JP2020161473A - Separator for lithium-ion battery - Google Patents

Separator for lithium-ion battery Download PDF

Info

Publication number
JP2020161473A
JP2020161473A JP2020023553A JP2020023553A JP2020161473A JP 2020161473 A JP2020161473 A JP 2020161473A JP 2020023553 A JP2020023553 A JP 2020023553A JP 2020023553 A JP2020023553 A JP 2020023553A JP 2020161473 A JP2020161473 A JP 2020161473A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
woven fabric
base material
thickness
kpa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020023553A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
信子 高濱
Nobuko Takahama
信子 高濱
敬生 増田
Takao Masuda
敬生 増田
俊太郎 横尾
Shuntaro Yokoo
俊太郎 横尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Paper Mills Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Paper Mills Ltd filed Critical Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority to PCT/JP2020/011320 priority Critical patent/WO2020189597A1/en
Publication of JP2020161473A publication Critical patent/JP2020161473A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

To provide a separator capable of improving cycle life and productivity of a battery.SOLUTION: The separator for a lithium-ion battery is a non-woven fabric base material on which inorganic particles are supported. The thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 189 kPa is 6.3 MPa or less based on the measured surface pressure of 63 kPa.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a lithium ion battery.

リチウムイオン電池(以下、「電池」と略記する場合がある)は、携帯電話、携帯型音楽プレーヤー、ノート型パーソナルコンピューター等の携帯型電気機器の電源として広く利用されてきた。また近年は、電気自動車等の大型機器での利用が急速に拡大している。リチウムイオン電池利用機器の進展に伴い、電池に求められる保証寿命は従来の2年程度から10年以上と、5倍以上に拡大している。 Lithium-ion batteries (hereinafter, sometimes abbreviated as "batteries") have been widely used as a power source for portable electric devices such as mobile phones, portable music players, and notebook personal computers. In recent years, its use in large equipment such as electric vehicles has been rapidly expanding. With the development of devices using lithium-ion batteries, the guaranteed life required for batteries has increased more than five times from the conventional two years to ten years or more.

従来、リチウムイオン電池用セパレータ(以下、「セパレータ」と略記する場合がある)としては、貫通した微細孔を有するポリオレフィン多孔フィルムが用いられてきた。しかし、ポリオレフィン多孔フィルムでは充放電を繰り返す内に充放電容量が低下する課題があった。このような課題に対し、セパレータの変形性を高め、充放電時の電極の膨張収縮に対する追随性を高めるセパレータが提案されている(例えば特許文献1参照)。しかし、特許文献1では、変形荷重として50kg/cmもの高圧を付与しており、電極の膨張収縮による低圧力で速やかに変形追随可能かは疑問が残る。 Conventionally, as a separator for a lithium ion battery (hereinafter, may be abbreviated as "separator"), a polyolefin porous film having penetrating fine pores has been used. However, the polyolefin porous film has a problem that the charge / discharge capacity decreases as the charge / discharge is repeated. To solve such a problem, a separator has been proposed that enhances the deformability of the separator and enhances the followability of the electrode to expansion and contraction during charging and discharging (see, for example, Patent Document 1). However, in Patent Document 1, a high pressure of 50 kg / cm 2 is applied as a deformation load, and it remains doubtful whether the deformation can be quickly followed by the low pressure due to the expansion and contraction of the electrodes.

また、自動車用途向け電池では、電極及びセパレータを積層した後にロール状に捲回する円筒型、円筒型を押し潰して、2面の平面と曲線状の両端部を形成させた扁平型、九十九折(zigzag)にしたセパレータの間に、枚葉に切り出した電極を挿入した九十九折型、枚葉に切り出したセパレータと、枚葉に切り出した電極を積層した枚葉積層型等の巻回体又は積層体を缶又はラミネート式の電池セルに収納している。複数の電池セルが定型の外装缶・パック内に収納されるため、電池セルのサイズが厳密に定められている。電極及びセパレータの巻回体又は積層体の厚みが設計許容差(公差)の範囲を超えると、電池の外装缶・パックに納まらなくなるため、セパレータ及び電極には厳密な厚み制御が求められ、これがセパレータの生産性を落とす一因となっている。 Further, in batteries for automobile applications, a cylindrical type in which electrodes and separators are laminated and then wound in a roll shape, and a flat type in which both flat and curved ends are formed by crushing the cylindrical type, 90. A ninety-nine-fold type in which an electrode cut out in a single leaf is inserted between the separators cut into nine folds, a single-leaf laminated type in which a separator cut out in a single leaf and an electrode cut out in a single leaf are laminated. The wound body or laminated body is housed in a can or laminated battery cell. Since multiple battery cells are stored in a standard outer can / pack, the size of the battery cells is strictly determined. If the thickness of the wound or laminated body of the electrode and separator exceeds the design tolerance (tolerance), it will not fit in the outer can / pack of the battery, so strict thickness control is required for the separator and electrode. This is one of the factors that reduce the productivity of separators.

特開2000−212322号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-21322

本発明の課題は、リチウムイオン電池用セパレータに関し、電池のサイクル寿命に優れ、且つ生産性向上が期待できるセパレータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a separator for a lithium ion battery, which has an excellent battery cycle life and is expected to improve productivity.

本発明者らは鋭意研究した結果、課題を解決できるリチウムイオン電池用セパレータを発明するに至った。 As a result of diligent research, the present inventors have invented a separator for a lithium ion battery that can solve the problem.

(1)測定面圧189kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として6.3MPa以下であることを特徴とするリチウムイオン電池用セパレータ。
(2)測定面圧316kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として7.0MPa以下であることを特徴とする上記(1)記載のリチウムイオン電池用セパレータ。
(3)リチウムイオン電池用セパレータが、無機粒子が担持されている不織布基材である上記(1)又は(2)記載のリチウムイオン電池用セパレータ。
(4)不織布基材の片面のみに無機粒子が担持されている上記(3)記載のリチウムイオン電池用セパレータ。
(1) A separator for a lithium ion battery, wherein the thickness elastic modulus at a measurement surface pressure of 189 kPa is 6.3 MPa or less based on a measurement surface pressure of 63 kPa.
(2) The separator for a lithium ion battery according to (1) above, wherein the thickness elastic modulus at a measured surface pressure of 316 kPa is 7.0 MPa or less based on a measured surface pressure of 63 kPa.
(3) The separator for a lithium ion battery according to (1) or (2) above, wherein the separator for a lithium ion battery is a non-woven fabric base material on which inorganic particles are supported.
(4) The separator for a lithium ion battery according to (3) above, wherein inorganic particles are supported on only one side of a non-woven fabric base material.

本発明によれば、リチウムイオン電池用セパレータにおいて、圧力による変形性が高いリチウムイオン電池用セパレータが得られ、該リチウムイオン電池用セパレータを用いたリチウムイオン電池がサイクル寿命に優れるという効果が得られる。また、生産性の向上が期待できるリチウムイオン電池用セパレータが得られる。 According to the present invention, in a separator for a lithium ion battery, a separator for a lithium ion battery having high deformability due to pressure can be obtained, and an effect that a lithium ion battery using the separator for a lithium ion battery has an excellent cycle life can be obtained. .. In addition, a separator for a lithium ion battery, which can be expected to improve productivity, can be obtained.

本発明のリチウムイオン電池用セパレータは、測定面圧189kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として6.3MPa以下であり、より好ましくは5.3MPa以下であり、さらに好ましくは5.0MPa以下である。 The separator for a lithium ion battery of the present invention has a thickness elastic modulus at a measurement surface pressure of 189 kPa of 6.3 MPa or less, more preferably 5.3 MPa or less, still more preferably 5.0 MPa based on a measurement surface pressure of 63 kPa. It is as follows.

