等が挙げられ、中でも充放電に伴って形態変化が起こる電極を有する電池が好ましい。
本発明の電池を構成する正極の活物質としては、一次電池や二次電池の正極活物質として通常用いられるものを用いることができ、特に制限されないが、例えば、酸素(酸素が正極活物質となる場合、正極は、酸素の還元や水の酸化が可能なペロブスカイト型化合物、コバルト含有化合物、鉄含有化合物、銅含有化合物、マンガン含有化合物、バナジウム含有化合物、ニッケル含有化合物、イリジウム含有化合物、白金含有化合物;パラジウム含有化合物;金含有化合物;銀含有化合物;炭素含有化合物等より構成される空気極となる);オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等のニッケル含有化合物;二酸化マンガン等のマンガン含有化合物;酸化銀;コバルト酸リチウム等のリチウム含有化合物;鉄含有化合物;金属亜鉛や酸化亜鉛等の亜鉛種等が挙げられる。
これらの中でも、正極活物質がニッケル含有化合物や亜鉛種であることが、本発明の好適な実施形態の1つである。
また、空気電池や燃料電池等、正極活物質が酸素であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
<Electrochemical element>
The separator for an electrochemical element of the present invention or the electrochemical element comprising the laminate of the present invention is also one aspect of the present invention.
The electrochemical element of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a battery, a water electrolysis device, and the like, and among them, a battery having an electrode that undergoes a shape change with charge / discharge is preferable.
As the positive electrode active material constituting the battery of the present invention, those normally used as the positive electrode active material of the primary battery or the secondary battery can be used, and are not particularly limited. For example, oxygen (oxygen is a positive electrode active material and The positive electrode is a perovskite compound capable of reducing oxygen and oxidizing water, cobalt-containing compounds, iron-containing compounds, copper-containing compounds, manganese-containing compounds, vanadium-containing compounds, nickel-containing compounds, iridium-containing compounds, platinum-containing Compound; palladium-containing compound; gold-containing compound; silver-containing compound; air electrode composed of carbon-containing compound); nickel-containing compound such as nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide, cobalt-containing nickel hydroxide; manganese dioxide Manganese-containing compounds such as silver oxide; lithium-containing compounds such as lithium cobaltate; iron-containing Compounds; zinc species such as metallic zinc or zinc oxide.
Among these, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the positive electrode active material is a nickel-containing compound or a zinc species.
Moreover, it is also one of the suitable embodiments of the present invention that the positive electrode active material such as an air battery or a fuel cell is oxygen.

本発明の電池を構成する負極の活物質としては、炭素、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、錫、カドミウム、水素吸蔵合金、シリコン含有材料等、電池の負極活物質として通常用いられるものを用いることができる。これらの中でも、本発明のセパレータの特性を発揮させる点からは、亜鉛、リチウム、ニッケル、マグネシウム、カドミウム等の電極反応に伴って、デンドライトを発生するおそれのある活物質に対して、特にこのまま好ましく用いることができる。
本発明の電池では、上記正極及び/又は負極が、亜鉛極等の充放電に伴って形態変化が起こる電極であることが好ましい。
As the active material for the negative electrode constituting the battery of the present invention, carbon, lithium, sodium, magnesium, zinc, nickel, tin, cadmium, hydrogen storage alloy, silicon-containing material, etc., which are usually used as negative electrode active materials for batteries Can be used. Among these, from the point of exhibiting the characteristics of the separator of the present invention, it is particularly preferable as it is for an active material that may generate dendrite due to an electrode reaction such as zinc, lithium, nickel, magnesium, cadmium and the like. Can be used.
In the battery of the present invention, the positive electrode and / or the negative electrode is preferably an electrode that undergoes a change in shape with charge / discharge of a zinc electrode or the like.

本発明の電池を構成する電極は、集電体上に活物質層を形成することで製造することができる。
電極を構成する集電体としては、(電解)銅箔、銅メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡銅、パンチング銅、真鍮等の銅合金、真鍮箔、真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡真鍮、パンチング真鍮、ニッケル箔、耐食性ニッケル、ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)、パンチングニッケル、金属亜鉛、耐食性金属亜鉛、亜鉛箔、亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)、(パンチング)鋼板、導電性を付与した不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等を添加した(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等によりメッキされた(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;銀;アルカリ(蓄)電池や空気亜鉛電池に集電体や容器として使用される材料等が挙げられる。
The electrode constituting the battery of the present invention can be manufactured by forming an active material layer on a current collector.
Current collectors that make up the electrode include (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass , Nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punching nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric with conductivity; Ni · Zn · Copper, copper foil, copper mesh (expanded metal), copper foil, punched copper, brass and other copper alloys, brass foil, brass mesh (expanded metal) with Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. added ) ・ Foamed brass ・ Punching brass ・ Nickel foil ・ Corrosion resistant nickel ・ Nickel mesh (Expanded) Tal), punched nickel, metallic zinc, corrosion resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric; plated with Ni, Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. (Electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel Mesh (expanded metal), punched nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric; silver; current collectors and containers for alkaline (storage) batteries and zinc-air batteries The material etc. which are used as are mentioned.

本発明の電気化学素子用セパレータは、セパレータとして使用すると共に、固体電解質としても使用したり、イオン交換膜としても使用したりすることが可能である。本発明のセパレータを固体電解質として使用しない場合、別途電解質材料として、電解液やゲル電解質を用いることができる。本発明の電池(電気化学素子)を構成する電解液としては、電池の電解液として通常用いられるものであれば特に制限されず、例えば、水含有電解液、有機溶剤系電解液等が挙げられ、水含有電解液が好ましい。水含有電解液とは、水のみを電解液原料として使用する電解液(水系電解液)や、水に有機溶剤を加えた液を電解液原料として使用する電解液を指す。 The separator for electrochemical elements of the present invention can be used as a separator, as a solid electrolyte, or as an ion exchange membrane. When the separator of the present invention is not used as a solid electrolyte, an electrolytic solution or a gel electrolyte can be used as an additional electrolyte material. The electrolyte solution constituting the battery (electrochemical element) of the present invention is not particularly limited as long as it is usually used as the battery electrolyte solution, and examples thereof include water-containing electrolyte solutions and organic solvent-based electrolyte solutions. A water-containing electrolyte is preferred. The water-containing electrolytic solution refers to an electrolytic solution using only water as an electrolytic solution raw material (aqueous electrolytic solution) or an electrolytic solution using a solution obtained by adding an organic solvent to water as an electrolytic solution raw material.

上記水系電解液としては、アルカリ性電解液が好ましい。アルカリ性電解液は、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、硫酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液、リン酸亜鉛水溶液、酢酸亜鉛水溶液等が挙げられる。上記水系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。 As the aqueous electrolyte, an alkaline electrolyte is preferable. Examples of the alkaline electrolyte include potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, zinc sulfate aqueous solution, zinc nitrate aqueous solution, zinc phosphate aqueous solution, and zinc acetate aqueous solution. The aqueous electrolyte solution can be used alone or in combination of two or more.

また、上記水含有電解液は、有機溶剤系電解液に用いられる有機溶剤を含んでいてもよい。該有機溶剤としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、イオン性液体、フッ素含有カーボネート類、フッ素含有エーテル類、ポリエチレングリコール類、フッ素含有ポリエチレングリコール類等が挙げられる。上記有機溶剤系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。上記有機溶剤系電解液の電解質としては、特に制限はないが、LiPF、LiBF、LiB(CN)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)等が好ましい。
有機溶剤系電解液を含む水含有電解液の場合、水系電解液と有機溶剤系電解液の合計100質量%に対して、水系電解液の含有量は、好ましくは10質量%以上、99.9質量%以下、より好ましくは20質量%以上、99.9質量%以下である。
Moreover, the said water containing electrolyte solution may contain the organic solvent used for an organic solvent type electrolyte solution. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, dimethoxymethane, diethoxymethane, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, diethoxyethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, acetonitrile, Examples include benzonitrile, ionic liquid, fluorine-containing carbonates, fluorine-containing ethers, polyethylene glycols, fluorine-containing polyethylene glycols and the like. The organic solvent electrolyte can be used alone or in combination of two or more. The electrolyte of the organic solvent-based electrolytic solution is not particularly limited, but LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (CN) 4 , lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ( LiTFSI) and the like are preferable.
In the case of a water-containing electrolyte containing an organic solvent-based electrolyte, the content of the water-based electrolyte is preferably 10% by mass or more and 99.9% with respect to 100% by mass in total of the water-based electrolyte and the organic solvent-based electrolyte. It is 20 mass% or less, More preferably, it is 20 mass% or more and 99.9 mass% or less.