また、該セパレータの測定面圧316kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として7.0MPa以下であることが好ましく、6.5MPa以下であることがより好ましく、6.0MPa以下であることがさらに好ましい。 Further, the thickness elastic modulus of the separator at a measurement surface pressure of 316 kPa is preferably 7.0 MPa or less, more preferably 6.5 MPa or less, and 6.0 MPa or less based on the measurement surface pressure of 63 kPa. Is even more preferable.

本発明において、厚み弾性率は、以下のようにして定義される。即ち、セパレータを10枚重ね、測定圧力が任意調整可能な外側マイクロメーターを用いて、該セパレータ積層体の厚みを測定する。測定面圧63kPaにおける積層体の厚みをTa、測定面圧189kPaにおける積層体の厚みをTb、測定面圧316kPaにおける積層体の厚みをTcとし、63kPaにおける厚みからの各測定面圧での厚み変化量を下式によって算出し、各測定面圧をその厚み変化量で除すことで各測定面圧における厚み弾性率を算出する。厚み弾性率の算出は下式による。 In the present invention, the thickness elastic modulus is defined as follows. That is, 10 separators are stacked, and the thickness of the separator laminate is measured using an outer micrometer whose measurement pressure can be arbitrarily adjusted. The thickness of the laminate at the measurement surface pressure of 63 kPa is Ta, the thickness of the laminate at the measurement surface pressure of 189 kPa is Tb, the thickness of the laminate at the measurement surface pressure of 316 kPa is Tc, and the thickness change at each measurement surface pressure from the thickness at 63 kPa. The amount is calculated by the following formula, and the thickness elastic modulus at each measurement surface pressure is calculated by dividing each measurement surface pressure by the thickness change amount. The thickness elastic modulus is calculated by the following formula.

(式1)
測定面圧189kPaにおける厚み変化量=(Ta−Tb)/Ta
(式2)
測定面圧316kPaにおける厚み変化量=(Ta−Tc)/Ta
(Equation 1)
Amount of change in thickness at measured surface pressure of 189 kPa = (Ta-Tb) / Ta
(Equation 2)
Amount of change in thickness at measured surface pressure of 316 kPa = (Ta-Tc) / Ta

(式3)
測定面圧189kPaにおける厚み弾性率=189/{(Ta−Tb)/Ta}
(式4)
測定面圧316kPaにおける厚み弾性率=316/{(Ta−Tc)/Ta}
(Equation 3)
Thickness elastic modulus at measurement surface pressure of 189 kPa = 189 / {(Ta-Tb) / Ta}
(Equation 4)
Thickness elastic modulus at measurement surface pressure of 316 kPa = 316 / {(Ta-Tc) / Ta}

本発明において、各厚み弾性率を調節する方法として、例えば、不織布基材に無機粒子を担持させたセパレータを用い、不織布基材や無機粒子の種類、サイズ等、及び/あるいは製造工程を調整する方法が挙げられる。 In the present invention, as a method for adjusting each thickness elastic modulus, for example, a separator in which inorganic particles are supported on a non-woven fabric base material is used, and the type, size, etc. of the non-woven fabric base material and the inorganic particles, and / or the manufacturing process are adjusted. The method can be mentioned.

オレフィン樹脂を溶融延伸し製造するポリオレフィン多孔フィルムに対し、繊維の積層構造体である不織布基材は圧力に対する応答性が高く、比較的弱い圧力であっても容易に変形するため、電極の膨張収縮に対する追随性に優れる。また、吸液・保液性に優れる三次元多孔構造により、セパレータの圧縮・開放時に電解液が速やかに追随し、局所的な電解液不足が生じ難いため、電流密度の不均一による電極劣化を抑制可能である。一方で、不織布基材は一般的に孔径が大きく、Liデンドライトによる短絡を防止し難いため、単独ではセパレータとして機能し難い。不織布基材の孔径を調整し、且つ、セパレータの耐熱性を向上することで電池の安全性を向上させるため、不織布基材に無機粒子を担持させたセパレータが知られている。しかし、弾性率の高い無機粒子を担持することによって、セパレータ全体の弾性率も高くなってしまい、電極の膨張収縮に対する追随性が損なわれてしまっていた。本発明のセパレータによれば、電極の膨張収縮に対する追従性を有し、圧力による変形性が高いことから、本発明のセパレータを用いた電池がサイクル寿命に優れるという効果が得られる。また、生産性向上が期待できるセパレータが得られる。 Compared to the polyolefin porous film produced by melt-stretching an olefin resin, the non-woven fabric base material, which is a laminated structure of fibers, has high responsiveness to pressure and easily deforms even at a relatively weak pressure, so that the electrode expands and contracts. Excellent followability to. In addition, due to the three-dimensional porous structure with excellent liquid absorption and retention properties, the electrolytic solution quickly follows when the separator is compressed and released, and local electrolyte shortage is unlikely to occur. Therefore, electrode deterioration due to non-uniform current density is prevented. It can be suppressed. On the other hand, the non-woven fabric base material generally has a large pore diameter, and it is difficult to prevent a short circuit due to lidendrite, so that it is difficult to function as a separator by itself. In order to improve the safety of a battery by adjusting the pore size of the non-woven fabric base material and improving the heat resistance of the separator, a separator in which inorganic particles are supported on the non-woven fabric base material is known. However, by supporting the inorganic particles having a high elastic modulus, the elastic modulus of the entire separator is also increased, and the followability of the electrode to expansion and contraction is impaired. According to the separator of the present invention, the battery using the separator of the present invention has an effect of excellent cycle life because it has a followability to expansion and contraction of the electrode and is highly deformable by pressure. In addition, a separator that can be expected to improve productivity can be obtained.

不織布基材に無機粒子を担持させたセパレータの厚み弾性率を調節する方法を説明する。 A method of adjusting the thickness elastic modulus of a separator in which inorganic particles are supported on a non-woven fabric base material will be described.

1つ目の方法としては、不織布基材の繊維径を調節することが挙げられる。繊維径を細くすることで、不織布基材内の空隙が三次元的に分布しやすくなるため、局所的に弾性率が高い部分が発生することを抑制することが可能である。また、繊維径を細くすることで不織布基材の孔径が小さくなり、無機粒子が不織布基材内に入り込みにくくなるため、不織布基材内の空隙が維持され、圧力に対する高い応答性を維持することが可能である。また、不織布基材内のバインダ成分を減らすことで、空隙を増やすことも有効である。 The first method is to adjust the fiber diameter of the non-woven fabric base material. By reducing the fiber diameter, the voids in the non-woven fabric base material can be easily distributed three-dimensionally, so that it is possible to suppress the occurrence of a portion having a locally high elastic modulus. In addition, by reducing the fiber diameter, the pore size of the non-woven fabric base material becomes small, and it becomes difficult for inorganic particles to enter the non-woven fabric base material. Therefore, voids in the non-woven fabric base material are maintained, and high responsiveness to pressure is maintained. Is possible. It is also effective to increase the number of voids by reducing the binder component in the non-woven fabric base material.

2つ目の方法としては、不織布基材/無機粒子比率を調節することが挙げられる。圧力応答性の高い不織布基材比率を一定以上とすることで、セパレータ全体の厚み弾性率を低くすることが可能である。 The second method is to adjust the non-woven fabric base material / inorganic particle ratio. By setting the ratio of the non-woven fabric base material having high pressure response to a certain level or more, it is possible to reduce the thickness elastic modulus of the entire separator.