本発明の電池を構成するゲル電解質としては、電池の電解質として用いることができるものであれば特に制限されないが、例えば、上記セパレータと同様の化合物を含む固体電解質や、架橋剤により架橋された固体状電解質等が挙げられる。 The gel electrolyte constituting the battery of the present invention is not particularly limited as long as it can be used as a battery electrolyte. For example, a solid electrolyte containing a compound similar to the above separator or a solid crosslinked by a crosslinking agent And the like.

本発明の電池の形態は一次電池;充放電が可能な二次電池(蓄電池);メカニカルチャージ(亜鉛負極の機械的な交換)の利用;第3極の利用(正極として、充電に適した電極と放電に適した電極をそれぞれ用いる)、燃料電池等、いずれの形態であってもよいが、二次電池又は燃料電池が好ましい。例えば、本発明の電池が二次電池であることが特に好ましい。
本発明の電池の種類は特に制限されないが、アルカリ乾電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、マンガン−亜鉛電池、ニッケル−亜鉛電池、燃料電池、空気電池等、アルカリ性電解液を使用する電池であることが好ましい。
The form of the battery of the present invention is a primary battery; a chargeable / dischargeable secondary battery (storage battery); use of mechanical charge (mechanical replacement of a zinc negative electrode); use of a third electrode (as a positive electrode, an electrode suitable for charging) And an electrode suitable for discharge), a fuel cell or the like, but a secondary battery or a fuel cell is preferable. For example, the battery of the present invention is particularly preferably a secondary battery.
The type of the battery of the present invention is not particularly limited, but is a battery using an alkaline electrolyte, such as an alkaline dry battery, a nickel-hydrogen battery, a nickel-cadmium battery, a manganese-zinc battery, a nickel-zinc battery, a fuel cell, an air battery. Preferably there is.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

<有機ポリマー水分散液の不揮発分>
有機ポリマー水分散液1gを秤量し、熱風乾燥機で110℃の温度で1時間乾燥させ、得られた残渣を不揮発分とし、式:
〔有機ポリマー水分散液における不揮発分量(質量%)〕
=(〔残渣の質量(g)〕÷〔有機ポリマー水分散液の質量(g)〕)×100
に基づいて、有機ポリマー水分散液の不揮発分を求めた。
<Nonvolatile content of organic polymer aqueous dispersion>
1 g of organic polymer aqueous dispersion was weighed and dried with a hot air dryer at a temperature of 110 ° C. for 1 hour.
[Non-volatile content in organic polymer aqueous dispersion (% by mass)]
= ([Mass of residue (g)] ÷ [Mass of organic polymer dispersion (g)]) × 100
Based on the above, the nonvolatile content of the organic polymer aqueous dispersion was determined.

<有機ポリマー分散体の水分散液中における平均粒子径>
有機ポリマー水分散液を蒸留水で希釈した液について、動的光散乱法による粒度分布測定器(商品名:FPAR−1000、大塚電子社製)により測定を行い、キュムラント法解析により得られた平均粒子径を有機ポリマー分散体の水分散液中における平均粒子径とした。
<Average particle diameter of organic polymer dispersion in aqueous dispersion>
The average of the liquid obtained by diluting the organic polymer aqueous dispersion with distilled water was measured by a particle size distribution analyzer (trade name: FPAR-1000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) by dynamic light scattering, and obtained by cumulant analysis. The particle size was defined as the average particle size in the aqueous dispersion of the organic polymer dispersion.

<無機化合物粒子の平均粒子径>
無機化合物(粉体)と0.2質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を混合し、超音波洗浄機を用いて分散処理を行った無機化合物分散液について、動的光散乱法による粒度分布測定器(商品名:FPAR−1000、大塚電子社製)により測定を行い、キュムラント法解析により得られた平均粒子径を無機化合物粒子の平均粒子径とした。
<Average particle size of inorganic compound particles>
For an inorganic compound dispersion liquid obtained by mixing an inorganic compound (powder) and a 0.2 mass% sodium hexametaphosphate aqueous solution and performing a dispersion treatment using an ultrasonic cleaner, a particle size distribution measuring instrument (dynamic light scattering method) (Trade name: FPAR-1000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the average particle size obtained by cumulant method analysis was defined as the average particle size of the inorganic compound particles.

<膜厚>
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータおよび積層体の厚さを、デジマチックマイクロメーター(ミツトヨ社製)を用いて測定した。任意の10点を測定し、その平均値を膜厚とした。
<Film thickness>
The thickness of the obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator and the laminate was measured using a Digimatic Micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation). Arbitrary 10 points were measured, and the average value was taken as the film thickness.

<抵抗値>
以下の測定条件で抵抗値(Ω・cm)を算出した。
・仕込みセル数:5セル(平均値を記載)
・セル構成
作用極:Ni板
対極:Ni板
電解液:酸化亜鉛を飽和させた6.7mol/L水酸化カリウム水溶液
サンプル前処理:上記電解液に1晩浸漬
測定有効面積:φ15mm
・交流インピーダンス測定を行う。25℃の恒温槽内で30分静置した後、下記条件で測定した。
印加電圧:10mV vs.開回路電圧
周波数領域:100kHz〜100Hz
インピーダンスによって得られた切片成分(Ra)と測定サンプルを入れない場合の切片成分(Rb)から下記式により、単位面積における抵抗値(R)として抵抗値を算出した。
R=(Ra−Rb)×1.77
<Resistance value>
The resistance value (Ω · cm 2 ) was calculated under the following measurement conditions.
・ Number of charged cells: 5 cells (describe average value)
Cell construction working electrode: Ni plate counter electrode: Ni plate electrolyte: 6.7 mol / L potassium hydroxide aqueous solution saturated with zinc oxide Sample pretreatment: Immersion in the above electrolyte overnight Measurement effective area: φ15 mm
・ Measure AC impedance. After leaving still for 30 minutes in a 25 degreeC thermostat, it measured on condition of the following.
Applied voltage: 10 mV vs. Open circuit voltage frequency range: 100 kHz to 100 Hz
A resistance value was calculated as a resistance value (R) in a unit area from the intercept component (Ra) obtained by the impedance and the intercept component (Rb) when the measurement sample was not added, by the following formula.
R = (Ra−Rb) × 1.77

[実施例1]
水酸化マグネシウム(商品名:200−06H、協和化学工業社製、平均粒子径:690nm)50質量部、スチレン−ブタジエン系ポリマー水分散液(商品名:ナルスターSR−152、日本エイアンドエル社製、不揮発分:48%、平均粒子径:180nm)25質量部およびイオン交換水28質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間混練した後、ろ過および真空脱泡を行い、セパレータ材料を得た。
得られたセパレータ材料を、片面がシリコーン処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(離型フィルム)のシリコーン処理された面上に、コンマコーターにて塗工量(乾燥時)が150g/mとなるように塗工、乾燥し、得られた塗膜を離型フィルムから剥離した後、更に120℃で20分間熱処理を行い、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータを得た。
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータの膜厚は85μm、抵抗値は1.0Ω・cmであった。
[Example 1]
Magnesium hydroxide (trade name: 200-06H, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size: 690 nm) 50 parts by mass, styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (trade name: Nalstar SR-152, manufactured by Nippon A & L, non-volatile (Minute: 48%, average particle size: 180 nm) 25 parts by mass and 28 parts by mass of ion-exchanged water were weighed and kneaded for 1 hour using a sand mill, followed by filtration and vacuum defoaming to obtain a separator material.
The separator material thus obtained was coated on a silicone-treated surface of a polyethylene terephthalate (PET) film (release film) whose one side was silicone-treated with a comma coater with a coating amount (when dried) of 150 g / m 2 . After coating and drying as described above, the obtained coating film was peeled off from the release film, and further heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes to obtain an organic polymer / inorganic compound-containing separator.
The obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator had a film thickness of 85 μm and a resistance value of 1.0 Ω · cm 2 .