3つ目の方法としては、無機粒子の粒径を調節することが挙げられる。無機粒子の粒径を大きくすることで無機粒子が不織布基材の空隙に入り込みにくくなり、不織布基材内の空隙が維持される。また、粒子の一次構造、二次構造によっても、無機粒子の弾性率を調節し、セパレータの厚み弾性率を調節することが可能である。 The third method is to adjust the particle size of the inorganic particles. By increasing the particle size of the inorganic particles, it becomes difficult for the inorganic particles to enter the voids of the non-woven fabric base material, and the voids in the non-woven fabric base material are maintained. Further, the elastic modulus of the inorganic particles can be adjusted and the thickness elastic modulus of the separator can be adjusted by the primary structure and the secondary structure of the particles.

4つ目の方法としては、無機粒子の担持方法を調整することが挙げられる。無機粒子の不織布基材への浸透を抑制して担持することで、セパレータの厚み弾性率を低くすることが可能である。また、セパレータにカレンダーや熱プレスといった厚み調整処理を実施しないことでも、セパレータの厚み弾性率を低くすることが可能である。不織布基材の片面のみに無機粒子を担持させ、無機粒子を担持させる側の面のみ、無機粒子の不織布基材への浸透を抑制するために緻密な構成とし、不織布基材の反対側の面では、不織布基材の高い応答性を維持するために空隙の多い構造とし、不織布基材を傾斜構造とすることも有効である。 The fourth method is to adjust the method of supporting the inorganic particles. By suppressing the penetration of the inorganic particles into the non-woven fabric substrate and supporting the inorganic particles, it is possible to reduce the thickness elastic modulus of the separator. Further, it is possible to reduce the thickness elastic modulus of the separator by not performing a thickness adjusting process such as a calendar or a hot press on the separator. Inorganic particles are supported on only one side of the non-woven fabric base material, and only the side surface on which the inorganic particles are supported has a dense structure in order to suppress the penetration of the inorganic particles into the non-woven fabric base material, and the surface on the opposite side of the non-woven fabric base material. Then, in order to maintain the high responsiveness of the non-woven fabric base material, it is also effective to have a structure having many voids and to make the non-woven fabric base material an inclined structure.

これらの方法を適宜組み合わせることで、セパレータの厚み弾性率を調節することが可能である。 By appropriately combining these methods, it is possible to adjust the thickness elastic modulus of the separator.

本発明に係る、不織布基材に無機粒子を担持させたセパレータについて説明する。不織布基材の構成材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びそれらの誘導体、半芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルなどのポリエステル、ポリオレフィン、アクリル、ポリアセタール、ポリカーボネート、脂肪族ポリケトン、芳香族ポリケトン、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリ(パラフェニレンベンゾビスチアゾール)、ポリ(パラフェニレン−2,6−ベンゾビスオキサゾール)、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びポリ塩化ビニルなどの樹脂;セルロースなどが挙げられる。これらの繊維を単独で用いても、2種以上を併用していても構わない。耐熱性に優れるポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。構成繊維に対するバインダ繊維の比率は50質量%以下であることが、不織布基材の弾性率の観点から好ましい。 A separator in which inorganic particles are supported on a non-woven fabric substrate according to the present invention will be described. The constituent materials of the non-woven substrate include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and their derivatives, polyesters such as semi-aromatic polyester and total aromatic polyester, polyolefins, acrylics, polyacetals, polycarbonates, aliphatic polyketones, aromatic polyketones and fats. Group polyamide, semi-aromatic polyamide, polyimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polybenzoimidazole, polyether ether ketone, polyether sulfone, poly (paraphenylene benzobisthiazole), poly (paraphenylene-2,6-benzobisoxazole) ), Resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, polyurethane and polyvinyl chloride; cellulose and the like can be mentioned. These fibers may be used alone or in combination of two or more. Polyethylene terephthalate, which has excellent heat resistance, is particularly preferable. The ratio of the binder fiber to the constituent fiber is preferably 50% by mass or less from the viewpoint of the elastic modulus of the non-woven fabric base material.

バインダ繊維とは、バインダ繊維の軟化点又は溶融温度(融点)以上まで温度を上げる工程を基材の製造工程に組み入れることによって、バインダ繊維が軟化又は溶融し、不織布基材の機械的強度を向上させる繊維である。例えば、不織布基材を湿式抄造法で製造し、その後の乾燥工程でバインダ繊維を軟化又は溶融させることができる。また、不織布基材に対して熱カレンダー処理を施すことによって、バインダ繊維を軟化又は溶融させることができる。この温度を上げる工程において、軟化又は溶融せずに、または、軟化又は溶融し難く、不織布基材の骨格を形成し、不織布基材の形状を維持する繊維を主体繊維と言う。主体繊維とバインダ繊維は、温度を上げる工程における温度を考慮して、上記不織布基材の構成材料から適宜選択することができる。主体繊維とバインダ繊維の組み合わせとしては、例えば、延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)系繊維と未延伸PET系繊維の組み合わせ、PET系繊維とポリオレフィン系繊維の組み合わせ等が挙げられる。 Binder fiber is a process of raising the temperature above the softening point or melting temperature (melting point) of the binder fiber into the manufacturing process of the base material, so that the binder fiber is softened or melted and the mechanical strength of the non-woven fabric base material is improved. It is a fiber to make. For example, the non-woven fabric base material can be produced by a wet papermaking method, and the binder fibers can be softened or melted in a subsequent drying step. Further, the binder fiber can be softened or melted by subjecting the non-woven fabric base material to a thermal calendar treatment. In this step of raising the temperature, fibers that do not soften or melt, or are difficult to soften or melt, form the skeleton of the non-woven fabric base material, and maintain the shape of the non-woven fabric base material are called main fibers. The main fiber and the binder fiber can be appropriately selected from the constituent materials of the above-mentioned non-woven fabric base material in consideration of the temperature in the step of raising the temperature. Examples of the combination of the main fiber and the binder fiber include a combination of a drawn polyethylene terephthalate (PET) fiber and an undrawn PET fiber, a combination of a PET fiber and a polyolefin fiber, and the like.

不織布基材としては、例えば、スパンボンド法、メルトブロー法、乾式法、湿式法、エレクトロスピニング法などの方法によって製造した不織布基材を使用することができる。特に、湿式抄造法によって製造される湿式不織布であることが好ましい。湿式抄造法は、繊維を水に分散して均一な抄造用スラリーとし、この抄造スラリーを抄紙機で抄き上げて湿式不織布を製作する。 As the non-woven fabric base material, for example, a non-woven fabric base material produced by a method such as a spunbond method, a melt blow method, a dry method, a wet method, or an electrospinning method can be used. In particular, a wet non-woven fabric produced by a wet papermaking method is preferable. In the wet papermaking method, fibers are dispersed in water to form a uniform papermaking slurry, and the papermaking slurry is made by a paper machine to produce a wet non-woven fabric.

抄紙方式としては、例えば、長網、円網、傾斜ワイヤー式等を用いることができる。これらの抄紙方式から選ばれる1種の抄紙方式を有する抄紙機を使用しても良いし、同種又は異種の2種以上の抄紙方式がオンラインで設置されているコンビネーション抄紙機を使用しても良い。また、不織布基材が2層以上の多層構造の場合には、抄き合わせ法、流廷法等で製造することができる。抄き合わせ法とは、各々の抄紙方式で抄き上げた湿紙を積層する方法である。流廷法は、一方の層を形成した後に、該層の上に繊維を分散したスラリーを流延する方法である。流延法において、先に形成した一層は湿紙状態であっても良いし、乾燥状態であっても良い。このほかに、2枚以上の乾燥状態の層を熱融着させて、多層構造とすることもできる。 As the papermaking method, for example, a long net, a circular net, an inclined wire type or the like can be used. A paper machine having one type of papermaking method selected from these papermaking methods may be used, or a combination paper machine in which two or more types of papermaking methods of the same type or different types are installed online may be used. .. Further, when the non-woven fabric base material has a multi-layer structure of two or more layers, it can be manufactured by a laminating method, a court method, or the like. The papermaking method is a method of laminating wet papers made by each papermaking method. The court method is a method in which one layer is formed and then a slurry in which fibers are dispersed is spread on the layer. In the casting method, the previously formed layer may be in a wet paper state or in a dry state. In addition, two or more layers in a dry state can be heat-sealed to form a multi-layer structure.