[実施例2]
酸化ジルコニウム(商品名:UEP、第一稀元素化学工業社製、平均粒子径:760nm)50質量部、スチレン−ブタジエン系ポリマー水分散液(商品名:ナルスターSR−107、日本エイアンドエル社製、不揮発分:48%、平均粒子径:170nm)30質量部およびイオン交換水25質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間混練した後、ろ過および真空脱泡を行い、セパレータ材料を得た。
得られたセパレータ材料を、片面がシリコーン処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(離型フィルム)のシリコーン処理された面上に、コンマコーターにて塗工量(乾燥時)が190g/mとなるように塗工、乾燥し、得られた塗膜を離型フィルムから剥離した後、更に120℃で20分間熱処理を行い、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータを得た。
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータの膜厚は73μm、抵抗値は1.4Ω・cmであった。
[Example 2]
Zirconium oxide (trade name: UEP, manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industry Co., Ltd., average particle size: 760 nm) 50 parts by mass, styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (trade name: Nalstar SR-107, manufactured by Nippon A & L, non-volatile) (Minute: 48%, average particle size: 170 nm) 30 parts by mass and 25 parts by mass of ion-exchanged water were weighed and kneaded for 1 hour using a sand mill, followed by filtration and vacuum defoaming to obtain a separator material.
The separator material thus obtained was coated on a silicone-treated surface of a polyethylene terephthalate (PET) film (release film) whose one side was silicone-treated with a comma coater with a coating amount (when dried) of 190 g / m 2 . After coating and drying as described above, the obtained coating film was peeled off from the release film, and further heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes to obtain an organic polymer / inorganic compound-containing separator.
The obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator had a film thickness of 73 μm and a resistance value of 1.4 Ω · cm 2 .

[実施例3]
実施例1において、スチレン−ブタジエン系ポリマー水分散液25質量部を85質量部に変更し、イオン交換水28質量部を16質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータを得た。
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータの膜厚は94μm、抵抗値は1.6Ω・cmであった。
[Example 3]
In Example 1, except that 25 parts by mass of the styrene-butadiene-based polymer aqueous dispersion was changed to 85 parts by mass, and 28 parts by mass of ion-exchanged water was changed to 16 parts by mass, the organic polymer / An inorganic compound-containing separator was obtained.
The obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator had a thickness of 94 μm and a resistance value of 1.6 Ω · cm 2 .

[実施例4]
水酸化マグネシウム(商品名:200−06H、協和化学工業社製、平均粒子径:690nm)50質量部、スチレン−ブタジエン系ポリマー水分散液(商品名:ナルスターSR−107、日本エイアンドエル社製、不揮発分:48%、平均粒子径:170nm)42質量部およびイオン交換水25質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間混練した後、ろ過および真空脱泡を行い、セパレータ材料を得た。
得られたセパレータ材料を、片面がシリコーン処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(離型フィルム)のシリコーン処理された面上に、コンマコーターにて塗工量(乾燥時)が120g/mとなるように塗工、乾燥し、得られた塗膜を離型フィルムから剥離した後、更に120℃で20分間熱処理を行い、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータを得た。
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータの膜厚は72μm、抵抗値は0.89Ω・cmであった。
[Example 4]
Magnesium hydroxide (trade name: 200-06H, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size: 690 nm) 50 parts by mass, styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (trade name: Nalstar SR-107, manufactured by Nippon A & L Co., Ltd., non-volatile (Minute: 48%, average particle size: 170 nm) 42 parts by mass and 25 parts by mass of ion-exchanged water were weighed and kneaded for 1 hour using a sand mill, followed by filtration and vacuum defoaming to obtain a separator material.
The separator material thus obtained was coated with a comma coater on the silicone-treated surface of a polyethylene terephthalate (PET) film (release film) whose one side was silicone-treated with a comma coater of 120 g / m 2 . After coating and drying as described above, the obtained coating film was peeled off from the release film, and further heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes to obtain an organic polymer / inorganic compound-containing separator.
The obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator had a thickness of 72 μm and a resistance value of 0.89 Ω · cm 2 .

[実施例5]
水酸化マグネシウム(商品名:200−06H、協和化学工業社製、平均粒子径:690nm)50質量部、変性ポリエチレン水分散液(商品名:アローベースSB−1010、ユニチカ社製、不揮発分:25%)60質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間混練した後、ろ過および真空脱泡を行い、セパレータ材料を得た。
得られたセパレータ材料を、片面がシリコーン処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(離型フィルム)のシリコーン処理された面上に、コンマコーターにて塗工量(乾燥時)が110g/mとなるように塗工、乾燥し、得られた塗膜を離型フィルムから剥離した後、更に120℃で20分間熱処理を行い、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータを得た。
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータの膜厚は65μm、抵抗値は1.5Ω・cmであった。
[Example 5]
Magnesium hydroxide (trade name: 200-06H, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size: 690 nm) 50 parts by mass, modified polyethylene aqueous dispersion (trade name: Arrow Base SB-1010, manufactured by Unitika Ltd., nonvolatile content: 25 %) Weighed 60 parts by mass and kneaded for 1 hour using a sand mill, followed by filtration and vacuum degassing to obtain a separator material.
The separator material thus obtained was coated on a silicone-treated surface of a polyethylene terephthalate (PET) film (release film) whose one side was silicone-treated with a comma coater and the coating amount was 110 g / m 2 . After coating and drying as described above, the obtained coating film was peeled off from the release film, and further heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes to obtain an organic polymer / inorganic compound-containing separator.
The obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator had a film thickness of 65 μm and a resistance value of 1.5 Ω · cm 2 .