抄造用スラリーには、繊維のほかに必要に応じて、分散剤、増粘剤、消泡剤などを適宜添加することができ、0.001〜5質量%程度の固形分濃度に抄造用スラリーを調成する。この抄造用スラリーをさらに所定濃度に希釈して抄紙し、乾燥する。湿式不織布を製造する工程において、必要に応じて水流交絡処理を施しても良い。 In addition to the fibers, a dispersant, a thickener, an antifoaming agent, etc. can be appropriately added to the papermaking slurry, and the papermaking slurry has a solid content concentration of about 0.001 to 5% by mass. To tune. This papermaking slurry is further diluted to a predetermined concentration, papermaking is performed, and the paper is dried. In the step of manufacturing the wet non-woven fabric, water flow entanglement treatment may be performed if necessary.

湿式不織布には、必要に応じて、カレンダー処理、熱カレンダー処理、熱処理などが施される。不織布基材の表層でバインダ繊維を溶融して一部被膜化することによって、無機粒子の不織布基材への浸透を抑制することができるため、不織布基材には熱カレンダー処理が施されることが好ましい。また、この場合、熱カレンダー温度は、バインダ繊維の溶融程度の観点から、170℃以上であることが好ましい。また、必要以上に被膜化することによってセパレータの内部抵抗が上昇することを抑制するため、熱カレンダー温度は、230℃以下であることが好ましい。 The wet non-woven fabric is subjected to calendar treatment, thermal calendar treatment, heat treatment and the like, if necessary. By melting the binder fibers on the surface layer of the non-woven fabric base material to partially form a film, it is possible to suppress the penetration of inorganic particles into the non-woven fabric base material. Therefore, the non-woven fabric base material is subjected to thermal calendar treatment. Is preferable. Further, in this case, the thermal calendar temperature is preferably 170 ° C. or higher from the viewpoint of the degree of melting of the binder fiber. Further, the thermal calendar temperature is preferably 230 ° C. or lower in order to suppress an increase in the internal resistance of the separator due to the film formation more than necessary.

不織布基材の構成繊維の繊維径としては0.6dtex以下が好ましく、より好ましくは0.3dtex以下、さらに好ましくは0.2dtex以下である。繊維径が細いことで、不織布基材内の空隙が三次元的に分布しやすくなり、セパレータの厚み弾性率を小さくしやすくなる。一方で、不織布基材の生産性の観点から繊維径は0.02dtex以上であることが好ましい。 The fiber diameter of the constituent fibers of the non-woven fabric base material is preferably 0.6 dtex or less, more preferably 0.3 dtex or less, and further preferably 0.2 dtex or less. When the fiber diameter is small, the voids in the non-woven fabric base material are easily distributed three-dimensionally, and the thickness elastic modulus of the separator is easily reduced. On the other hand, from the viewpoint of productivity of the non-woven fabric base material, the fiber diameter is preferably 0.02 dtex or more.

不織布基材の目付は、好ましくは4〜30g/mであり、より好ましくは5〜20g/mである。目付が4g/m以上であることで、不織布基材としての均一性を得やすくなり、また、30g/m以下であることで、リチウムイオン電池用セパレータに適した厚みとなる。なお、目付はJIS P 8124:2011に規定された方法に基づく坪量を意味する。 The basis weight of the non-woven fabric base material is preferably 4 to 30 g / m 2 , and more preferably 5 to 20 g / m 2 . When the basis weight is 4 g / m 2 or more, it becomes easy to obtain uniformity as a non-woven fabric base material, and when it is 30 g / m 2 or less, the thickness is suitable for a separator for a lithium ion battery. The basis weight means the basis weight based on the method specified in JIS P 8124: 2011.

無機粒子としては、カオリン、焼成カオリン、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、二酸化チタン、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、非晶質シリカ、ケイ酸カルシウムなどが挙げられる。これらを単独で用いても、2種以上併用して用いてもよい。なかでも熱安定性の点から、アルミナ、ベーマイト又は水酸化マグネシウムが好ましく用いられる。無機粒子は1種のみを使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。また、セパレータの厚み弾性率を小さくするために、セパレータに含有される無機粒子は、セパレータの全固形分中の70質量%以下であるのが好ましく、より好ましくは、60質量%以下である。セパレータの短絡耐性の観点から、30質量%以上であることが好ましい。 Inorganic particles include kaolin, calcined kaolin, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, magnesium carbonate, zinc oxide, alumina, boehmite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, titanium dioxide, barium sulfate, zinc sulfate, amorphous silica. , Calcium silicate and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, alumina, boehmite or magnesium hydroxide is preferably used from the viewpoint of thermal stability. Only one kind of inorganic particles may be used, or two or more kinds may be used in combination. Further, in order to reduce the thickness elastic modulus of the separator, the amount of inorganic particles contained in the separator is preferably 70% by mass or less, and more preferably 60% by mass or less in the total solid content of the separator. From the viewpoint of short-circuit resistance of the separator, it is preferably 30% by mass or more.

無機粒子の粒径としては0.1〜10μmが好ましく用いられ、より好ましくは0.3〜7.5μmである。粒径0.1μm以上とすることで、無機粒子を不織布基材に担持させる際に無機粒子が不織布基材内に浸透し難くなり、また、粒径10μm以下とすることでセパレータとして適当な厚みを維持することが可能である。なお、ここで言う粒径とはレーザー回折散乱法により測定されるメジアン径(D50)を指す。 The particle size of the inorganic particles is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.3 to 7.5 μm. When the particle size is 0.1 μm or more, it becomes difficult for the inorganic particles to penetrate into the non-woven fabric base material when the inorganic particles are supported on the non-woven fabric base material, and when the particle size is 10 μm or less, the thickness is suitable as a separator. It is possible to maintain. The particle size referred to here refers to the median diameter (D50) measured by the laser diffraction / scattering method.

無機粒子が不織布基材に担持される際に、バインダを使用してもよい。バインダとしては、有機高分子が好ましく用いられる。具体例としては、例えばスチレン/ブタジエン共重合体、アクリロニトリル/ブタジエン共重合体、アクリル酸メチル/ブタジエン共重合体、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン三元共重合体、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル/アクリル酸エステル共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、スチレン/アクリル酸エステル共重合体、ポリウレタン等の有機高分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの有機高分子は、ラテックス状であることが好ましい。本発明においては、セパレータのハイレート特性及び無機粒子の担持性の点から、無機粒子とバインダの総量に対するバインダ量は、固形分基準で2〜15質量%とするのが好ましい。 A binder may be used when the inorganic particles are supported on the non-woven fabric substrate. As the binder, an organic polymer is preferably used. Specific examples include, for example, styrene / butadiene copolymer, acrylonitrile / butadiene copolymer, methyl acrylate / butadiene copolymer, acrylonitrile / butadiene / styrene ternary copolymer, polyvinyl acetate, vinyl acetate / acrylic acid ester. Examples thereof include, but are not limited to, copolymers, ethylene / vinyl acetate copolymers, polyacrylic acid esters, styrene / acrylic acid ester copolymers, and organic polymers such as polyurethane. These organic polymers are preferably in the form of latex. In the present invention, the amount of the binder with respect to the total amount of the inorganic particles and the binder is preferably 2 to 15% by mass based on the solid content, from the viewpoint of the high rate characteristics of the separator and the supportability of the inorganic particles.

発明の効果を損ねない範囲で、無機粒子が不織布基材に担持される際に、分散剤、濡れ剤、増粘剤等の各種添加剤を用いることができる。 Various additives such as a dispersant, a wetting agent, and a thickener can be used when the inorganic particles are supported on the non-woven fabric base material as long as the effects of the present invention are not impaired.

無機粒子が不織布基材に担持される方法に特に制限はない。例えば、エアドクターコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、ロッドコーター、スクイズコーター、含浸コーター、グラビアコーター、キスロールコーター、ダイコーター、リバースロールコーター、トランスファーロールコーター、スプレーコーター等により、無機粒子を含む塗液を塗工し、乾燥することにより、無機粒子を不織布基材に担持させることができる。 There is no particular limitation on the method in which the inorganic particles are supported on the non-woven fabric substrate. For example, a coating liquid containing inorganic particles by an air doctor coater, a blade coater, a knife coater, a rod coater, a squeeze coater, an impregnation coater, a gravure coater, a kiss roll coater, a die coater, a reverse roll coater, a transfer roll coater, a spray coater, or the like. Inorganic particles can be supported on the non-woven fabric base material by coating and drying.

無機粒子とバインダの塗工量(絶乾塗工量)としては、5〜30g/mが好ましく、さらに好ましくは10〜20g/mである。塗工量が5g/m以上であることで、不織布基材表面を十分に被覆しやすくなり、微小短絡を防止しやすくなる。また、塗工量が30g/m以下であることで、セパレータの厚み上昇を抑えやすくなる。 The coating amount (absolute dry coating amount) of the inorganic particles and the binder is preferably 5 to 30 g / m 2 , and more preferably 10 to 20 g / m 2 . When the coating amount is 5 g / m 2 or more, it becomes easy to sufficiently cover the surface of the non-woven fabric base material, and it becomes easy to prevent minute short circuits. Further, when the coating amount is 30 g / m 2 or less, it becomes easy to suppress an increase in the thickness of the separator.

本発明のリチウムイオン電池用セパレータにおいて、セパレータの坪量は10〜50g/mが好ましく、より好ましくは17〜40g/mである。また、セパレータの厚みは10〜50μmが好ましく、より好ましくは15〜40μmである。セパレータの密度としては0.4〜1.2g/cmが好ましく、より好ましくは0.5〜1.0g/cmである。なお、坪量はJIS P 8124:2011に規定された方法に基づく坪量を意味する。また、密度は坪量を厚みで除した値である。本段落における厚みは、JIS B 7502:2016に規定された外側マイクロメーターにより測定された値を意味し、測定面圧189kPaにおいて測定した厚みである。 In the separator for a lithium ion battery of the present invention, the basis weight of the separator is preferably 10 to 50 g / m 2 , and more preferably 17 to 40 g / m 2 . The thickness of the separator is preferably 10 to 50 μm, more preferably 15 to 40 μm. The density of the separator is preferably 0.4 to 1.2 g / cm 3 , and more preferably 0.5 to 1.0 g / cm 3 . The basis weight means the basis weight based on the method specified in JIS P 8124: 2011. The density is a value obtained by dividing the basis weight by the thickness. The thickness in this paragraph means a value measured by an outer micrometer specified in JIS B 7502: 2016, and is a thickness measured at a measurement surface pressure of 189 kPa.

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例において、%及び部は、特にことわりのない限り、すべて質量基準である。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples,% and parts are all based on mass unless otherwise specified.

[抄造用スラリーの調成]
繊維を混合し、パルパーによって水中で離解させ、アジテーターによって撹拌し、濃度1%の均一な抄造用スラリーを調成した。
[Preparation of papermaking slurry]
The fibers were mixed, dissociated in water with a pulper and stirred with an agitator to prepare a uniform papermaking slurry with a concentration of 1%.

抄造用スラリーa
繊度0.3dtex(平均繊維径5.4μm)、繊維長3mmの延伸PET系短繊維 70部
繊度0.2dtex(平均繊維径4.3μm)、繊維長3mmの単一成分型バインダ用PET系短繊維(未延伸繊維、軟化点120℃、融点230℃) 30部
Papermaking slurry a
Fineness 0.3 dtex (average fiber diameter 5.4 μm), fiber length 3 mm drawn PET short fiber 70 parts Fineness 0.2 dtex (average fiber diameter 4.3 μm), fiber length 3 mm PET type short for single component type binder 30 parts of fiber (unstretched fiber, softening point 120 ° C, melting point 230 ° C)

抄造用スラリーb
繊度0.06dtex(平均繊維径2.4μm)、繊維長3mmの延伸PET系短繊維 60部
繊度0.2dtex(平均繊維径4.3μm)、繊維長3mmの単一成分型バインダ用PET系短繊維(未延伸繊維、軟化点120℃、融点230℃) 40部
Papermaking slurry b
Fineness 0.06 dtex (average fiber diameter 2.4 μm), fiber length 3 mm drawn PET short fiber 60 parts Fineness 0.2 dtex (average fiber diameter 4.3 μm), fiber length 3 mm PET type short for single component type binder 40 parts of fiber (undrawn fiber, softening point 120 ° C, melting point 230 ° C)

抄造用スラリーc
繊度0.06dtex(平均繊維径2.4μm)、繊維長3mmの延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)系短繊維 50部
繊度0.2dtex(平均繊維径4.3μm)、繊維長3mmの単一成分型バインダ用PET系短繊維(未延伸繊維、軟化点120℃、融点230℃) 50部
Papermaking slurry c
Fineness 0.06 dtex (average fiber diameter 2.4 μm), fiber length 3 mm drawn polyethylene terephthalate (PET) type short fiber 50 parts Fineness 0.2 dtex (average fiber diameter 4.3 μm), fiber length 3 mm single component type binder 50 parts of PET-based short fibers (undrawn fibers, softening point 120 ° C, melting point 230 ° C)

[不織布基材Aの製造]
傾斜ワイヤー型抄紙機を用い、この抄造用スラリーaを湿式抄造法で抄き上げ、130℃のシリンダードライヤーによって、バインダ用PET系短繊維を接着させて不織布強度を発現させ、目付10g/mの不織布とした。さらに、この不織布に、誘電発熱ジャケットロール(金属製熱ロール)及び弾性ロールからなる1ニップ式熱カレンダーを使用して、熱ロール温度200℃、線圧100kN/m、処理速度60m/分の条件で熱カレンダー処理を施し、厚み18μmの不織布基材Aを製造した。
[Manufacturing of non-woven fabric base material A]
Using an inclined wire type paper machine, this slurry a for papermaking is made by a wet papermaking method, and PET-based short fibers for binder are adhered by a cylinder dryer at 130 ° C. to develop the strength of the non-woven fabric, and the grain size is 10 g / m 2. It was made into a non-woven fabric. Further, using a 1-nip type thermal calendar composed of a dielectric heating jacket roll (metal thermal roll) and an elastic roll on this non-woven fabric, the conditions are that the thermal roll temperature is 200 ° C., the linear pressure is 100 kN / m, and the processing speed is 60 m / min. The non-woven fabric base material A having a thickness of 18 μm was produced by subjecting it to a thermal calendar treatment.