[実施例6]
水酸化マグネシウム(商品名:200−06H、協和化学工業社製、平均粒子径:690nm)50質量部、スチレン−ブタジエン系ポリマー水分散液(商品名:ナルスターSR−152、日本エイアンドエル社製、不揮発分:48%、平均粒子径:180nm)25質量部およびイオン交換水15質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間混練した後、ろ過および真空脱泡を行い、セパレータ材料を得た。
得られたセパレータ材料を、親水化処理されたオレフィン系不織布(日本バイリーン社製、厚さ:90μm)上に、コンマコーターにて塗工量(乾燥時)が130g/mとなるように塗工、乾燥した後、更に100℃で30分間熱処理を行い、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータと不織布からなる積層体を得た。
得られた積層体の膜厚は146μm、抵抗値は1.4Ω・cmであった。
[Example 6]
Magnesium hydroxide (trade name: 200-06H, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size: 690 nm) 50 parts by mass, styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (trade name: Nalstar SR-152, manufactured by Nippon A & L, non-volatile (Minute: 48%, average particle size: 180 nm) 25 parts by mass and 15 parts by mass of ion-exchanged water were weighed and kneaded for 1 hour using a sand mill, followed by filtration and vacuum defoaming to obtain a separator material.
The obtained separator material was coated on a hydrophilized olefin-based nonwoven fabric (manufactured by Japan Vilene Co., Ltd., thickness: 90 μm) with a comma coater so that the coating amount (when dried) was 130 g / m 2. After the construction and drying, heat treatment was further performed at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a laminate composed of an organic polymer / inorganic compound-containing separator and a nonwoven fabric.
The obtained laminate had a film thickness of 146 μm and a resistance value of 1.4 Ω · cm 2 .

[実施例7]
実施例6において、親水化処理されたオレフィン系不織布を不織布(商品名:パピロンBFN No.2、三晶社製、厚さ:92μm)に変更した以外は実施例6と同様にして、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータと不織布からなる積層体を得た。
得られた積層体の膜厚は139μm、抵抗値は1.2Ω・cmであった。
[Example 7]
An organic polymer was prepared in the same manner as in Example 6 except that the hydrophilized olefin-based non-woven fabric was changed to a non-woven fabric (trade name: Papillon BFN No. 2, manufactured by Sankisha Co., Ltd., thickness: 92 μm). / The laminated body which consists of an inorganic compound containing separator and a nonwoven fabric was obtained.
The obtained laminate had a film thickness of 139 μm and a resistance value of 1.2 Ω · cm 2 .

[比較例1]
ハイドロタルサイト(商品名:DHT−6、協和化学工業社製、平均粒子径:360nm)50質量部、スチレン−ブタジエン系ポリマー水分散液(商品名:ナルスターSR−152、日本エイアンドエル社製、不揮発分:48%、平均粒子径:180nm)25質量部およびイオン交換水28質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間混練した後、ろ過および真空脱泡を行い、セパレータ材料を得た。
得られたセパレータ材料を、片面がシリコーン処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(離型フィルム)のシリコーン処理された面上に、コンマコーターにて塗工量(乾燥時)が150g/mとなるように塗工、乾燥し、得られた塗膜を離型フィルムから剥離した後、更に120℃で20分間熱処理を行い、有機ポリマー/無機化合物含有セパレータを得た。
得られた有機ポリマー/無機化合物含有セパレータの膜厚は90μm、抵抗値は2.5Ω・cmであった。
[Comparative Example 1]
Hydrotalcite (trade name: DHT-6, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size: 360 nm) 50 parts by mass, styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (trade name: Nalstar SR-152, manufactured by Nippon A & L, non-volatile) (Minute: 48%, average particle size: 180 nm) 25 parts by mass and 28 parts by mass of ion-exchanged water were weighed and kneaded for 1 hour using a sand mill, followed by filtration and vacuum defoaming to obtain a separator material.
The separator material thus obtained was coated on a silicone-treated surface of a polyethylene terephthalate (PET) film (release film) whose one side was silicone-treated with a comma coater with a coating amount (when dried) of 150 g / m 2 . After coating and drying as described above, the obtained coating film was peeled off from the release film, and further heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes to obtain an organic polymer / inorganic compound-containing separator.
The obtained organic polymer / inorganic compound-containing separator had a film thickness of 90 μm and a resistance value of 2.5 Ω · cm 2 .