[不織布基材Bの製造]
傾斜ワイヤー型抄紙機を用い、抄造用スラリーbを抄き上げ、130℃のシリンダードライヤーによって、バインダ用PET系短繊維を接着させて不織布強度を発現させ、目付10g/mの不織布とした。さらに、この不織布に、誘電発熱ジャケットロール(金属製熱ロール)及び弾性ロールからなる1ニップ式熱カレンダーを使用して、熱ロール温度200℃、線圧100kN/m、処理速度60m/分の条件で熱カレンダー処理を施し、厚み15μmの不織布基材Bを製造した。
[Manufacturing of non-woven fabric base material B]
The slurry b for making was made using an inclined wire type paper machine, and PET-based short fibers for binder were adhered with a cylinder dryer at 130 ° C. to develop the strength of the non-woven fabric to obtain a non-woven fabric having a mesh size of 10 g / m 2 . Further, using a 1-nip type thermal calendar composed of a dielectric heating jacket roll (metal thermal roll) and an elastic roll on this non-woven fabric, the conditions are that the thermal roll temperature is 200 ° C., the linear pressure is 100 kN / m, and the processing speed is 60 m / min. The non-woven fabric base material B having a thickness of 15 μm was produced by subjecting it to a thermal calendar treatment.

[不織布基材Cの製造]
傾斜ワイヤーと円網とのコンビネーションマシンを用いて、抄造用スラリーbを傾斜ワイヤー方式で、抄造用スラリーaを円網方式で、各層5g/mにて抄き上げた湿紙を抄き合わせ法によって積層し、130℃のシリンダードライヤーによって、バインダ用PET系短繊維を接着させて不織布強度を発現させ、目付10g/mの不織布とした。さらに、この不織布に、誘電発熱ジャケットロール(金属製熱ロール)及び弾性ロールからなる1ニップ式熱カレンダーを使用して、熱ロール温度200℃、線圧100kN/m、処理速度60m/分の条件で熱カレンダー処理を施し、厚み17μmの不織布基材Cを製造した。
[Manufacturing of non-woven fabric base material C]
Using a combination machine of inclined wire and circular net, the slurry b for papermaking is made by the inclined wire method, and the slurry a for making is made by the circular net method, and the wet papers made at 5 g / m 2 in each layer are made together. The non-woven fabric was laminated by the method, and PET-based short fibers for binder were adhered with a cylinder dryer at 130 ° C. to develop the strength of the non-woven fabric to obtain a non-woven fabric having a grain size of 10 g / m 2 . Further, using a 1-nip type thermal calendar composed of a dielectric heating jacket roll (metal thermal roll) and an elastic roll on this non-woven fabric, the conditions are that the thermal roll temperature is 200 ° C., the linear pressure is 100 kN / m, and the processing speed is 60 m / min. The non-woven fabric base material C having a thickness of 17 μm was produced by subjecting it to a thermal calendar treatment.

[不織布基材Dの製造]
傾斜ワイヤーと円網とのコンビネーションマシンを用いて、抄造用スラリーcを傾斜ワイヤー方式で、抄造用スラリーbを円網方式で、各層5g/mにて抄き上げた湿紙を抄き合わせ法によって積層し、130℃のシリンダードライヤーによって、バインダ用PET系短繊維を接着させて不織布強度を発現させ、目付10g/mの不織布とした。さらに、この不織布に、誘電発熱ジャケットロール(金属製熱ロール)及び弾性ロールからなる1ニップ式熱カレンダーを使用して、熱ロール温度200℃、線圧100kN/m、処理速度60m/分の条件で熱カレンダー処理を施し、厚み14μmの不織布基材Dを製造した。
[Manufacturing of non-woven fabric base material D]
Using a combination machine of inclined wire and circular net, the slurry c for papermaking is made by the inclined wire method, and the slurry b for making is made by the circular net method, and the wet papers made at 5 g / m 2 in each layer are made together. The non-woven fabric was laminated by the method, and PET-based short fibers for binder were adhered with a cylinder dryer at 130 ° C. to develop the strength of the non-woven fabric to obtain a non-woven fabric having a grain size of 10 g / m 2 . Further, using a 1-nip type thermal calendar composed of a dielectric heating jacket roll (metal thermal roll) and an elastic roll on this non-woven fabric, the conditions are that the thermal roll temperature is 200 ° C., the linear pressure is 100 kN / m, and the processing speed is 60 m / min. A non-woven fabric base material D having a thickness of 14 μm was produced by subjecting it to a thermal calendar treatment.

塗液αの調製
無機粒子として、粒径0.7μmの水酸化マグネシウム100部を、その1%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.3%水溶液120部に分散し、よく撹拌して水酸化マグネシウム分散液を作製した。次いで、その1%水溶液の25℃における粘度が7000mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.5%水溶液3000部を混合、撹拌し、さらに、バインダとして45%のスチレン/ブタジエン共重合体のラテックス高分子12部を混合、撹拌して、塗液αを調製した。
Preparation of coating liquid α As inorganic particles, 100 parts of magnesium hydroxide having a particle size of 0.7 μm was dispersed in 120 parts of a 0.3% aqueous solution of carboxymethyl cellulose sodium salt having a viscosity of 200 mPa · s at 25 ° C. of the 1% aqueous solution. , Stir well to prepare a magnesium hydroxide dispersion. Next, 3000 parts of a 0.5% aqueous solution of carboxymethyl cellulose sodium salt having a viscosity of 7,000 mPa · s at 25 ° C. of the 1% aqueous solution was mixed and stirred, and a latex polymer of a 45% styrene / butadiene copolymer as a binder was further mixed and stirred. Twelve parts were mixed and stirred to prepare a coating solution α.

塗液βの調製
無機粒子として、粒径0.7μmの水酸化マグネシウム100部の代わりに、粒径3.0μmの水酸化マグネシウム100部を用いた以外は、塗液αと同様にして、塗液βを調製した。
Preparation of coating liquid β The coating is applied in the same manner as the coating liquid α, except that 100 parts of magnesium hydroxide having a particle size of 3.0 μm is used instead of 100 parts of magnesium hydroxide having a particle size of 0.7 μm as the inorganic particles. Liquid β was prepared.

塗液γの調製
無機粒子として、粒径0.7μmの水酸化マグネシウム100部の代わりに、粒径0.7μmの一次粒子が凝集してなる平均粒径2.3μmのベーマイトの二次粒子を用いた以外は、塗液αと同様にして、塗液γを調製した。
Preparation of coating liquid γ As inorganic particles, instead of 100 parts of magnesium hydroxide having a particle size of 0.7 μm, secondary particles of boehmite having an average particle size of 2.3 μm formed by aggregating primary particles having a particle size of 0.7 μm are used. A coating liquid γ was prepared in the same manner as the coating liquid α except that it was used.

塗液δの作製
その1%水溶液の25℃における粘度が7000mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.5%水溶液を60部とした以外は、塗液αと同様にして、塗液δを作製した。
Preparation of Coating Solution δ A coating solution δ was prepared in the same manner as the coating solution α, except that 60 parts of a 0.5% aqueous solution of carboxymethyl cellulose sodium salt having a viscosity of 7,000 mPa · s at 25 ° C. of the 1% aqueous solution was used. ..

[セパレータの製造]
実施例1
不織布基材A上に、塗液αを絶乾塗工量が12g/mとなるようにグラビアコーターを用いて、塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は6.3MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は9.6MPaであった。
[Manufacturing of separator]
Example 1
A separator was produced by coating and drying the coating liquid α on the non-woven fabric base material A using a gravure coater so that the absolute dry coating amount was 12 g / m 2 . The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 6.3 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 9.6 MPa.

実施例2
厚み25μmのPETフィルム上に塗液αを絶乾塗工量が12g/mとなるように、グラビアコーターを用いて塗工し、その後、不織布基材Aを塗工面に貼り合わせてそのまま乾燥させ、乾燥後PETフィルムを剥離し、セパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は5.9MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は7.5MPaであった。
Example 2
A coating liquid α is applied onto a PET film having a thickness of 25 μm using a gravure coater so that the absolute dry coating amount is 12 g / m 2, and then the non-woven fabric base material A is attached to the coated surface and dried as it is. After drying, the PET film was peeled off to produce a separator. The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 5.9 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 7.5 MPa.

実施例3
不織布基材Cの抄造用スラリーbから製造した層側に、塗液αを絶乾塗工量が12g/mとなるようにグラビアコーターを用いて、塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は5.4MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は6.9MPaであった。
Example 3
A separator was produced by coating and drying the coating liquid α on the layer side of the non-woven fabric base material C produced from the papermaking slurry b using a gravure coater so that the absolute dry coating amount was 12 g / m 2 . .. The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 5.4 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 6.9 MPa.

実施例4
不織布基材B上に、塗液βを絶乾塗工量が5g/mとなるようにグラビアコーターを用いて塗工、乾燥した後、さらに同じ塗工面に塗液αを絶乾塗工量が7g/mとなるようにグラビアコーターを用いて塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は4.7MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は5.3MPaであった。
Example 4
On the non-woven fabric base material B, the coating liquid β is applied by using a gravure coater so that the amount of the coating liquid β is 5 g / m 2, and after drying, the coating liquid α is further applied by absolute dry coating on the same coated surface. A separator was produced by coating and drying with a gravure coater so that the amount was 7 g / m 2 . The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 4.7 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 5.3 MPa.

実施例5
不織布基材B上に、塗液γを絶乾塗工量が5g/mとなるようにグラビアコーターを用いて塗工、乾燥した後、さらに同じ塗工面に塗液γを絶乾塗工量が7g/mとなるようにグラビアコーターを用いて塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は4.2MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は4.2MPaであった。
Example 5
The coating liquid γ is applied on the non-woven fabric base material B using a gravure coater so that the amount of the coating liquid γ is 5 g / m 2, and after drying, the coating liquid γ is further applied on the same coating surface by absolute dry coating. A separator was produced by coating and drying with a gravure coater so that the amount was 7 g / m 2 . The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 4.2 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 4.2 MPa.

実施例6
不織布基材Dの抄造用スラリーcから製造した層側に、塗液γを絶乾塗工量が5g/mとなるようにグラビアコーターを用いて塗工、乾燥した後、さらに同じ塗工面に塗液γを絶乾塗工量が7g/mとなるようにグラビアコーターを用いて塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は4.0MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は4.2MPaであった。
Example 6
A coating liquid γ is applied to the layer side of the non-woven fabric base material D produced from the papermaking slurry c using a gravure coater so that the absolute dry coating amount is 5 g / m 2, and after drying, the same coated surface is further applied. The coating liquid γ was applied and dried using a gravure coater so that the absolute dry coating amount was 7 g / m 2 to produce a separator. The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 4.0 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 4.2 MPa.

比較例1
密度0.96g/cmの高密度ポリエチレン40部及び流動パラフィン60部を二軸押出機に投入し200℃で溶融混練した。溶融物を冷却固化した後、金属板に挟み、200℃の熱プレス機にて圧縮し、厚み1mmのシートを得た。二軸延伸機を用いて120℃で7×7倍に得られたシートを延伸後、塩化メチレン中に浸漬して流動パラフィンを除去し、その後乾燥して、ポリオレフィン多孔フィルムFからなるセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は9.4MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は14.4MPaであった。
Comparative Example 1
40 parts of high-density polyethylene and 60 parts of liquid paraffin having a density of 0.96 g / cm 3 were put into a twin-screw extruder and melt-kneaded at 200 ° C. After the melt was cooled and solidified, it was sandwiched between metal plates and compressed with a hot press at 200 ° C. to obtain a sheet having a thickness of 1 mm. A sheet obtained 7 × 7 times at 120 ° C. was stretched using a biaxial stretching machine, then immersed in methylene chloride to remove liquid paraffin, and then dried to produce a separator made of a polyolefin porous film F. did. The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 9.4 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 14.4 MPa.

比較例2
ポリオレフィン多孔フィルムF上に、塗液αを絶乾塗工量が3.5g/mとなるように塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は7.6MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は10.5MPaであった。
Comparative Example 2
A separator was produced by applying the coating liquid α on the polyolefin porous film F so that the absolute dry coating amount was 3.5 g / m 2 and drying. The thickness elastic modulus of the separator at the measured surface pressure of 189 kPa was 7.6 MPa, and the thickness elastic modulus at the measured surface pressure of 316 kPa was 10.5 MPa.

比較例3
不織布基材A上に、塗液δを絶乾塗工量が12g/mとなるように含浸コーターを用いて、塗工、乾燥してセパレータを製造した。セパレータの測定面圧189kPaにおける厚み弾性率は7.0MPa、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率は10.2MPaであった。
Comparative Example 3
A separator was produced by coating and drying the coating liquid δ on the non-woven fabric base material A using an impregnating coater so that the absolute dry coating amount was 12 g / m 2 . The thickness elastic modulus of the separator at the measurement surface pressure of 189 kPa was 7.0 MPa, and the thickness elasticity at the measurement surface pressure of 316 kPa was 10.2 MPa.

<評価>
[電極箔/セパレータ積層体の厚み変化]
各セパレータから50mm×50mmのサンプル10枚を切り出し、同サイズの銅箔11枚と交互に積層して積層体を作製した。マイクロメーターで該積層体の厚みを測定した。測定面圧63kPaにおける厚みをTd、測定面圧189kPaにおける厚みをTe、測定面圧316kPaにおける厚みをTfとし、測定面圧63kPaにおける厚みからの各測定面圧での厚み変化率を下式によって算出した。該積層体は、電極とセパレータの積層体を模したものであり、電池外装材挿入前の電極とセパレータの積層体に圧力を掛けた際の厚み変化を模式的に示している。
<Evaluation>
[Change in thickness of electrode foil / separator laminate]
Ten samples of 50 mm × 50 mm were cut out from each separator and laminated alternately with 11 copper foils of the same size to prepare a laminated body. The thickness of the laminate was measured with a micrometer. The thickness at a measurement surface pressure of 63 kPa is Td, the thickness at a measurement surface pressure of 189 kPa is Te, the thickness at a measurement surface pressure of 316 kPa is Tf, and the thickness change rate at each measurement surface pressure from the thickness at a measurement surface pressure of 63 kPa is calculated by the following formula. did. The laminated body imitates a laminated body of an electrode and a separator, and schematically shows a change in thickness when pressure is applied to the laminated body of the electrode and the separator before inserting the battery exterior material.

(式5)
測定面圧189kPaにおける積層体の厚み変化率=(1−Te/Td)×100[%]
(式6)
測定面圧316kPaにおける積層体の厚み変化率=(1−Tf/Td)×100[%]
(Equation 5)
Rate of change in thickness of laminated body at measurement surface pressure of 189 kPa = (1-Te / Td) x 100 [%]
(Equation 6)
Rate of change in thickness of laminated body at measurement surface pressure of 316 kPa = (1-Tf / Td) x 100 [%]

[サイクル寿命]
各セパレータを用い、正極活物質がLiNi0.5Mn0.3Co0.2、負極活物質が人造黒鉛、電解液がリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF)のエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの1/1/1(容量比)混合溶媒溶液(1mol/L)である設計容量が100mAhのラミネート型リチウムイオン電池を作製した。
[Cycle life]
Using each separator, the positive electrode active material is LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , the negative electrode active material is artificial graphite, and the electrolytic solution is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) ethylene carbonate and diethyl carbonate. A laminated lithium-ion battery having a design capacity of 100 mAh, which is a 1/1/1 (volume ratio) mixed solvent solution (1 mol / L) of dimethyl carbonate, was prepared.