上述した実施例1〜7、比較例1の有機ポリマー/無機化合物含有セパレータは、有機ポリマーの含有量が多く、強度に優れると共に、特に充放電に伴って形態変化が起こる電極を有する電池のセパレータとして用いた場合に、デンドライトの成長による正極と負極との短絡を充分に抑制することができると考えられる。ここで、実施例1〜7の有機ポリマー/無機化合物含有セパレータは、本発明に係る特定の無機化合物を含有するため、膜抵抗が低くなっており、内部抵抗が低い電気化学素子のセパレータとして好適に用いられるものである。 The organic polymer / inorganic compound-containing separators of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 described above have a high organic polymer content, are excellent in strength, and have separators that have an electrode that undergoes a change in shape especially with charge / discharge. It is considered that the short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to the growth of dendrites can be sufficiently suppressed. Here, since the organic polymer / inorganic compound-containing separators of Examples 1 to 7 contain the specific inorganic compound according to the present invention, the membrane resistance is low, and it is suitable as a separator for electrochemical devices having low internal resistance. It is used for.

Claims (7)

有機ポリマー及び無機化合物を含む電気化学素子用セパレータであって、
該無機化合物は、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を有する酸化物及び/又は水酸化物を含み、
該有機ポリマーの含有量は、セパレータの質量100質量%中、15質量%以上であることを特徴とする電気化学素子用セパレータ。
A separator for an electrochemical device comprising an organic polymer and an inorganic compound,
The inorganic compound has an oxide and / or water having a metal element other than Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi, having a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less. Containing oxides,
The separator for an electrochemical element, wherein the content of the organic polymer is 15% by mass or more in 100% by mass of the separator.
前記有機ポリマーの含有量は、セパレータの質量100質量%中、50質量%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 separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein the content of the organic polymer is 50% by mass or less in 100% by mass of the separator. 前記無機化合物は、平均粒子径が0.3μm以上、2μm以下であることを特徴とする請求項1又は2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 1 or 2, wherein the inorganic compound has an average particle size of 0.3 µm or more and 2 µm or less. 前記有機ポリマーは、共役ジエン系ポリマー及び/又は変性ポリオレフィンを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータ。 The said organic polymer contains a conjugated diene type polymer and / or modified polyolefin, The separator for electrochemical elements in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータと不織布及び/又は多孔質膜とを含んで構成されることを特徴とする積層体。 The laminated body characterized by including the separator for electrochemical elements in any one of Claims 1-4, and a nonwoven fabric and / or a porous membrane. 有機ポリマー及び無機化合物を含む電気化学素子用セパレータ材料であって、
該無機化合物は、20℃における水への溶解度が2×10−2g/100g以下である、Al、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Bi以外の金属元素を有する酸化物及び/又は水酸化物を含み、
該有機ポリマーの含有量は、セパレータ材料の固形分質量100質量%中、15質量%以上であることを特徴とする電気化学素子用セパレータ材料。
A separator material for an electrochemical device comprising an organic polymer and an inorganic compound,
The inorganic compound has an oxide and / or water having a metal element other than Al, Zn, Pb, Sn, Ga, In, and Bi, having a solubility in water at 20 ° C. of 2 × 10 −2 g / 100 g or less. Containing oxides,
Content of this organic polymer is 15 mass% or more in solid content mass 100 mass% of separator material, The separator material for electrochemical elements characterized by the above-mentioned.
請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータ、又は、請求項5に記載の積層体を含んで構成されることを特徴とする電気化学素子。 An electrochemical device comprising the separator for an electrochemical device according to claim 1 or the laminate according to claim 5.
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