その後、作製した各リチウムイオン電池について、室温条件下で、100mA定電流充電→4.2V定電圧充電→充電電流10mAになったら100mAで定電流放電→2.8Vになったら次のサイクルのシーケンスにて、500サイクルの充放電を行い、[1−(500サイクル目の放電容量/4サイクル目の放電容量)]×100(%)として容量低下率を求めた。評価は以下に従った。 After that, for each of the manufactured lithium-ion batteries, under room temperature conditions, 100 mA constant current charge → 4.2 V constant voltage charge → 100 mA constant current discharge when the charge current reaches 10 mA → the next cycle sequence when the charge current reaches 2.8 V. The charge and discharge were performed for 500 cycles, and the capacity reduction rate was determined as [1- (discharge capacity at the 500th cycle / discharge capacity at the 4th cycle)] × 100 (%). The evaluation was as follows.

◎(Excellent):容量低下率が10%未満。
○(Good):容量低下率が10%以上15%未満である。
△(Average):容量低下率が15%以上25%未満である。長期使用時に容量が低下する懸念がある。
×(Poor):容量低下率が25%以上である。比較的短期での容量低下が懸念される。
◎ (Excellent): Capacity reduction rate is less than 10%.
◯ (Good): The capacity reduction rate is 10% or more and less than 15%.
Δ (Average): The volume reduction rate is 15% or more and less than 25%. There is a concern that the capacity will decrease during long-term use.
X (Poor): The capacity reduction rate is 25% or more. There is concern that the capacity will decrease in a relatively short period of time.

Figure 2020161473
Figure 2020161473

表1から明らかなように、比較例1〜3のセパレータと比較して、実施例1〜6のセパレータは、銅箔と積層した際における圧力に応じた厚み変化率が大きい。厚み変化率が大きいほど、電極とセパレータの積層体の厚みが圧力次第で調整容易なことを示しており、積層体製造時の圧力調整次第で、電池の外装缶・パックに積層体を収めやすくなることが期待できる。その結果、セパレータを製造する時に厚み制御の自由度(許容範囲)が広くなり、生産性向上が期待できる。また、実施例1〜6のセパレータを用いたリチウムイオン電池は、サイクル寿命に優れていた。 As is clear from Table 1, the separators of Examples 1 to 6 have a larger rate of change in thickness depending on the pressure when laminated with the copper foil, as compared with the separators of Comparative Examples 1 to 3. The larger the rate of change in thickness, the easier it is to adjust the thickness of the laminate of electrodes and separators depending on the pressure. Depending on the pressure adjustment during manufacturing of the laminate, it is easier to fit the laminate in the outer can / pack of the battery. Can be expected to be. As a result, the degree of freedom (allowable range) of thickness control is widened when the separator is manufactured, and productivity improvement can be expected. Further, the lithium ion batteries using the separators of Examples 1 to 6 were excellent in cycle life.

実施例1〜6の比較から、測定面圧316kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として7.0MPa以下である場合、厚み変化率がより大きいため、好ましく、さらに、6.0MPa以下である場合、厚み変化率がさらに大きく、サイクル寿命もより優れている。 From the comparison of Examples 1 to 6, when the thickness elastic modulus at the measurement surface pressure of 316 kPa is 7.0 MPa or less based on the measurement surface pressure of 63 kPa, the thickness change rate is larger, which is preferable, and further, 6.0 MPa or less. In the case of, the thickness change rate is further large, and the cycle life is also excellent.

本発明のリチウムイオン電池用セパレータは、リチウムイオン電池用途以外にも、リチウムイオンポリマー電池、リチウムイオンキャパシター等にも利用でき、さらに、リチウム以外の金属を用いた金属イオン電池、金属イオンポリマー電池、金属イオンキャパシター等にも利用できる。 The separator for a lithium ion battery of the present invention can be used not only for lithium ion battery applications but also for lithium ion polymer batteries, lithium ion capacitors and the like, and further, metal ion batteries and metal ion polymer batteries using metals other than lithium. It can also be used for metal ion capacitors and the like.

Claims (4)

測定面圧189kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として6.3MPa以下であることを特徴とするリチウムイオン電池用セパレータ。 A separator for a lithium ion battery, wherein the thickness elastic modulus at a measurement surface pressure of 189 kPa is 6.3 MPa or less based on a measurement surface pressure of 63 kPa. 測定面圧316kPaにおける厚み弾性率が、測定面圧63kPaを基準として7.0MPa以下であることを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池用セパレータ。 The separator for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the thickness elastic modulus at a measurement surface pressure of 316 kPa is 7.0 MPa or less based on a measurement surface pressure of 63 kPa. リチウムイオン電池用セパレータが、無機粒子が担持されている不織布基材である請求項1又は2記載のリチウムイオン電池用セパレータ。 The separator for a lithium ion battery according to claim 1 or 2, wherein the separator for a lithium ion battery is a non-woven fabric base material on which inorganic particles are supported. 不織布基材の片面のみに無機粒子が担持されている請求項3記載のリチウムイオン電池用セパレータ。 The separator for a lithium ion battery according to claim 3, wherein the inorganic particles are supported on only one side of the non-woven fabric base material.
JP2020023553A 2019-03-20 2020-02-14 Separator for lithium-ion battery Pending JP2020161473A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/011320 WO2020189597A1 (en) 2019-03-20 2020-03-16 Separator for lithium ion batteries

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019053127 2019-03-20
JP2019053127 2019-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020161473A true JP2020161473A (en) 2020-10-01

Family

ID=72643636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020023553A Pending JP2020161473A (en) 2019-03-20 2020-02-14 Separator for lithium-ion battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020161473A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6630811B2 (en) Separator and electrochemical device including the same
JP5225173B2 (en) Separator for lithium ion secondary battery
KR102190068B1 (en) Polyolefin porous film, separator for batteries which is manufactured using said porous film, and methods respectively for manufacturing said porous film and said separator
JP2021511637A (en) Improved coated separators, lithium batteries and related methods
JP6292625B2 (en) Lithium ion battery separator
JP6576358B2 (en) Separator manufacturing method, separator formed by the method, and electrochemical device including the same
CN108352480A (en) Improved laminated multilayer film, partition board, battery and method
JP2011035373A (en) Separator for power storage device
KR102208408B1 (en) Separator for energy storage device, and laminated body, roll and secondary battery using the same
WO2019235112A1 (en) Multilayer separator
KR20200050439A (en) Separator and electrochemical device containing the same
JP6316879B2 (en) Power storage device separator, power storage device, lithium ion secondary battery, and copolymer
JP2015138768A (en) Laminate, power storage device, and lithium ion secondary battery
JP6016757B2 (en) Power storage device separator, power storage device, lithium ion secondary battery, and copolymer
JP5841510B2 (en) Metal ion secondary battery separator coating liquid and metal ion secondary battery separator
JP2018200788A (en) Separator for lithium ion secondary battery
CN112204793A (en) Dimensionally stable microporous web
WO2020189597A1 (en) Separator for lithium ion batteries
JP2020161473A (en) Separator for lithium-ion battery
JP6765277B2 (en) Lithium ion battery
JP7482935B2 (en) Separator for non-aqueous secondary battery and non-aqueous secondary battery
JP7411005B2 (en) Separators for non-aqueous secondary batteries and non-aqueous secondary batteries
JP2018200780A (en) Separator for lithium ion secondary battery
JP6018526B2 (en) Metal ion secondary battery separator
JP7017345B2 (en) Separator for power storage device